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乙烯是石油化學(xué)工業(yè)最基本的原料，是石油化學(xué)工業(yè)的龍頭，能夠帶動塑料深加工、橡膠制品、紡織、包裝材料、化工機械制造、運輸?shù)认嚓P(guān)行業(yè)乃至整個國民經(jīng)濟的發(fā)展，其生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)水平標(biāo)志著一個國家石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展水平。

1. 我國乙烯工業(yè)規(guī)模效應(yīng)和聚集效應(yīng)顯著增強

歷經(jīng)半個多世紀(jì)的發(fā)展，我國乙烯工業(yè)已經(jīng)取得巨大進步。特別是近十年，我國乙烯工業(yè)已具備較強規(guī)模實力，擁有實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的雄厚基礎(chǔ)。

2021年我國乙烯產(chǎn)能達4168萬噸，占全球比例提高至20%，首次超過美國，成為世界最大的乙烯生產(chǎn)國。產(chǎn)業(yè)布局不斷優(yōu)化，形成了以國內(nèi)原油資源為中心的東北、西北地區(qū)石化產(chǎn)業(yè)基地，以進口原油為主，緊貼市場中心的環(huán)渤海灣、長江三角洲、珠江三角洲沿海石化產(chǎn)業(yè)集群，其中環(huán)渤海灣和杭州灣的乙烯總產(chǎn)能占比達到37.5%。規(guī)模效應(yīng)和集聚效應(yīng)顯著增強。

綠色成為高質(zhì)量發(fā)展的鮮明底色，乙烯工業(yè)發(fā)展必須兼顧減碳。2021年我國乙烯當(dāng)量消費量為5884萬噸，占全球乙烯消費量的40%，是全球最大的乙烯消費國。盡管隨著基數(shù)的增大和經(jīng)濟增速的放緩，我國乙烯當(dāng)量需求增速有所下降，但市場潛力依然很大。

2. 乙烯工業(yè)綠色低碳發(fā)展主要方向及技術(shù)路徑

2021年我國石化化工行業(yè)CO²排放量占中國CO²排放總量8%左右，其中乙烯工業(yè)占行業(yè)的8%左右。蒸汽裂解生產(chǎn)乙烯是我國乙烯的最主要生產(chǎn)路線，約占我國乙烯總產(chǎn)能的 84%。碳排放源主要有裂解爐燃料燃燒CO²排放、熱力和電消耗間接排放及火炬排放等，其中燃料燃燒直接排放、熱力和電消耗間接排放是最主要的兩大CO²排放源。因此提高裂解爐熱效率、采用高效分離技術(shù)、智能化賦能以及蒸汽驅(qū)動向電力驅(qū)動轉(zhuǎn)變是蒸汽裂解裝置節(jié)能減排的有效路徑之一。

01裂解爐管強化傳熱技術(shù)通過改變裂解爐管內(nèi)部結(jié)構(gòu)或材料，改變爐管內(nèi)流體流動狀態(tài)，強化傳熱，減少燃料消耗和碳排放。?

美國Lummus等公司開發(fā)的翅片管可將普通爐管熱效率提高20%～30%，已較為成熟。加拿大久保田公司開發(fā)的MERT系列螺旋紋管可提高40%以上傳熱效率，目前已得到廣泛應(yīng)用。德國Schmidt + Clemens公司開發(fā)的Scope系列爐管，使用HT-E合金，通過均勻環(huán)流模式，提高熱效率，從而減少燃料消耗。

02裂解爐管涂層技術(shù)可延長裂解爐運行周期和爐管使用壽命，大幅降低結(jié)焦速率，減少燃料氣消耗。?

按功能可分為屏障涂層和催化涂層，屏障涂層主要起到惰性阻隔的作用，抑制結(jié)焦；催化涂層在阻隔作用的基礎(chǔ)上，通過蒸汽氣化反應(yīng)，催化去除焦炭。

03高效分離技術(shù)可提高裂解產(chǎn)物分離效率，大幅降低過程用能，是乙烯裝置節(jié)能減排的重點措施之一。?

除采用先進回收系統(tǒng)（ARS）和二元/三元制冷技術(shù)等不斷優(yōu)化傳統(tǒng)精餾分離過程外，科學(xué)家們也在積極探索新型分離材料。如MAF-49、PCN-250等都被證明具有良好的乙烯/乙烷選擇性；此外，浙江大學(xué)研究的新型氫鍵-有機框架材料（HOFs），是一種較好的乙烷類吸附劑。但目前這些材料仍處于實驗室階段，需持續(xù)研究，爭取早日實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

04智能控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)辨識來建立輸入變量與輸出變量之間的關(guān)系模型，預(yù)測輸出變量趨勢并實現(xiàn)閉環(huán)控制，可提高裝置運行平穩(wěn)性和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，降低裝置能耗。?

目前已有公司將人工智能（AI）技術(shù)應(yīng)用于乙烯生產(chǎn)過程，信息化技術(shù)在未來將更多地幫助優(yōu)化傳統(tǒng)化工生產(chǎn)過程，進一步實現(xiàn)精細(xì)綠色生產(chǎn)。

05 裂解爐電氣化將成為降低乙烯裂解裝置碳排放的重要路徑。?

