乙烯生产工艺及国内外乙烯产业格局分析.docx

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1、乙烯生产工艺及国内外乙烯产业格局分析乙烯一直被称为决定化工产业生产水平的关键指标，2022年我国乙烯产能达到4675万吨/年,已经超越美国,成为全球最大的乙烯生产国。预计至2025年，中国乙烯产能将突破7000万吨/年。乙烯既是煌类裂解产品，又是重要的石油化工的基础原料，乙烯装置是石化产业的龙头。乙烯衍生物产品种类众多，在合成材料、有机合成等方面有广泛应用规模占全球石化产品总量的75%以上广泛应用于包装、农业、建筑、纺织、电子电器、汽车等领域，业内更是将乙烯产能作为衡量一个国家石化产业发展水平的重要标志。乙烯下游主要产业链见下图。随着新能源产业（光伏发电）的发展，乙烯下游醋酸乙烯（EVA）占比

2、呈快速增长之势。在乙烯的工艺制备路线中，主要包含石脑油裂解、轻烧制乙烯、煤制烯煌三种工艺流程。石脑油裂解路线主要通过管式炉蒸汽裂解、催化裂解等工艺制备乙烯，石脑油在高温条件下裂化成较小的分子，再通过自由基反应形成气态轻质烯煌。轻烧制乙烯的主要以乙烷、丙烷、丁烷等轻羟为原料,其中乙烷脱氢制乙烯是轻烧制乙烯的主要路径,其主要通过乙烷在高温裂解炉中发生脱氢反应生成乙烯，并副产氢气。煤制乙烯主要通过煤制甲醇，甲醇再经脱水后制得乙烯，煤制乙烯存在CTO和MTO两种类型,CTO是指煤经甲醇后生产烯煌，MTO是直接以外购甲醇为原料生产烯煌。2021年中国乙烯生产原料占比（%）6%作为重要的有机原料，乙烯主要

3、用于生产聚乙烯、乙二醇、二氯乙烷、环氧乙烷、苯乙烯单体、聚氯乙烯等化工产品。我国乙烯工业已逐步进入成熟期2020年,PE、环氧乙烷EO1EG、SMs聚氯乙烯（PVC）这五类产品共占乙烯总消费量约97.2%o其中，最大消费领域是PE,占总消费量的64%o其次是EO和EG,分别占103%和9.0%。2021年中国乙烯下游主要应用占比（%）I1 It他用途人口增加、经济发展、石化产品消费稳定增长等因素支撑乙烯消费在过去20年保持稳定增长，新能源、化工新材料等新兴消费领域和应用场景也带来乙烯及衍生物的消费增量。2010-2021年，全球乙烯需求量年均增长3.3%,高于期间全球经济年均2.4%的增速水平

4、。North Amenu!Europe2016-2025年全球乙烯新增产能及需求增速二dF :未来全球油品需求增速将放缓，而化工产品需求将稳定增长，成为拉动石油需求增长的主要动力。全球乙烯产业的投资将保持稳步增长，乙烯下游特别是高端衍生物，将迎来巨大市场空间。如mPE、乙烯烯羟共聚物、超高分子量聚乙烯、高碳醇、环烯煌聚合物等产品将受到市场重点关注。未来，炼化一体化、CTO/MTO,乙烷裂解等新建项目将提供充足的乙烯原料，加速推进乙烯下游产业往“差异化、高端化、功能化”的方向发展。乙烯产业经过百年发展进化，其传统的生产工艺已成熟，在当前能源创新与能源安全的双重背景下，乙烯行业今后的发展方向将是原

5、料多元化、技术低碳化以及产品高端化。着重关注两条主线：1）油价波动下，煤制烯羟以及烷制乙烯各有优势。我国煤化工具有天然资源、技术经验领先，在海外能源高企下具有明显成本优势；美国乙烷供给放量但下游乙烯裂解装置无大的新增，乙烷价格有望回归合理区间，轻烧化工有低能耗、低碳排、流程短收率高、产氢多的优势，属于国家政策鼓励工艺。2）乙烯产能的投放今后将由技术、新市场需求驱动，新材料是乙烯产能消化的重要突破途径，注重科技研发、产品更符合市场发展趋势的化工企业将更具有长远竞争力；我国大炼化在EVA已经形成突破，未来在POE等方面有望形成新的增长点。乙烯产业链01乙烯生产工艺一、石脑油.乙烷为主要原料传统乙烯

