丙烷脫氫工藝現狀以及發展趨勢分析！
2021年6月8日 13:46瀏覽：3425 收藏：2
摘要：近年來國內丙烯工業發展迅速，2019年，國內新增丙烯產能達到3.66 Mt，同比增長10.6%。在新增產能中，傳統石化路線占比明顯下降，新興工藝產能增長迅猛，占新增產能的81.15%。當前全球乙烯原料多元化和輕質化發展趨勢明顯，采用乙烷等輕烴制乙烯將成為趨勢，傳統路徑石腦油裂解副產的丙烯產量增速將趨緩，丙烷脫氫(PDH)或將成為未來丙烯擴能的主要方向。PDH工藝有著原料單一、流程短、丙烯收率高、投資成本低、經濟性高等優勢。未來如何擁有長期、穩定、相對低廉的丙烷資源和充足的丙烷儲存設施，將成為影響PDH發展的關鍵。
關鍵詞：丙烷脫氫 丙烯產能 原料輕質化 丙烯增產技術
1、概 述
丙烯是重要的化工原料，不僅擁有多元化的生產工藝，也具有豐富的下游產業鏈條。近年來，伴隨著下游聚丙烯、環氧丙烷、丙烯腈、丙烯酸及酯、環氧氯丙烷等產品的發展，丙烯作為主要原料，需求量也在不斷擴大。雖然國內丙烯的產能和產量不斷增長，但由于經濟發展迅速，下游需求增長加快，丙烯的當量缺口并沒有隨著產量的增長而縮小，每年需要進口大量的丙烯單體及其衍生產品。
2019年國內丙烯產能和產量持續擴張，截至年底，國內丙烯產能約為37.87 Mt，同比增長10.6%，產量約32.70 Mt，平均開工率86.3%。2019年國內新增丙烯產能3.66 Mt，新增產能中，傳統石化路線占比明顯下降，新興工藝產能增長迅猛，煤制烯烴(CTO)、甲醇制烯烴(MTO)、丙烷脫氫(PDH)、混合烷烴脫氫(MDH)合計新增產能2.97 Mt，占國內新增產能的81.15%。丙烯行業原料多元化趨勢不斷加深，傳統路徑供應增長趨緩。2019年國內新興工藝制丙烯新增產能統計見表1。
2、原料輕質化發展趨勢
傳統石化路線的催化裂化和蒸汽裂解聯產仍是國內丙烯生產的主流，但以煤/甲醇為原料的CTO/MTO路線和以丙烷為原料的PDH路線發展迅速[1]。截至2019年底，國內傳統石化路線丙烯產能占比57.7%，煤/甲醇制烯烴路線丙烯產能占比24.4%，PDH/MDH路線丙烯產能占比為17.6%。2019年8月國內首個進口乙烷輕烴綜合利用項目投產，輕烴綜合利用路線丙烯產能從無到有，占據總產能的0.3%。
傳統路徑中，丙烯主要來源于石腦油蒸汽裂解、催化裂化(FCC)副產。隨著美國頁巖氣革命的成功，全球乙烯原料多元化和輕質化發展趨勢明顯，乙烷供給量大增，乙烷裂解制乙烯迎來投產高峰[2]。采用乙烷等輕烴制乙烯將成為趨勢，而輕質原料裂解所帶來的最大問題是丙烯產量大幅減少，市場供應緊張。傳統路徑石腦油裂解副產的丙烯產量增速將趨緩。2019年國內丙烯產能擴張維持在10%左右，產能仍處于擴張期，未來原料輕質化進程加劇，丙烷脫氫將成為未來丙烯擴產的主要方向。
3、丙烯產業發展分析
3.1 丙烯增產技術分析
目前工業上常用的丙烯生產工藝有傳統石化路線的蒸汽裂解和FCC、煤化工路線的CTO和甲醇制烯烴/甲醇制丙烯(MTO&MTP)以及油氣路線的丙烷脫氫等工藝。丙烯生產路線及下游產業鏈見圖1。
蒸汽裂解技術以石腦油等為原料，在高溫條件下和水蒸氣發生分子鏈斷裂和脫氫反應，以制取乙烯和丙烯等低分子烯烴[3]。但該工藝主產乙烯，丙烯是副產品。盡管降低裂解深度可增產丙烯，但丙烯/乙烯比不宜超過0.65，否則會因烯烴收率下降而影響整體經濟性。近幾年全球受到美國頁巖氣革命的沖擊，乙烷供應大增，價格低廉，蒸汽裂解制乙烯路徑受到限制，產能增速趨緩，進而導致丙烯產量隨之降低。煉油廠丙烯主要來自FCC，深度催化裂解(DCC)副產，是丙烯的第二大來源。汽柴油過剩，多產丙烯成為一個方向。
CTO包含煤制甲醇和甲醇制烯烴兩個過程。MTO&MTP則是以煤制甲醇或外購甲醇為原料，生產低碳烯烴和丙烯的化工技術。近十年來，國內大力發展煤化工，包括煤制烯烴、煤制油、煤制天然氣等項目。目前煤制烯烴技術已經完全實現國產化，但仍存在投資強度大，高度依賴水、煤資源等問題。PDH生產工藝將丙烷經過脫氫催化反應制丙烯，副產氫氣，該反應是可逆的強吸熱過程，可在高溫和低壓時獲得合理的丙烯收率，一般其原料丙烷與產出丙烯比例為1.2∶1[4]。PDH裝置比其他路線具有一定的成本優勢。
3.2 國內PDH技術發展現狀
丙烷脫氫制丙烯技術經過20多年來的不斷發展完善，工業應用日趨成熟。目前，全球丙烷脫氫制丙烯工藝主要有UOP公司的Oleflex工藝、魯姆斯(Lummus)公司的Catofin工藝、伍德(Uhde)公司的Star工藝、林德(Linde)公司的PDH工藝、Snamprogetti-Yarsintez公司聯合開發的FBD工藝等[5]。工業上應用較廣的丙烷脫氫工藝是UOP公司的Oleflex工藝與魯姆斯(Lummus)公司的Catofin工藝。使用的催化劑主要為Pt系和Cr系[6]。
