丙烷脱氢工艺比较及其下游产业链分析

娄 贺

（上海华谊集团公司，上海 200040）

中国实行碳达峰碳中和，能源结构调整、炼化转型的步伐将加快，由“能源化”向“材料化”转变。采用常规化学原料生产新产品、新原材料，是中国能源发展的必然趋势［1］。

丙烯除了生产丙烯腈、丁辛醇、异丙醇、苯酚、丙酮、丙烯酸等下游产品外，并在逐步取代传统原材料。随着丙烷脱氢化技术的不断完善和国际上非传统天然能源的突破，丙烷脱氢制丙烯具有巨大的竞争优势，吸引了众多企业的投资。

1 丙烷脱氢工艺简述

1.1 Oleflex工艺

UOP公司的Oleflex技术于20世纪80年代初开始工业化生产。该工艺中，原料丙烷经加热炉加热至600～700℃后在反应器内被铂系催化剂催化脱氢，之后经冷箱深冷分离、分馏单元精制后得到高纯度丙烯。丙烷单程转化率为35%～40%，丙烯选择性为84%～89%。该工艺分为反应单元、分馏单元和催化剂再生单元。反应过程中催化剂持续流动，并经再生单元烧焦后返回反应器，循环往复［2］。该工艺采用的丙烷原材料的纯度达96%以上，同时系统内需维持一定比例的氢含量，以抑制催化剂结焦、丙烷裂解，并维持脱氢反应温度。

Oleflex工艺反应均匀稳定，反应器内各部分具有相同的催化剂活性，并采用等温操作，可连续再生和补充催化剂［3］。同时，该工艺具有高活性、高选择性、低磨损、无铬等有害物的优点。

1.2 Catofin工艺

Catofin工艺是ABB Lummus公司开发的C3～C5烷烃脱氢生产单烯烃技术。利用逆流固定床法，以低碳烷烃为原料，利用铬系催化脱氢制取丙烯。该工艺包括反应、压缩、回收、精制4个部分［4］。原料丙烷先在催化剂作用下生成丙烯，反应器流出物由多级压缩机压缩。经回收工段处理后，丙烷、丙烯和其它重组分被送入精制工段进行分离。该工艺丙烷转化率大于90%，选择性不小于87%。

Catofin工艺采用了非贵金属催化剂，在真空条件下反应，无氢循环，无蒸汽稀释，单程转化率最高（40%～45%），降低了能源消耗和运行费用；采用多台平行固定床反应器连续运行，具有开车快、运行可靠、在线率高的特点［5］；但该工艺催化剂中的Cr具有毒性，对环境影响较大。

1.3 STAR工艺

STAR技术由飞利浦石油公司开发，2000年Uhde对其进行了改进。该工艺采用列管式等温固定床反应器，利用Pt-Sn-Al体系作为催化剂。为减少积碳生成，通入蒸汽作为稀释剂［6］。Pt专用催化剂选择性高，单程转化率高达30%～40%，丙烷选择性80%～93%，丙烯产率达到80%。结果表明：STAR法催化剂用量少，反应器体积小。

该工艺已于2006年在埃及实现工业化。自2010年投产以来，生产运行平稳、经济效益显著。除此外，Uhde还和另外3家大型化工企业签订了合同。其中中东地区45×104t PDH装置2套，美国5.44×104t PDH装置1套。

1.4 FBD工艺

FBD工艺是Snamprogetti公司开发的流化床脱氢工艺，该工艺关键在于流化床反应—再生系统，在2个不同的流化床内进行反应和再生［7］。反应温度为580～630℃，反应压力为118～147 kPa，丙烷单程转化率40%，丙烯选择性80%。反—再生体系分为反应阶段、催化剂再生阶段和分离阶段。

该工艺具有流程简单、操作条件温和、设备投资低、运行成本低等突出优点，适合于各种规模的脱氢生产，但在工业化生产中使用较低。

1.5 PDH工艺

PDH流程是由德国林德、BASF和挪威国家石油公司共同研发。以丙烷为原料，在装填催化剂的多管式固定床反应器内进行脱氢反应。该工艺由3台反应器组成，其中2台反应器用于脱氢反应，1台反应器用于催化剂再生。在590℃，33.9～50.8 kPa条件下，丙烯产率超过90%。目前，BASF公司开发的Pt/分子筛新型催化剂已在挪威Statoil公司的PDH装置上完成中试。更换催化剂后，该工艺的单程转换率从32%提升到50%，总体转化率从91%提升到93%［8］。PDH工艺兼具产量高，装置体积小等多项优点。

1.6 ADHO工艺

由于国外对丙烷脱氢的研究开始较早，如今已对国内市场形成技术垄断。国内选用技术方案时，不得不支付昂贵的专利费、设计费及催化剂费用。对此，中国石油大学（华东）和中石油华东设计院共同开发出可实现连续反应与催化剂再生的高效流化（ADHO）技术。

