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乙烷裂解制乙烯技术现状及发展前景

乙烯作为非常重要的工业原料，其产量是衡量一个国家石油工业发展水平

的标杆。2018年，世界乙烯需求量大幅增长，乙烯需求量已达1.6亿t/a，预

计到2023年，全球乙烯需求量将增至2.0亿t/a左右。中国乙烯工业起步于

20世纪60年代，发展半个世纪至今，中国已发展成为仅次于美国的世界第二

大乙烯生产国，预计到2022年，全球新增的乙烯产能主要来自于美国和中国。

但我国完全满足乙烯自给的能力依然不足，乙烯自给缺口巨大，预计到2025

年，国内的乙烯当量缺口将达到1600万t以上，每年我国还需进口相当一部分

的乙烯及其衍生物来满足庞大的市场需求量。因此，大力发展乙烯工业是符合

我国时代发展进步的必然趋势。目前国内外生产乙烯的原料主要有3种：石

油、煤炭和乙烷。石油路线采用的方法为石脑油裂解法，中国的乙烯生产主要

是以石脑油裂解制乙烯和煤基路线制乙烯为主，其中以石脑油裂解法生产的乙

烯最为普遍。石脑油裂解法是石脑油在高温条件下裂化成较小的分子，这些小

分子通过自由基反应形成气态轻质烯烃。但石脑油裂解法制乙烯依然存在能耗

大、装置投资成本高；裂解过程中产生的积碳需定期清理，影响生产连续性，

增加乙烯生产成本；以及石脑油不同的原料品质将极大地影响后续裂解产品的

收率和质量等弊端。煤基路线制乙烯则是通过转化中低阶煤碳来合成低碳烯

烃。利用煤炭作为乙烯生产原料可以部分替代石油裂解，从而缓解油气供需不

足的压力。但该工艺涉及到的反应条件及产品分离条件比较严苛，因此该工艺

的能耗较大，成本较高，根据中国石油经济技术研究院测算2017，年煤制乙烯

的平均现金成本是石脑油裂解法制乙烯的2倍。综上，我国的乙烯工业仍存在

能耗较高、原料组分较重等问题。因此，优选乙烯原料是降低乙烯生产成本的

关键，同时对提高我国乙烯工业竞争力具有重要意义。目前，乙烯原料轻质化

已成为趋势，其中乙烷裂解脱氢制乙烯是乙烯原料轻质化的关注焦点。乙烷裂

解相比于传统原料裂解而言，其甲烷、丙烯、丁二烯收率低而乙烯收率高，因

此乙烷裂解工艺的分离装置能耗相对较低，具有成本低、投资小、经济型强、

盈利稳定性高等优势。据估算，以廉价乙烷作为乙烯原料的成本仅为石脑油裂

解法的60%~70%。目前，已有很多国家和地区建成投产乙烷裂解制乙烯装置，

其中中东地区以乙烷为原料生产的乙烯占比达到67%，北美则达到了52%。因

此，乙烷裂解制乙烯是乙烯原料轻质化最具发展潜力的工艺路线之一。

1乙烷裂解工艺

1.1基本原理

乙烷裂解制乙烯是将乙烷在高温裂解炉中发生脱氢反应生成乙烯，并副产氢

气，如反应式(1)所示。裂化反应的理想温度在800~1400K，主要取决于裂

解过程中有无催化剂的存在，还会产生甲烷、乙炔、丙烯、丙烷、丁二烯和其

他烃类等副产物，如反应式（2）~（8）所示。目前，乙烷裂解的反应机理一般

被认为是自由基机理。

CH→CH+H

26242

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ΔH=136330000（J/kmol）(1)

2CH→CH+CH

26384

ΔH=（J/kmol）(2)

CH→CH+H

38362

ΔH=124910000