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丙烯增产技术推陈出新

2021-07-09 来源:台州机械信息网

丙烯增产技术推陈出新

随着聚丙烯工业的不断发展,世界丙烯需求已从20年前1520万吨增加到2000年5120万吨,年均增长率达6.3%。据预测,世界丙烯需求量到2010年将进一步增加到8600万吨,其间年均增长率约为0.6%;世界丙烯生产能力将从2000年5930万吨增加到2001年6200万吨、2002年6800万吨、2004年7400万吨和2008年8200万吨。丙烯主要衍生物的年均增长率依次是:聚丙烯6.3%,丙烯酸6%,丙烯腈4%,环氧丙烷4%,异丙苯/苯酚3.8%。在丙烯衍生物中,聚丙烯占丙烯的消费量最大,为57%,其他则依次是:丙烯腈11%,羰基合成醇8%,环氧丙烷7%,异丙苯6%,丙烯酸5%,异丙醇3%,其他3%。

为进一步提高丙烯产量,生产技术将趋向多样化。在蒸汽裂解和催化裂化作为丙烯主要来源的基础上,将进一步发展催化裂解、丙烷脱氢、易位反应、烯烃相互转化和甲醇制烯烃(MTO)等工艺。目前世界上66%的丙烯来自蒸汽裂解生产乙烯的副产品,32%来自炼油厂流化催化裂化(FCC)生产汽、柴油的副产品,少量(约2%)由丙烷脱氢和易位反应得到。

蒸汽裂解技术在蒸汽裂解制乙烯过程中,丙烯收率因原料和操作条件而不同。一般以石脑油、粗柴油和丙烷为原料生产乙烯,每生产1吨乙烯,副产0.4~0.6吨丙烯;以乙烷为原料,生产1吨乙烯仅副产0.04~0.06吨丙烯。

日本国家材料和化学研究院与四家石化公司联合开发了增产丙烯、降低能耗的石脑油裂解工艺,可使丙烯与乙烯之比由传统的0.6∶1提高到0.7∶1。该工艺在固定床中采用分子筛为载体的镧催化剂,可使乙烯加丙烯产率达到61%,而常规的蒸汽裂解为50%。该工艺操作在650℃和0.1M~0.2MPa条件下进行。因在较低温度下操作,能耗减少约20%。

向化工延伸的流化催化裂化技术典型的流化催化裂化(FCC)装置每生产1吨车用汽油仅副产0.03~0.06吨丙烯。近年来,FCC发展了多种增产丙烯的工艺技术。

中国石化总公司石油化工科研院开发了深度催化裂化(DCC,又称催化裂解)工艺。DCC装置在538℃~582℃、10%~30%蒸汽条件下操作,采用分子筛催化剂选择性地生产丙烯、丁烯。该装置分为最大量生产丙烯的DCC-1型和最大量生产异构烯烃的DCC-2型两种型号,其丙烯产率分别为20.5%和14.3%。目前已有7套DCC装置在我国和泰国投产。

UOP公司采用PetroFCC的催化裂化设计,可从各种原料如瓦斯油和减压渣油增产轻质烯烃,尤其是增产丙烯。UOP公司设计了双反应区构型,采用两个反应区和一个共用的再生器。采用该工艺丙烯产率可达22.8%。鲁姆斯公司开发的选择性组分裂化(SCC)工艺采用高含量ZSM-5分子筛催化剂可使丙烯产率达到16%~17%,再采用石脑油选择性循环裂化技术还可增产丙烯2%~3%。美孚公司的Maxofin工艺将高ZSM-5含量的添加剂与改进的FCC技术相结合,可使丙烯产率达到18%。KBR公司的Sperflex工艺反应部分基于KBR公司FCC技术,可将轻质烃类(通常为C4~C8)转化成富丙烯物流。丙烷脱氢技术全世界现已建有8套丙烷脱氢装置,生产能力为120万吨/年。据预测,到2010年将新建10套新装置,以增产丙烯400万吨/年。现已有几套装置计划在马来西亚、沙特阿拉伯、西班牙和卡塔尔建设。

