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制取丙烯的化學(xué)工藝綜述論文
[摘要]隨著聚丙烯等下游產(chǎn)品需求的快速增長,以及以乙烷為原料的新建乙烯生產(chǎn)裝置比例的增加,丙烯資源供應(yīng)逐漸呈現(xiàn)出緊張態(tài)勢。相應(yīng)地,以丙烯為目的產(chǎn)物的生產(chǎn)技術(shù)研究越來越活躍,丙烯生產(chǎn)技術(shù)已成為當(dāng)前煉油和化工重點研究方向之一。
[關(guān)鍵詞]生產(chǎn) 丙烯 化學(xué)工藝
1 丙烯的定義
丙烯主要用于生產(chǎn)聚丙烯、丙烯腈、環(huán)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(fā)展現(xiàn)狀
目前增產(chǎn)丙烯的化學(xué)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(xiàn)有裝置潛力,增產(chǎn)丙烯的FCC裝置升級技術(shù);二是充分利用煉油及乙烯裂解副產(chǎn)的C4-8等資源,轉(zhuǎn)化為乙烯、丙烯的低碳烯烴裂解技術(shù)、烯烴歧化技術(shù);三是丙烷脫氫工藝;四是以天然氣、煤等為原料,生產(chǎn)乙烯、丙烯的甲醇制烯烴工藝等。
2.1增產(chǎn)丙烯的FCC工藝技術(shù)
全球FCC裝置的生產(chǎn)能力約750Mt/a,通過調(diào)整原料品種、催化劑、工況和操作條件來增產(chǎn)丙烯的發(fā)展?jié)摿Ψ浅４?國內(nèi)外許多公司都在積極開展這方面的研究。
與傳統(tǒng)的FCC相比,這類工藝技術(shù)操作條件更為苛刻,要求反應(yīng)溫度、劑油比更高,催化時間更短。運用這些技術(shù),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(zhì)量得以提高,丙烯的產(chǎn)量比傳統(tǒng)FCC高2～4倍。我國煉油工業(yè)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(fā)應(yīng)用增產(chǎn)丙烯的FCC工藝技術(shù),在提高油品質(zhì)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(shù)
低碳烯烴裂解是將C4-8烯烴在催化劑作用下轉(zhuǎn)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(chǎn)的C4-8的出路問題,又可以增產(chǎn)高附加值的乙烯、丙烯產(chǎn)品,成為近年研究較為活躍的領(lǐng)域。
烯烴裂解工藝,從投資費用、生產(chǎn)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(xiàn)有蒸汽裂解結(jié)合;流化床工藝流程相對復(fù)雜,適于建設(shè)大規(guī)模生產(chǎn)裝置,可以納入烯烴聯(lián)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(fā)出自主知識產(chǎn)權(quán)的烯烴裂解技術(shù),解決C4+烯烴副產(chǎn)、增產(chǎn)高附加值丙烯需求迫切。
2.3烯烴歧化制丙烯工藝技術(shù)
烯烴歧化技術(shù)多年以前已經(jīng)開發(fā)成功,只是因為近年來一些地區(qū)丙烯價格逐步走高,這一技術(shù)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(zhuǎn)換為烯烴產(chǎn)物的催化反應(yīng),目前以乙烯和2-丁烯為原料歧化為丙烯的生產(chǎn)技術(shù)研究較為活躍,主要有ABB Lummus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(yīng)用于石腦油蒸汽裂解裝置增產(chǎn)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(chǎn)量比,但缺點是每生產(chǎn)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(chǎn)量過剩時才是經(jīng)濟可行的。另外歧化技術(shù)不能將異丁烯以及C5-8烯烴轉(zhuǎn)化為丙烯,應(yīng)用受到一定限制。近年開發(fā)的自動歧化技術(shù),不用或用少量乙烯,應(yīng)用前景看好。
2.4丙烷脫氫制丙烯工藝技術(shù)
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(shù)具有3大優(yōu)勢:首先,是進料單一,產(chǎn)品單一(主要是丙烯);其次,是生產(chǎn)成本只與丙烷密切相關(guān),而丙烷價格與石腦油價格、丙烯市場沒有直接的關(guān)聯(lián),這可以幫助丙烯衍生物生產(chǎn)商改進原料的成本結(jié)構(gòu),規(guī)避一些市場風(fēng)險;第三,是對于丙烯供應(yīng)不足的衍生物生產(chǎn)廠,可購進成本較低的丙烷生產(chǎn)丙烯,免除運輸與儲存丙烯的高成本支出。
與其它生產(chǎn)技術(shù)相比,獲得同等規(guī)模的丙烯產(chǎn)量,丙烷脫氫技術(shù)的基建投資相對較低,目前的經(jīng)濟規(guī)模是250kt/a。丙烷原料價格對生產(chǎn)成本影響較大,只有當(dāng)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(qū)丙烷資源豐富、價格穩(wěn)定有利于建設(shè)丙烷脫氫廠。我國目前尚不具備建設(shè)丙烷脫氫廠的條件,對這方面的研究,可作為一定的技術(shù)儲備。
2.5甲醇制烯烴工藝技術(shù)
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(chǎn)甲醇,再以甲醇生產(chǎn)烯烴(MTO工藝)或以甲醇生產(chǎn)丙烯(MTP工藝)的技術(shù)越來越受關(guān)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(chǎn)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(shù)有利于改善原料成本結(jié)構(gòu),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(dāng)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(chǎn)成本和較高的投資回報。
2.6烯烴生產(chǎn)工藝的最新進展
過去幾年里增產(chǎn)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(xiàn)了多種應(yīng)用組合,導(dǎo)致了工藝性能的重大改進。
烯烴裂解技術(shù)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(chǎn)的C4-8烯烴混合物,而且烯烴裂解產(chǎn)生的C4-8蒸汽可以?環(huán)進裂解爐進一步反應(yīng)。OCP裝置每生產(chǎn)1t丙烯可聯(lián)產(chǎn)0.25t乙烯,當(dāng)它與石腦油蒸汽裂解裝置一體化建設(shè),能大大降低投資和運行費用,減少C4+副產(chǎn),多產(chǎn)30%的丙烯。
烯烴裂解工藝與MTO組合。MTO的特點是每生產(chǎn)1t乙烯和丙烯,僅產(chǎn)出0.2tC4+副產(chǎn)品,如果再增加一套OCP裝置轉(zhuǎn)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(chǎn)量比增至1.75,C4+副產(chǎn)品幾乎減少80%。通過優(yōu)化MTO催化劑和MTO與烯烴裂解工藝的結(jié)合,丙烯與乙烯比可達到2.0以上。
3 結(jié)束語
我國煉油企業(yè),基本都建有副產(chǎn)丙烯的回收裝置和丙烯衍生物生產(chǎn)裝置;煉油化工一體化企業(yè),既有煉油部分,又有蒸汽裂解制乙烯部分,還有加工副產(chǎn)丙烯的成套裝置,因此組合應(yīng)用FCC工藝多產(chǎn)丙烯、烯烴裂解工藝生產(chǎn)丙烯等技術(shù),具有良好的應(yīng)用基礎(chǔ),今后必將會得以重點發(fā)展。
參考文獻:
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