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【摘 要】随着聚丙烯等下游產品需求的快速增长,以及以乙烷为原料的新建乙烯生产装置比例的增加,丙烯资源供应逐渐呈现出紧张态势。相应地,以丙烯为目的产物的生产技术研究越来越活跃,丙烯生产技术已成为当前炼油和化工重点研究方向之一。
【关键词】生产;丙烯;化学工艺
1.丙烯的定义
丙烯主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷以及异丙醇等,是仅次于乙烯的重要石油化工原料。
２．丙烯制取工艺的发展现状
目前增产丙烯的化学工艺研究主要集中在4个方面:一是改进FCC等炼油工艺,挖掘现有装置潜力,增产丙烯的FCC装置升级技术;二是充分利用炼油及乙烯裂解副产的C4-8等资源,转化为乙烯、丙烯的低碳烯烃裂解技术、烯烃歧化技术;三是丙烷脱氢工艺;四是以天然气、煤等为原料,生产乙烯、丙烯的甲醇制烯烃工艺等。
2.1增产丙烯的FCC工艺技术
全球FCC装置的生产能力约750Mt/a,通过调整原料品种、催化剂、工况和操作条件来增产丙烯的发展潜力非常大,国内外许多公司都在积极开展这方面的研究。
与传统的FCC相比,这类工艺技术操作条件更为苛刻,要求反应温度、剂油比更高,催化时间更短。运用这些技术,虽然汽油收率会受到一定影响,但汽油中的烯烃含量降低,质量得以提高,丙烯的产量比传统FCC高2～4倍。我国炼油工业催化裂化加工能力大、掺渣比高,造成汽油中烯烃含量高,开发应用增产丙烯的FCC工艺技术,在提高油品质量的同时,为下游提供更多的低碳烯烃,具有良好的市场前景。
2.2低碳烯烃裂解制丙烯工艺技术
低碳烯烃裂解是将C4-8烯烃在催化剂作用下转化为丙烯和乙烯的工艺,它不仅可以解决炼厂和石脑油裂解副产的C4-8的出路问题,又可以增产高附加值的乙烯、丙烯产品,成为近年研究较为活跃的领域。
烯烃裂解工艺,从投资费用、生产成本与综合收益来看,均是最具吸引力的工艺。固定床工艺流程相对简单,适于和现有蒸汽裂解结合;流化床工艺流程相对复杂,适于建设大规模生产装置,可以纳入烯烃联合装置,也可以单独建立装置。随着我国一批大型乙烯裂解装置的扩建与新建,C4+烯烃资源越来越丰富,对开发出自主知识产权的烯烃裂解技术,解决C4+烯烃副产、增产高附加值丙烯需求迫切。
2.3烯烃歧化制丙烯工艺技术
烯烃歧化技术多年以前已经开发成功,只是因为近年来一些地区丙烯价格逐步走高,这一技术又重新引起了人们的重视。它是一种通过烯烃碳-碳双键断裂并重新转换为烯烃产物的催化反应,目前以乙烯和2-丁烯为原料歧化为丙烯的生产技术研究较为活跃,主要有ABB Lummus公司的OCT高温催化剂工艺和法国石油研究院(IFP)的Meta-4低温催化剂工艺。
烯烃歧化工艺可应用于石脑油蒸汽裂解装置增产丙烯,投资增加不多,即可提高石脑油裂解装置的丙烯/乙烯产量比,但缺点是每生产1t丙烯,要消耗掉0.42t乙烯,因此只有在丙烯价格高于乙烯价格、乙烯产量过剩时才是经济可行的。另外歧化技术不能将异丁烯以及C5-8烯烃转化为丙烯,应用受到一定限制。近年开发的自动歧化技术,不用或用少量乙烯,应用前景看好。
2.4丙烷脱氢制丙烯工艺技术
丙烷脱氢是强吸热过程,可在高温和相对低压下获得合理的丙烯收率。丙烷脱氢技术具有3大优势:首先,是进料单一,产品单一(主要是丙烯);其次,是生产成本只与丙烷密切相关,而丙烷价格与石脑油价格、丙烯市场没有直接的关联,这可以帮助丙烯衍生物生产商改进原料的成本结构,规避一些市场风险;第三,是对于丙烯供应不足的衍生物生产厂,可购进成本较低的丙烷生产丙烯,免除运输与储存丙烯的高成本支出。
与其它生产技术相比,获得同等规模的丙烯产量,丙烷脱氢技术的基建投资相对较低,目前的经济规模是250kt/a。丙烷原料价格对生产成本影响较大,只有当丙烯与丙烷的长期平均最小价差大于200美元/t时,工厂才能有较好的利润。中东地区丙烷资源丰富、价格稳定有利于建设丙烷脱氢厂。我国目前尚不具备建设丙烷脱氢厂的条件,对这方面的研究,可作为一定的技术储备。
2.5甲醇制烯烃工艺技术
