丙烷脫氫制丙烯技術特點及經濟性對比分析

摘" " " 要： 丙烷脫氫制丙烯技術工藝流程短，裝置操作簡單，投資及運營成本較低，已成為行業的重要研究對象，其中Oleflex、Catofin和K-PRO?工藝技術優勢明顯。首先對3種工藝進行了介紹，進而對比分析了3種工藝的技術特點和經濟性，并結合分析得出結論，提出投資建議。

關" 鍵" 詞：丙烷脫氫；丙烯；技術特點；經濟分析

中圖分類號：TQ222.2+4" " "文獻標識碼： A" " "文章編號： 1004-0935（2023）02-0223-04

丙烯是僅次于乙烯的重要有機化工原料，是生產聚丙烯、環氧丙烷、丙烯酸、丙烯腈、丁醇等下游產品的主要原料[1]。隨著國內相關化工產業的迅速發展，化工行業對丙烯的需求量逐年上升，丙烯的生產技術已成為行業的重要研究對象。目前，生產丙烯的技術主要有蒸汽裂解制烯烴、催化裂化制烯烴、煤制烯烴、甲醇制丙烯、丙烷脫氫制丙烯等。丙烷脫氫工藝以丙烷為原料，在催化劑作用下脫氫生成聚合級丙烯產品，相比其他制丙烯工藝，因具有以下優勢而受到了業界的廣泛關注，一是丙烷在600 ℃左右的條件下經催化脫氫得到丙烯，該技術的特點是單一原料生產單一產品（主要是丙烯），跟傳統的煉廠副產和蒸汽裂解工藝相比，工藝流程較短，裝置簡單，投資和運營成本較低；二是跟煤制烯烴相比，丙烷脫氫的投資低，能耗低，對環境相對友好；三是丙烷脫氫可以將低價值的丙烷轉化為高價值的丙烯，并充分利用項目富余原料延伸產業鏈，生產多元化產品，提高產品附加值，延長增值鏈。

目前，全世界范圍內有6種丙烷脫氫技術，分別是UOP公司的Oleflex技術、LUMMUS公司的Catofin技術、KBR公司的K-PRO?技術、Uhde公司的STAR技術、Linde公司的PDH技術和Snamproggetti-Yarsintez公司的FBD-3技術[2]。根據目前在全球及國內的技術轉讓、應用以及裝置投資等綜合情況來看，UOP公司的Oleflex、LUMMUS公司的Catofin和KBR公司的K-PRO?技術比較有優勢，本文主要對這3種工藝的技術特點和經濟性進行對比分析，為此類項目建設提供參考和建議。

1" 丙烷脫氫工藝簡介

1.1" UOP公司的Oleflex技術

UOP公司的Oleflex催化脫氫工藝利用丙烷為原料，采用移動床反應器，催化劑為氧化鋁基鉑，通過催化劑連續再生系統保持催化劑活性，反應壓力控制在0.1～0.3 MPa，反應溫度控制在525～ 700 ℃范圍[3]。該反應為強吸熱反應，因此設置進料加熱器，并在移動床之間設有加熱器，用于進料加熱及維持反應器所需溫度[4]。該工藝由反應區、催化劑連續再生區、產品壓縮區和精餾區組成，其主要工藝流程為：反應出口的物料首先進行壓縮干燥，之后進入低溫系統分離出氫，烯烴產物則通過選擇加氫單元去除二烯烴，之后脫除輕組分進入丙烯精餾塔，未發生反應的丙烷返回至脫丙烷塔，與新鮮丙烷和循環氫氣一起進入反應器[5]。該工藝的丙烷單程轉化率在35%左右，生產1 kg丙烯大約需要消耗丙烷1.22 kg。

1.2" LUMMUS公司的Catofin技術

Catofin工藝是LUMMUS公司開發的C3～C5烷烴脫氫生產單烯烴技術[6]。該工藝采用固定床反應器，反應為吸熱反應，通過多個并聯反應器順控操作。使用鉻-鋁催化劑，反應壓力控制在" 0.02～0.05 MPa，反應溫度控制在530～620 ℃范圍。其工藝分為4個工序：丙烷脫氫制丙烯、產品氣壓縮、丙烷和丙烯的分離回收、產品的精制提純[7]。該工藝的丙烷單程轉化率在40%左右，生產1 kg丙烯產品大約需要消耗丙烷1.18 kg。

