摘" " " 要： 丙烷脫氫制丙烯技術(shù)工藝流程短，裝置操作簡單，投資及運(yùn)營成本較低，已成為行業(yè)的重要研究對象，其中Oleflex、Catofin和K-PRO?工藝技術(shù)優(yōu)勢明顯。首先對3種工藝進(jìn)行了介紹，進(jìn)而對比分析了3種工藝的技術(shù)特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性，并結(jié)合分析得出結(jié)論，提出投資建議。

關(guān)" 鍵" 詞：丙烷脫氫；丙烯；技術(shù)特點(diǎn)；經(jīng)濟(jì)分析

中圖分類號：TQ222.2+4" " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A" " "文章編號： 1004-0935（2023）02-0223-04

丙烯是僅次于乙烯的重要有機(jī)化工原料，是生產(chǎn)聚丙烯、環(huán)氧丙烷、丙烯酸、丙烯腈、丁醇等下游產(chǎn)品的主要原料[1]。隨著國內(nèi)相關(guān)化工產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，化工行業(yè)對丙烯的需求量逐年上升，丙烯的生產(chǎn)技術(shù)已成為行業(yè)的重要研究對象。目前，生產(chǎn)丙烯的技術(shù)主要有蒸汽裂解制烯烴、催化裂化制烯烴、煤制烯烴、甲醇制丙烯、丙烷脫氫制丙烯等。丙烷脫氫工藝以丙烷為原料，在催化劑作用下脫氫生成聚合級丙烯產(chǎn)品，相比其他制丙烯工藝，因具有以下優(yōu)勢而受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注，一是丙烷在600 ℃左右的條件下經(jīng)催化脫氫得到丙烯，該技術(shù)的特點(diǎn)是單一原料生產(chǎn)單一產(chǎn)品（主要是丙烯），跟傳統(tǒng)的煉廠副產(chǎn)和蒸汽裂解工藝相比，工藝流程較短，裝置簡單，投資和運(yùn)營成本較低；二是跟煤制烯烴相比，丙烷脫氫的投資低，能耗低，對環(huán)境相對友好；三是丙烷脫氫可以將低價值的丙烷轉(zhuǎn)化為高價值的丙烯，并充分利用項(xiàng)目富余原料延伸產(chǎn)業(yè)鏈，生產(chǎn)多元化產(chǎn)品，提高產(chǎn)品附加值，延長增值鏈。

目前，全世界范圍內(nèi)有6種丙烷脫氫技術(shù)，分別是UOP公司的Oleflex技術(shù)、LUMMUS公司的Catofin技術(shù)、KBR公司的K-PRO?技術(shù)、Uhde公司的STAR技術(shù)、Linde公司的PDH技術(shù)和Snamproggetti-Yarsintez公司的FBD-3技術(shù)[2]。根據(jù)目前在全球及國內(nèi)的技術(shù)轉(zhuǎn)讓、應(yīng)用以及裝置投資等綜合情況來看，UOP公司的Oleflex、LUMMUS公司的Catofin和KBR公司的K-PRO?技術(shù)比較有優(yōu)勢，本文主要對這3種工藝的技術(shù)特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對比分析，為此類項(xiàng)目建設(shè)提供參考和建議。

1" 丙烷脫氫工藝簡介

1.1" UOP公司的Oleflex技術(shù)

UOP公司的Oleflex催化脫氫工藝?yán)帽闉樵?，采用移動床反?yīng)器，催化劑為氧化鋁基鉑，通過催化劑連續(xù)再生系統(tǒng)保持催化劑活性，反應(yīng)壓力控制在0.1～0.3 MPa，反應(yīng)溫度控制在525～ 700 ℃范圍[3]。該反應(yīng)為強(qiáng)吸熱反應(yīng)，因此設(shè)置進(jìn)料加熱器，并在移動床之間設(shè)有加熱器，用于進(jìn)料加熱及維持反應(yīng)器所需溫度[4]。該工藝由反應(yīng)區(qū)、催化劑連續(xù)再生區(qū)、產(chǎn)品壓縮區(qū)和精餾區(qū)組成，其主要工藝流程為：反應(yīng)出口的物料首先進(jìn)行壓縮干燥，之后進(jìn)入低溫系統(tǒng)分離出氫，烯烴產(chǎn)物則通過選擇加氫單元去除二烯烴，之后脫除輕組分進(jìn)入丙烯精餾塔，未發(fā)生反應(yīng)的丙烷返回至脫丙烷塔，與新鮮丙烷和循環(huán)氫氣一起進(jìn)入反應(yīng)器[5]。該工藝的丙烷單程轉(zhuǎn)化率在35%左右，生產(chǎn)1 kg丙烯大約需要消耗丙烷1.22 kg。

