丙烯上市前瞻专题系列（二）：生产工艺路线

丙烯上市前瞻专题系列（二）：生产工艺路线 投资观点： 丙烯 专题报告 报告日期2025–5-22 分析师：叶海文从业资格证号：F3071622投资咨询证号：Z0014205 ⚫传统工艺路线：蒸汽裂解及催化裂化 1）蒸汽裂解：作为丙烯生产的核心传统工艺，以石脑油、乙烷、LPG等为原料，在800℃以上的高温管式炉中进行热裂解反应，主产乙烯同时副产丙烯。石脑油裂解是全球应用最广的蒸汽裂解路线，乙烯收率约30%、丙烯约16%，可联产C4烯烃、裂解汽油及芳烃等，但存在能耗高、碳排放高及炉管结焦等问题。轻烃裂解中乙烷路线乙烯收率高达80%，丙烯仅3%，碳排放最低，但依赖天然气资源，适合北美、中东等地区。国内87%的蒸汽裂解产能以石脑油为原料，集中于山东及沿海港口，依托炼化一体化优势满足多元化产品需求，但面临重质原料结焦和能源效率挑战。 助理分析师：施宇龙从业资格证号：F03137502 2）催化裂化：以炼油副产重油为原料，通过沸石催化剂裂解生成汽柴油及丙烯，常规FCC工艺丙烯收率4-7%。中国通过技术改良显著提升丙烯产量，如石科院开发的DCC技术采用高温和新型催化剂，丙烯收率可达15-25%。国内催化裂化制丙烯总产能1389万吨/年，109套装置中58%集中于华东地区（山东、浙江），单套平均产能12.7万吨，与炼厂布局高度协同。该路线依托成熟炼化体系，原料成本低且与成品油生产形成互补，但丙烯收率受制于主产物汽柴油的经济性平衡，且产品分离复杂度高，在丙烯需求增长驱动下通过工艺优化持续挖掘潜力。 往期相关报告 ⚫新型工艺技术（On-Purpose路线） 【ITF-丙烯】丙烯上市前瞻专题系列（一）：品种基础知识介绍20250515 1）丙/混烷脱氢（PDH/MDH）：是近年快速崛起的丙烯专用生产工艺，通过高温催化脱氢将丙烷定向转化为丙烯，主流技术包括铂基与铬基催化剂，丙烯选择性85-90%，单吨丙烯消耗丙烷1.15-1.25吨，副产氢气0.4吨。国内PDH产能占全国丙烯总产能33%，39套装置集中于华东/华南沿海，依托进口丙烷资源形成聚丙烯产业链集群。其经济性高度依赖丙烷-丙烯价差，加工成本约1300元/吨，2022年后原料价格波动导致行业普遍承压。未来新增1280万吨产能规划中，技术迭代聚焦流化床工艺和副产氢综合利用，但面临原料进口依赖和低碳转型挑战。 2）煤/甲醇制烯烃（MTO/MTP、CTO/CTP）：煤/甲醇制烯烃是中国“富煤贫油少气”资源结构下的特色路线，通过催化剂将甲醇转化为以丙烯为主产的工艺。煤制烯烃全链条碳效率低，但依托西北煤资源实现区域产业升级。国内在产产能1303万吨/年，神华、中煤等企业采用大连化物所DMTO技术，乙烯+丙烯收率超80%，副产C4回炼提升碳效率。经济性受煤/甲醇价格与油价双重影响，在油价>70美元/桶时具竞争力。随着PDH产能扩张和“双碳”政策约束，MTO面临能效提升、绿甲醇替代及副产物高值化转型压力，产能增速放缓但仍为战略性能源补充路径。 1丙烯生产工艺路线介绍 丙烯的生产工艺主要围绕石油化工和煤化工两大体系展开。传统方法以蒸汽热裂解和催化裂化为主，新兴技术则包括丙烷脱氢（PDH）、甲醇制烯烃（MTO/MTP）以及烯烃歧化等。近年来中东和亚洲地区丙烯产能扩张显著，行业竞争推动原料多元化和技术升级。