石油科普：关于乙烯的那些事儿

  [中国石油新闻中心2023-11-24]
  编者按：乙烯是化工产业的基础原料，其衍生物占全部石化产品的75%以上，国际上将乙烯生产能力作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志。我国《工业领域碳达峰实施方案》对石化化工行业提出了“增强天然气、乙烷、丙烷等原料供应能力，提高低碳原料比重”的要求。面对乙烯产能的快速增长以及石化行业低碳化发展挑战，我国乙烯行业将如何应对？《中国石油报》《创新导刊·石油科普》通过对气、油、煤三大乙烯工艺路线对比介绍，从经济、技术、低碳环保等方面分析乙烷裂解制乙烯工艺的特点和优势，介绍乙烷制乙烯产业的前景等。敬请关注。
  走近乙烷制乙烯
  ——探析乙烯产业清洁绿色安全高效发展之路
  乙烯生产的技术路线多样，根据反应原理和加工路线，主要分为裂解（蒸汽热裂解和催化裂解）、氧化脱氢（ODH）、醇类脱水（MTO）等。乙烯生产工艺的发展，是伴随着石油加工工业的发展而不断演变的。最主要的乙烯原料是炼厂中的液化气和轻质油品，这些原料同时也是生产民用液化气和汽油的主要原料。近年来，随着全社会对环保愈加重视，能源的使用形式发生了重大变化，特别是以气体为原料的乙烯生产工艺，具有乙烯收率高、能耗低、排放少、投资低的相对优势，更是近年来发展的重点。
  以乙烷为主的气体制乙烯
  简述
  以乙烷为主的气体制乙烯。
  优点
  加工流程简单，能耗低，排放少，投资低，产品收率高。
  缺点
  我国乙烷资源不足。
  气体制乙烯的原料来自天然气、页岩气和炼厂气中的以乙烷为主的气体组分。我国天然气、页岩气和油田伴生气资源丰富，从中提取乙烷、丙烷作为生产乙烯的原料具有广阔的市场前景和深远的战略意义。炼厂气是原油在加工过程中生成的以甲烷、乙烷、氢气为主，含有少量乙烯和其他杂质气体的混合气体，多年来主要用作炼厂加工所需的燃料。随着大型、超大型炼化一体化项目的快速发展以及乙烯原料资源的紧缺，采用天然气或电加热方式替代炼厂气，同时将炼厂气分离，提取出乙烷等高价值组分作为乙烯原料，是目前炼化一体化发展和现有炼厂改造的重点工作。
  气体制乙烯目前有前景的路线主要为蒸汽热裂解和氧化脱氢两种。
  1.蒸汽热裂解
  蒸汽热裂解流程与液化气和轻质油品热裂解类似，但由于乙烷原料与乙烯产品只差两个氢原子，乙烷制乙烯具有收率高、加工流程简单、能耗低、排放少、投资低的明显优势。
  乙烷的蒸汽热裂解着眼于乙烷原子经济性最大化，裂解产物主要为乙烯和氢气，乙烯综合收率高达83wt%，吨产品能耗低至340千克标油。相对应，采用液化气、轻质油品为原料的蒸汽热裂解乙烯综合收率在33wt%至38wt%，吨产品能耗值为520至590千克标油。乙烷制乙烯还有副产品占比少、后分离流程简单、装置总投资低的优点，唯一受限的是乙烷资源。
  乙烷蒸汽热裂解路线成熟，大规模建设始于中东乙烷的综合利用。2000年后，由于美国页岩气革命增产大量乙烷，乙烷蒸汽热裂解在美国、印度和中国迅速发展。中国石油集团的长庆和塔里木两个乙烷制乙烯项目，采用中国寰球工程有限公司开发的中国石油完全自主技术，回收西气东输天然气中的乙烷资源生产乙烯，是国家乙烷制乙烯示范工程。两个项目均于2021年8月开车成功，实现了我国乙烷制乙烯技术“零的突破”，具有显著的经济效益和社会效益。
  2.氧化脱氢工艺
  乙烷氧化脱氢工艺采用乙烷与氧气或二氧化碳等氧源在催化剂的作用下发生脱氢反应，生成乙烯、醋酸和水。该反应为放热过程，反应条件温和，主工艺流程简单。但目前因技术限制，单台反应器规模受限，此技术无商业运行业绩，正处于商业推广阶段。
  石油馏分制乙烯
  简述
  以轻质原油或原油炼制得到的LPG、石脑油、柴油、加氢尾油等石油的各馏分为原料生产乙烯。
  优点
  我国已实现工业化应用，技术成熟度高，高附加值副产品多。