6、生产多是以石脑油为原料进行裂解，一般情形下生产100万吨乙烯需要330万吨的石脑油原料同时副产近50万吨丙烯、18万吨丁二烯、20万吨纯苯、以及其他芳姓混合物、异丁烯、丁烯、碳五碳九、乙烯焦油等。以乙烷、丙烷、丁烷为原料的裂解装置中，副产的丙烯、丁二烯、纯苯的量较少。美国在2010年以后由于页岩气革命，在开发过程中带来了大量的乙烷副产，也成为了裂解乙烯的优质原料。乙烯蒸汽裂解通常是原料在多个平行的裂解炉中，裂解出口温度接近850。C；在裂解炉中会有成千上万种的化学反应，但它们通常是由碳碳键经过热分解而成，其余是碳氢键分离。原料蒸汽裂解炉急冷锅炉初镭塔蒸储塔（加热）（冷却）（分离）（分离）丁二烯

7、锅炉供水乙烯蒸汽裂解工艺流程图影响裂解乙烯的副产品产量的因素主要有：1、原料：含碳量多，偏重组分则对应的副产品多。2、裂解深度：一种衡量原料分子被分解的程度；在裂解炉中温度达到了多少。3、裂解参数：压力、裂解时间、技术、原料中所加蒸汽量等。其中，裂解乙烯工艺中的乙烯收率与原料有着更为直接的关系：从多产乙烯、丙烯的角度,烷煌环烷煌单环芳煌多环芳煌。从乙烷到柴油，相对分子量越大，乙烯、丙烯的收率越低。乙烷作为原料的双烯（乙烯+丙烯）收率在80%左右,丙烷为原料约为60%,石脑油为原料约为45%表1不同裂解原料的产品分布（以质量分数计）乙烷丙烷正丁烷石脑油常压柴油减压渣那氢气8.822.271.57

8、1.560.940.78甲烷6.2727.4322.1217.2011.198.75乙烯77.7342.0140.0033.6225.9220.49丙烯2.7616.8217.2715.5316.1514.07丁二烯1.813.013.504.564.565.38丁烷+丁烯0.821.296.724.214.846.28苯0.872.473.026.746.033.73I(AIt+A)IC8若总0.120.530.830.353.341.762.902.172.901.87抽余油0.803.622.926.757.310.77重质油0.531.704.7018.0025.00乙烯裂解生产专利技

9、术由于工艺复杂，半个世纪来一直由美国LummusxS&W、KBR、德国Linde和法国Technip五大专利商垄断，典型的生产工艺有：顺序分离技术路线（含顺序“渐近”分离技术路线）、前脱丙烷分离技术路线和前脱乙烷分离技术路线，并且均拥有各自的裂解技术。中国的乙烯工业相对欧美起步较晚，主要的技术路线都是通过消化吸收转化海外专利商技术得来。顺序流程前脱乙烷流程前脱丙烷流程渐进分离流程表2乙烯裂解主要生产专利技术核心专利商鲁姆斯(LUMMUS)德希尼布(收购Stone&Webster)林德(LINDE)德希尼布(收购Stone&Webster)KBRST(中石化SEI)TOPKINKTI工艺法国德希

10、尼布TeChniP是乙烯行业的全球领导者拥有4050%的许可市场份额。在使用专有技术设计、建造和现代化改造最大的乙烯工厂方面拥有独特的经验。2012年TeChniP收购Stone&Websterz其中Stone&Webster的乙烯技术经验超70年，Technip自身超40年，合计有150套原始投资的乙烯装置技术转让。2021年2月TechnipFMC完成分拆计划，TechnipEnergies将专注LNGx氢气和乙烯市场，同时在可持续化学和二氧化碳管理方面持续提升。CB&I:通过与LummusTechnoIogy的战略合作伙伴关系,80多年来，为化工和石化行业提供专业工程、采购、制造和施工服

