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[摘要]隨著聚丙烯等下游產品需求的快速增長,以及以乙烷為原料的新建乙烯生產裝置比例的增加,丙烯資源供應逐漸呈現出緊張態勢。相應地,以丙烯為目的產物的生產技術研究越來越活躍,丙烯生產技術已成為當前煉油和化工重點研究方向之一。

[關鍵詞]生產丙烯化學工藝

1丙烯的定義

丙烯主要用于生產聚丙烯、丙烯腈、環氧丙烷以及異丙醇等,是僅次于乙烯的重要石油化工原料。

2丙烯制取工藝的發展現狀

目前增產丙烯的化學工藝研究主要集中在4個方面:一是改進FCC等煉油工藝,挖掘現有裝置潛力,增產丙烯的FCC裝置升級技術;二是充分利用煉油及乙烯裂解副產的C4-8等資源,轉化為乙烯、丙烯的低碳烯烴裂解技術、烯烴歧化技術;三是丙烷脫氫工藝;四是以天然氣、煤等為原料,生產乙烯、丙烯的甲醇制烯烴工藝等。

2.1增產丙烯的FCC工藝技術

全球FCC裝置的生產能力約750Mt/a,通過調整原料品種、催化劑、工況和操作條件來增產丙烯的發展潛力非常大,國內外許多公司都在積極開展這方面的研究。

與傳統的FCC相比,這類工藝技術操作條件更為苛刻,要求反應溫度、劑油比更高,催化時間更短。運用這些技術,雖然汽油收率會受到一定影響,但汽油中的烯烴含量降低,質量得以提高,丙烯的產量比傳統FCC高2～4倍。我國煉油工業催化裂化加工能力大、摻渣比高,造成汽油中烯烴含量高,開發應用增產丙烯的FCC工藝技術,在提高油品質量的同時,為下游提供更多的低碳烯烴,具有良好的市場前景。

2.2低碳烯烴裂解制丙烯工藝技術

低碳烯烴裂解是將C4-8烯烴在催化劑作用下轉化為丙烯和乙烯的工藝,它不僅可以解決煉廠和石腦油裂解副產的C4-8的出路問題,又可以增產高附加值的乙烯、丙烯產品,成為近年研究較為活躍的領域。

烯烴裂解工藝,從投資費用、生產成本與綜合收益來看,均是最具吸引力的工藝。固定床工藝流程相對簡單,適于和現有蒸汽裂解結合;流化床工藝流程相對復雜,適于建設大規模生產裝置,可以納入烯烴聯合裝置,也可以單獨建立裝置。隨著我國一批大型乙烯裂解裝置的擴建與新建,C4+烯烴資源越來越豐富,對開發出自主知識產權的烯烴裂解技術,解決C4+烯烴副產、增產高附加值丙烯需求迫切。

2.3烯烴歧化制丙烯工藝技術

烯烴歧化技術多年以前已經開發成功,只是因為近年來一些地區丙烯價格逐步走高,這一技術又重新引起了人們的重視。它是一種通過烯烴碳-碳雙鍵斷裂并重新轉換為烯烴產物的催化反應,目前以乙烯和2-丁烯為原料歧化為丙烯的生產技術研究較為活躍,主要有ABBLummus公司的OCT高溫催化劑工藝和法國石油研究院(IFP)的Meta-4低溫催化劑工藝。

烯烴歧化工藝可應用于石腦油蒸汽裂解裝置增產丙烯,投資增加不多,即可提高石腦油裂解裝置的丙烯/乙烯產量比,但缺點是每生產1t丙烯,要消耗掉0.42t乙烯,因此只有在丙烯價格高于乙烯價格、乙烯產量過剩時才是經濟可行的。另外歧化技術不能將異丁烯以及C5-8烯烴轉化為丙烯,應用受到一定限制。近年開發的自動歧化技術,不用或用少量乙烯,應用前景看好。2.4丙烷脫氫制丙烯工藝技術

丙烷脫氫是強吸熱過程,可在高溫和相對低壓下獲得合理的丙烯收率。丙烷脫氫技術具有3大優勢:首先,是進料單一,產品單一(主要是丙烯);其次,是生產成本只與丙烷密切相關,而丙烷價格與石腦油價格、丙烯市場沒有直接的關聯,這可以幫助丙烯衍生物生產商改進原料的成本結構,規避一些市場風險;第三,是對于丙烯供應不足的衍生物生產廠,可購進成本較低的丙烷生產丙烯,免除運輸與儲存丙烯的高成本支出。

與其它生產技術相比,獲得同等規模的丙烯產量,丙烷脫氫技術的基建投資相對較低,目前的經濟規模是250kt/a。丙烷原料價格對生產成本影響較大,只有當丙烯與丙烷的長期平均最小價差大于200美元/t時,工廠才能有較好的利潤。中東地區丙烷資源豐富、價格穩定有利于建設丙烷脫氫廠。我國目前尚不具備建設丙烷脫氫廠的條件,對這方面的研究,可作為一定的技術儲備。

2.5甲醇制烯烴工藝技術

在原油價格攀升,天然氣或煤炭資源相對豐富的情況下,以天然氣或煤為原料生產甲醇,再以甲醇生產烯烴(MTO工藝)或以甲醇生產丙烯(MTP工藝)的技術越來越受關注。目前比較成熟的工藝主要有UOP/Hydro公司的MTO工藝和Lurgi公司的MTP工藝。

MTO、MTP工藝可作為以石油為原料生產烯烴的替代或補充,與原油和石腦油價格相比,天然氣價格相對獨立,因此利用MTO技術有利于改善原料成本結構,這對于原油資源日益緊張的我國非常有意義。與石腦油或乙烷裂解相比,當原油價格高于16美元/bbl或乙烷價格高于3美元/MBtu時,MTO可以提供較低的生產成本和較高的投資回報。

2.6烯烴生產工藝的最新進展

過去幾年里增產丙烯工藝取得了重大進展,這些工藝各俱特色,但也存在一些不足之處,為取長補短,這些工藝出現了多種應用組合,導致了工藝性能的重大改進。

烯烴裂解技術與石腦油蒸汽裂解工藝組合。烯烴裂解裝置(如OCP工藝)的進料可以是石腦油裂解、FCC、焦化、MTO等副產的C4-8烯烴混合物,而且烯烴裂解產生的C4-8蒸汽可以?環進裂解爐進一步反應。OCP裝置每生產1t丙烯可聯產0.25t乙烯,當它與石腦油蒸汽裂解裝置一體化建設,能大大降低投資和運行費用,減少C4+副產,多產30%的丙烯。

烯烴裂解工藝與MTO組合。MTO的特點是每生產1t乙烯和丙烯,僅產出0.2tC4+副產品,如果再增加一套OCP裝置轉化較重的烯烴,乙烯與丙烯收率可提高20%,達到85%～90%,丙烯與乙烯產量比增至1.75,C4+副產品幾乎減少80%。通過優化MTO催化劑和MTO與烯烴裂解工藝的結合,丙烯與乙烯比可達到2.0以上。新晨

3結束語

我國煉油企業,基本都建有副產丙烯的回收裝置和丙烯衍生物生產裝置;煉油化工一體化企業,既有煉油部分,又有蒸汽裂解制乙烯部分,還有加工副產丙烯的成套裝置,因此組合應用FCC工藝多產丙烯、烯烴裂解工藝生產丙烯等技術,具有良好的應用基礎,今后必將會得以重點發展。

參考文獻:

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[3]桑磊.丙烯氧化工藝的研究[D].山東科技大學,2007.