  缺点
  不同原料对后续裂解产品收率影响较大。
  石油馏分是目前最主要的乙烯原料。石油馏分制乙烯，采用来自轻质原油或原油炼制得到的石脑油、柴油、加氢尾油等原料，通过蒸汽热裂解的方式获得三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）和三苯（苯、甲苯、二甲苯）等基本化工原料，是目前技术最成熟、技术经济性最好、占比最大的乙烯生产方式。近年来，陆续开发出以更重的石油馏分为原料通过催化裂解的方式制取乙烯、丙烯、苯等化工原料的工艺技术，正在成为乙烯生产的重要补充。
  1.蒸汽热裂解
  蒸汽热裂解技术出现于20世纪30年代，经过多年的迭代发展已经成为世界上最主要的乙烯生产方式。蒸汽热裂解技术采用管式乙烯裂解炉，在蒸汽的稀释下进行油品的断链热裂解反应，并在分离流程中进行能量的回收及产品的分离，生产三烯、三苯等基础化工品，被誉为化学工业的龙头。
  2.催化裂解
  与蒸汽热裂解生产乙烯主要使用经过精制的轻质石油馏分不同，催化裂解主要以较重的石油馏分，如蜡油、渣油等为原料，在反应器内，在沸石分子筛催化剂的作用下发生催化裂解反应，生成低碳烯烃、液化石油气、汽油、中馏分油等产品。虽然产物中乙烯含量较低，但另一高价值产物丙烯含量较高。催化裂解的重要意义在于可以蒸汽裂解无法经济处理的重质油品为原料，缩短了从石油到乙烯、丙烯等基本化工原料的加工链长度，简化了炼化一体化的总加工流程。催化裂解技术以中石油的CPP（催化热裂解）、中石化的DCC（深度催化裂解）以及KBR（凯洛格公司）的KCOT（凯洛格-催化制烯烃技术）等技术为代表。
  煤及衍生物制乙烯
  简述
  以煤气化生产合成气，合成气合成甲醇后经催化剂脱水生产乙烯。
  优点
  我国煤炭资源丰富，对于提高我国乙烯产品的自给率有重要意义。
  缺点
  煤制乙烯流程较长，投资成本较高，对环境影响较大。
  我国煤炭储量丰富，以煤为原料生产乙烯一直是国家基于战略安全考虑的重点研究方向。
  目前较成熟的煤制乙烯工艺路线主要有两个方向：一是煤通过费托合成（以合成气——一氧化碳和氢气的混合气体为原料，在催化剂和适当条件下合成液态的烃或碳氢化合物的工艺过程）生产石脑油、LPG等产品，再经蒸汽裂解生产乙烯；二是通过煤气化生成的合成气合成甲醇，再通过甲醇催化脱水生产乙烯。这两种路线对于提高我国乙烯产品的自给率有重要意义。
  上述3条主流乙烯生产路线各有优劣。石油产品路线的市场占有率高，工艺成熟，但乙烯收率相对较低，装置投资较高。煤基原料制乙烯流程长，但由于我国煤炭资源丰富，具有较强的战略意义。乙烷蒸汽裂解路线的工艺路线短、乙烯收率高、能耗低，减碳效果明显；但我国乙烷资源来源受限，可从天然气中分离，或从海外进口获得。
  从分子层面考虑，不论是以气体、液化气、石脑油、重质油品为原料，还是以煤等固体为原料，目标都是两个碳原子以双键形式结合形成的乙烯。原料的分子结构和目标乙烯的分子结构越接近，乙烯的收率就越高，装置能耗越低，加工链条就越短，投资越少，相应的排放也越少。在可预见的将来，乙烷蒸汽裂解制乙烯将一直是乙烯生产中经济性最好的技术。中国石油在国内率先掌握这一技术。2021年8月，国家示范工程长庆80万吨/年和塔里木60万吨/年乙烷制乙烯项目先后建成并顺利投产，标志着中国石油在乙烯的清洁生产方面已经走在世界前列。
  乙烯下游产品介绍
  乙烯被誉为“石化工业之母”，是合成纤维、合成橡胶、合成塑料（聚乙烯及聚氯乙烯）、合成乙醇（酒精）的基本化工原料，也用于制造氯乙烯、苯乙烯、环氧乙烷、醋酸、乙醛、乙醇等。乙烯作为全球体量最大的化工产品，行业发展前景广阔。中国乙烯资源主要用来生产聚乙烯、环氧乙烷/乙二醇、PVC、苯乙烯、醋酸乙烯、EVA、α-烯烃和三元乙丙橡胶等品种。
  聚乙烯（PE）
