婁 賀

（上海華誼集團公司，上海 200040）

中國實行碳達峰碳中和，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、煉化轉(zhuǎn)型的步伐將加快，由“能源化”向“材料化”轉(zhuǎn)變。采用常規(guī)化學原料生產(chǎn)新產(chǎn)品、新原材料，是中國能源發(fā)展的必然趨勢［1］。

丙烯除了生產(chǎn)丙烯腈、丁辛醇、異丙醇、苯酚、丙酮、丙烯酸等下游產(chǎn)品外，并在逐步取代傳統(tǒng)原材料。隨著丙烷脫氫化技術的不斷完善和國際上非傳統(tǒng)天然能源的突破，丙烷脫氫制丙烯具有巨大的競爭優(yōu)勢，吸引了眾多企業(yè)的投資。

1 丙烷脫氫工藝簡述

1.1 Oleflex工藝

UOP公司的Oleflex技術于20世紀80年代初開始工業(yè)化生產(chǎn)。該工藝中，原料丙烷經(jīng)加熱爐加熱至600～700℃后在反應器內(nèi)被鉑系催化劑催化脫氫，之后經(jīng)冷箱深冷分離、分餾單元精制后得到高純度丙烯。丙烷單程轉(zhuǎn)化率為35%～40%，丙烯選擇性為84%～89%。該工藝分為反應單元、分餾單元和催化劑再生單元。反應過程中催化劑持續(xù)流動，并經(jīng)再生單元燒焦后返回反應器，循環(huán)往復［2］。該工藝采用的丙烷原材料的純度達96%以上，同時系統(tǒng)內(nèi)需維持一定比例的氫含量，以抑制催化劑結(jié)焦、丙烷裂解，并維持脫氫反應溫度。

Oleflex工藝反應均勻穩(wěn)定，反應器內(nèi)各部分具有相同的催化劑活性，并采用等溫操作，可連續(xù)再生和補充催化劑［3］。同時，該工藝具有高活性、高選擇性、低磨損、無鉻等有害物的優(yōu)點。

1.2 Catofin工藝

Catofin工藝是ABB Lummus公司開發(fā)的C3～C5烷烴脫氫生產(chǎn)單烯烴技術。利用逆流固定床法，以低碳烷烴為原料，利用鉻系催化脫氫制取丙烯。該工藝包括反應、壓縮、回收、精制4個部分［4］。原料丙烷先在催化劑作用下生成丙烯，反應器流出物由多級壓縮機壓縮。經(jīng)回收工段處理后，丙烷、丙烯和其它重組分被送入精制工段進行分離。該工藝丙烷轉(zhuǎn)化率大于90%，選擇性不小于87%。

Catofin工藝采用了非貴金屬催化劑，在真空條件下反應，無氫循環(huán)，無蒸汽稀釋，單程轉(zhuǎn)化率最高（40%～45%），降低了能源消耗和運行費用；采用多臺平行固定床反應器連續(xù)運行，具有開車快、運行可靠、在線率高的特點［5］；但該工藝催化劑中的Cr具有毒性，對環(huán)境影響較大。

1.3 STAR工藝

STAR技術由飛利浦石油公司開發(fā)，2000年Uhde對其進行了改進。該工藝采用列管式等溫固定床反應器，利用Pt-Sn-Al體系作為催化劑。為減少積碳生成，通入蒸汽作為稀釋劑［6］。Pt專用催化劑選擇性高，單程轉(zhuǎn)化率高達30%～40%，丙烷選擇性80%～93%，丙烯產(chǎn)率達到80%。結(jié)果表明：STAR法催化劑用量少，反應器體積小。

該工藝已于2006年在埃及實現(xiàn)工業(yè)化。自2010年投產(chǎn)以來，生產(chǎn)運行平穩(wěn)、經(jīng)濟效益顯著。除此外，Uhde還和另外3家大型化工企業(yè)簽訂了合同。其中中東地區(qū)45×104t PDH裝置2套，美國5.44×104t PDH裝置1套。