11、务；在全球为超过120套乙烯装置提供创新技术，约占全球产能40%；已经成功地完成了200多个原始投资、改造和扩展的设计项目。2018年5月，McDermott与CB&I公司合并，合并后CB&I普通股将不再在纽约证券交易所上市。KBR集团：成立于1901年，目前是世界级的工程设计公司。开发了毫秒炉裂解技术，目前各种技术应用于超过20套新的乙烯装置,合计产能1300万吨/年。1.inde:世界领先的气体和工程公司，1931年应用专有的低温分离技术建成世界上第一个用低温蒸储法从焦炉气中生成乙烯的工厂，1960年开始研究开发管式炉蒸汽裂解技术。应用于超过40套大型乙烯装置,合计产能超过1800万吨/年

12、。各种技术在配置、处理特定原料的能力以及其他因素方面略有不同，这些因素可能使特定技术对特定站点或工厂布局更具吸引力。“稳健性”（即以最小的问题启动并保持运行的能力）作为选择烯煌技术的重要标准。各种技术都可以进行调整，以便在任何给定的条件下提供最佳结果。因此，生产者建造烯煌工厂的人通常基于两个因素选择工艺或技术：根据其特定操作条件进行定制的能力，以及以最具竞争力的资本成本实施的能力。因此，烯煌工厂中基于相对于其他因素（如原料成本、副产品价值和工厂规模）的技术选择，生产成本差异化的机会很小。二、煤.甲醇为主要原料在中国能源禀赋为“富煤、贫油、少气”的背景下，中国走出了独具特色的CTO/MTO乙烯路

13、线，并成为现代煤化工的六大路线之一。其以煤为原料通过气化、变换、净化、合成等过程首先生产甲醇,再用甲醇生产烯煌（乙烯+丙烯），进而生产聚烯煌（聚乙烯、聚丙烯）等下游产品,其中煤制甲醇、烯煌聚合制聚烯煌均为传统的成熟技术,而甲醇制烯羟则是近年来开发成功的新技术，也是煤制烯煌的核心技术环节。2021年中国煤/甲醇制烯煌占20%。MTO工艺流程图甲醇制烯煌技术主要包括：由UOP（美国公司）和Hydro（挪威公司）共同开发的UOP/HydroMTO工艺，德国Lurgi公司的MTP工艺，中国科学院大连化学物理研究所的DMTO工艺，中国石化上海石油化工研究院的SMTO工艺，神华集团SHMTO工艺，清华大学

14、的循环流化床甲醇制丙烯（FMTP）工艺等。从上述几种典型工艺的实际应用情况看，目前我国煤制烯煌项目中所采用的工艺技术较为多样化，国内外技术均有涉及，但整体上以大连化物所DMTO技术应用推广最为广泛，据不完全统计，截止目前该技术已许可工业化装置25套，涉及烯羟产能1458万吨/年,其中投产14套，烯煌产能776万吨/年，市场占有率67.9%o表3煤制烯煌主要工艺工艺称所Il单位双烯单耗（甲）tE/%甲醇转化率/%催化剂MTOUOPZHydro38099流化床SAPO-34DMTO大连化物所2.898699床SAPO-34DMTO-II大连化物所2.679599.97流化床SAPO-34SMTO中

15、国石化集团2.828199.8流化床SAPO-34SHMTO神华集团2.898199流化床SAPO-34MTPLurgi公司3.22-3.5265-7199固定床ZSM-5FMTP清华大学3.366899.5床SAPO-18/34装置技术是乙烯生产进步核心乙烯裂解炉是乙烯生产装置的核心设备，主要作用是把炼厂气、原油及石脑油等各类原材料加工成裂解气，并提供给其它乙烯装置,最终加工成乙烯、丙烯及各种副产品。乙烯裂解炉的生产能力及技术的高低，直接决定了整套乙烯装置的生产规模、产量和产品品质，因此乙烯裂解炉在乙烯生产装置乃至整套石油化工生产中都起到龙头作用。一套乙烯裂解装置由多台裂解炉并联而成，目前世界级规模中单台裂解炉的能力一般是：液体原料（石脑油等）的乙烯能力为20万吨/年/台