  聚乙烯是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，可分为高密度聚乙烯（HDPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）和低密度聚乙烯（LDPE）三种，主要用来制造薄膜、注塑制品、中空制品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。
  终端产品：包装行业的垃圾袋、保鲜膜、塑料瓶等，建筑行业的外墙保温板、空调管道等，医药级卫生产品行业的医用手套、检测试剂盒等，汽车行业的车门板、仪表板、车架等。
  乙二醇（EG）
  乙二醇是一种重要的石油化工基础有机原料，主要用于生产聚酯纤维（涤纶）、聚酯薄膜、聚酯工程塑料、防冻剂等，也用于生产润滑剂、增塑剂等。
  终端产品：聚酯纤维（涤纶化纤服装面料），制造涂料和油漆的溶剂，清洁剂，空调防冻液等。
  环氧乙烷（EO）
  环氧乙烷由乙烯氧化制得，主要用于生产乙二醇，也可用作消毒剂，还可以合成洗涤剂、乳化剂、非离子表面活性剂以及缩乙二醇类产品，也用于生产橡胶、塑料、增塑剂和润滑剂等。
  终端产品：作为杀菌剂，广泛应用于医院消毒；用于生产洗衣粉、清洁剂等各种洗涤剂；用于生产抗生素、镇痛药等药物；用于生产染料和颜料。
  聚氯乙烯（PVC）
  PVC是由氯乙烯在引发剂作用下聚合而傻娜人苄允髦VC有硬质和软质两种。硬质PVC用于建筑管材和塑料制品，软质PVC可用于管道、电缆绝缘和橡胶替代品。
  终端产品：建筑门窗，塑料瓶，包装，银行卡或会员卡，地板，标牌，留声机唱片，充气产品等。
  苯乙烯
  苯乙烯是合成树脂、离子交换树脂及合成橡胶等的重要单体，也可用于制药、染料、农药以及选矿等行业。苯乙烯是合成聚苯乙烯（PS）的主要原料，还可以与其他单体聚合成合成橡胶。
  终端产品：PS用于制造各种日常用品，如家电外壳、玩具、餐具等；合成橡胶用于制造汽车轮胎、橡胶管等；合成纤维用于制造服装、地毯、织物等；可以用作化妆品中的香料成分；合成药物和农药。
  醋酸乙烯（VAM/VAC）
  醋酸乙烯是重要的中间体之一，主要用于合成聚乙烯醇，也作为溶剂用于黏结剂和涂料工业等的化学试剂，终端需求涵盖建筑材料、胶黏剂、纺织、造纸、光伏等领域。
  终端产品：染料、涂料、胶水等产品，杀虫剂、果蔬保鲜剂、食品添加剂，用于合成阿司匹林、维生素C等药物。
  乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）
  乙烯-醋酸乙烯共聚物由乙烯和醋酸乙烯共聚而制得，具有良好的柔软性，主要应用于光伏胶膜、发泡材料、热熔胶、涂覆、电缆料、农膜等六大领域。
  终端产品：鞋类、运动器材、儿童玩具、汽车内饰、太阳能电池板的背板和边框等。
  三元乙丙橡胶
  三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯和少量的非共轭二烯烃的共聚物。其耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异，可广泛用于汽车部件、建筑用防水材料、电线电缆护套、耐热胶管、胶带、汽车密封件等领域。
  终端产品：汽车行业的密封件、橡胶管等部件，建筑行业的防水卷材、隔热材料、隔音材料、地震缓冲材料，以及电缆绝缘材料、电子元器件密封材料等。
  新兴应用领域
  近年来，以乙烯为原料的新材料应用蓬勃兴起，产业链加快向精细化、高端化方向发展，UHMWPE、茂金属聚乙烯、EVA、POE、ABS等化工新材料发展迅速、潜力较大。
  终端产品：UHMWPE在军事上可以制成防护衣料、头盔、防弹材料，还可制作直升机、坦克和舰船的装甲防护板，雷达的防护外壳，导弹罩，防弹衣，防刺衣，盾牌，降落伞等。
  （以上资料由寰球北京公司张树清、辛江、胡仲才、鲁文华、陈美娟整理）