LUMMUS和UOP和STAR丙烷脱氢(PDH)工艺介绍

丙烷脱氢
2020年1月
PROPANE DEHYDROGENATION
一、丙烷脱氢反应机理
二、轻烃催化脱氢历史变迁
三、丙烷脱氢催化剂
四、丙烷脱氢主要工艺技术
五、丙烷脱氢的工程特点
提纲
丙烯生产技术FCC DCC/CPP MTO PDH
乙烯裂解
一、丙烷脱氢反应机理
从丙烷脱氢到丙烯
•反应表观方程式：
C3H8 C3H6+ H2
•热裂解脱氢：
传统的蒸汽热裂解装置（乙烯装置），C-C和C-H打断，生产乙烯和丙烯。

温度800~920℃，转化率~93%，乙烯收率~42%，丙烯~17%。

•催化脱氢：
所谓的“丙烷脱氢”，温度590~630℃，单程转化率33%~44%，选择性~86%。

一、丙烷脱氢反应机理
丙烷脱氢制丙烯反应
•平衡反应：
C3H8C3H6+ H2（吸热）
•反应产物、副产物：
H2, CH4, C2H4, C2H6, C3H6, C3H8, C4+
•热力学性质决定：
（1）吸热反应；
（2）平衡常数随温度的升高而增大；适当适当的高的反应温度
（3）分子数增加的可逆反应；反应压力越低越有利.
因此，提高反应温度和降低压力有利于反应向正方向进行；但反应温度过高将造成非催化热裂和深度脱氢反应加剧，导致选择性降低。

通常催化脱氢反应温度控制在590~630 ℃。

温度-
热裂解副反应曲线
一、丙烷脱氢反应机理
轻烃催化脱氢历史变迁
•催化剂相同，脱氢温度不同。

•上世纪60年代，正丁烷脱/异丁烷脱氢盛极一时，以获得丁二烯/异丁烯；随着热裂解制乙烯/丙烯并副产丁二烯/异丁烯（即统称的乙烯装置）的发展，催化脱氢制烯烃渐渐退出市场。

•近年来随着乙烯装置原料轻质化，丙烯相对的缺口增大，丙烷脱氢开始兴起。

异丁烷脱氢制异丁烯正丁烷脱氢制丁二烯异丁烷脱氢制异丁烯
二、轻烃催化脱氢历史变迁
三、丙烷脱氢催化剂
丙烷脱氢催化主要有以下几种：
铬系催化剂，如Catofin工艺采用的催化剂；
铂系催化剂，如Olefex工艺采用的催化剂；
氧化脱氢类催化剂。

（氧化脱氢是指在催化剂作用下采用适当的氧化剂与丙烷反应生成丙烯与水，其焓变小于零，为放热反应，无需外界加热、节省能源，与催化脱氢过程相比，可以克服热力学平衡的限制并降低催化剂的减活作用。

该催化剂离实现工业化尚远。

）
目前主要几种丙烷脱氢技术
四、丙烷脱氢主要工艺技术
Catofin
流程简图四、丙烷脱氢主要工艺技术
Oleflex
流程简图
四、丙烷脱氢主要工艺技术
Star
流程简图
四、丙烷脱氢主要工艺技术
四、丙烷脱氢主要工艺技术
几种技术明显区别
•各种技术明显区别在反应，各自具有明显特点。

•后续的各单元，是典型单元操作。

与乙烯装置分离单元相似，但流程相对较短。

Catofin
反应器简图
四、丙烷脱氢主要工艺技术
Catofin
反应五步骤示意
四、丙烷脱氢主要工艺技术
UOP
反应器简图
四、丙烷脱氢主要工艺技术
反应器
四、丙烷脱氢主要工艺技术
Star 反应器简图
四、丙烷脱氢主要工艺技术
四、丙烷脱氢主要工艺技术
丙烷脱氢主要单元
•反应：
原料加热，反应，催化剂再生，预热回收（废锅等）。

•压缩：
将反应器提升到后续所需的压力，三段压缩，压力提升到
11.4bar。

丙烷脱氢主要单元
•产品回收：
逐级冷凝，C2及以上组分逐步冷凝下来，5股液相进入脱乙烷塔，未凝的富氢尾气（H 2, CH 4）进入PSA 。

脱乙烷塔中将C2分离出来。

•产品精制：产品塔中将聚合级丙烯分离出来。

H 2, CH 4
C 2H 4,C 2H 6,C 3H 6, C 3H 8, C4+C 2H 4, C 2H 6C 3H 6, C 3H 8, C4+C 3H 6C 3H 8, C4+四、丙烷脱氢主要工艺技术
四、丙烷脱氢主要工艺技术
丙烷脱氢主要单元
•丙烯制冷：
多级压缩，汽-液，液体多压力下蒸发，提供不同级别冷剂。