1.2" LUMMUS公司的Catofin技術(shù)

Catofin工藝是LUMMUS公司開發(fā)的C3～C5烷烴脫氫生產(chǎn)單烯烴技術(shù)[6]。該工藝采用固定床反應(yīng)器，反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，通過多個并聯(lián)反應(yīng)器順控操作。使用鉻-鋁催化劑，反應(yīng)壓力控制在" 0.02～0.05 MPa，反應(yīng)溫度控制在530～620 ℃范圍。其工藝分為4個工序：丙烷脫氫制丙烯、產(chǎn)品氣壓縮、丙烷和丙烯的分離回收、產(chǎn)品的精制提純[7]。該工藝的丙烷單程轉(zhuǎn)化率在40%左右，生產(chǎn)1 kg丙烯產(chǎn)品大約需要消耗丙烷1.18 kg。

1.3" KBR公司的K-PRO?技術(shù)

KBR公司于2019年1月推出的K-PRO?丙烷脫氫（PDH）技術(shù)是KBR基于煉油廠催化裂化（FCC）和催化轉(zhuǎn)化烯烴技術(shù)（K-COT?）領(lǐng)域70多年技術(shù)開發(fā)和許可經(jīng)驗(yàn)。K-PRO?丙烷脫氫技術(shù)采用了KBR的Orthoflow?流化催化裂化（FCC）轉(zhuǎn)換器技術(shù)，同時還利用了KBR在數(shù)十年的SCORE?蒸汽裂解和K-COT? 催化烯烴技術(shù)。該工藝采用流化床反應(yīng)器，催化劑為二氧化鈦、氧化鋅、氧化鋯，反應(yīng)壓力控制在0.15 MPa左右，反應(yīng)溫度控制在600～625 ℃條件下。該工藝的丙烷單程轉(zhuǎn)化率在45%左右，生產(chǎn)1 kg丙烯大約需要消耗丙烷1.20 kg。

2" 技術(shù)特點(diǎn)對比分析

2.1" Oleflex 工藝特點(diǎn)

Oleflex工藝的優(yōu)點(diǎn)是使用多個串聯(lián)移動床反應(yīng)器使得脫氫轉(zhuǎn)化最優(yōu)且均勻穩(wěn)定，催化劑可連續(xù)再生，以氫氣為稀釋劑，通過氫的再循環(huán)抑制結(jié)焦，保持催化劑活性，類似煉廠的連續(xù)重整裝置。為了增強(qiáng)競爭力，UOP公司近些年對催化劑和工藝進(jìn)行了多次改進(jìn)，已有DeH-8、DeH-10、DeH-12、DeH-14、DeH-16五代工業(yè)化催化劑[8]，其中最新的DeH-16催化劑使用壽命在4年左右，鉑含量也大幅降低，并有效保障產(chǎn)量的穩(wěn)定性。

其缺點(diǎn)是使用了貴金屬催化劑，對原料要求苛刻。另外，反應(yīng)器在運(yùn)行時容易結(jié)焦，裝置運(yùn)行穩(wěn)定性低于Catofin工藝，且能耗相對較大[9]。

2.2" Catofin工藝特點(diǎn)

Catofin工藝的優(yōu)點(diǎn)是采用多個并聯(lián)固定床反應(yīng)器進(jìn)行周期切換，以保證生產(chǎn)的連續(xù)性[10]，周期切換由計(jì)時儀表設(shè)定液壓制動閥門的動作，設(shè)有聯(lián)鎖系統(tǒng)確保閥門安全操作，防止烴類和空氣接觸。其催化劑為非貴金屬，對原料雜質(zhì)要求低，能夠承受原料中含有一定C4以上重組分，并對含氯、含氮、含硫化合物有較好的承受能力，使用壽命在4年左右。催化劑不需要移出，從而使得操作簡單、可靠，運(yùn)行周期相對較長。此外，Catofin工藝沒有氫的再循環(huán)，使得能耗成本較低。低溫回收區(qū)、產(chǎn)品精制、制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)特征為：丙烯機(jī)和乙烯機(jī)構(gòu)成復(fù)迭式制冷系統(tǒng)，高效冷箱設(shè)計(jì)最大限度地壓縮設(shè)備數(shù)和所需的制冷壓縮功率，采用低壓脫乙烷塔不再設(shè)置進(jìn)料泵。

