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        新型丙烷脫氫技術的應用研究

        2022-03-08 02:01:12盧存亮王磊宮靜
        煉油與化工 2022年1期
        關鍵詞:效益

        盧存亮,王磊,宮靜

        (中國石油大慶煉化公司研究院,黑龍江大慶163411)

        隨著國內(nèi)各煉油廠聚丙烯裝置規(guī)模的不斷擴大,保障其原料丙烯來源就顯得越來越重要。目前煉油廠的丙烯來源主要是重油裂化產(chǎn)生,其產(chǎn)量受原油加工量與重油裂化工藝影響很大,并且往往不能滿足聚丙烯裝置增產(chǎn)的需求。

        為增加丙烯供應,近年來“丙烷脫氫技術”成為業(yè)內(nèi)關注的焦點。丙烷脫氫是利用丙烷進行脫氫反應而獲得丙烯的重要方式。該技術的生產(chǎn)成本只與丙烷價格密切相關,主要表現(xiàn)在丙烯與丙烷的價格差,可幫助企業(yè)合理調(diào)節(jié)原料成本、規(guī)避市場風險[1~3]。

        1 丙烷脫氫技術簡介及國內(nèi)應用現(xiàn)狀

        1.1 丙烷脫氫技術原理

        原料丙烷在專用催化劑的作用下,脫氫生成丙烯與副產(chǎn)品氫氣。反應式:

        該反應為強吸熱過程,也是平衡反應,所以,提高溫度和降低壓力有利于脫氫反應的進行,從而獲得較高的丙烷轉(zhuǎn)化率[4~6]。

        1.2 國外主流丙烷脫氫技術存在問題

        丙烷脫氫技術主要有霍尼韋爾UOP催化脫氫連續(xù)移動床工藝和荷蘭CBI循環(huán)多反應器系統(tǒng)工藝,2種技術都有較明顯的缺點。

        UOP工藝缺點:對裝置原料丙烷的純度要求高(丙烷純度95%,且硫含量要低),單程轉(zhuǎn)化率和選擇性略低。

        CBI工藝缺點:反應器設置較多,間歇操作,操作復雜;裝置操作壓力高,能耗較大;催化劑壽命短,且使用的催化劑含鉻,對環(huán)境有污染[5~8]。

        2 新型丙烷脫氫技術開發(fā)現(xiàn)狀及特點

        2.1 技術研發(fā)背景及簡介

        目前國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)的丙烷脫氫項目所用催化劑幾乎全部被國外公司壟斷。國產(chǎn)化的新型高效丙烷脫氫制丙烯催化劑,對于打破國外技術壟斷、實現(xiàn)國產(chǎn)化具有重要的意義。

        中國石油大學重質(zhì)油實驗室李春義教授課題組開發(fā)出新型丙烷/異丁烷脫氫(ADHO)技術,并工業(yè)化試驗取得成功[9],填補了國內(nèi)空白。該技術特點為:采用無毒、無腐蝕、非貴金屬催化劑,并配套設計了高效循環(huán)流化床反應器,且成功實現(xiàn)生產(chǎn)過程連續(xù)進行。

        2.2 ADHO技術優(yōu)點

        (1)原料不需要預處理即可直接進裝置反應,省去了脫硫、脫砷、脫鉛等復雜過程;

        (2)既適用于丙烷、異丁烷單獨脫氫,也適用于丙烷與丁烷混合脫氫;

        (3)反應與催化劑再生連續(xù)進行,效率高;

        (4)催化劑無毒,對環(huán)境無污染;

        (5)催化劑為難熔氧化物,無腐蝕性,有利于裝置長周期安全穩(wěn)定運行;

        (6)催化劑機械強度高,劑耗低等。

        2.3 ADHO主要技術指標

        該技術烷烴轉(zhuǎn)換率為80%,氫氣收率4%,C4烯烴16%;反應方式為循環(huán)流化床反應,溫度為600℃。參考同類裝置,該裝置能耗為12 600 MJ/t左右[10]。

        3 某煉油廠應用該技術可行性分析

        丙烷脫氫裝置原料為丙烷,產(chǎn)品為丙烯,副產(chǎn)氫氣。裝置盈利的關鍵在于丙烷與丙烯的差價,從該公司角度來看,增加效益的關鍵則在于丙烷與聚丙烯產(chǎn)品的價差[11~13]。因此,文中從丙烷原料、聚丙烯產(chǎn)品等幾個方面進行分析。

        3.1 自產(chǎn)丙烷脫氫制丙烯、增加丙烯原料

        目前,該公司所產(chǎn)丙烷產(chǎn)品全部送至A煉油廠作為其裂解裝置原料,其石腦油裂解聯(lián)產(chǎn)的丙烯部分送回公司作為聚丙烯裝置原料。由于A煉油廠丙烯產(chǎn)量的60%左右內(nèi)部使用,剩余部分回供,這也是聚丙烯裝置負荷率低的主要原因。