近十年以来，国内丙烯产能平均增速保持10%以上的水平，2024年国内丙烯总有效产能规模达到6973.11万吨，增速小幅降至9.11%，产能利用率整体维持在67.88%左右，2025年至2026年预计还将有1792万吨/年的拟在建新增产能将陆续投产。 资料来源：公开资料整理、国贸期货研究院 2传统工艺路线 2.1蒸汽裂解 蒸汽裂解（SteamCracking）是一种能源密集型生产工艺，也是丙烯生产的核心工艺。通常以石脑油、NGLs甚至汽柴油为原料，在800℃以上的高温管式炉中进行热裂解过程，主要生成乙烯，副产丙烯及混合碳四等产物。过程中同时还会产生氢气，通常在现场与尾气一起燃烧以获得过程热量，也可以作为副产品分离并出售。 2.1.1石脑油裂解 石脑油是一种由炼油过程中轻质馏分获得的广泛可得的烃类混合物，是全球应用最广泛的蒸汽裂解原料之一。其裂解温度通常在780–870℃之间，可同时产出乙烯（约占30%左右） 和丙烯（约16%），并联产甲烷、氢气、C4烯烃（如1,3-丁二烯）以及20%左右的裂解汽油（RawPyrolysisGasoline，RPG，C₅–C₈混合轻汽油馏分，选择性加氢后可萃取出芳烃，剩余部分可作燃料调和）等多种副产。由于其组成复杂，石脑油裂解过程中存在能耗高、碳排放和炉管结焦等技术挑战。截至目前，当前国内以石脑油作为原料进行蒸汽裂解过程的产能占比在87%左右，占据蒸汽裂解总产能的绝大部分，并且装置主要位于山东及沿海地区，便于工厂及贸易商进出口方面的运输。 资料来源：Mysteel、国贸期货研究院 资料来源：Mysteel、国贸期货研究院 2.1.2轻烃裂解（乙烷、LPG裂解） 乙烷是一种组成简单的轻质烷烃，是当前最清洁高效的乙烯生产原料之一。蒸汽裂解制乙烯过程中，丙烯作为联产物生成，其收率受原料类型影响显著。以乙烷为原料时，可实现乙烯高达80%收率，但副产极少，丙烯仅占3%左右，几乎不含C₄及以上的重质组分。乙烷裂解具有单位能耗低、碳排放少等优势，并且气分过程简单、经济性优。然而，乙烷裂解的最大局限在于原料来源受限，仅适用于天然气液体资源丰富的地区（如北美、中东），导致我国对乙烷进口依赖度高，并且副产品结构单一，不能满足对丙烯和芳烃等多样化化工品需求。 除乙烷外，液化石油气（LiquefiedPetroleumGas，LPG）中的丙烷和丁烷也是重要的轻质蒸汽裂解原料，具备较高的丙烯收率，适合多烯烃共生产。在800–870℃的裂解条件下，丙烷裂解可获得约42%的乙烯和19%的丙烯，而丁烷的乙烯和丙烯收率相当（各约40%和18%）。相比使用乙烷作为原料进行裂解工艺，丙烷和丁烷裂解副产物种类更多，例如较高比例的甲烷、1,3-丁二烯和RPG等。从技术上看，它们的裂解反应链较复杂，烯烃选择性略低，副产甲烷较高，但整体碳效率优于石脑油。LPG裂解为众多乙烯/丙烯并重型石化布局提供了技术基础，但近年来国内包括PDH、MTP/CTP以及烯烃歧化等“On-Purpose”工艺新增产能大幅增加，大幅提高丙烯收率。因此工厂使用LPG作为投料进行裂解前，需同时对比石脑油经济性差异以及PDH工艺的利润情况，进而对所选工艺做出选择。 2.2催化裂化 重油催化裂化（FluidCatalyticCracking，FCC）制取丙烯是一种以渣油、石脑油、重油等多种原料为核心的炼油工艺，通过催化裂化反应将大分子烃类转化为汽柴油及丙烯等高附加值产品。