隨著丙烯供需缺口的不斷擴大，科萊恩催化劑業(yè)務單元的Kyle Mankin和曾才與SK Advanced公司的Chul-Jin
Kim介紹了如何利用催化技術的創(chuàng)新，結合以客戶為中心的理念，為PDH工廠生產(chǎn)大幅突破傳統(tǒng)工藝的限制奠定基礎。
在激烈的市場競爭中，新建丙烷脫氫工廠的企業(yè)期望獲得快速的投資回報。為了加快建造、調試和大幅提高生產(chǎn)效率，PDH企業(yè)需要先進的技術，能夠以最低的丙烷原料消耗實現(xiàn)最高的丙烯產(chǎn)量，并實現(xiàn)長期可靠的高在線率。此外，PDH企業(yè)也在建造規(guī)模更大的工廠，以求從規(guī)模經(jīng)濟中獲益，因此更需要有能力支持大型PDH工廠項目的技術合作伙伴。
丙烯供需矛盾
丙烯需求正持續(xù)穩(wěn)步增長，預計到2028年，全球丙烯需求將從2018年的約1.1億噸增長至1.5億噸(圖1)。這種需求的持續(xù)增加主要是得益于丙烯及其衍生物，特別是聚丙烯的應用范圍不斷擴大。
圖1. 全球丙烯年度供需對比(來源：IHS全球分析，2019年春季數(shù)據(jù))。
煉油廠和乙烯裂解裝置的丙烯產(chǎn)量增速跟不上需求。在過去十年中，頁巖氣的出現(xiàn)從根本上改變了烯烴市場格局。乙烯裂解裝置運營商傾向于使用輕質進料，導致丙烯產(chǎn)量相對較低而乙烯產(chǎn)量相對較高。因此，單靠傳統(tǒng)的蒸汽裂解工藝已經(jīng)無法滿足日益增長的丙烯需求。這導致人們對專有丙烯生產(chǎn)技術的興趣與日俱增。在可供選擇的方案中，丙烷脫氫技術(PDH)由于其更低的總體成本和更高的丙烷原料利用率而成為發(fā)展最快的技術之一
(圖2)。
圖2. 按生產(chǎn)工藝分類的丙烯產(chǎn)能(來源：IHS世界分析，2019年春季更新和科萊恩內部項目數(shù)據(jù)庫)
首要解決方案
CATOFIN是最早也是最先進的烯烴生產(chǎn)技術之一，通過催化脫氫反應生產(chǎn)丙烯(來自丙烷)、異丁烯(來自異丁烷)和正丁烯/丁二烯(來自正丁烷)等烯烴，并具有優(yōu)異的轉化率和選擇性。科萊恩與工藝合作伙伴魯姆斯技術(Lummus
Technology)緊密合作，并擁有此獨特催化工藝技術的專利所有權。隨著60多年來的持續(xù)改進，如今CATOFIN已在全球超過25家烷烴脫氫工廠成功實現(xiàn)了商業(yè)化運行近兩年來，全球又有18個PDH新項目選用了CATOFIN技術，專利授權用戶總數(shù)達到43家。科萊恩與魯姆斯于近日宣布，其CATOFIN催化技術在恒力集團在大連新建的混合進料烷烴脫氫工廠成功開車。這家新工廠采用了丙烷脫氫(PDH)和異丁烷脫氫(BDH)相結合的工藝技術，烯烴年產(chǎn)能高達100多萬噸，現(xiàn)已成為全球規(guī)模最大的使用CATOFIN催化技術的工廠。
為何選擇CATOFIN?