        以該煉油廠年生產(chǎn)計劃為例,聚丙烯裝置加工丙烯42.7×104t,其中從A煉油廠購買的丙烯21.6×104t,裝置負荷率僅為71.2%。所以,如果將自產(chǎn)的丙烷產(chǎn)品通過丙烷脫氫裝置進行加工,生產(chǎn)的丙烯產(chǎn)品作為聚丙烯裝置原料,可緩解聚丙烯裝置的負荷不足的運行狀態(tài),同時降低對A煉油廠丙烯原料的依賴度。

        3.2 公司聚丙烯業(yè)務優(yōu)勢明顯

        該煉油廠聚丙烯產(chǎn)能為60×104t/a,占國內(nèi)總產(chǎn)能的3%左右,為集團公司內(nèi)部最大、技術最先進的聚丙烯生產(chǎn)基地之一,具有明顯的優(yōu)勢。而且在該煉油廠非常重視聚丙烯業(yè)務的前提下,其聚丙烯產(chǎn)品將會更加專用化和高端化,競爭力將會進一步提升,而充足的原料是煉油廠體現(xiàn)聚丙烯優(yōu)勢的前提和保障。

        3.3 增加氫氣內(nèi)部供應

        丙烷脫氫裝置副產(chǎn)氫氣。一方面氫氣價格昂貴,副產(chǎn)的氫氣并入氫氣管網(wǎng),可降低公司外購氫氣的成本費用;另一方面外購氫氣時有發(fā)生中斷的事故,一旦其氫氣供應中斷,會導致加氫裝置氫源不足。如果丙烷脫氫副產(chǎn)的氫氣并入管網(wǎng),在外購氫氣中斷發(fā)生后,可避免生產(chǎn)波動或停工。

        4 效益測算

        按照該廠生產(chǎn)丙烷外供A煉油廠6.3×104t/a,B煉油廠0.9×104t/a來計算,如果新建丙烷脫氫裝置,可將其部分轉(zhuǎn)化為丙烯,不僅增加了聚丙烯裝置丙烯原料5.8×104t,同時副產(chǎn)氫氣2 900 t和C4烯烴1.15 t。

        4.1 丙烷脫氫裝置效益計算

        效益測算時,各原料產(chǎn)品價格按照年內(nèi)平均價格(不含稅)進行計算[14~17]。其中,C4烯烴為液化石油氣組分,其價格與商品丙烷相同,其它價格與裝置效益計算見表1。

        表1 丙烷脫氫裝置年效益計算

        4.2 丙烯原料增加后聚丙烯裝置效益計算

        聚丙烯裝置加工丙烯45.9×104t,其2套裝置設計負荷60×104t/a,可見聚丙烯裝置未滿負荷運行,負荷率僅為76.5%;如果聚丙烯裝置多加工5.8×104t丙烯原料,那么聚丙烯2套裝置負荷率將提升至80.8%[18]。通過效益核算數(shù)據(jù)可得,該煉油廠丙烯效益平均值為340元/t,計算得到:多加工5.8×104t丙烯原料產(chǎn)生的效益為1 972萬元。

        4.3 綜合效益及投資回報率

        (1)新建10×104t/年丙烷脫氫裝置能夠為該煉油廠帶來的效益為[9]:丙烷脫氫裝置效益+增加聚丙烯產(chǎn)品效益=7 473+1 972=9 445(萬元);

        (2)投資回報率:裝置預計投資為4億元,開工50個月即可收回成本。

        5 結(jié)束語

        (1)新型丙烷脫氫技術對原料的純度和雜質(zhì)含量要求不高,不僅可以加工丙烷,還可以加工C4烷烴。所以,在加工負荷允許的條件下,可以加工部分剩余C4,提高其附加價值,有利于公司C4資源的綜合利用。

        (2)與該煉油廠同地區(qū)的兄弟煉油廠丙烷年產(chǎn)量不足10×104t,為提高裝置加工負荷,可購買其關聯(lián)單位生產(chǎn)的丙烷,幾公司之間均有管輸線,運輸成本不高。新建的丙烷脫氫置加工負荷提高后,不僅可以為聚丙烯提供更多的原料,還可增加氫氣供應。

        (3)文中所述丙烷脫氫技術已完成工業(yè)化試驗并取得成功。目前,呼和浩特石化應用此技術在建1套30×104t/a新裝置,應密切關注其相關動態(tài),為此項新技術的實際應用效果作出準確的計算和分析。

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