在原油价格攀升,天然气或煤炭资源相对丰富的情况下,以天然气或煤为原料生产甲醇,再以甲醇生产烯烃(MTO工艺)或以甲醇生产丙烯(MTP工艺)的技术越来越受关注。目前比较成熟的工艺主要有UOP/Hydro公司的MTO工艺和Lurgi公司的MTP工艺。
MTO、MTP工艺可作为以石油为原料生产烯烃的替代或补充,与原油和石脑油价格相比,天然气价格相对独立,因此利用MTO技术有利于改善原料成本结构,这对于原油资源日益紧张的我国非常有意义。与石脑油或乙烷裂解相比,当原油价格高于16美元/bbl或乙烷价格高于3美元/MBtu时,MTO可以提供较低的生产成本和较高的投资回报。
2.6烯烃生产工艺的最新进展
过去几年里增产丙烯工艺取得了重大进展,这些工艺各俱特色,但也存在一些不足之处,为取长补短,这些工艺出现了多种应用组合,导致了工艺性能的重大改进。
烯烃裂解技术与石脑油蒸汽裂解工艺组合。烯烃裂解装置(如OCP工艺)的进料可以是石脑油裂解、FCC、焦化、MTO等副产的C4-8烯烃混合物,而且烯烃裂解产生的C4-8蒸汽可以?环进裂解炉进一步反应。OCP装置每生产1t丙烯可联产0.25t乙烯,当它与石脑油蒸汽裂解装置一体化建设,能大大降低投资和运行费用,减少C4+副产,多产30%的丙烯。
烯烃裂解工艺与MTO组合。MTO的特点是每生产1t乙烯和丙烯,仅产出0.2tC4+副产品,如果再增加一套OCP装置转化较重的烯烃,乙烯与丙烯收率可提高20%,达到85%～90%,丙烯与乙烯产量比增至1.75,C4+副产品几乎减少80%。通过优化MTO催化剂和MTO与烯烃裂解工艺的结合,丙烯与乙烯比可达到2.0以上。
３．结束语
我国炼油企业,基本都建有副产丙烯的回收装置和丙烯衍生物生产装置;炼油化工一体化企业,既有炼油部分,又有蒸汽裂解制乙烯部分,还有加工副产丙烯的成套装置,因此组合应用FCC工艺多产丙烯、烯烃裂解工艺生产丙烯等技术,具有良好的应用基础,今后必将会得以重点发展。■
【参考文献】
［１］朱明慧.国外丙烯生产技术最新进展及技术经济比较[J].国际石油经济,2006.
［２］王滨.C4、C5烯烃制乙烯丙烯催化技术进展[J].分子催化,2006.
［３］桑磊.丙烯氧化工艺的研究[D].山东科技大学,2007.
【关键词】生产;丙烯;化学工艺
1.丙烯的定义
丙烯主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷以及异丙醇等,是仅次于乙烯的重要石油化工原料。
２．丙烯制取工艺的发展现状
目前增产丙烯的化学工艺研究主要集中在4个方面:一是改进FCC等炼油工艺,挖掘现有装置潜力,增产丙烯的FCC装置升级技术;二是充分利用炼油及乙烯裂解副产的C4-8等资源,转化为乙烯、丙烯的低碳烯烃裂解技术、烯烃歧化技术;三是丙烷脱氢工艺;四是以天然气、煤等为原料,生产乙烯、丙烯的甲醇制烯烃工艺等。
2.1增产丙烯的FCC工艺技术
全球FCC装置的生产能力约750Mt/a,通过调整原料品种、催化剂、工况和操作条件来增产丙烯的发展潜力非常大,国内外许多公司都在积极开展这方面的研究。
与传统的FCC相比,这类工艺技术操作条件更为苛刻,要求反应温度、剂油比更高,催化时间更短。运用这些技术,虽然汽油收率会受到一定影响,但汽油中的烯烃含量降低,质量得以提高,丙烯的产量比传统FCC高2～4倍。我国炼油工业催化裂化加工能力大、掺渣比高,造成汽油中烯烃含量高,开发应用增产丙烯的FCC工艺技术,在提高油品质量的同时,为下游提供更多的低碳烯烃,具有良好的市场前景。
2.2低碳烯烃裂解制丙烯工艺技术
低碳烯烃裂解是将C4-8烯烃在催化剂作用下转化为丙烯和乙烯的工艺,它不仅可以解决炼厂和石脑油裂解副产的C4-8的出路问题,又可以增产高附加值的乙烯、丙烯产品,成为近年研究较为活跃的领域。
烯烃裂解工艺,从投资费用、生产成本与综合收益来看,均是最具吸引力的工艺。固定床工艺流程相对简单,适于和现有蒸汽裂解结合;流化床工艺流程相对复杂,适于建设大规模生产装置,可以纳入烯烃联合装置,也可以单独建立装置。随着我国一批大型乙烯裂解装置的扩建与新建,C4+烯烃资源越来越丰富,对开发出自主知识产权的烯烃裂解技术,解决C4+烯烃副产、增产高附加值丙烯需求迫切。
