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丙烷脱氢制丙烯项目技术经济探讨

【摘要】目前已大规模商业化的丙烷脱氢(PDH)装置主要采用UOP公司的Oleflex工艺和ABBLummus公司的Catofin工艺,这两种工艺的选择成为很多新上丙烷脱氢项目的取舍难点。本文通过对这两种技术工艺的介绍,从其技术特点、经济性等方面进行对比分析,项目方可结合自身特点和项目所在地的实际情况选择有利于自己的工艺路线。

【关键词】丙烷脱氢;技术工艺;经济分析

丙烯是用量仅次于乙烯的重要有机化工原料,是生产环氧丙烷、聚丙烯、丙烯酸、丙烯腈、丁醇等下游产品的主要原料。随着全球化工工业的迅速扩大和发展,化工行业对环氧丙烷、聚丙烯、丙烯酸等化学品需求量不断增加,丙烯作为其上游主要原料,需求量也在不断提高[1]。现有工业化生产丙烯的路线主要有原油催化裂解、蒸汽裂解、煤制烯烃和丙烷的催化脱氢。而催化裂解、蒸汽裂解、煤制烯烃的生产路线大多是多种烯烃共产,对丙烯的选择性生产较低,同时在生产提纯中会消耗大量的能量,对环境也不是很友好。对比各主流丙烷生产工艺(见表1)可以看出丙烷脱氢工艺生产等量丙烯所需的原料最少。同时以石油为原料的生产路线随着油价的不断提升,裂解和重整制备丙烯不再具有良好的经济效益,而丙烷脱氢制丙烯工艺的产品单一性较好,其分离成本低,原料来源简单,因此丙烷脱氢工艺的工业化应用已越来越广泛。目前在时间范围内丙烷脱氢制丙烯的工艺主要有Oleflex工艺、Catofin工艺、STAR工艺、FBD工艺和Linde-BASF工艺,但大规模工业化应用的主要还是Oleflex工艺和Catofin工艺,国内的大型丙烷脱氢装置也都基本采用Oleflex工艺和Catofin工艺,而这两种工艺的选择问题一直在行业内有较大争议,本文将通过对比分析这两种工艺的技术特点和经济性,结合各项目的实际情况提出参考建议。

1工艺简介

1.1Oleflex工艺

Oleflex工艺是美国环球油品公司(UOP)研究开发的,其工艺采用氧化铝基Pt系催化剂,加以Sn为助剂,反应压力在0.1MPa~0.3MPa,反应的温度控制在525~700℃范围[2]。该工艺的脱氢单程转化率在40%左右,产物的丙烯收率在85%左右,副产的氢气收率在3.5%左右。Oleflex工艺主要由丙烷催化反应部分,催化剂连续再生部分和分离提纯部分组成。其工艺的核心部分是由串联的移动床组成,每个移动床之间都有加热器,给移动床物料加热。催化反应部分出来的粗产品,经过冷却、压缩、干燥、冷却后输送至分离提纯部分,最终得到需要的产品纯度。Oleflex工艺的氧化铝基Pt系催化剂的稳定性相对较好,一般一个反应周期为5~10d,失活后的催化剂在催化剂再生部分通入氯气和惰性气体的混合气体去掉表面积碳恢复催化剂的活性。Oleflex工艺采用流化床串联方式,催化剂可以连续移动循环使用,使生产线得以连续生产,提高了生产效率。

1.2Catofin工艺

Catofin工艺是美国Lummus公司研究开发的,其最早是用于生产异丁烯,随着异丁烯产量的减少,该工艺逐步被用于丙烷脱氢制丙烯,其工艺采用CrOx/Al2O3催化剂,反应压力在0.02MPa~0.05MPa,反应的温度控制在540~630℃范围。该工艺的脱氢单程转化率在40%左右,产物的丙烯收率在85%左右。Catofin工艺主要由丙烷脱氢反应部分、尾气压缩部分、丙烷和丙烯回收部分和产品精制提纯部分组成。Catofin工艺的核心部分是由5个固定床反应器并联组成,生产过程中各个反应器之间可以相互切换,轮流进行再生和反应工艺,以此来确保反应器一直处于丙烷催化脱氢状态,保证后续工段的连续稳定运行。

