浅谈丙烷脱氢（PDH）制丙烯工艺及其危险性分析

金勇威

（浙江绍兴三锦石化有限公司，浙江绍兴 312000）

浅谈丙烷脱氢（PDH）制丙烯工艺及其危险性分析

金勇威

（浙江绍兴三锦石化有限公司，浙江绍兴 312000）

针对目前全球丙烯及其衍生物需求量不断增长的趋势，丙烷脱氢制丙烯已成为第三位的丙烯来源。详细介绍了现已工业化的美国UOP公司（Olef l ex工艺）的丙烯脱氢制丙烯工艺技术，简述该工艺技术主要工艺流程的基础上，对PDH生产工艺中危险性可能进行分析，并根据实际情况提出相关安全措施，保障装置长稳久安。

丙烷脱氢；丙烯；Olef l ex；危险性；安全措施

丙烯作为一种重要的有机化工原料，其工业用量仅次于乙烯，除用于生产聚丙烯外，还是生产苯酚、丙酮、丙二醇、丙烯腈、环氧丙烷、丙烯酸、丁醇、辛醇以及异丙醇等产品的主要原料[1-2]。近年来，受下游衍生物需求快速增长的驱动，全球丙烯消费量大幅提高，而丙烯产量的增速却滞后于需求的增速，丙烯市场供应存在缺口的紧张态势将延续较长时间[3]。

21世纪前，PDH生产技术因市场丙烷价值高、生产成本高而一度发展艰难。然而最近十几年来，随着世界丙烯需求量的增长以及丙烯价值的不断提高，再加之页岩气开发的不断成熟，丙烷与丙烯差价的变化使得越来越多的企业家看到了PDH的未来。随着UOP等工艺包厂家对生产工艺过程的不断改进，使得PDH在丙烯生产中占的比重不断上升。

1 简述UOP的PDH生产工艺

UOP（Olef l ex工艺）的PDH生产工艺技术，其生产工艺复杂，生产条件苛刻（反应稳定646℃左右，压力0.24MPa左右），在生产过程中具有很高的火灾、爆炸危险性。Olef l ex 工艺催化剂是以氧化铝作为载体的Pt系催化剂，以连续再生的方式来保持活性；反应器采用多个移动床反应器串联，以冷箱循环氢气作为丙烷稀释剂来抑制过反应，使得丙烷脱氢反应程度按照期望进行。丙烷经过原料预处理、脱氢反应、压缩、低温分离、选择性加氢、脱乙烷、丙烷-丙烯分离等过程生产高纯度丙烯。装置工艺流程示意图见图1

图1 Olef l ex 工艺方块流程

2 PDH工艺流程简述

原料丙烷进入丙烷预处理单元（脱除氮化物、重金属、微量Hg、水）后，与丙丙塔底循环丙烷混合进入脱丙烷塔单元（塔底C4重烃作为副产外售），脱丙烷塔顶出来的丙烷送冷箱，在冷箱中丙烷与反应物流在低温下逆流换热并与低温循环氢混合，经换热后以气相进入反应单元依次进入3～4个加热炉和反应器进行脱氢反应，反应产品气经换热、冷却、压缩、分液、氯处理、干燥后进入冷箱与原料丙烷换热分离出轻组分；液相送选择性加氢反应器（SHP）将反应生成的少许二烯烃、炔烃加氢生产丙烯，然后进入脱乙烷塔脱除乙烷等轻组分作为燃料气；最后进入丙烷-丙烯分离塔，塔顶分离丙烯作为产品外售，塔底丙烷再进入脱丙烷塔单元循环；冷箱分离出的富氢轻组分，部分与作为反应循环氢回到反应器，部分用于CCR系统，其余部分通过 PSA 提纯后用于选择性加氢或外售。

3 PDH可能危险性

3.1 主要物料理化特性

PDH生产过程中易燃、易爆物质主要有丙烷、丙烯、氢气以及甲烷、少量乙烷和乙烯。氢气作为甲类易燃物，爆炸范围宽，点火能量低，高压氢气泄漏遇静电就可能发生燃烧或爆炸；丙烷、丙烯比重较空气重，会在地面积累并向四周扩散，遇空气可形成爆炸性气体，遇高热、明火容易发生火灾爆炸。

PDH生产过程有毒有害物质主要为氯气和硫化氢，氯气主要用在CCR再生时的Pt分散，氯为高毒物质，常温常压为气体，易经呼吸道，眼睛，皮肤等进入人体导致人中毒，严重时造成人员死亡；硫化氢主要来自于高温管道保护剂二甲基二硫的分解，作为高毒物质，H2S易经呼吸道进入人体，引起中枢神经系统机能改变，导致人员中毒伤亡。PDH主要物料危险特性见表1。

表1 PDH主要物料危险特性

3.2 生产过程的危险可能性

3.2.1 原料预处理及脱丙烷塔单元

本单元主要脱除原料丙烷中的氮化物、金属有机物、汞及水，以及将C4重烃分离；所在区域存有大量液相丙烷，若设备或阀门故障泄漏遇明火变化着火、爆炸；再生器再生所需高温再生气，存在烫伤风险。

