國內丙烷脫氫制丙烯現(xiàn)狀及發(fā)展

王剛

潤和科華催化劑（上海）有限公司（上海 200120）

丙烯是石化工業(yè)的基礎原料，也是重要的有機化工原料。近年來，伴隨著下游聚丙烯、丙烯腈、環(huán)氧丙烷、丁醇、辛醇、異丙醇、丙苯、丙烯酸及酯、環(huán)氧氯丙烷等產品的發(fā)展[1-2]，對丙烯原料的需求量將越來越大。隨著全球能源多元化的發(fā)展，丙烯工藝路線也在不斷革新。從傳統(tǒng)氣分工藝的循序漸進，大乙烯的蓬勃發(fā)展，到C3資源的深度利用，直至煤制烯烴的日新月異，以及華麗呈現(xiàn)的丙烷脫氫，丙烯生產工藝多管齊下，供應面迅速攀升。

以丙烷為代表的低碳烷烴脫氫制丙烯，可以把價值較低的烷烴轉化成高價值的烯烴，在近幾年受到我國石化領域廣泛關注。

1 丙烯路線發(fā)展趨勢

國內生產丙烯的主流技術仍是傳統(tǒng)石化路線中的催化裂化和蒸汽裂解聯(lián)產，新興工藝中，甲醇制烯烴/甲醇制丙烯（MTO/MTP）、煤制甲醇/煤制丙烯（CTO/CTP）、丙烷脫氫制丙烯等路線發(fā)展迅速[3]。2020年，國內丙烯產能中傳統(tǒng)路線（煉廠副產、蒸汽裂解聯(lián)產）占比61.2%，比2015年下降5.4%；煤/甲醇制烯烴路線占比20.5%，比2015年提高1.2%；丙烷脫氫路線占比17.2%，比2015年提高4.4%[4]。

業(yè)界通常認為，專門生產丙烯與傳統(tǒng)路線相比是成本較高的方案。然而，丙烯價格的持續(xù)走高和專門生產丙烯的巨大利潤空間，促進了對傳統(tǒng)技術的替代，丙烷脫氫、易位轉化、高碳烯烴裂解制丙烯和甲醇制烯烴等成為專產丙烯的優(yōu)先選擇。目前，這些新技術已發(fā)展到可以與傳統(tǒng)方式競爭的地步[5]。

除蒸汽裂解和催化裂化裝置生產的副產品丙烯外，以上其余幾種丙烯生產工藝技術及經濟的比較見表1。

表1 丙烯生產技術及經濟性比較

從表1可以看出，丙烷脫氫生產丙烯的成本僅比烯烴易位轉換、高碳烯烴裂解制丙烯工藝的成本高，原料成本是相對最低的。催化裂解（DCC）工藝雖然原料成本低，但裝置原料成本和投資較高。烯烴易位轉換制丙烯和煤制丙烯原料成本較高[5]。綜合比較，丙烷脫氫是綜合成本相對較低的一種技術，將成為未來丙烯擴產的主要方向。

2 國內丙烷脫氫主要技術發(fā)展現(xiàn)狀及建設情況

從2013年國內第一套丙烷脫氫裝置在天津渤海化工集團有限責任公司投產開始，國內脫氫行業(yè)經過了近10年的高速發(fā)展，對生產過程中的缺陷進行多次改進，工業(yè)應用日趨成熟。目前，丙烷脫氫工業(yè)化應用主要技術為魯姆斯技術公司（Lummus）的Catofin固定床工藝和美國環(huán)球油品公司（UOP）的Oleflex移動床工藝[6]。從已運行的裝置經驗來看，Oleflex工藝中移動床催化劑所需要的高強度載體降低了該工藝的連續(xù)穩(wěn)定性[7]。國內已建成丙烷脫氫裝置和在建丙烷脫氫裝置統(tǒng)計情況見表2和表3。

由表2和表3可見，在現(xiàn)階段盈利較好的情況下，國內丙烷脫氫投資熱度居高不下。截止到2021年年底，國內運行的固定床丙烷脫氫裝置有9套，總產能540萬t/a；移動床丙烷脫氫裝置有13套，總產能622萬t/a。

