石油烃裂解生产低分子烯烃原理

石油烃裂解生产低分子烯烃原理

第一章石油烃裂解-4.1

课题：石油烃裂解生产低分子烯烃原理授课内容：

知识目标：

●了解国内外乙烯生产现状及主要生产方法

●掌握石油烃热裂解反应类型和特点

能力目标：

●分析和判断石油烃裂解主要反应类型及特点●分析和判断石油烃裂解产物分布及规律

思考与练习：

●什么是一次反应、二次反应？

●如何对石油烃裂解生产低分子烯烃原料进行选择

授课班级：

月日

第一章石油烃裂解-4.1

第一章石油烃热裂解

石油系原料包括天然气、炼厂气、石脑油、柴油、重油等，它们都是由烃类化合物组成。烃类化合物在高温下不稳定，容易发生碳链断裂和脱氢等反应。

石油烃热裂解就是以石油烃为原料，利用石油烃在高温下不稳定、易

分解的性质，在隔绝空气和高温条件下，使大分子的烃类发生断链和脱氢

等反应，以制取低级烯烃的过程。

石油烃热裂解的主要目的是生产乙烯，同时可得丙烯、丁二烯以及苯、甲苯和二甲苯等产品。它们都是重要的基本有机原料，所以石油烃热裂解

是有机化学工业获取基本有机原料的主要手段，因而乙烯装置能力的大小

实际反映了一个国家有机化学工业的发展水平。

裂解能力的大小往往以乙烯的产量来衡量。乙烯在世界大多数国家几

乎都有生产。2004年世界乙烯的总生产能力已突破1亿吨达到了11290.5

万吨/年，产量10387万吨，主要集中在欧美发达国家。随着世界经济的

复苏，乙烯需求增速逐渐加快，年均增速达到4.3%，预计2022年需求量

上升到13346万吨，增量主要在亚洲地区。

我国乙烯工业已有40多年的发展历史，60年代初我国第一套乙烯装

置在兰州化工厂

建成投产，多年来，我国乙烯工业发展很快，乙烯产量逐年上升，2005年乙烯生产能力达到773万吨/年，居世界第三位。随着国家新建和

改扩建乙烯装置的投产，预计到2022年我国乙烯生产能力将超过1600万吨。

虽然我国乙烯工业发展较快，但远不能满足经济社会快速发展的要求，不仅乙烯自给率下降，而且产品档次低、品种牌号少，一半的乙烯来自进口。2004年我国乙烯进口量比2003年增长了44.7％，达到6.8万吨。2005年我国乙烯进口量达到历史新高，达到11.1万吨，比2004年增加

了63.2％。

根据2000～2022年我国GDP增长率7.2%为基准的弹性系数测算，乙烯需求预测可见表1－1。

表1－1中国乙烯需求预测

生产能力（万吨/年）2005年888.52022年14002022年2000

第一章石油烃裂解-4.1

当量需求(万吨/年)自给率(%)1850482500-260056～53.83700-410054～48从表1－1可以看出，我国乙烯自给率还不高，一方面需要进口乙烯产品，另一方面需要加大国内乙烯的生产，因此，无论从乙烯在有机化工中的地位，还是从乙烯的需求量预测，都可以看出，以生产乙烯为主要目的的石油烃热裂解装置在有机化工中具有举足轻重的地位。

第一节乙烯的生产方法

由于烯烃的化学性质很活泼，因此乙烯在自然界中独立存在的可能性很小。制取乙烯的方法很多，但以管式炉裂解技术最为成熟，其它技术还有催化裂解、合成气制乙烯等多种方法。

一、管式炉裂解技术

反应器与加热炉融为一体，称为裂解炉。原料在辐射炉管内流过，管外通过燃料燃烧的高温火焰、产生的烟道气、炉墙辐射加热将热量经辐射管管壁传给管内物料，裂解反应在管内高温下进行，管内无催化剂，也称为石油烃热裂解。同时为降低烃分压，目前大多采用加入稀释蒸汽，故也称为蒸汽裂解技术。

二、催化裂解技术

催化裂解即烃类裂解反应在有催化剂存在下进行，可以降低反应温度，提高选择性和产品收率。

据俄罗斯有机合成研究院对催化裂解和蒸汽裂解的技术经济比较，认

为催化裂解单位乙烯和丙烯生产成本比蒸汽裂解低10%左右，单位建设费

用低13~15%，原料消耗降低10~20%，能耗降低30%。

催化裂解技术具有的优点，使其成为改进裂解过程最有前途的工艺技

术之一。三、合成气制乙烯（MTO）

MTO合成路线，是以天然气或煤为主要原料，先生产合成气，合成气

再转化为甲醇，然后由甲醇生产烯烃的路线，完全不依赖于石油。在石油

日益短缺的21世纪有望成为生产烯烃的重要路线。

采用MTO工艺可对现有的石脑油裂解制乙烯装置进行扩能改造。由于MTO工艺对低级烯烃具有极高的选择性，烷烃的生成量极低，可以非常容

易分离出化学级乙烯和丙烯，因此可在现有乙烯工厂的基础上提高乙烯生

产能力30%左右。

第一章石油烃裂解-4.1

到目前为止，世界乙烯95%都是由管式炉蒸汽热裂解技术生产的，其

它工艺路线由于经济性或者存在技术“瓶颈”等问题，至今仍处于技术开

发或工业化实验的水平，没有或很少有常年运行的工业化生产装置。所以

本章主要介绍石油烃热裂解生产乙烯的技术。

第二节石油烃热裂解的原料

乙烯生产原料的选择是一个重大的技术经济问题，原料在乙烯生产成

本中占60%~80%。因此，原料选择正确与否对于降低成本有着决定性的意义。主要考虑以下几方面：

1.石油和天然气的供应状况和价格

世界各地乙烯的生产原料配置各不相同，大洋洲、北美、中东等地区

由于天然气资源丰富且价格较为低廉，主要采用天然气凝析液（主要是乙烷）作为生产乙烯的原料，所占比例分别高达82%、73%和73%，剩余部分

主要以粗柴油和石脑油为原料；亚洲、拉美、和欧洲的乙烯生产商则主要

以石脑油作为裂解的原料，分别占86%、70%和64%。

以美国为例，70年代初，大部分裂解原料是以轻质烃（乙烷或丙烷）为原料，主要是由于美国有丰富的湿性天然气资源，富含轻质烷烃。70

年代后期，由于天然气资源日益减少，几乎新增加的乙烯装置都是采用石

脑油和柴油。但当石油输出国大幅度提高油价后，原油价格的增长高于天

然气平均价格的增长，绝大多数乙烯装置又转向以天然气为原料。90年代，提高了汽油质量要求，使原来用于催化重整的石脑油又成为乙烯裂解

的原料。

由上可见，石油和天然气的供应状况和价格对乙烯装置原料的选择影

响很大。2.原料对能耗的影响

使用重质原料的乙烯装置能耗远远大于轻质原料，以乙烷为原料的乙

烯装置生产成本最低，

若乙烷原料的能耗为1，则丙烷、石脑油和柴油的能耗分别是1.23、1.52、1.84。美国比较了乙烯装置的生产成本，乙烷生产乙烯的成本为

270美元/吨，而轻柴油为671美元/吨。

3.原料对装置投资的影响

在乙烯生产中，采用不同的原料建厂，投资差别很大。采用乙烷、丙

烷原料，由于烯烃