辛醇醛耗丙烯及相关经济性分析

辛醇醛耗丙烯及相关经济性分析

摘要：丙烯是仅次于乙烯的一种重要基本有机原料。近年来,世界丙烯需求增长

率一直高于乙烯,预计这种发展趋势仍将持续下去。为了满足快速增长的丙烯需求,国内外一方面通过对烃类蒸汽裂解和催化裂化两大传统的丙烯来源进行催化剂、

工艺条件和装置结构的改进,大幅增产丙烯；另一方面不断研究开发新的增产丙烯

技术,以扩大丙烯新的原料来源。

关键词：辛醇醛耗；丙烯；经济性；分析

引言：

目前国内丁辛醇市场已近饱和状态，如何在竞争激烈的市场中胜出，取决于

对生产丁辛醇的成本及产品质量的控制。而作为丁辛醇的主要生产原料丙烯，在

其成本中占有举足轻重的地位，醛耗丙烯的高低成为丁辛醇生产中一项重要的消

耗指标，研究旨在分析影响醛耗丙烯的各项因素，并通过分析结果对丁辛醇装置

的经济运行进行研究、指导。

1.世界丙烯供需前景分析

丙烯是乙烯蒸汽裂解装置联产品和催化裂化(FCC)装置的副产品。据美国SRI

咨询公司报道,2004年世界丙烯总产量超过6500万吨,其中约61%来自乙烯蒸汽裂解装置,约34%来自FCC装置,约3%来自丙烷脱氢装置,约2%来自其他装置。另据

美国化学市场咨询公司(CMAI)报道,2004年世界丙烯需求量达到6510万吨,其中60.7%用于生产聚丙烯,9.0%用于生产丙烯腈,7.1%用于生产环氧丙烷,5.9%用于生产

异丙苯,3.5%用于生产丙烯酸,13.8%用于其他方面。多年来,在聚丙烯需求快速增长

的带动下,世界丙烯需求增长速度一直快于乙烯。美国丙烯与乙烯的需求比率

1992年为0.43,2004年已升至0.54。西欧、亚太地区的情况也是如此,2004年亚太地区丙烯与乙烯需求比率甚至高达0.77。而中东地区由于近些年新增的乙烯能力

主要是以乙烷裂解为主,因此自1996年以来丙烯与乙烯需求比率一直变化不大。

由于世界丙烯产量增速明显低于乙烯,使丙烯供应出现紧张,导致丙烯与乙烯价格

比增加,由以前的(0.8-0.85)∶1升至2004年的约0.95∶1,进入2005年,世界丙烯价

格已开始高于乙烯价格,5月份丙烯与乙烯价格比曾达到1.22∶1。据CMAI预测,

到2020年世界丙烯需求量将增至1.16亿吨,年均增长3.8%,将高于同一时期乙烯

需求年均增长率3.6%;丙烯与乙烯的需求比率将由2004年的0.63升至2020年的0.67左右。据美国化学系统公司分析,未来世界计划新增的乙烯能力中有25%以上

以乙烷为原料,特别是中东新增的乙烯能力中约90%为乙烷、乙烷/丙烷裂解装置,

丙烯联产量很少,即使其他地区新增的乙烯能力全部以石脑油或馏分油为原料,丙

烯产量也只有乙烯的一半左右。

2.丁辛醇装置羰基运行的经济性分析

2.1合成气中N2含量对醛耗丙烯的影响

2.1.1N2放空夹带

在羰基合成反应过程中，未参与反应的H2、CO、丙烯、丙烷等有效气体，

由2#羰基合成反应器(R102)顶部作为驰放气排放至火炬系统。这些气体在穿过反

应溶液进入火炬系统的过程中，会夹带一定量的丁醛和溶解在反应溶液中的丙烯，造成丙烯及丁醛的损耗。合成气中的N2作为一种惰性气体，本身并不参与反应，但当合成气中的N2含量升高时，N2会夹带更多的有效气体排入火炬系统，丙烯