所有CATOFIN
PDH裝置共同的兩大優(yōu)勢是能夠在高在線率條件下可靠運行(通常高于97%)，并且實際產(chǎn)量顯著高于設計產(chǎn)能(在某些情況下高達150%，平均超過110%)。由于CATOFIN反應在負壓中進行，較低的操作溫度可將熱裂解和副產(chǎn)物降到最低水平，因此生產(chǎn)企業(yè)的原料消耗也大大減少。與其他PDH技術相比，這也是一種更加清潔的工藝，任何副產(chǎn)焦炭在反應器都會被在線清除，工廠無需停車進行除焦和清理。在使用中，該強勁的催化劑具有開車時間短、操作簡單、使用壽命長等優(yōu)點。
持續(xù)推進
為進一步提高丙烯產(chǎn)量，科萊恩和魯姆斯憑借發(fā)熱材料(HGM)和新型催化劑解決方案等技術創(chuàng)新，繼續(xù)書寫著CATOFIN的成功。顧名思義，HGM在催化劑床層內部產(chǎn)生熱量，大大降低了對其他熱量來源(如再生空氣)需求。盡管聽起來很簡單，但這種極具創(chuàng)新的專利材料已成功得到商業(yè)驗證，可有效提高烯烴的選擇性和產(chǎn)量，并大幅降低反應器入口空氣溫度(圖3)。基于HGM的催化劑系統(tǒng)與其他能量優(yōu)化措施相結合，可減少高達35%的能耗成本和二氧化碳排放量。使用基于HGM的催化劑系統(tǒng)的另一個顯著優(yōu)點是，催化劑的運行時間可以延長到4年或更長時間。擁有11項專利的基于HGM的催化劑系統(tǒng)現(xiàn)已成為新PDH裝置設計的行業(yè)標準。
最近，最新的技術突破是新型CATOFIN
311的問世，此催化劑已經(jīng)過商業(yè)化驗證，具有更高的選擇性和更長的使用壽命，從而進一步提高了丙烷脫氫企業(yè)的整體盈利能力。同時，其他新一代產(chǎn)品也正在緊密研發(fā)中，催化劑性能將有望得到進一步增強。
展望未來，CATOFIN技術合作伙伴魯姆斯也正在研發(fā)有前景的新型解決方案，在不影響工廠產(chǎn)能和先進能量整合的情況下，將反應器數(shù)量降至最低，從而減少固定投資。其他的優(yōu)化還包括通過HGM顯著降低空氣量，提高原料空速，從而降低運營成本。
圖3. 相同工廠條件下，使用CATOFIN催化劑，在使用和未應用HGM時的丙烷轉化率。
SK Advanced公司的成功案例
由于眾所周知的優(yōu)勢，全球最大的PDH工廠SK Advanced也選擇使用了CATOFIN和HGM。2013年，韓國SK天然氣公司(SK Gas
Corporation Ltd.)、沙特阿拉伯先進石化公司(Advanced Petrochemical
Company)和科威特石化工業(yè)公司(Petrochemical Industries Co.)等三大石化公司在韓國蔚山合資新建了一座丙烯工廠SK
Advanced。該工廠從開工到機械完工歷時僅18個月，其產(chǎn)量超出設計產(chǎn)能，實現(xiàn)了超出預期的快速投資回報。
該CATOFIN
PDH新工廠于2016年建成，設計產(chǎn)能為60萬噸/年。2016年3月8日進行了首次投料，在運行24小時后，成功生產(chǎn)出符合規(guī)格的丙烯。在平穩(wěn)的升溫之后，工廠經(jīng)過兩周的連續(xù)運行達到了滿負荷運行。設計轉化率也完全達標，與沒有使用HGM的CATOFIN
PDH裝置相比，http://puworld.com/選擇性提高了2.5 ~ 3.5
%。對于年產(chǎn)能60萬噸的裝置而言，此更高的選擇性相當于每年增產(chǎn)丙烯21000噸及相關額外收益。
該工廠一直以平均設計產(chǎn)能的110%水平運行，最高負荷可達116%。因此，工廠從投產(chǎn)至今的四年累計產(chǎn)量遠超240萬噸的設計產(chǎn)量也就不足為奇了。此外，與未使用HGM的工廠相比，在設計中加入HGM后，催化劑的運行時間從3年增加到4年，從而在12年運行周期中可以節(jié)約一次完整的停車換劑的費用。
總結
輕質頁巖氣凝析油中豐富的低成本丙烷和丙烯需求的持續(xù)增長為專有PDH企業(yè)創(chuàng)造了巨大商機。開創(chuàng)性的技術和持續(xù)的催化劑創(chuàng)新使CATOFIN技術始終保持著最先進、高效、最可靠的解決方案的地位。SK
Advanced的成功是近來CATOFIN開車運行的眾多案例之一，這些案例充分展示了該技術如何將生產(chǎn)企業(yè)的期望轉化為超出產(chǎn)能預期的高利潤日常運營?？迫R恩和魯姆斯致力于為現(xiàn)有客戶和新項目不斷創(chuàng)新，引領CATOFIN邁入下一個發(fā)展新里程
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