丙烷脫氫工藝在國內發展歷史比較短，但發展勢頭迅猛。2013年10月，國內首套丙烷脫氫裝置——天津渤化600 kt/a丙烷脫氫裝置投產，標志著丙烷脫氫大幕在國內正式拉開，接下來幾年呈現出了爆發式增長。隨著2019年1月衛星石化(二期)450 kt/a PDH裝置投產、10月巨正源股份600 kt/a PDH裝置投產，國內已投入運行的PDH裝置共有10套，總產能達到5.66 Mt/a，PDH裝置統計見表2。
2019年，隨著恒力石化1.30 Mt/a C3/C4混合脫氫裝置與延長石油300 kt/a丙烷/異丁烷混合脫氫裝置投產。目前，國內共有6個MDH項目投入運行，涉及丙烯總產能約960 kt/a，如表3所示。與純PDH裝置相比，這些MDH裝置中的許多裝置可以使用國內原料，基本由企業自給，不足部分可外購解決。從2014年開始國內丙烷產量呈現逐年減少的趨勢，主要原因一方面是個別廠家出現意外停工情況，產量較少的廠家逐步自用為主，外放頻率減少；另一方面，隨著混合烷烴的出現，這些廠家丙烷作為原料開始自用，基本不再參與市場流通。
在盈利狀況持續向好的情況下，掀起了新一輪的PDH投資熱潮。隨著美得石化、浙江石化、東華能源(寧波)等PDH項目即將建成投產,臺塑(寧波)、天弘化學、廣西華誼等一批項目開工建設，2020—2024年，國內將有約7.90 Mt丙烷脫氫產能釋放，絕大多數項目都配套下游裝置，丙烯以自用為主，盈利水平將長期維持在高位，發展潛力巨大。表4為國內在建PDH裝置統計。預計到2024年底，國內PDH/MDH產能將達14.00 Mt/a左右，在國內丙烯總產能中的占比達到26%。
3.3 PDH技術優勢和局限性
PDH工藝最顯著的技術優勢是可以大幅提高丙烯產品收率。蒸汽裂解生產丙烯，丙烯收率最高只有33%，而催化脫氫法制丙烯總收率可達80%以上[7]。由于過程原料單一，產品只有氫氣和丙烯且易分離，因此丙烯收率較高。其次，丙烷脫氫的生產成本只與丙烷價格波動密切相關，且丙烷價格與石腦油價格、丙烯市場沒有直接的關聯。丙烷是一種低價值的氣體，以往主要利用方式是作為燃料，其化工價值沒有得到很好的開發，PDH可以將低價值的丙烷轉化為高價值的丙烯，進而提高企業效益。最后，PDH跟傳統的煉油廠副產和蒸汽裂解工藝相比，工藝流程較短，裝置簡單,投資和運營成本較低，在中高油價下，PDH的盈利性比傳統的煉油廠氣工藝和蒸汽裂解工藝高。
PDH裝置對丙烷純度要求較高，純度要求達到97%, 雜質氣態硫體積分數100 μL/L以下[8]。國內丙烷主要來自煉油廠副產，由于國內濕性油田伴生氣資源較匱乏，而煉油廠副產液化石油氣硫含量較高，因此丙烷質量無法滿足PDH工藝原料要求，丙烷供應高度依賴進口。由于原材料丙烷的費用約占總成本的80%，該工藝的經濟性主要決定于丙烷和丙烯的差價，丙烷價格越低廉，項目盈利越可觀。2019年，丙烷市場整體較為平淡，而12月丙烷市場價格急速走高，沖刺年內最高點，年底華東丙烷價格達到5 000元/t。由于國際現貨資源緊張，成本不斷提高，流入國內的丙烷數量減少，導致國內港口價格寬幅上行，從而帶動了丙烷價格上漲，可以想象，隨著大量PDH項目及外采丙烷裂解項目不斷的投產，丙烷價格上漲不可避免。未來如何擁有長期、穩定、相對低廉的丙烷資源和充足的丙烷貯存設施，將成為影響PDH發展的關鍵。
4、結論及建議
在國內經濟持續增長的背景下，丙烯需求將保持穩定增長。未來一段時間，丙烯原料多元化發展將成為產業的發展趨勢。多樣化生產路線將齊頭并進，傳統石化路線仍是主流，但份額逐漸減少。在盈利狀況持續較好的情況下，PDH行業掀起了新一輪的投資熱潮并伴有過熱跡象。未來隨著原料輕質化進程加劇，PDH將成為丙烯擴產的主要方向。預計2024年底，國內PDH/MDH產能將達14.00 Mt/a左右，占國內總產能的26%，將對國內丙烯產業格局帶來新的變化。
PDH工藝只用丙烷一種原料，生產一種產品丙烯，丙烷與丙烯的差價是決定PDH經濟性的重要因素。隨著國內PDH產能大幅增長，原料丙烷供應缺口將逐步增大，丙烷進口量將處于持續增長態勢，未來如何擁有長期、穩定、相對低廉的丙烷資源、充足的丙烷貯存設施以及港口碼頭和物流優勢，將成為影響PDH發展的關鍵。與此同時，在國內新增產能中，絕大多數都配套下游裝置，丙烯自用為主，產業一體化發展趨勢明顯，延伸產業鏈、不斷提高企業抗風險能力，將會促進丙烯行業的健康發展。
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