13℃，-1℃，-23℃，-35℃
•乙烯制冷：
多级压缩，汽-液，液体多压力下蒸发，提供不同级别冷剂, -63℃，-100℃
•其他配套公用工程系统（火炬，燃料气，蒸汽，仪表空气，氮气。

）
丙烷脱氢反应单元
四、丙烷脱氢主要工艺技术
脱乙烷塔
四、丙烷脱氢主要工艺技术
产品精制
四、丙烷脱氢主要工艺技术
丙烯制冷简图
四、丙烷脱氢主要工艺技术
乙烯制冷简图
四、丙烷脱氢主要工艺技术
四、丙烷脱氢主要工艺技术
几种技术各自特点
序号反应器参数Oleflex Catofin
1型式移动床固定床
2数量/台48
3操作方式连续循环操作
4尺寸Φ3.2m~4.2mΦ7.9m×17.2m
5操作温度/℃639~650590~600
6操作压力/MPag0.23-0.05
7设计温度/℃670400（外壳）
8设计压力/MPag0.65/F.V.0.28/F.V.
9设备材质304S.S C.S&耐火材料衬里
10加热（蓄热）方式加热炉加热反应原料热空气加热催化剂+加热
炉适度加热反应原料
11催化剂UOP提供的Pt系催化剂南方化学公司提供的Cr
系催化剂
12催化剂再生方式连续再生（CCR)间歇切换再生
五、丙烷脱氢的工程特点
丙烷脱氢的工程特点（一）
(Catofin PDH)
•工艺参数跨度大：
温度：高温704℃；低温-104℃。

压力：负压：0.05MPa(绝)；正压：2.39MPag。

五、丙烷脱氢的工程特点
丙烷脱氢的工程特点（二）
•系统复杂：
（一）反应系统：
1、反应原料加热、进出料换热、余热回收（废锅）互相
交错；
2、再生空气加热、再生空气换热、余热回收（废锅）互
相交错。

（二）压缩：
三段压缩，闭环的调温水系统回收低温热能，用于产品塔塔釜加热热源。

五、丙烷脱氢的工程特点
丙烷脱氢的工程特点（二）
（三）产品回收（低温回收）：
目的：通过深冷方式回收碳三，同时分离氢气、甲烷等轻烃；
工艺介质从常温逐级冷凝冷却到-98℃，丙烯制冷、乙烯制冷提供不同级别冷源：
丙烯压缩提供：13℃，-1℃，-23℃，-35℃
乙烯制冷提供：-63℃，-100℃
（四）产品精制：
透平的乏汽作为塔釜热源，塔釜的再沸器便是透平的表面冷凝器。

调温水系统回收低温热能，也用于塔釜热源的一部分。

五、丙烷脱氢的工程特点
丙烷脱氢的工程特点（二）•系统复杂：
蒸汽系统：
4.0MPag，1.0MPag，0.35MPag
火炬：
湿火炬（WF），干火炬（DF），
冷火炬（CF），液体倒空系统（LD）其它：
燃料气，循环水，仪表空气，工厂空气…..
五、丙烷脱氢的工程特点
丙烷脱氢的工程特点（三）
•设备种类繁多
加热炉：进料加热炉、再生空气加热炉、废锅
压缩机：产品压缩机、再生空气压缩机、丙烯压缩机、乙烯压缩机
反应器：8台
塔器：脱乙烷塔、产品塔（分段、双塔）、脱油塔、脱丁烷塔、工艺凝液汽提塔
五、丙烷脱氢的工程特点
设备汇总表
设备类型国内订货（台/套）国外订货（台/套）合计（台/套）塔66反应器88
容器58159
换热器75176
工业炉112
机泵40848
压缩机及风机189其它3131
总计21227239
五、丙烷脱氢的工程特点
丙烷脱氢的工程特点（四）
•设备大型化，管道“设备化”。

•设备管道材料复杂，高温钢（304H），普通碳钢，低温碳钢或低温合金钢（A33GR6，09MnNiDR ，3.5Ni），不锈钢。

•反应器衬耐火材料。

•高温管道，低温管道应力计算，反应框架的结构设计，诸多机组采购技术服务，大型设备的专门设计。

五、丙烷脱氢的工程特点
Catofin反应器衬里
丙烷脱氢设备布置图
五、丙烷脱氢的工程特点
丙烷脱氢全厂鸟瞰图
五、丙烷脱氢的工程特点。