新型丙烷脱氢技术的应用研究

卢存亮，王磊，宫静

（中国石油大庆炼化公司研究院，黑龙江大庆163411）

随着国内各炼油厂聚丙烯装置规模的不断扩大，保障其原料丙烯来源就显得越来越重要。目前炼油厂的丙烯来源主要是重油裂化产生，其产量受原油加工量与重油裂化工艺影响很大，并且往往不能满足聚丙烯装置增产的需求。

为增加丙烯供应，近年来“丙烷脱氢技术”成为业内关注的焦点。丙烷脱氢是利用丙烷进行脱氢反应而获得丙烯的重要方式。该技术的生产成本只与丙烷价格密切相关，主要表现在丙烯与丙烷的价格差，可帮助企业合理调节原料成本、规避市场风险［1～3］。

1 丙烷脱氢技术简介及国内应用现状

1.1 丙烷脱氢技术原理

原料丙烷在专用催化剂的作用下，脱氢生成丙烯与副产品氢气。反应式：

该反应为强吸热过程，也是平衡反应，所以，提高温度和降低压力有利于脱氢反应的进行，从而获得较高的丙烷转化率［4～6］。

1.2 国外主流丙烷脱氢技术存在问题

丙烷脱氢技术主要有霍尼韦尔UOP催化脱氢连续移动床工艺和荷兰CBI循环多反应器系统工艺，2种技术都有较明显的缺点。

UOP工艺缺点：对装置原料丙烷的纯度要求高（丙烷纯度95%，且硫含量要低），单程转化率和选择性略低。

CBI工艺缺点：反应器设置较多，间歇操作，操作复杂；装置操作压力高，能耗较大；催化剂寿命短，且使用的催化剂含铬，对环境有污染［5～8］。

2 新型丙烷脱氢技术开发现状及特点

2.1 技术研发背景及简介

目前国内已经投产的丙烷脱氢项目所用催化剂几乎全部被国外公司垄断。国产化的新型高效丙烷脱氢制丙烯催化剂，对于打破国外技术垄断、实现国产化具有重要的意义。

中国石油大学重质油实验室李春义教授课题组开发出新型丙烷/异丁烷脱氢（ADHO）技术，并工业化试验取得成功［9］，填补了国内空白。该技术特点为：采用无毒、无腐蚀、非贵金属催化剂，并配套设计了高效循环流化床反应器，且成功实现生产过程连续进行。

2.2 ADHO技术优点

（1）原料不需要预处理即可直接进装置反应，省去了脱硫、脱砷、脱铅等复杂过程；

（2）既适用于丙烷、异丁烷单独脱氢，也适用于丙烷与丁烷混合脱氢；

（3）反应与催化剂再生连续进行，效率高；

（4）催化剂无毒，对环境无污染；

（5）催化剂为难熔氧化物，无腐蚀性，有利于装置长周期安全稳定运行；

（6）催化剂机械强度高，剂耗低等。

2.3 ADHO主要技术指标

该技术烷烃转换率为80%，氢气收率4%，C4烯烃16%；反应方式为循环流化床反应，温度为600℃。参考同类装置，该装置能耗为12 600 MJ/t左右［10］。

3 某炼油厂应用该技术可行性分析

丙烷脱氢装置原料为丙烷，产品为丙烯，副产氢气。装置盈利的关键在于丙烷与丙烯的差价，从该公司角度来看，增加效益的关键则在于丙烷与聚丙烯产品的价差［11～13］。因此，文中从丙烷原料、聚丙烯产品等几个方面进行分析。

3.1 自产丙烷脱氢制丙烯、增加丙烯原料

目前，该公司所产丙烷产品全部送至A炼油厂作为其裂解装置原料，其石脑油裂解联产的丙烯部分送回公司作为聚丙烯装置原料。由于A炼油厂丙烯产量的60%左右内部使用，剩余部分回供，这也是聚丙烯装置负荷率低的主要原因。

以该炼油厂年生产计划为例，聚丙烯装置加工丙烯42.7×104t，其中从A炼油厂购买的丙烯21.6×104t，装置负荷率仅为71.2%。所以，如果将自产的丙烷产品通过丙烷脱氢装置进行加工，生产的丙烯产品作为聚丙烯装置原料，可缓解聚丙烯装置的负荷不足的运行状态，同时降低对A炼油厂丙烯原料的依赖度。

3.2 公司聚丙烯业务优势明显

该炼油厂聚丙烯产能为60×104t/a，占国内总产能的3%左右，为集团公司内部最大、技术最先进的聚丙烯生产基地之一，具有明显的优势。而且在该炼油厂非常重视聚丙烯业务的前提下，其聚丙烯产品将会更加专用化和高端化，竞争力将会进一步提升，而充足的原料是炼油厂体现聚丙烯优势的前提和保障。

3.3 增加氢气内部供应

丙烷脱氢装置副产氢气。一方面氢气价格昂贵，副产的氢气并入氢气管网，可降低公司外购氢气的成本费用；另一方面外购氢气时有发生中断的事故，一旦其氢气供应中断，会导致加氢装置氢源不足。如果丙烷脱氢副产的氢气并入管网，在外购氢气中断发生后，可避免生产波动或停工。

4 效益测算

按照该厂生产丙烷外供A炼油厂6.3×104t/a，B炼油厂0.9×104t/a来计算，如果新建丙烷脱氢装置，可将其部分转化为丙烯，不仅增加了聚丙烯装置丙烯原料5.8×104t，同时副产氢气2 900 t和C4烯烃1.15 t。

4.1 丙烷脱氢装置效益计算

效益测算时，各原料产品价格按照年内平均价格（不含税）进行计算［14～17］。其中，C4烯烃为液化石油气组分，其价格与商品丙烷相同，其它价格与装置效益计算见表1。

表1 丙烷脱氢装置年效益计算

4.2 丙烯原料增加后聚丙烯装置效益计算

聚丙烯装置加工丙烯45.9×104t，其2套装置设计负荷60×104t/a，可见聚丙烯装置未满负荷运行，负荷率仅为76.5%；如果聚丙烯装置多加工5.8×104t丙烯原料，那么聚丙烯2套装置负荷率将提升至80.8%［18］。通过效益核算数据可得，该炼油厂丙烯效益平均值为340元/t，计算得到：多加工5.8×104t丙烯原料产生的效益为1 972万元。

4.3 综合效益及投资回报率

（1）新建10×104t/年丙烷脱氢装置能够为该炼油厂带来的效益为［9］：丙烷脱氢装置效益+增加聚丙烯产品效益=7 473+1 972=9 445（万元）；

（2）投资回报率：装置预计投资为4亿元，开工50个月即可收回成本。

5 结束语

（1）新型丙烷脱氢技术对原料的纯度和杂质含量要求不高，不仅可以加工丙烷，还可以加工C4烷烃。所以，在加工负荷允许的条件下，可以加工部分剩余C4，提高其附加价值，有利于公司C4资源的综合利用。

（2）与该炼油厂同地区的兄弟炼油厂丙烷年产量不足10×104t，为提高装置加工负荷，可购买其关联单位生产的丙烷，几公司之间均有管输线，运输成本不高。新建的丙烷脱氢置加工负荷提高后，不仅可以为聚丙烯提供更多的原料，还可增加氢气供应。

（3）文中所述丙烷脱氢技术已完成工业化试验并取得成功。目前，呼和浩特石化应用此技术在建1套30×104t/a新装置，应密切关注其相关动态，为此项新技术的实际应用效果作出准确的计算和分析。