ADHO工艺兼具无毒性、催化剂用量小，1次投资小等优点，适用于丙烷脱氢、丁烷脱氢和混合脱氢反应［9］。同时该工艺对设备的大小没有限制，也不需在氢气作用下进行反应。目前该技术已完成了小试、中试，中试结果在万吨级工业试验装置上进行了初步验证，核心技术已获得国家发明专利授权，在国内有一定的应用前景。

2 中国丙烷脱氢产业发展

中国PDH项目不断涌现，2022年，PDH将会迎来开工高峰，其中包括鑫泰石化，万达天弘，山东海益，江苏斯尔邦，江苏恒瑞等多家企业［10］。

2022年，丙烯总产能将超过5 000×104t。产能净增长量将达544×104t。其中291×104t采用丙烷脱氢工艺生产，占据新增产能50%以上。

虽然新建项目增加，丙烯产能会逐渐转向供过于求的状态。而业界人士相信，在PDH发展道路上可以通过优化工艺，改变运输方式，提高产业链的附加值，提高产品的竞争能力，具体有4点。

（1）集中处理的最佳化。以往PDH生产设备的生产成本在1 200～1 500元/t，但由于生产规模和工艺的改进，生产成本呈降低态势。一些新开工的PDH生产工艺可以在1 000元/t以内，所以即便原材料的价格很高，该工艺可以在一定程度上缓解原料价格高所带来的压力；

（2）通过改变交通工具来减少费用。公司可以配置丙烷冷藏罐节省原材料、物流费用，或减少运输距离，或者通过最优的方式来减少成本；

（3）提高产业链的价值。在国家实施“双碳”战略的同时，由于其在环境友好、价格上的优越性，与油煤基产品相比更具优越性；

（4）下游装置的构造简单，不需要太多的装置来实现工厂内部的资源均衡，而且从目前的情况看，在丙烯的产业链上还有很大的发展潜力。因此，大规模、集约化、上下游产业链一体化的PDH项目将会在激烈的市场环境中获得良好发展。

3 丙烷脱氢下游产业链分析

3.1 经济分析

PDH工艺因其原材料和产物的单一化，在相同产能下，使用不同专利技术，其装置建设投入也接近。近几年丙烯需求增加，大部分新建成的PDH装置产能超过45×104t/a，总投资额超过了20亿元。而研究表明，超过45×104t/a的PDH装置比小型PDH装置抵御财务风险的能力更高［11］。

由于原材料成本在整个项目中所占的比重大约在75%～80%，因此，在丙烷脱氢过程中，企业的产能和装置的投资变动对其经济效益的影响很少。该装置的经济效益取决于丙烯—丙烷间的价差，如果丙烯—丙烷的最低年价差在1 400元以上，则该装置将获得更高的利润，价格差异越大，则利润就会更高。PDH装置对丙烷的纯度有很高要求，必须达到96%以上。中国的丙烷源于炼油厂废气和天然气中的伴生天然气，但由于炼油厂废气中的含硫量过高，很难满足丙烷脱氢需要，同时伴生资源不足，所以大部分的丙烷依赖进口。

3.2 市场前景分析

3.2.1 丙烷行业前景不明PDH装置需要高纯度（96%）的丙烷，且不超过100 uL/L的杂质。中国湿性油型天然气的资源量很小，丙烷多源于炼油厂的副产品，但由于副产丙烷的含硫率很高，其产品的品质不能达到PDH的原材料需求，从而造成对进口原料的严重依赖。从世界范围内PDH原材料的供求情况来判断，中东及美国的丙烷供给相对充裕，且价格相对平稳，成为世界上最大的进口基地。随着中国PDH项目投产，丙烷需求将会增长。

3.2.2 关注需求变动中国的丙烯产量逐年增加，然而到“十四五”末，除高端产品无法取代之外，丙烯的需求也将趋于均衡，甚至出现供给过剩。所以若有意投资新的PDH项目，需要密切关注市场行情变化，并对下游装置的产品结构、消费需求等进行综合分析。中国氢能源工业迅速发展，PDH已经是促进“蓝氢”生产、促进炼化工业转型、减少CO2排放的主要方式。

4 结束语

随着国内PDH发展，丙烯的供需矛盾逐渐增加，而国内大部分的新产能均有相应的下游装置，以自用的方式生产丙烯。随着进口丙烷价格的上涨，如何获得长期稳定、价格相对低廉的丙烷是制约行业发展的重要因素。应尽可能配套足够的仓储设施及便利的港口和物流，以便在丙烷价低时进行原材料进口和存储，以获得更大利润。

丙烯生产厂家应与上游、下游公司签订长期合同，实现产业多元化，确保原材料供给和产品销量。下游产业链较单一的丙烯生产厂应加大新产品研发或延伸产业链，增强抗风险能力。目前丙烷价格及来源不稳定，但丙烷脱氢装置依然有很大的利润空间。新厂的技术选型应从Oleflex和Catofin2种工艺入手，特别是Oleflex工艺可实现连续再生控制，确保催化剂具有长久活性和稳定性，同时反应过程安全可靠无毒无害，更具竞争力。