及丁醛的损耗更加严重，醛耗丙烯明显上涨。

2.1.2N2含量高，削弱羰基主反应

低压羰基合成反应过程中，气相的合成气均匀分配至溶有丙烯、催化剂和丁

醛的液相溶液中进行反应。但当合成气中的惰性气体N2含量升高时，参与反应

的有效气无法均匀地分布在反应溶液中，造成反应分布不均匀，反应温度不易控制，波动较大，间接导致反应器放空量增大，醛耗丙烯升高。

2.1.3N2含量高，增强羰基副反应

低压羰基合成反应中除了生成丁醛的主反应外，还有一个重要的副反应存在，即丙烯与H2反应生成丙烷。由勒夏特列原理可知，当反应器中丙烷含量越高时，H2与丙烯生成丙烷的副反应就越难进行；相反，如果丙烷含量越低，那么副反应则越容易发生，导致丙烯损耗增大。当合成气中N2含量升高时，反应器驰放气

量增大，不仅夹带了大量的丁醛及丙烯，也夹带了大量的丙烷至火炬系统，系统

中丙烷的浓度降低，使得丙烯与氢气反应生成丙烷的副反应轻松发生，醛耗丙烯

随之升高。合成气主含量下降2.2%,时，反应器放空量明显上升，实际放空的天

然气和丁醛均增加，但是由于N2含量过高，可回收的天然气量变少，故数据所

能表现出的只有丁醛回收量增大，而天然气量减少。与之对应的醛耗丙烯上涨了0.005,t/t。按羰基工序满负荷、丙烯投料21,t/h计算，0.005,t/t醛耗丙烯的增长

意味着一天(24,h)丙烯用量需增加2.52,t，按丙烯价格5,373元/t计算，即1.354

万元。折合计算结果为合成气主含量每下降1%,，每天丙烯需多投资6,155元。

2.2合成气氢碳比对醛耗丙烯的影响

合成气的氢碳比是一个控制范围狭窄、需要精细操控的重点工艺指标，若氢

碳比偏低，会造成铑催化剂性能不稳定；若氢碳比偏高，则过量的氢气与丙烯反

应生成丙烷，如同N2含量增高所引发的一系列消极影响，造成醛耗丙烯的上涨。

2.3循环水温度对醛耗丙烯的影响

对于化工生产来说，热季生产是一个较为特殊的阶段，气温一度超过37,℃，最高可达40,℃，循环水温度因此无法降至正常范围。正常操作情况下，非热季

生产时，循环水供水温度能够稳定在24～26,℃之间，而热季生产时，循环水平

均温度上涨至31,℃，甚至更高。当热季生产处于满负荷甚至超负荷运行时，冷

却器换热面积一定，羰基合成工序内的放空冷凝器效能达到最大值，冷却后的物

料温度会较正常值偏高，直接导致一部分气相物料无法得到冷凝而放空至火炬系统。其中低压蒸发器顶部的冷却器受影响最大。通过分析数据得知：一是合成气

中N2含量相近时，循环水温度越高，冷却器中的物料温度越高，相应地醛耗丙

烯也越高；二是同为氮气工况，若合成气中N2含量越高，醛耗丙烯就越高；三

是氮气含量与循环水温度具有叠加效果，高N2含量、低循环水温度与低N2含量、高循环水温度对醛耗丙烯的影响相近。

总结：

低压羰基合成反应是整个丁辛醇生产工艺的核心所在，衡量一套生产装置经

济运行水平的重要参数醛耗丙烯的影响因素较多。通过上述分析研究可知：一是

合成气质量和循环水温度是两项最主要的影响因素。二是无论是合成气质量还是

循环水温度差，最终均反映在羰基系统放空量的增加上，致使醛耗丙烯升高。三

是合成气质量具有不可预见、影响程度大、不可调节等特点。四是循环水温度具

有时令性，只有在热季生产，循环水温度偏高时，对醛耗丙烯的影响才会明显，

且可以通过停检时增大换热器换热面积、定期清理换热器、新增换热器外冷等一

系列提高换热效率的措施，进行一定程度上的调节，达到稳定醛耗丙烯的目的。