目前,丙烷脱氢工艺主要有UOP公司的Oleflex工艺、鲁姆斯公司的Catofin工艺、菲利普斯公司的Star工艺、林德公司的PDH工艺。其中,Oleflex工艺和Catofin工艺已工业化应用。Oleflex工艺装置由反应区、催化剂连续再生区、产品分离和分馏区组成,丙烯产率约为85%,氢气产率为3.6%。Catofin工艺采用固定床催化反应器,丙烷转化率大于90%。丙烷脱氢装置投资费用相对较高,同时需长期经济性地供应丙烷原料。

易位反应技术利用易位反应技术可使乙烯和2-丁烯反应生成两个分子的丙烯。当易位反应装置与蒸汽裂解相组合时,丙烯与乙烯比可提高到1.0~1.25。鲁姆斯公司的Triolefins工艺在330℃~400℃高温下呈气相状态操作,采用钨基催化剂和固定床反应器,目前已在一套装置中使用。2001年巴斯夫-菲纳公司合资的大型烯烃装置也将采用这一技术。该装置将生产95万吨/年乙烯和54万吨/年丙烯,产出的部分乙烯再与丁烯进行易位反应转化成丙烯,使丙烯产量增加58%,最终生产86万吨/年乙烯和86万吨/年丙烯。

易位反应装置使丙烯与乙烯比提高到1.0以上。易位反应技术的缺点是投资费用较高(但低于丙烷脱氢),对原料杂质较为敏感。此外,将高价值乙烯降级生产较低价值丙烯,造成浪费。

烯烃相互转化工艺美孚公司开发的烯烃相互转化工艺(MOI)采用选择性二次转化技术,在流化床反应器中操作,催化剂连续再生,使用ZSM-5催化剂使酸活性与择形选择性很好组合,促进了烯烃低聚、裂解和歧化。该工艺可将蒸汽裂解C4和热解轻汽油转化成丙烯和乙烯,FCC轻石脑油也是潜在的原料。

固定床催化裂化鲁奇公司开发了将C4和C5烯烃转化为乙烯和丙烯的固定床催化裂化Propylar工艺。当它与石脑油蒸汽裂解相组合时,可将丙烯与乙烯比提升到1.0。典型的反应产品含丙烯42%、乙烯13%、丁烯31%,目前已建中试装置。甲醇制丙烯工艺UOP/诺斯克-海德罗公司甲醇制烯烃(MTO)工艺作为天然气生产乙烯和丙烯的技术已面世。甲烷转化成合成气,然后将生产的粗甲醇通过MTO工艺生产乙烯和丙烯。在高丙烯工况下,丙烯产率可达45%,乙烯为34%,丁烯为13%。该工艺采用流化床反应器和再生器设计。埃及将建设第一套MTO工业化联合装置,采用天然气作为原料,用以生产32万吨/年聚烯烃。MTO工艺将甲醇与聚合物装置组合在一起,形成完整的天然气—聚烯烃装置生产线,该生产线将于2003年投产。鲁奇公司也开发了甲醇制丙烯(MTP)工艺,在稍高压力(0.13M~0.16MPa)和低温(380℃~480℃)下操作,已经实验室验证。

我国现有丙烯生产企业近50家,其中蒸汽裂解生产丙烯有16家,其余为炼厂丙烯生产厂家。到2005年,若我国大型和中型乙烯装置改造完成,几套大型合资乙烯项目也建成投产,预计乙烯生产能力将达到880万吨,按开工率90%计,可生产乙烯792万吨。按乙烯与丙烯的生产比例为1∶0.52计,则乙烯裂解装置可生产丙烯412万吨/年。如以裂解丙烯产量占全国丙烯产量比例为61%计算,则2005年我国丙烯产量约为673万吨。到2005年,我国丙烯需求增长率按10%计,届时我国丙烯需求量将达953万吨,自给率为70%左右。

目前丙烯工业的原料和工艺正向多元化、新技术方向发展。高裂解深度、选择性FCC技术已成熟并推广,其他多种烯烃转化制丙烯技术也在竞相开发,有的已取得实用成果,丙烷脱氢也拥有发展潜力。我国也应加快增产丙烯的其他途径(如易位反应、丙烷脱氢、甲醇制丙烯)的开发研究,为满足日益增长的丙烯需求提供技术储备。

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