乙烯既是烃类裂解产品，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。

在乙烯的工艺制备路线中，主要包含石脑油裂解、轻烃制乙烯、煤制烯烃三种工艺流程。

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烃。

轻烃制乙烯的主要以乙烷、丙烷、丁烷等轻烃为原料，其中乙烷脱氢制乙烯是轻烃制乙烯的主要路径，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烃，MTO是直接以外购甲醇为原料生产烯烃。

2021年中国乙烯生产原料占比（%）

作为重要的有机原料，乙烯主要用于生产聚乙烯、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（EO）、EG、SM、聚氯乙烯（PVC）这五类产品共占乙烯总消费量约97.2%。其中，最大消费领域是PE，占总消费量的64%。其次是EO和EG，分别占10.3%和9.0%。

2021年中国乙烯下游主要应用占比（%）

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。

2016-2025年全球乙烯新增产能及需求增速

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–α–烯烃共聚物、超高分子量聚乙烯、高碳醇、环烯烃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。

一、石脑油、乙烷为主要原料

传统乙烯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、以及其他芳烃混合物、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（或1550°F）；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。

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，烷烃>环烷烃>单环芳烃>多环芳烃。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%）

乙烯裂解生产专利技术由于工艺复杂，半个世纪来一直由美国Lummus、S&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。

表2 乙烯裂解主要生产专利技术

法国德希尼布Technip：是乙烯行业的全球领导者，拥有40-50%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&Webster，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LNG、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LummusTechnology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。

Linde：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馏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。

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）作为选择烯烃技术的重要标准。

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，生产者建造烯烃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，烯烃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，再用甲醇生产烯烃（乙烯+丙烯），进而生产聚烯烃（聚乙烯、聚丙烯）等下游产品，其中煤制甲醇、烯烃聚合制聚烯烃均为传统的成熟技术，而甲醇制烯烃则是近年来开发成功的新技术，也是煤制烯烃的核心技术环节。2021年中国煤/甲醇制烯烃占20%。

MTO工艺流程图

甲醇制烯烃技术主要包括：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，目前我国煤制烯烃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，涉及烯烃产能1458万吨/年，其中投产14套，烯烃产能776万吨/年，市场占有率67.9%。

表3 煤制烯烃主要工艺

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；气体原料裂解（乙烷等）的乙烯能力为22万吨/年/台。近年来，林德公司设计了容量超过25万吨/年的裂解炉，以满足对乙烯不断增长的需求。

催化剂是生产聚烯烃的必备成分

聚合催化剂是聚烯烃制备过程中的必备成分。催化剂是聚烯烃的核心,是实现烯烃高性能低成本规模化生产的关键。在石油化工行业，催化剂种类多样，根据其性能特点可分为聚合催化剂、氧化催化剂、加氢催化剂、脱氢催化剂等。在烯烃聚合过程中，聚合催化剂发挥着不可替代的作用，如不使用催化剂，则无法实现工业化生产。因此催化剂是烯烃聚合技术的核心，聚烯烃树脂性能的改进与聚烯烃催化剂的开发也有着极为密切的关系。

齐格勒-纳塔催化剂是最常用的聚烯烃催化剂，且已发展至第四代产品。20世纪50年代，德国化学家卡尔·齐格勒（Karl·Ziegler）和意大利化学家居里奥·纳塔（Giulio·Natta）发明了用于烯烃聚合的催化剂，采用由四氯化钛和铝烷基衍生物混合物组成的催化剂，以制造高分子量，高熔点和直链聚乙烯，即Ziegler-Natta催化剂（Z-N催化剂），并开拓了定向聚合的新领域，使得合成高规整度的聚烯烃成为可能。从此，很多塑料的生产不再需要高压，减少了生产成本，并且使得生产者可以对产物结构与性质进行控制。

表4 国际代表性烯烃催化剂企业