烯烃生产技术取得新进展，新老工艺大回顾

　　最近的一项研究显示，MTO（甲醇制烯烃）技术取得新进展！烯烃最早是从上世纪50年代开始生产的，在工业、家用产品和服装行业有广泛应用。烯烃的使用量从60年代开始稳步增长，并且每年都会发现一些新用途，它是一种使用简单、持久耐用的材料。一起来看看烯烃生产技术变迁吧！
　　从2019年到2021年，中国将有超过1,000万吨/年的新建乙烯产能陆续投产。历经472天紧张有序的施工，2020年12月30日，中国第一套拥有自主知识产权、被列入国家示范工程的兰州石化长庆乙烷制乙烯项目乙烯装置基本完成了土建、钢结构、静设备、动设备、乙烯三机组、主要工艺管道及裂解炉主体施工等工作，顺利实现机械完工，项目建设取得重大进展。
　　MTO技术新进展
　　最近，甲醇制烯烃失活催化剂再生研究取得重大进展。MTO（甲醇制烯烃）是实现非石油资源转化制取低碳烯烃的关键技术之一，而中国科学院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所)是国内最早研究MTO理论及工艺的机构。
　　大连化物所叶茂研究员、刘中民院士团队在甲醇制烯烃失活催化剂再生研究中取得重大进展，研究团队实现了高温下将失活的SAPO-34分子筛催化剂中的积碳物种直接定向转化为活性烃池物种，提出了通过催化剂再生来调控MTO低碳烯烃选择性的全新技术路线。相关研究成果2021年1月4日发表在《Nature Communications》上。
　　研究团队提出，在高温下利用水蒸气将失活催化剂上积碳定向转化为活性萘基烃池物种的再生技术路线。
　　研究团队还在循环流化床反应-再生中试装置上验证了该技术。连续稳定的运行结果表明，反应过程中乙烯和丙烯的选择性可达到85%，同时再生过程产生的气体中可循环利用的合成气(一氧化碳和氢气的混合气)含量超过88%，二氧化碳低于5%。叶茂表示，该技术实现了通过再生来调控MTO反应，进一步提升了过程的经济性，降低了二氧化碳的排放量，对MTO技术和产业的可持续发展具有重要影响。
　　烯烃生产常规工艺
　　烯烃主要是乙烯和丙烯，是生产多种化工产品的关键中间体和原料，例如聚烯烃（聚乙烯-PE、聚丙烯-PP）、单-乙二醇、环氧乙烷及其衍生物、环氧丙烷及其衍生物、聚氯乙烯、二氯化乙烯、苯乙烯、丙烯腈、异丙苯、乙酸等。
　　目前，全世界对乙烯/丙烯的需求每年超过2亿吨，但是常规方法存在诸如高成本和低转化效率等一系列问题。
　　全球乙烯需求。
　　最常用的烯烃工业生产工艺是：
　　TSC （热蒸汽裂解 ）； FCC （流体催化裂化 ）。
　　TSC（热蒸汽裂解）
　　TSC是一种热工艺，通常由石脑油、乙烷或丙烷组成的原料在裂解炉中加热，裂解炉由对流段、辐射段和急冷锅炉系统三部分组成，并将原料与蒸汽混合从而减少焦炭，蒸汽的添加量取决于TSC原料的成分（原料为乙烷时，蒸汽和原料的比例为1:5；当原料为石脑油时，蒸汽与原料的比例为4:5）。生产结束时需要将产物（乙烯、丙烯、丁二烯、氢）快速冷却（淬灭），避免后续反应，然后通过一系列操作将产物分离。
　　与热裂解有关的反应结构很复杂，通常基于自由基机理。基本上，热裂解过程会产生两次裂解：  一次裂解，产生乙烯和丙烯；  二次裂解，乙烯和丙烯进一步反应生成多种产物。
　　TSC是一个高能耗过程，生产烯烃的能耗为3,050 kcal / kg。
　　FCC（流体催化裂化）
　　FCC是涉及多个组分的不同反应，其中催化剂由于入口蒸汽流速而＂流化＂，裂解过程的温度要求比TSC更低。
　　常规生产技术受到高温的条件限制和高能耗的成本限制，此外需要复杂而昂贵的分离装置，还会产生大量的碳排放，而且生产效率低下。因此，人们对开发更灵活、更高效、更环保、更廉价的催化裂化技术更感兴趣。
　　烯烃生产新工艺
　　1 ACO（先进催化制烯烃）
　　美国KBR公司和韩国SK公司合作开发了ACO技术。该方法采用类似于FCC技术的流化催化裂解反应-再生系统，能够将石脑油等多种原料转化为更多的乙烯和丙烯，产品中丙烯的含量比常规方法高（生产的丙烯与生产的乙烯之比为1，而工业方法为0.7 ）。ACO工艺比传统的FCC工艺生产的烯烃多10%-25％，每单位烯烃的能耗降低7%-10％。
　　2010年SK的蔚山炼厂建成了全球第一套小规模ACO工业示范装置。
　　2 PCC（丙烯催化裂化）工艺
　　PCC是埃克森美孚公司的流化石脑油裂化工艺专利，它基于对催化剂、反应器设计和操作条件的优化设置，调节反应的选择性，与传统方法相比，具有至关重要的经济效益。PCC工艺能够直接生产化学级浓度的丙烯，从而免除了昂贵的分馏装置。而且特定的操作条件可以最大程度地减少芳烃的产生。埃克森美孚公司正在测试这一解决方案是否可以商业化应用。