2经济技术分析

2.1总投资方面

Oleflex工艺及Catofin工艺的丙烷脱氢制丙烯工艺的总体投资差异不大,按现有的经济规模660kt/a的装置测算,总投资均在30亿元左右。其中Oleflex工艺由于需要大量的高压蒸汽,因此在公用工程方面的投资会较Catofin工艺高,但Catofin工艺在主装置方面需要规格较大的固定床反应器,因此在占地面积及投资方面又会增加投资,总体而言Oleflex工艺和于Catofin工艺在总投资方面差异不大,根据项目建设地的土地价格及项目建设期的工业品价格指数波动。

2.2装置运行成本方面

2.2.1装置运行周期及催化剂方面Oleflex工艺因反应温度相对较Catofin工艺高,催化剂需要连续再生,同时对进料的工艺指标要求也较高,国内较多装置在设计运行过程中达不到设计要求,反应器在运行3年后就必须大修,其催化剂的使用寿命基本也在3年左右。同时Oleflex工艺采用Pt这种贵金属催化剂,一套660kt/a丙烷脱氢装置的年平均催化剂使用费在1亿元左右。Catofin工艺的装置运行较Oleflex工艺稳定,装置在实际运行中基本都能达到甚至略超出设计负荷,催化剂的耐中毒能力相对较强,可承受硫、氮等的杂质[3]。Catofin工艺的装置一般能运行4年才需要大修,同时催化剂的寿命也能达到4年。由于采用相对便宜的CrOx/Al2O3催化剂,一套660kt/a丙烷脱氢装置的年平均催化剂费用可控制在5000万元。2.2.2物料及能量消耗方面在物料消耗成本方面Oleflex工艺及Catofin工艺在实际装置运行中,综合的丙烷单耗差异不大,均在1.15左右,但Oleflex工艺的副产乙烷的量相对较多,因此Oleflex工艺在实际运行中的物料成本会相对较低,吨均成本影响在200元左右。能耗方面由于Oleflex工艺需要大量消耗高压蒸汽,考虑到电、循环水、天然气等价格方面的地区差异影响,Oleflex工艺在能耗方面会较Catofin工艺吨均成本高300元左右。当然这主要也是取决于各地区天然气、蒸汽等方面的综合成本。因此,通过对物料和能量消耗方面的对比分析可以看出,丙烷脱氢项目所在地的电力、燃料成本在一定程度上会影响项目的工艺选择方案,例如在华东及沿海地区,电力及天然气成本相对较高,而主要原料丙烷通过海运进口过来的成本又相对较低,副产物贴近市场,上下游产业链丰富,这就需要权衡两者的利弊和经济差异影响。

2.3业绩分析

项目实际的运营业绩对比更能反映出哪个工艺方面更受市场青睐,选择可靠、成熟、业绩丰富的工艺方案对项目的后期稳定高效运行更有保障,经济效益才能最终得以体现。目前采用Oleflex工艺拟建、在建及投产套数达到了39套,而Catofin工艺拟建、在建及投产套数也有21套,两种工艺的投产数量正在不断快速增长。未来这两种工艺势必会成为丙烷脱氢项目的主流选择工艺,但孰强孰弱就现在来说还很难决出胜负。综合以上分析,Catofin工艺在运行稳定性方面及能耗方面要略优于Oleflex工艺,同时在现有业绩方面也优于Oleflex工艺。若重点考虑长周期安全运行方面,应重点选择Catofin工艺。同时需要结合项目建设所在地的电力、能源对整体项目运行成本的影响。总体来说Catofin工艺及Oleflex工艺在运行可靠成熟度方面都已完全过关,工艺设备的制作难度基本都相差不大。从总体经济效益来看,Catofin工艺及Oleflex工艺在总投资、运行成本等差异并不是很大,Catofin工艺在能耗方面会略优于Oleflex工艺[4]。

3结语

我国化工行业经过几十年来的高速发展,面对残酷的竞争市场,在做工艺选择比较时,企业要结合项目所在地的实际情况,根据自身的特点来选择最合适的工艺路线,同时还要通过技术创新来提高自身的竞争力,实现效益的最大化。

参考文献

[1]李永磊.中国丙烯的供需现状及预测[J].中国石油和化工经济分析,2012(12):36-39.

[2]张玉新,祁小亮.丙烷催化脱氢制丙烯工艺研究分析[J].化工管理,2017(35):38.

[3]胡忠攀,杨丹丹,王政,等.丙烷直接脱氢催化剂的研究进展[J].催化学报,2019,40(9):1233-1254.

[4]戚萌,洪生,刘杰夫,等.丙烷裂解于丙烷脱氢路线经济及安全性分析[J].石油炼制与化工,2018,49(11):96-101.

作者:江鲁奔 单位:银亿集团有限公司

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