1.4 FBD工藝

FBD工藝是Snamprogetti公司開發(fā)的流化床脫氫工藝，該工藝關鍵在于流化床反應—再生系統(tǒng)，在2個不同的流化床內(nèi)進行反應和再生［7］。反應溫度為580～630℃，反應壓力為118～147 kPa，丙烷單程轉(zhuǎn)化率40%，丙烯選擇性80%。反—再生體系分為反應階段、催化劑再生階段和分離階段。

該工藝具有流程簡單、操作條件溫和、設備投資低、運行成本低等突出優(yōu)點，適合于各種規(guī)模的脫氫生產(chǎn)，但在工業(yè)化生產(chǎn)中使用較低。

1.5 PDH工藝

PDH流程是由德國林德、BASF和挪威國家石油公司共同研發(fā)。以丙烷為原料，在裝填催化劑的多管式固定床反應器內(nèi)進行脫氫反應。該工藝由3臺反應器組成，其中2臺反應器用于脫氫反應，1臺反應器用于催化劑再生。在590℃，33.9～50.8 kPa條件下，丙烯產(chǎn)率超過90%。目前，BASF公司開發(fā)的Pt/分子篩新型催化劑已在挪威Statoil公司的PDH裝置上完成中試。更換催化劑后，該工藝的單程轉(zhuǎn)換率從32%提升到50%，總體轉(zhuǎn)化率從91%提升到93%［8］。PDH工藝兼具產(chǎn)量高，裝置體積小等多項優(yōu)點。

1.6 ADHO工藝

由于國外對丙烷脫氫的研究開始較早，如今已對國內(nèi)市場形成技術壟斷。國內(nèi)選用技術方案時，不得不支付昂貴的專利費、設計費及催化劑費用。對此，中國石油大學（華東）和中石油華東設計院共同開發(fā)出可實現(xiàn)連續(xù)反應與催化劑再生的高效流化（ADHO）技術。

ADHO工藝兼具無毒性、催化劑用量小，1次投資小等優(yōu)點，適用于丙烷脫氫、丁烷脫氫和混合脫氫反應［9］。同時該工藝對設備的大小沒有限制，也不需在氫氣作用下進行反應。目前該技術已完成了小試、中試，中試結(jié)果在萬噸級工業(yè)試驗裝置上進行了初步驗證，核心技術已獲得國家發(fā)明專利授權(quán)，在國內(nèi)有一定的應用前景。

2 中國丙烷脫氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展

中國PDH項目不斷涌現(xiàn)，2022年，PDH將會迎來開工高峰，其中包括鑫泰石化，萬達天弘，山東海益，江蘇斯爾邦，江蘇恒瑞等多家企業(yè)［10］。

2022年，丙烯總產(chǎn)能將超過5 000×104t。產(chǎn)能凈增長量將達544×104t。其中291×104t采用丙烷脫氫工藝生產(chǎn)，占據(jù)新增產(chǎn)能50%以上。

雖然新建項目增加，丙烯產(chǎn)能會逐漸轉(zhuǎn)向供過于求的狀態(tài)。而業(yè)界人士相信，在PDH發(fā)展道路上可以通過優(yōu)化工藝，改變運輸方式，提高產(chǎn)業(yè)鏈的附加值，提高產(chǎn)品的競爭能力，具體有4點。

（1）集中處理的最佳化。以往PDH生產(chǎn)設備的生產(chǎn)成本在1 200～1 500元/t，但由于生產(chǎn)規(guī)模和工藝的改進，生產(chǎn)成本呈降低態(tài)勢。一些新開工的PDH生產(chǎn)工藝可以在1 000元/t以內(nèi)，所以即便原材料的價格很高，該工藝可以在一定程度上緩解原料價格高所帶來的壓力；

（2）通過改變交通工具來減少費用。公司可以配置丙烷冷藏罐節(jié)省原材料、物流費用，或減少運輸距離，或者通過最優(yōu)的方式來減少成本；

（3）提高產(chǎn)業(yè)鏈的價值。在國家實施“雙碳”戰(zhàn)略的同時，由于其在環(huán)境友好、價格上的優(yōu)越性，與油煤基產(chǎn)品相比更具優(yōu)越性；

