丙烷脫氫制丙烯項目技術經濟探討

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【摘要】目前已大規模商業化的丙烷脫氫（PDH）裝置主要采用UOP公司的Oleflex工藝和ABBLummus公司的Catofin工藝，這兩種工藝的選擇成為很多新上丙烷脫氫項目的取舍難點。本文通過對這兩種技術工藝的介紹，從其技術特點、經濟性等方面進行對比分析，項目方可結合自身特點和項目所在地的實際情況選擇有利于自己的工藝路線。

【關鍵詞】丙烷脫氫；技術工藝；經濟分析

丙烯是用量僅次于乙烯的重要有機化工原料，是生產環氧丙烷、聚丙烯、丙烯酸、丙烯腈、丁醇等下游產品的主要原料。隨著全球化工工業的迅速擴大和發展，化工行業對環氧丙烷、聚丙烯、丙烯酸等化學品需求量不斷增加，丙烯作為其上游主要原料，需求量也在不斷提高[1]?，F有工業化生產丙烯的路線主要有原油催化裂解、蒸汽裂解、煤制烯烴和丙烷的催化脫氫。而催化裂解、蒸汽裂解、煤制烯烴的生產路線大多是多種烯烴共產，對丙烯的選擇性生產較低，同時在生產提純中會消耗大量的能量，對環境也不是很友好。對比各主流丙烷生產工藝（見表1）可以看出丙烷脫氫工藝生產等量丙烯所需的原料最少。同時以石油為原料的生產路線隨著油價的不斷提升，裂解和重整制備丙烯不再具有良好的經濟效益，而丙烷脫氫制丙烯工藝的產品單一性較好，其分離成本低，原料來源簡單，因此丙烷脫氫工藝的工業化應用已越來越廣泛。目前在時間范圍內丙烷脫氫制丙烯的工藝主要有Oleflex工藝、Catofin工藝、STAR工藝、FBD工藝和Linde-BASF工藝，但大規模工業化應用的主要還是Oleflex工藝和Catofin工藝，國內的大型丙烷脫氫裝置也都基本采用Oleflex工藝和Catofin工藝，而這兩種工藝的選擇問題一直在行業內有較大爭議，本文將通過對比分析這兩種工藝的技術特點和經濟性，結合各項目的實際情況提出參考建議。

1工藝簡介

1.1Oleflex工藝

Oleflex工藝是美國環球油品公司（UOP）研究開發的，其工藝采用氧化鋁基Pt系催化劑，加以Sn為助劑，反應壓力在0.1MPa~0.3MPa，反應的溫度控制在525~700℃范圍[2]。該工藝的脫氫單程轉化率在40%左右，產物的丙烯收率在85%左右，副產的氫氣收率在3.5%左右。Oleflex工藝主要由丙烷催化反應部分，催化劑連續再生部分和分離提純部分組成。其工藝的核心部分是由串聯的移動床組成，每個移動床之間都有加熱器，給移動床物料加熱。催化反應部分出來的粗產品，經過冷卻、壓縮、干燥、冷卻后輸送至分離提純部分，最終得到需要的產品純度。Oleflex工藝的氧化鋁基Pt系催化劑的穩定性相對較好，一般一個反應周期為5~10d，失活后的催化劑在催化劑再生部分通入氯氣和惰性氣體的混合氣體去掉表面積碳恢復催化劑的活性。Oleflex工藝采用流化床串聯方式，催化劑可以連續移動循環使用，使生產線得以連續生產，提高了生產效率。

1.2Catofin工藝

Catofin工藝是美國Lummus公司研究開發的，其最早是用于生產異丁烯，隨著異丁烯產量的減少，該工藝逐步被用于丙烷脫氫制丙烯，其工藝采用CrOx/Al2O3催化劑，反應壓力在0.02MPa~0.05MPa，反應的溫度控制在540~630℃范圍。該工藝的脫氫單程轉化率在40%左右，產物的丙烯收率在85%左右。Catofin工藝主要由丙烷脫氫反應部分、尾氣壓縮部分、丙烷和丙烯回收部分和產品精制提純部分組成。Catofin工藝的核心部分是由5個固定床反應器并聯組成，生產過程中各個反應器之間可以相互切換，輪流進行再生和反應工藝，以此來確保反應器一直處于丙烷催化脫氫狀態，保證后續工段的連續穩定運行。