其缺點(diǎn)是反應(yīng)器臺數(shù)多，占地面積大。

2.3" K-PRO?工藝特點(diǎn)

K-PRO?工藝技術(shù)的主要特點(diǎn)是采用同軸式流化床反應(yīng)器，催化劑連續(xù)再生，且不含貴金屬（如鉑）及有害金屬（如鉻），無移動床或切換反應(yīng)器，操作穩(wěn)定性好，系統(tǒng)內(nèi)優(yōu)化熱平衡。K-PRO?工藝沒有氫的再循環(huán)，使得設(shè)備尺寸減小，能耗成本降低。低溫回收區(qū)、產(chǎn)品精制、制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)特征為：丙烯機(jī)和乙烯機(jī)構(gòu)成復(fù)迭式制冷系統(tǒng)，高效冷箱設(shè)計(jì)最大限度地壓縮設(shè)備數(shù)和所需的制冷壓縮功率。

以上3種丙烷脫氫技術(shù)特點(diǎn)對比情況見表1。

3" 經(jīng)濟(jì)性對比分析

3.1" 業(yè)績方面

Oleflex和Catofin技術(shù)均是在PDH領(lǐng)域發(fā)展了30余年的成熟技術(shù)，各有優(yōu)劣，難分伯仲。Oleflex工藝是20世紀(jì)80年代開發(fā)的，1990年首先在泰國建成投產(chǎn)了一套10萬t·a-1工業(yè)化丙烷脫氫裝置。Catofin工藝首套工業(yè)裝置于1991年在比利時建成投產(chǎn)，丙烯生產(chǎn)能力25萬t·a-1。目前，這兩種技術(shù)最大的單套能力均是75萬t·a-1。在國內(nèi)，這兩大技術(shù)的典型代表為天津渤化60萬t·a-1和萬華化學(xué)" " 75萬t·a-1 PDH項(xiàng)目，這兩家裝置運(yùn)行穩(wěn)定，均未發(fā)生非計(jì)劃停車事故。K-PRO?技術(shù)在全球范圍內(nèi)尚無應(yīng)用，該技術(shù)第一份商業(yè)合同將應(yīng)用于亞洲一套60萬t·a-1丙烷脫氫裝置，計(jì)劃2023年啟動[11]。

3.2" 投資方面

Oleflex工藝反應(yīng)裝置較少，占地面積相對較小，但由于需要大量的高壓蒸汽，因此在公用工程方面的投資較高；Catofin工藝反應(yīng)裝置多，且固定床反應(yīng)器規(guī)格較大，因此在用地面積及固定投資方面會有所增加；K-PRO?工藝無移動床或切換反應(yīng)器，占地面積小，固定投資低于以上兩種工藝。以規(guī)模為60萬t·a-1的丙烷脫氫裝置為例，Oleflex和Catofin工藝總體投資相差不大，投資估算在30億元左右[12]，K-PRO?工藝投資估算在20億元左右。上述投資估算根據(jù)項(xiàng)目所在地土地價格和建材價格即時波動。

3.3" 物料及催化劑方面

原料單耗方面：Oleflex技術(shù)生產(chǎn)1 t丙烯需要消耗丙烷原料1.22 t，Catofin技術(shù)生產(chǎn)1 t丙烯需要消耗丙烷原料1.18 t， K-PRO?技術(shù)生產(chǎn)1 t丙烯需要消耗丙烷原料1.20 t，三者丙烷單耗量相差不大，均在1.20上下。

催化劑方面： Oleflex工藝催化劑為貴金屬，可連續(xù)再生，催化劑對進(jìn)料的雜質(zhì)率要求較高，使用壽命在4年左右，平均催化劑費(fèi)用為每噸丙烯 150元；Catofin工藝的催化劑為非貴金屬，催化劑費(fèi)用相對較低，能夠承受硫、氮等雜質(zhì)[13]，反應(yīng)生成的重?zé)N在催化劑上沉積并結(jié)焦，通過燒焦再生保持催化劑活性，使用壽命在4年左右，平均催化劑費(fèi)用為每噸丙烯100元；K-PRO?技術(shù)是一種創(chuàng)新的催化劑，不含貴金屬（如鉑）或有害金屬（如鉻），連續(xù)再生，高活性和穩(wěn)定的催化劑以及最佳的反應(yīng)溫度、壓力和停留時間可帶來更高的轉(zhuǎn)化率和選擇性，與上述兩種技術(shù)相比，環(huán)境也更加友好。