（4）下游裝置的構(gòu)造簡單，不需要太多的裝置來實現(xiàn)工廠內(nèi)部的資源均衡，而且從目前的情況看，在丙烯的產(chǎn)業(yè)鏈上還有很大的發(fā)展?jié)摿?。因此，大?guī)模、集約化、上下游產(chǎn)業(yè)鏈一體化的PDH項目將會在激烈的市場環(huán)境中獲得良好發(fā)展。

3 丙烷脫氫下游產(chǎn)業(yè)鏈分析

3.1 經(jīng)濟分析

PDH工藝因其原材料和產(chǎn)物的單一化，在相同產(chǎn)能下，使用不同專利技術，其裝置建設投入也接近。近幾年丙烯需求增加，大部分新建成的PDH裝置產(chǎn)能超過45×104t/a，總投資額超過了20億元。而研究表明，超過45×104t/a的PDH裝置比小型PDH裝置抵御財務風險的能力更高［11］。

由于原材料成本在整個項目中所占的比重大約在75%～80%，因此，在丙烷脫氫過程中，企業(yè)的產(chǎn)能和裝置的投資變動對其經(jīng)濟效益的影響很少。該裝置的經(jīng)濟效益取決于丙烯—丙烷間的價差，如果丙烯—丙烷的最低年價差在1 400元以上，則該裝置將獲得更高的利潤，價格差異越大，則利潤就會更高。PDH裝置對丙烷的純度有很高要求，必須達到96%以上。中國的丙烷源于煉油廠廢氣和天然氣中的伴生天然氣，但由于煉油廠廢氣中的含硫量過高，很難滿足丙烷脫氫需要，同時伴生資源不足，所以大部分的丙烷依賴進口。

3.2 市場前景分析

3.2.1 丙烷行業(yè)前景不明PDH裝置需要高純度（96%）的丙烷，且不超過100 uL/L的雜質(zhì)。中國濕性油型天然氣的資源量很小，丙烷多源于煉油廠的副產(chǎn)品，但由于副產(chǎn)丙烷的含硫率很高，其產(chǎn)品的品質(zhì)不能達到PDH的原材料需求，從而造成對進口原料的嚴重依賴。從世界范圍內(nèi)PDH原材料的供求情況來判斷，中東及美國的丙烷供給相對充裕，且價格相對平穩(wěn)，成為世界上最大的進口基地。隨著中國PDH項目投產(chǎn)，丙烷需求將會增長。

3.2.2 關注需求變動中國的丙烯產(chǎn)量逐年增加，然而到“十四五”末，除高端產(chǎn)品無法取代之外，丙烯的需求也將趨于均衡，甚至出現(xiàn)供給過剩。所以若有意投資新的PDH項目，需要密切關注市場行情變化，并對下游裝置的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、消費需求等進行綜合分析。中國氫能源工業(yè)迅速發(fā)展，PDH已經(jīng)是促進“藍氫”生產(chǎn)、促進煉化工業(yè)轉(zhuǎn)型、減少CO2排放的主要方式。

4 結(jié)束語

隨著國內(nèi)PDH發(fā)展，丙烯的供需矛盾逐漸增加，而國內(nèi)大部分的新產(chǎn)能均有相應的下游裝置，以自用的方式生產(chǎn)丙烯。隨著進口丙烷價格的上漲，如何獲得長期穩(wěn)定、價格相對低廉的丙烷是制約行業(yè)發(fā)展的重要因素。應盡可能配套足夠的倉儲設施及便利的港口和物流，以便在丙烷價低時進行原材料進口和存儲，以獲得更大利潤。

丙烯生產(chǎn)廠家應與上游、下游公司簽訂長期合同，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)多元化，確保原材料供給和產(chǎn)品銷量。下游產(chǎn)業(yè)鏈較單一的丙烯生產(chǎn)廠應加大新產(chǎn)品研發(fā)或延伸產(chǎn)業(yè)鏈，增強抗風險能力。目前丙烷價格及來源不穩(wěn)定，但丙烷脫氫裝置依然有很大的利潤空間。新廠的技術選型應從Oleflex和Catofin2種工藝入手，特別是Oleflex工藝可實現(xiàn)連續(xù)再生控制，確保催化劑具有長久活性和穩(wěn)定性，同時反應過程安全可靠無毒無害，更具競爭力。