　　3 I-FCC（多产烯烃的流化催化裂化）工艺
　　印度石油公司开发的I-FCC工艺能够将重质原料转化为轻质烯烃，这是一种FCC型工艺，反应使用的催化剂已经申请专利，该催化剂能够减少接触时间，从而使原料对轻质烯烃具有更高选择性。I-FCC工艺的另一个关键特征是生产灵活性高，可以轻松调整工艺来控制产量，实现丙烯、汽油或组合产品（丙烯和乙烯或丙烯和汽油）收率最大化。
　　印度石油公司开发的I-FCC工艺投产应用。
　　4 Aither化学品公司的催化工艺
　　美国Aither化学品公司开发了一种创新的催化裂化工艺，用于生产乙烯和乙烯衍生物、乙酸和乙酸衍生物、乙烯乙酸衍生物等化学品和塑料。该工艺使用氧气代替水蒸汽，而且能耗更低（减少了80％），二氧化碳的排放量也减少了90％，在环境上更具可持续性。该工艺还在催化出口处捕获排放出的碳氧化物，用于生产化学品和聚合物，从而避免碳排放。
　　5 MTO（甲烷制烯烃）工艺
　　许多研究工作致力于寻找新的路线和工艺配置，希望在低温条件下将天然气直接转化为烯烃，MTO工艺应运而生。
　　两种主要的MTO工艺如下：
　　间接法，将甲烷转化为合成气、甲醇或乙烷，然后生成烯烃；直接法，通过一步法由甲烷直接生产烯烃，该转化法由费-托反应改良而成。
　　一步法看起来更好，但目前没有成功的商业化应用，并且MTO工艺比常规裂解技术的能耗更大。南京诚志永清能源科技有限公司是霍尼韦尔 UOP 的AMTO（先进甲醇制烯烃技术） 解决方案的全球首个商业化应用，该解决方案将 UOP/海德鲁 MTO 工艺与道达尔石化/UOP 烯烃裂化工艺相结合，使石油供应有限但甲醇资源丰富的国家和地区的生产商能够生产高附加值石化产品。
　　比利时投产的MTO装置。
　　6 PDH（丙烷脱氢）工艺
　　霍尼韦尔UOP公司开发了一种创新的PDH工艺，该工艺能够以较低的成本生产乙烯和丙烯，不仅能耗更低，而且铂系催化剂更加稳定，该工艺称为Oleflex。在全球范围内运行的PDH装置中，约有60％使用霍尼韦尔UOP的Oleflex技术。中国已经投放的12套装置中，有8套使用Oleflex工艺。
　　7 SHOP（壳牌高级烯烃工艺）
　　SHOP是荷兰皇家壳牌公司开发的一种基于均相催化剂的创新烯烃生产技术，用于生产线性α-烯烃以及使用乙烯生产内烯烃。目前，SHOP已得到广泛应用，全球年生产能力为1,190,000吨线性α-烯烃和内烯烃。
　　壳牌SHOP工艺在卡塔尔的拉斯拉凡工业城应用。
　　8 CPO（乙烷催化部分氧化）工艺
　　ENI（意大利埃尼集团）和CNR（意大利国家研究委员会）利用SCT（超短接触时间催化裂化工艺）开发了一种乙烯生产工艺，名为CPO。该工艺采用获得专利的整体式催化剂，将乙烯收率提高至55wt.％。由于需要优化CPO反应器设计、提高催化剂的可靠性，因此工业规模的应用尚未完成。
　　2020国内烯烃行业发展
　　截止到2020年，中国乙烯产能达到3,426.5万吨，较2019年增长20%。国内目前生产乙烯的主要技术是蒸汽裂解、石脑油裂解以及煤/甲醇制乙烯。随着新工艺的发展和新装置的落成，越来越多的企业也开始采用乙烷裂解制乙烯的技术。然而国内生产的乙烷不能满足市场日益增长的需求。据海关数据统计，中国进口乙烷数量中，有95%来源于美国，其余西班牙、韩国、日本、德国等仅占5%。原料来源单一，特别是主要依赖于美国将对乙烷进口造成非常大的不确定性。现在对于看上去很美的乙烷制乙烯项目，不仅要看到项目的巨大前景和高额的利润，也要看到潜在的风险，特别是原料来源问题。
　　2020年国内丙烯市场价格重心偏低，整体呈现一季度下跌，二三季度上涨，四季度大幅波动的价格走势特点。12月份受环保及聚丙烯亏损影响，下游需求下滑明显，前期意外停工装置陆续复产，市场供应压力也随之上升，丙烯市场价格高位回落，幅度较大且速度较快。展望2021年，丙烯产能扩张将延续2020年的特点，炼化一体化、丙烷脱氢及煤制烯烃仍是主力军，丙烯产能扩张将继续呈现百花齐放的局面，预计2021年丙烯意向新增产能约600万吨。进口丙烯依然是国内不可或缺的补充资源，但随着国内供应量的持续扩张，进口量窄幅下降依然是大趋势。
　　如今国内的烯烃生产，不仅在原料方面对国外资源进口依赖很大，而且在生产技术上也受到国外企业的垄断制约，石化产品的发展之路，任重而道远。
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