1.3" KBR公司的K-PRO?技術

KBR公司于2019年1月推出的K-PRO?丙烷脫氫（PDH）技術是KBR基于煉油廠催化裂化（FCC）和催化轉化烯烴技術（K-COT?）領域70多年技術開發和許可經驗。K-PRO?丙烷脫氫技術采用了KBR的Orthoflow?流化催化裂化（FCC）轉換器技術，同時還利用了KBR在數十年的SCORE?蒸汽裂解和K-COT? 催化烯烴技術。該工藝采用流化床反應器，催化劑為二氧化鈦、氧化鋅、氧化鋯，反應壓力控制在0.15 MPa左右，反應溫度控制在600～625 ℃條件下。該工藝的丙烷單程轉化率在45%左右，生產1 kg丙烯大約需要消耗丙烷1.20 kg。

2" 技術特點對比分析

2.1" Oleflex 工藝特點

Oleflex工藝的優點是使用多個串聯移動床反應器使得脫氫轉化最優且均勻穩定，催化劑可連續再生，以氫氣為稀釋劑，通過氫的再循環抑制結焦，保持催化劑活性，類似煉廠的連續重整裝置。為了增強競爭力，UOP公司近些年對催化劑和工藝進行了多次改進，已有DeH-8、DeH-10、DeH-12、DeH-14、DeH-16五代工業化催化劑[8]，其中最新的DeH-16催化劑使用壽命在4年左右，鉑含量也大幅降低，并有效保障產量的穩定性。

其缺點是使用了貴金屬催化劑，對原料要求苛刻。另外，反應器在運行時容易結焦，裝置運行穩定性低于Catofin工藝，且能耗相對較大[9]。

2.2" Catofin工藝特點

Catofin工藝的優點是采用多個并聯固定床反應器進行周期切換，以保證生產的連續性[10]，周期切換由計時儀表設定液壓制動閥門的動作，設有聯鎖系統確保閥門安全操作，防止烴類和空氣接觸。其催化劑為非貴金屬，對原料雜質要求低，能夠承受原料中含有一定C4以上重組分，并對含氯、含氮、含硫化合物有較好的承受能力，使用壽命在4年左右。催化劑不需要移出，從而使得操作簡單、可靠，運行周期相對較長。此外，Catofin工藝沒有氫的再循環，使得能耗成本較低。低溫回收區、產品精制、制冷系統設計特征為：丙烯機和乙烯機構成復迭式制冷系統，高效冷箱設計最大限度地壓縮設備數和所需的制冷壓縮功率，采用低壓脫乙烷塔不再設置進料泵。

其缺點是反應器臺數多，占地面積大。

2.3" K-PRO?工藝特點

K-PRO?工藝技術的主要特點是采用同軸式流化床反應器，催化劑連續再生，且不含貴金屬（如鉑）及有害金屬（如鉻），無移動床或切換反應器，操作穩定性好，系統內優化熱平衡。K-PRO?工藝沒有氫的再循環，使得設備尺寸減小，能耗成本降低。低溫回收區、產品精制、制冷系統設計特征為：丙烯機和乙烯機構成復迭式制冷系統，高效冷箱設計最大限度地壓縮設備數和所需的制冷壓縮功率。

以上3種丙烷脫氫技術特點對比情況見表1。

3" 經濟性對比分析

3.1" 業績方面

Oleflex和Catofin技術均是在PDH領域發展了30余年的成熟技術，各有優劣，難分伯仲。Oleflex工藝是20世紀80年代開發的，1990年首先在泰國建成投產了一套10萬t·a-1工業化丙烷脫氫裝置。Catofin工藝首套工業裝置于1991年在比利時建成投產，丙烯生產能力25萬t·a-1。目前，這兩種技術最大的單套能力均是75萬t·a-1。在國內，這兩大技術的典型代表為天津渤化60萬t·a-1和萬華化學" " 75萬t·a-1 PDH項目，這兩家裝置運行穩定，均未發生非計劃停車事故。K-PRO?技術在全球范圍內尚無應用，該技術第一份商業合同將應用于亞洲一套60萬t·a-1丙烷脫氫裝置，計劃2023年啟動[11]。

3.2" 投資方面

Oleflex工藝反應裝置較少，占地面積相對較小，但由于需要大量的高壓蒸汽，因此在公用工程方面的投資較高；Catofin工藝反應裝置多，且固定床反應器規格較大，因此在用地面積及固定投資方面會有所增加；K-PRO?工藝無移動床或切換反應器，占地面積小，固定投資低于以上兩種工藝。以規模為60萬t·a-1的丙烷脫氫裝置為例，Oleflex和Catofin工藝總體投資相差不大，投資估算在30億元左右[12]，K-PRO?工藝投資估算在20億元左右。上述投資估算根據項目所在地土地價格和建材價格即時波動。