全球多家公司以及國內(nèi)的大型石油石化公司等都在進行電加熱裂解爐研究。包括長壽命和大功率電熱爐設(shè)計、新型高效電熱體材料技術(shù)、先進控制系統(tǒng)等，均需實現(xiàn)技術(shù)突破。此外，芬蘭Coolbrook公司與劍橋大學(xué)合作研制了旋轉(zhuǎn)動態(tài)反應(yīng)器（RDR）技術(shù)，其反應(yīng)器中心是一個轉(zhuǎn)速為20,000r/min的轉(zhuǎn)子，預(yù)計將于2025年實現(xiàn)工業(yè)化。

同時，加快原油直接裂解制烯烴技術(shù)的工業(yè)推廣；加強前瞻性、戰(zhàn)略性和基礎(chǔ)性的課題研究與技術(shù)攻關(guān)，做好技術(shù)儲備、提供創(chuàng)新引領(lǐng)。重視天然氣高附加值利用，加強甲烷制乙烯和合成氣制烯烴的研究開發(fā)投入，力爭催化劑等核心技術(shù)的突破和解決工程技術(shù)問題，早日實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。加快廢塑料熱解油凈化技術(shù)、二氧化碳制乙烯技術(shù)的研發(fā)節(jié)奏，實現(xiàn)廢物的低成本資源化利用。布局第3代生物質(zhì)制乙烯技術(shù)，提升乙醇轉(zhuǎn)化率與選擇性。

同時，加快原油直接裂解制烯烴技術(shù)的工業(yè)推廣；加強前瞻性、戰(zhàn)略性和基礎(chǔ)性的課題研究與技術(shù)攻關(guān)，做好技術(shù)儲備、提供創(chuàng)新引領(lǐng)。

01原油直接制化學(xué)品技術(shù)略通過原油直接蒸汽裂解或催化裂解，可顯著降低生產(chǎn)過程能耗和碳排放。

直接蒸汽裂解主要取決于原油品質(zhì)，而催化裂解的核心是催化劑。原油直接進入加氫裂化裝置，脫硫并將高沸點組分轉(zhuǎn)化為低沸點組分；之后經(jīng)過分離，輕組分進入蒸汽裂解裝置，重組分進入高苛刻度催化裂化裝置，目前尚無相關(guān)工業(yè)化報道。

02甲烷一步法制乙烯技術(shù)具有工藝流程短、耗能少、反應(yīng)過程本身實現(xiàn)了溫室氣體零排放等優(yōu)勢，但目前仍未達到工業(yè)期望的效果。?

在甲烷無氧一步法制乙烯方面，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所與中國石油等單位開發(fā)出了硅化物（氧化硅或碳化硅）晶格限域的單中心鐵催化劑，但目前尚未見到中試試驗報道。應(yīng)繼續(xù)加強甲烷制乙烯的研發(fā)投入，早日實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

03?合成氣是碳資源轉(zhuǎn)化利用的重要平臺。

目前間接法已實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，其中較具代表性的有中石化的SMTO工藝、中科院大連物化所DMTO工藝等。與間接法相比，直接法制低碳烯烴具有流程短、能耗較低等優(yōu)勢。中科院大連化物所、清華大學(xué)、中國石化等都開展了相關(guān)研究，應(yīng)加快研發(fā)進程，力爭早日實現(xiàn)工業(yè)化。

04廢塑料生產(chǎn)乙烯是將廢塑料通過化學(xué)回收方法生成廢塑料熱解油，再經(jīng)凈化處理進入蒸汽裂解裝置生產(chǎn)乙烯，進一步生產(chǎn)聚乙烯等下游產(chǎn)品，實現(xiàn)了塑料的閉環(huán)循環(huán)，兼具減污、減碳和節(jié)省資源的作用。

Axens公司聯(lián)合Plastic Energy 和 REPSOL公司開發(fā)了廢塑料熱解-后精制-蒸汽裂解技術(shù)；SABIC公司開發(fā)了廢塑料熱解-加氫-蒸汽裂解技術(shù)，已完成工業(yè)示范，生產(chǎn)的再生聚合物已成功應(yīng)用于聯(lián)合利華、夢龍等產(chǎn)品包裝。未來的研發(fā)重點為雜質(zhì)脫除與裝置對原料的適應(yīng)性。

05 以CO²為原料通過還原反應(yīng)生成乙烯在降低生產(chǎn)排放的同時還實現(xiàn)了CO²的資源化利用。

Braskem公司于2020年宣布與UIC合作研發(fā)基于CO²電化學(xué)還原的乙烯生產(chǎn)技術(shù)。據(jù)測算，在使用可再生能源的前提下，該系統(tǒng)可將乙烯生產(chǎn)碳強度降低20%～30%。另外，大規(guī)模具有經(jīng)濟效益必須建立在成熟完備的CO²捕集與存儲技術(shù)基礎(chǔ)上，仍需將CO²富集等技術(shù)作為研發(fā)重點。

06生物質(zhì)原料生產(chǎn)乙烯可實現(xiàn)源頭減碳?。

目前第1代乙醇發(fā)酵法制乙烯技術(shù)已經(jīng)成熟，聚合級生物乙烯生產(chǎn)技術(shù)Atol?為代表的第2代纖維素乙醇以及第3代生物微藻乙醇制乙烯技術(shù)仍在積極研發(fā)中，第2代和第3代技術(shù)的乙醇轉(zhuǎn)化率與選擇性、乙烯產(chǎn)率尚有待提高。