2.3烯烃歧化制丙烯工艺技术
烯烃歧化技术多年以前已经开发成功,只是因为近年来一些地区丙烯价格逐步走高,这一技术又重新引起了人们的重视。它是一种通过烯烃碳-碳双键断裂并重新转换为烯烃产物的催化反应,目前以乙烯和2-丁烯为原料歧化为丙烯的生产技术研究较为活跃,主要有ABB Lummus公司的OCT高温催化剂工艺和法国石油研究院(IFP)的Meta-4低温催化剂工艺。
烯烃歧化工艺可应用于石脑油蒸汽裂解装置增产丙烯,投资增加不多,即可提高石脑油裂解装置的丙烯/乙烯产量比,但缺点是每生产1t丙烯,要消耗掉0.42t乙烯,因此只有在丙烯价格高于乙烯价格、乙烯产量过剩时才是经济可行的。另外歧化技术不能将异丁烯以及C5-8烯烃转化为丙烯,应用受到一定限制。近年开发的自动歧化技术,不用或用少量乙烯,应用前景看好。
2.4丙烷脱氢制丙烯工艺技术
丙烷脱氢是强吸热过程,可在高温和相对低压下获得合理的丙烯收率。丙烷脱氢技术具有3大优势:首先,是进料单一,产品单一(主要是丙烯);其次,是生产成本只与丙烷密切相关,而丙烷价格与石脑油价格、丙烯市场没有直接的关联,这可以帮助丙烯衍生物生产商改进原料的成本结构,规避一些市场风险;第三,是对于丙烯供应不足的衍生物生产厂,可购进成本较低的丙烷生产丙烯,免除运输与储存丙烯的高成本支出。
与其它生产技术相比,获得同等规模的丙烯产量,丙烷脱氢技术的基建投资相对较低,目前的经济规模是250kt/a。丙烷原料价格对生产成本影响较大,只有当丙烯与丙烷的长期平均最小价差大于200美元/t时,工厂才能有较好的利润。中东地区丙烷资源丰富、价格稳定有利于建设丙烷脱氢厂。我国目前尚不具备建设丙烷脱氢厂的条件,对这方面的研究,可作为一定的技术储备。
2.5甲醇制烯烃工艺技术
在原油价格攀升,天然气或煤炭资源相对丰富的情况下,以天然气或煤为原料生产甲醇,再以甲醇生产烯烃(MTO工艺)或以甲醇生产丙烯(MTP工艺)的技术越来越受关注。目前比较成熟的工艺主要有UOP/Hydro公司的MTO工艺和Lurgi公司的MTP工艺。
MTO、MTP工艺可作为以石油为原料生产烯烃的替代或补充,与原油和石脑油价格相比,天然气价格相对独立,因此利用MTO技术有利于改善原料成本结构,这对于原油资源日益紧张的我国非常有意义。与石脑油或乙烷裂解相比,当原油价格高于16美元/bbl或乙烷价格高于3美元/MBtu时,MTO可以提供较低的生产成本和较高的投资回报。
2.6烯烃生产工艺的最新进展
过去几年里增产丙烯工艺取得了重大进展,这些工艺各俱特色,但也存在一些不足之处,为取长补短,这些工艺出现了多种应用组合,导致了工艺性能的重大改进。
烯烃裂解技术与石脑油蒸汽裂解工艺组合。烯烃裂解装置(如OCP工艺)的进料可以是石脑油裂解、FCC、焦化、MTO等副产的C4-8烯烃混合物,而且烯烃裂解产生的C4-8蒸汽可以?环进裂解炉进一步反应。OCP装置每生产1t丙烯可联产0.25t乙烯,当它与石脑油蒸汽裂解装置一体化建设,能大大降低投资和运行费用,减少C4+副产,多产30%的丙烯。
烯烃裂解工艺与MTO组合。MTO的特点是每生产1t乙烯和丙烯,仅产出0.2tC4+副产品,如果再增加一套OCP装置转化较重的烯烃,乙烯与丙烯收率可提高20%,达到85%～90%,丙烯与乙烯产量比增至1.75,C4+副产品几乎减少80%。通过优化MTO催化剂和MTO与烯烃裂解工艺的结合,丙烯与乙烯比可达到2.0以上。
３．结束语
我国炼油企业,基本都建有副产丙烯的回收装置和丙烯衍生物生产装置;炼油化工一体化企业,既有炼油部分,又有蒸汽裂解制乙烯部分,还有加工副产丙烯的成套装置,因此组合应用FCC工艺多产丙烯、烯烃裂解工艺生产丙烯等技术,具有良好的应用基础,今后必将会得以重点发展。■
【参考文献】
［１］朱明慧.国外丙烯生产技术最新进展及技术经济比较[J].国际石油经济,2006.
［２］王滨.C4、C5烯烃制乙烯丙烯催化技术进展[J].分子催化,2006.
［３］桑磊.丙烯氧化工艺的研究[D].山东科技大学,2007.