3.4" 運(yùn)營維護(hù)方面

在項(xiàng)目運(yùn)營維護(hù)方面，項(xiàng)目建設(shè)初期并不明顯，一般在項(xiàng)目運(yùn)行2～3年之后，關(guān)鍵配件需要更換維修，如Oleflex工藝反應(yīng)絲網(wǎng)的維修清焦、Catofin工藝閥門更換備件等費(fèi)用將逐步增加。通常，項(xiàng)目每年維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用不會低于1 000萬元。企業(yè)在項(xiàng)目籌建過程中，應(yīng)充分考慮到后續(xù)項(xiàng)目運(yùn)營維護(hù)這部分隱性成本費(fèi)用。

4" 結(jié)論及建議

Oleflex屬于移動床技術(shù)，反應(yīng)器為4臺裝置串聯(lián)，占地面積較小，催化劑始終保持較好的活性狀態(tài)，反應(yīng)器結(jié)焦是操作運(yùn)行中面臨的較大限制；Catofin屬于固定床技術(shù)，反應(yīng)裝置多，占地面積較大，其操作簡單穩(wěn)定，運(yùn)行周期長，但隨著裝置的運(yùn)行催化劑活性逐步降低；K-PRO?屬于流化床技術(shù)，無移動床或切換反應(yīng)器，占地面積小，催化劑連續(xù)再生，操作較為繁瑣，投資成本低于以上兩種工藝?；谝陨咸攸c(diǎn)，建議項(xiàng)目盡可能進(jìn)行規(guī)?；ㄔO(shè)和規(guī)劃，通過規(guī)模優(yōu)勢降低單位產(chǎn)品能耗。同時，建議充分利用丙烯、氫氣等作為原料持續(xù)延伸產(chǎn)業(yè)鏈，生產(chǎn)多元化產(chǎn)品，如環(huán)氧丙烷、丙烯酸、丁辛醇、聚丙烯酸酯、己二腈、己內(nèi)酰胺、可降解塑料PBAT和PBS、合成氨及氫燃料等產(chǎn)品，走精細(xì)化工路線，提高產(chǎn)品附加值，形成產(chǎn)業(yè)集聚，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目效益的最大化。企業(yè)在技術(shù)的選擇過程中還應(yīng)權(quán)衡考慮全廠工藝流程、用地余量、公用工程配套條件以及項(xiàng)目所在地電力、燃料成本等因素，再做選擇。

此外，丙烷脫氫相比其他類型生產(chǎn)工藝的競爭力主要在于原料丙烷與產(chǎn)品丙烯的價格差，穩(wěn)定的來源渠道及低廉的原料價格對項(xiàng)目影響巨大。在項(xiàng)目布局方面，考慮到原料丙烷主要來自海外進(jìn)口，因此，廠址選擇應(yīng)盡可能臨近港口，并貼近產(chǎn)品需求旺盛地區(qū)，以降低綜合物流成本。隨著國內(nèi)丙烯供應(yīng)量逐年增加，市場競爭日趨激烈，丙烯下游產(chǎn)業(yè)已接近80%產(chǎn)能過剩，供需矛盾突出。因此，建議企業(yè)在充分考慮丙烷脫氫項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的同時，還應(yīng)重點(diǎn)從項(xiàng)目運(yùn)營模式、管理團(tuán)隊(duì)、原料長期穩(wěn)定供應(yīng)渠道、物流運(yùn)輸、下游產(chǎn)業(yè)承接、人力成本等多角度全面考量，以提升項(xiàng)目的綜合成本競爭力。

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Comparative Analysis on Characteristics and

Economy of Propane Dehydrogenation to Propylene Processes

LUO Kai， YUAN Yi

（Jinzhou Port Co.， Ltd， Jinzhou Liaoning 121000， China）

Abstract：" Propane dehydrogenation to propylene has become an important research object in the industry because of its short process flow， simple operation， low investment and operating cost， among which Oleflex， Catofin and K-PRO? have obvious technical advantages. In this paper， the three processes were introduced， and then the technical characteristics and economy of the three processes were analyzed， and investment suggestions were put forward.

Key words： Propane dehydrogenation; Propylene; Technical characteristics; Economic analysis