3.2.2 反应单元、反应后处理及冷箱单元

脱氢反应在464℃，约0.24MPa压力下进行，温度超过了各物料的自燃点，若发生泄漏事故，小则着火、大则可能引发爆炸。

反应热量由加热炉提供，加热炉本事就存在危险性，若加热炉存在制造上的缺陷，极易导致炉体炉管的炸裂事故。

加热炉燃料来着反应产生尾气及天然气，反应系统波动将导致燃气压力波动，若波动幅度过大，导致燃气压力下降过低，及易造成炉膛回火烧坏火嘴；若炉膛操作中CO含量过高，也将存在爆炸风险。反应产品气中的氯、水分若不在进冷箱前吸附完全，进入冷箱系统后，可能会导致分离器腐蚀、冻堵憋压，若冷箱泄漏对人体将导致物理性冻伤，同时存在着火爆炸分险。

3.2.3 产品精馏单元

精馏区域，阀门法兰密集，泄漏可能性较大，单元内易燃易爆物料一旦泄漏，遇明火极易发生火灾、爆炸事故。

SHP 反应属于放热反应，床层温度过高，会加快加氢反应，导致催化剂结焦，同时反应器内压力也会飞升，破坏设备本体结构，造成物料大量泄漏，引发灾害。

精馏区域同时也是换热器、机泵密集区，机泵密封泄漏几率大，若不及时发现，一旦积聚，容易发生火灾及爆炸事故。

3.2.4 催化剂再生单元

氯气主要用于CCR烧焦时防止催化剂上铂结聚，提高金属铂在催化剂上的分散，从而确保催化剂的活性，氯气为剧毒化学品，泄漏后会导致人员中毒事故。

若吹扫次数不够或吹扫不充分，有机气体随催化剂循环进入含氧量较高的再生区，一旦形成的爆炸性混合气体到达极限，同样会引发爆炸事故。

4 相关安全措施探讨

根据PDH工艺本身及生产过程中可能存在的危险性提出如下安全措施：

1）按要求严格投用SIS系统，可燃有毒气体检测报警系统，加强各安全仪表管理，关键参数有冗余。

2）加强DCS监控管理，每天按时巡检，现场定时对动设备巡检，若有异常及时汇报，每周对静设备进行查看，确保各设备处于有效使用状态。

3）设备、管道均应按设计要求安装使用，必须进过探伤、打压、吹扫、气密合格再使用，避免杂物导致过滤器、反应器网等的堵塞。

4）能源部按规定做好各设备、管道、法兰等的静电接地或静电跨接；防止物料泄露时静电作为能量引发的火灾，同时生产现场应配置静电消除器，人员进出穿防静电服。

5）加强DCS参数调控及PID调整，稳定关键参数如原料进料量、燃气、蒸汽用量、反应温度等参数。

6）严格监控氯气的使用及硫化氢的取样，防止引发氯气及硫化氢中毒事故，进行相关工作时必须有人监护，同时应按要求佩戴防毒面具。

7）定期进行泄漏点排查，及时处理；暂时不能处理的做好登记，检修时处理。

8）建立应急预案等系列资料，加强员工培训以及预案演练。

5 结束语

PDH装置生产工艺复杂，生产条件苛刻，在生产过程中具有很高的火灾、爆炸危险性，其中反应器、加热炉、产品气压缩机、冷箱等均属于关键设备。其中一个出现问题必将影响彼此，通过对PDH生产过程危险性的探讨，了解了PDH生产涉及的危险。提出了几条相关安全措施，目的在于尽量避免装置发生火灾、爆炸等事故，保障装置长稳久安。

[1] 陈建九，史海英，汪泳，等.丙烷脱氢制丙烯工艺技术[J].精细石油化工进展，2000，1（12）.

[2] 雷丽晶，包雪莹.我国丙烯市场供应格局预期[J].化学工业，2014，32（8）.

[3] 李建.中国丙烷脱氢产业现状分析[J].中国石油和化工经济分析，2015，（6）：44-45.

Discussion on Propane Dehydrogenation（PDH）Propylene Process and its Risk Analysis

Jin Yong-wei

In view of the increasing trend of global demand for propylene and its derivatives，propane dehydrogenation has become the third source of propylene.This paper describes in detail the current process of industrialization of the United States UOP（Olef l ex process）of propylene dehydrogenation of propylene technology，outlined the main process of the process on the basis of the PDH production process in the risk may be analyzed；and according to the actual The situation put forward the relevant security measures to protect the device long stable.

propane dehydrogenation；propylene；olef l ex；hazard；safety measures

TQ221.212

：B

：1003–6490（2017）04–0084–02

2017–04–15

金勇威（1990—），男，浙江绍兴人，助理工程师，主要研究方向为化工生产，化工安全。