3.3" 物料及催化劑方面

原料單耗方面：Oleflex技術生產1 t丙烯需要消耗丙烷原料1.22 t，Catofin技術生產1 t丙烯需要消耗丙烷原料1.18 t， K-PRO?技術生產1 t丙烯需要消耗丙烷原料1.20 t，三者丙烷單耗量相差不大，均在1.20上下。

催化劑方面： Oleflex工藝催化劑為貴金屬，可連續再生，催化劑對進料的雜質率要求較高，使用壽命在4年左右，平均催化劑費用為每噸丙烯 150元；Catofin工藝的催化劑為非貴金屬，催化劑費用相對較低，能夠承受硫、氮等雜質[13]，反應生成的重烴在催化劑上沉積并結焦，通過燒焦再生保持催化劑活性，使用壽命在4年左右，平均催化劑費用為每噸丙烯100元；K-PRO?技術是一種創新的催化劑，不含貴金屬（如鉑）或有害金屬（如鉻），連續再生，高活性和穩定的催化劑以及最佳的反應溫度、壓力和停留時間可帶來更高的轉化率和選擇性，與上述兩種技術相比，環境也更加友好。

3.4" 運營維護方面

在項目運營維護方面，項目建設初期并不明顯，一般在項目運行2～3年之后，關鍵配件需要更換維修，如Oleflex工藝反應絲網的維修清焦、Catofin工藝閥門更換備件等費用將逐步增加。通常，項目每年維修養護費用不會低于1 000萬元。企業在項目籌建過程中，應充分考慮到后續項目運營維護這部分隱性成本費用。

4" 結論及建議

Oleflex屬于移動床技術，反應器為4臺裝置串聯，占地面積較小，催化劑始終保持較好的活性狀態，反應器結焦是操作運行中面臨的較大限制；Catofin屬于固定床技術，反應裝置多，占地面積較大，其操作簡單穩定，運行周期長，但隨著裝置的運行催化劑活性逐步降低；K-PRO?屬于流化床技術，無移動床或切換反應器，占地面積小，催化劑連續再生，操作較為繁瑣，投資成本低于以上兩種工藝。基于以上特點，建議項目盡可能進行規?；ㄔO和規劃，通過規模優勢降低單位產品能耗。同時，建議充分利用丙烯、氫氣等作為原料持續延伸產業鏈，生產多元化產品，如環氧丙烷、丙烯酸、丁辛醇、聚丙烯酸酯、己二腈、己內酰胺、可降解塑料PBAT和PBS、合成氨及氫燃料等產品，走精細化工路線，提高產品附加值，形成產業集聚，以實現項目效益的最大化。企業在技術的選擇過程中還應權衡考慮全廠工藝流程、用地余量、公用工程配套條件以及項目所在地電力、燃料成本等因素，再做選擇。

此外，丙烷脫氫相比其他類型生產工藝的競爭力主要在于原料丙烷與產品丙烯的價格差，穩定的來源渠道及低廉的原料價格對項目影響巨大。在項目布局方面，考慮到原料丙烷主要來自海外進口，因此，廠址選擇應盡可能臨近港口，并貼近產品需求旺盛地區，以降低綜合物流成本。隨著國內丙烯供應量逐年增加，市場競爭日趨激烈，丙烯下游產業已接近80%產能過剩，供需矛盾突出。因此，建議企業在充分考慮丙烷脫氫項目技術經濟性指標的同時，還應重點從項目運營模式、管理團隊、原料長期穩定供應渠道、物流運輸、下游產業承接、人力成本等多角度全面考量，以提升項目的綜合成本競爭力。

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Comparative Analysis on Characteristics and

Economy of Propane Dehydrogenation to Propylene Processes

LUO Kai， YUAN Yi

（Jinzhou Port Co.， Ltd， Jinzhou Liaoning 121000， China）

Abstract：" Propane dehydrogenation to propylene has become an important research object in the industry because of its short process flow， simple operation， low investment and operating cost， among which Oleflex， Catofin and K-PRO? have obvious technical advantages. In this paper， the three processes were introduced， and then the technical characteristics and economy of the three processes were analyzed， and investment suggestions were put forward.

Key words： Propane dehydrogenation; Propylene; Technical characteristics; Economic analysis