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乙烯生产新技术调研报告

乙烯工业是石化产业的重要组成部分，是衡量一个国家石化发展水平的重

要标志之一。目前，蒸汽裂解制乙烯是乙烯生产的主流工艺，煤(甲醇)制乙烯

(MTO)技术是重要的补充技术，但是前者存在能耗高和原料结构不合理等不足，

后者受到环保要求、低油价等因素的限制，这些现有技术的限制促进了乙烯生

产新技术的发展。综述了乙烯生产新技术的研究进展，重点分析了甲烷氧化偶

联制乙烯、乙烷直接氧化脱氢制乙烯、乙烷二氧化碳氧化脱氢制乙烯、乙烷化

学链氧化脱氢制乙烯和合成气直接生产乙烯的技术特点和优势，并对这些技术

的发展前景进行了展望。

乙烯工业是石化产业的重要组成部分，2020年，中国乙烯产量为24.05

Mt，当量消费量约为47.20Mt，当量自给率仅约为50.9%，预计2025年乙

烯当量自给率将上升到70%左右。

目前，国内主要依赖管式炉蒸汽裂解技术生产乙烯，蒸汽裂解工艺制乙烯

的产量约占乙烯总产能的80%，是国内乙烯生产的主流工艺。但是该技术受原

料结构不合理和过程能耗高等条件限制。MTO技术作为国内乙烯生产的重要

补充技术已取得了很大进步，占乙烯总产能的17%左右，但是随着环保要求的

提高，加上低油价以及技术本身乙烯/丙烯比低等因素，该技术的发展受到影

响。近年来，研究人员在廉价原料利用、催化剂创新、低能耗短流程工艺开发

等多个方面开展了大量工作，探索了多种乙烯生产新技术并取得了有效进展。

1甲烷氧化偶联制乙烯

1982年，Keller等[2]提出的甲烷氧化偶联制乙烯(OCM)技术引起广泛关

注。OCM反应式为CH4+O2C2H6+C2H4+COx(x=1,2)+H2O+H2。该

过程是高温(600℃)、强放热(293kJ/mol)过程，产物以乙烯为主，并副产

H2，C2H6，CO，CO2等。

OCM催化剂是影响甲烷转化率和乙烯选择性的重要因素，是OCM技术

能否商业应用的关键。国内外研究发现，NaWMnO/SiO2类、ABO3钙钛矿

型复合氧化物、Li/MgO类和稀土氧化物类催化剂表现出较好的反应性能。

NaWMnO/SiO2类催化剂因具有较高的稳定性、转化率和选择性而成为OCM

催化剂的引领者，其C2单程收率在25%左右。中国科学院兰州化学物理研究

所(兰化所)研制的NaWMnO/SiO2类催化剂具有良好的应用前景；钙钛矿型

复合氧化物催化剂的C2收率可达20%以上，这是由于该催化剂采用碱土金属

取代了过渡金属，增加了氧空位，从而提高了催化剂的活性和选择性；Li/MgO

类催化剂结构简单，其碱金属助剂易流失、稳定性较差，C2单程收率一般在

20%左右；稀土氧化物类催化剂反应温度较低(600～800℃)，C2收率最高为

15%左右。Siluria公司[3]开发的纳米线稀土氧化物催化剂已应用于工业示范

装置。该技术反应条件温和(反应温度500～700℃)，比传统蒸汽裂解法反应

温度低200～300℃。

OCM工艺是一种强放热过程，反应器和工艺过程的研究开发也是其商业

应用的关键。固定床反应器由于结构简单、工业放大容易而首先被关注。Siluria

公司采用轴向绝热式固定床反应器，甲烷转化为C2的过程发生在第一反应器

中，其释放的反应热可用于第二反应器中乙烷的裂解过程。2015年4月年产

365t乙烯的固定床OCM试验装置在得克萨斯州建成并正常运行。由于OCM

反应温度高、放热量大，在固定床反应器工艺中原料的高温加热、反应过程中

的大量取热势必会造成投资大、操作费用高等问题。兰化所进行了流化床OCM

工艺研究，在反应温度为875℃、甲烷体积空速为7000h-1，原料中O2体

积分数为15