表3 國內在建丙烷脫氫裝置統(tǒng)計表

據統(tǒng)計，2021年我國丙烯表觀消費量約4 300萬t。從進出口貿易情況來看，我國丙烯對外依賴度較高，年進口量遠大于出口量。2021年我國丙烯進口數(shù)量為249.4萬t，進口金額為26.2億美元[8]。

預計到2024年底，國內將新增固定床丙烷脫氫裝置16套，總運行的固定床丙烷脫氫裝置達到25套，總產能1 590萬t/a；國內將新增移動床丙烷脫氫裝置14套，總運行的移動床丙烷脫氫裝置達到27套，總產能1477萬t/a。

鑒于丙烷脫氫在國內的蓬勃發(fā)展，2021年“十四五”國家重點研發(fā)計劃把烷烴脫氫列入國家重點開發(fā)項目，國內涌現(xiàn)出一批有代表性的脫氫技術，涵蓋了目前的3種主流脫氫技術：中石化洛陽工程有限公司與中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院聯(lián)合開發(fā)的丙烷脫氫制丙烯移動床工藝、Rezel公司的固定床ReFix-ProTM工藝和流化床PropeNEXTTM工藝、中國石油大學的丙烷/丁烷聯(lián)合脫氫（ADHO）流化床技術等。

3 丙烷脫氫效益分析

（1）成本分析

丙烷脫氫的主要成本為原料，約占總生產成本的80%，是項目盈利的主要影響因素。丙烷脫氫的生產成本包含丙烷消耗、催化劑消耗、化學品消耗、公共工程消耗、固定成本和折舊以及產生的副產品價值。

（2）綜合效益分析

丙烯、丙烷的價格差是影響丙烷脫氫裝置經濟性的決定性因素，最近幾年，丙烯的價格趨于穩(wěn)定，而丙烷的價格變化較大，因此丙烯-丙烷價格差受丙烷原料的影響較大。而生產規(guī)模和公用工程價格變化對丙烷脫氫裝置經濟性影響較弱。從近年價格走勢來看，產品和原料價差較大時，不同規(guī)模的丙烷脫氫裝置均能體現(xiàn)出較好的盈利性。當產品和原料價差較小時，產品規(guī)模效益顯現(xiàn)。一般認為，規(guī)模大于45萬t/a的丙烷脫氫裝置效益要優(yōu)于較小規(guī)模的丙烷脫氫裝置。

4 影響丙烷脫氫發(fā)展的因素

從以上效益分析可見，影響丙烷脫氫發(fā)展的因素主要為原料丙烷。國內丙烷主要以中東和北美的進口油田伴生氣的高純度液化丙烷為原料，從2016—2021年進口數(shù)據來看，中國70%～85%的丙烷進口來源于中東和北美。2021年前3個季度，丙烷市場整體較為平淡，價格一直穩(wěn)定在4 000～5 000元/t。進入2021年冬季后，受歐洲液化氣價格波動的影響，丙烷最高價格近7 000元/t。而進入2022年3月，俄烏沖突爆發(fā)后，丙烷價格達到7 600元/t。受國際局勢影響，丙烷價格不斷提高，丙烷脫氫制丙烯利潤空間降低。2024年后，隨著新建丙烷脫氫項目的投產，丙烷供需缺口加大，原料價格上漲，丙烷脫氫的盈利空間會逐漸減小。屆時國內丙烷脫氫產能將超過3 000萬t/a，所以配套建設下游裝置，解決自產丙烯，增加下游裝置的抗風險能力，是保證企業(yè)健康運行的有效措施。另外，可以考慮通過技術改進、節(jié)能降耗，來應對丙烷價格上漲帶來的利潤降低。

5 結語

在國內經濟高速增長的背景下，丙烯需求增長迅速。丙烯技術的傳統(tǒng)石化路線逐年萎縮，已不能滿足現(xiàn)階段國內對丙烯的需求。在原料供應充足和原料價格平穩(wěn)的情況下，丙烷脫氫將成為丙烯增產的新方向。隨著國內新一輪丙烷脫氫產能增長，對原料丙烷的需求將增大，丙烷進口量將持續(xù)增長，丙烷與丙烯的差價由市場決定，會成為丙烷脫氫經濟性的重要影響因素。原料價格成為市場因素，可以通過優(yōu)化技術路線，節(jié)能降耗，降低丙烷脫氫裝置的運行成本，不斷提高企業(yè)盈利能力，促進丙烷脫氫行業(yè)的健康發(fā)展。