2經濟技術分析

2.1總投資方面

Oleflex工藝及Catofin工藝的丙烷脫氫制丙烯工藝的總體投資差異不大，按現有的經濟規模660kt/a的裝置測算，總投資均在30億元左右。其中Oleflex工藝由于需要大量的高壓蒸汽，因此在公用工程方面的投資會較Catofin工藝高，但Catofin工藝在主裝置方面需要規格較大的固定床反應器，因此在占地面積及投資方面又會增加投資，總體而言Oleflex工藝和于Catofin工藝在總投資方面差異不大，根據項目建設地的土地價格及項目建設期的工業品價格指數波動。

2.2裝置運行成本方面

2.2.1裝置運行周期及催化劑方面Oleflex工藝因反應溫度相對較Catofin工藝高，催化劑需要連續再生，同時對進料的工藝指標要求也較高，國內較多裝置在設計運行過程中達不到設計要求，反應器在運行3年后就必須大修，其催化劑的使用壽命基本也在3年左右。同時Oleflex工藝采用Pt這種貴金屬催化劑，一套660kt/a丙烷脫氫裝置的年平均催化劑使用費在1億元左右。Catofin工藝的裝置運行較Oleflex工藝穩定，裝置在實際運行中基本都能達到甚至略超出設計負荷，催化劑的耐中毒能力相對較強，可承受硫、氮等的雜質[3]。Catofin工藝的裝置一般能運行4年才需要大修，同時催化劑的壽命也能達到4年。由于采用相對便宜的CrOx/Al2O3催化劑，一套660kt/a丙烷脫氫裝置的年平均催化劑費用可控制在5000萬元。2.2.2物料及能量消耗方面在物料消耗成本方面Oleflex工藝及Catofin工藝在實際裝置運行中，綜合的丙烷單耗差異不大，均在1.15左右，但Oleflex工藝的副產乙烷的量相對較多，因此Oleflex工藝在實際運行中的物料成本會相對較低，噸均成本影響在200元左右。能耗方面由于Oleflex工藝需要大量消耗高壓蒸汽，考慮到電、循環水、天然氣等價格方面的地區差異影響，Oleflex工藝在能耗方面會較Catofin工藝噸均成本高300元左右。當然這主要也是取決于各地區天然氣、蒸汽等方面的綜合成本。因此，通過對物料和能量消耗方面的對比分析可以看出，丙烷脫氫項目所在地的電力、燃料成本在一定程度上會影響項目的工藝選擇方案，例如在華東及沿海地區，電力及天然氣成本相對較高，而主要原料丙烷通過海運進口過來的成本又相對較低，副產物貼近市場，上下游產業鏈豐富，這就需要權衡兩者的利弊和經濟差異影響。

2.3業績分析

項目實際的運營業績對比更能反映出哪個工藝方面更受市場青睞，選擇可靠、成熟、業績豐富的工藝方案對項目的后期穩定高效運行更有保障，經濟效益才能最終得以體現。目前采用Oleflex工藝擬建、在建及投產套數達到了39套，而Catofin工藝擬建、在建及投產套數也有21套，兩種工藝的投產數量正在不斷快速增長。未來這兩種工藝勢必會成為丙烷脫氫項目的主流選擇工藝，但孰強孰弱就現在來說還很難決出勝負。綜合以上分析，Catofin工藝在運行穩定性方面及能耗方面要略優于Oleflex工藝，同時在現有業績方面也優于Oleflex工藝。若重點考慮長周期安全運行方面，應重點選擇Catofin工藝。同時需要結合項目建設所在地的電力、能源對整體項目運行成本的影響?？傮w來說Catofin工藝及Oleflex工藝在運行可靠成熟度方面都已完全過關，工藝設備的制作難度基本都相差不大。從總體經濟效益來看，Catofin工藝及Oleflex工藝在總投資、運行成本等差異并不是很大，Catofin工藝在能耗方面會略優于Oleflex工藝[4]。

3結語

我國化工行業經過幾十年來的高速發展，面對殘酷的競爭市場，在做工藝選擇比較時，企業要結合項目所在地的實際情況，根據自身的特點來選擇最合適的工藝路線，同時還要通過技術創新來提高自身的競爭力，實現效益的最大化。

參考文獻

[1]李永磊.中國丙烯的供需現狀及預測[J].中國石油和化工經濟分析，2012（12）：36-39.

[2]張玉新，祁小亮.丙烷催化脫氫制丙烯工藝研究分析[J].化工管理，2017（35）：38.

[3]胡忠攀，楊丹丹，王政，等.丙烷直接脫氫催化劑的研究進展[J].催化學報，2019，40（9）：1233-1254.

[4]戚萌，洪生，劉杰夫，等.丙烷裂解于丙烷脫氫路線經濟及安全性分析[J].石油煉制與化工，2018，49（11）：96-101.

作者：江魯奔 單位：銀億集團有限公司