常规的催化裂化通过重质油在沸石催化剂作用下裂解为轻质烃，主产物成品油（汽油/柴油）收率达58%，混合丁烯收率10%，干气和焦炭合计约5%，丙烯收率约4~7%左右，乙烯收率低于1%。经过几十年的发展，为提升丙烯产量催化裂化技术衍生出了多种不同类型的技术，目前国内的主流催化裂化装置主要采用DCC、FDFCC以及MIP/MIP-CGP三类技术。中国石油化工科学研究院（简称石科院，RIPP）开发了深度催化裂解（DCC）技术，通过优化催化剂和反应条件，例如在使用CRP-1催化剂及相应操作条件下，提升管加床层反应器中，采用540~560℃的高温操作，将丙烯收率提高至15~25%，成为增产丙烯的重要工艺。 资料来源：Mysteel、国贸期货研究院 资料来源：Springer、国贸期货研究院 根据隆众数据统计，当前我国丙烯生产装置在产产能中，共有109套催化裂化装置，总产能1389.01万吨/年，平均产能12.74万吨/年。装置集中在华东地区，52套装置总产能811万吨/年，约占全国催化裂化总产能的58.39%，并且主要集中在山东及浙江两省。 3新兴工艺技术（“On-Purpose”路线） 3.1丙/混烷脱氢（PDH/MDH） 3.1.1工艺原理与催化剂体系 丙烷脱氢（Propane Dehydrogenation，PDH）是通过去除烷烃中的氢以制取相应烯烃的脱氢工艺，其主反应为丙烷→丙烯+氢气，是强吸热的平衡限制反应，需在高温（>600℃）条件下进行以获得较高转化。但高温也带来了副反应和催化剂结焦失活的问题，因此工业PDH通常采用多段反应并配套再生系统。典型PDH催化剂体系包括两大类：一类是铂基催化剂，代表工艺为UOP的Oleflex（连续移动床）；另一类是铬基催化剂，代表工艺为Lummus的Catofin（固定床多反应器循环）。Oleflex工艺在约600～650℃、接近常压下操作，铂基催化剂活性高且选择性好，连续再生确保长周期运行；而Catofin工艺在固定床中周期切换反应/再生，采用富铬催化剂在更高温度下操作，每个反应器周期末需切换再生，利用再生放热维持热量。两类工艺丙烷单程转化率一般30–50%，通过循环未转化原料可总转化90%以上，丙烯选择性可达85–90%，副产氢气约占原料碳的10%（以物料衡算每吨丙烯副产约0.4吨氢气），甲烷、乙烷/乙烯等通常低于5%。近年来国内也开发出新型PDH工艺包，例如石科院的ADHO技术和浙石化的NG-PDH流化床工艺，单程转化率提高近一倍、能耗降低约30%。 由PDH衍生的混烷脱氢（MDH）工艺原理与PDH类似，只是对投料品质要求较低，通常以LPG为主，少部分使用乙烷/丙烷混合物。混烷脱氢主要产物为异丁烯，而丙烯及其他副产品产能较小，因此发部分装置与MTBE联产较多，用于高辛烷值汽油调和或丁基橡胶的生 产。工艺上同样采用铂基（Oleflex）或铬基（Catofin）催化剂体系，操作条件与PDH相近。正丁烷脱氢则可制取混合丁烯或进一步脱氢制丁二烯（但后一过程更常用氧化脱氢技术）。总体而言，PDH/MDH属于典型的“On-Purpose”脱氢制烯烃技术，用专有催化剂在高温下将轻烷烃定向转化为烯烃。 3.1.2能耗与碳排放 由于脱氢反应的强吸热特性，PDH/MDH工艺的能耗相当高。反应需消耗大量燃料以提供高温热源，催化剂再生过程也需要加热并燃烧焦炭。根据已有的相关文献进行测算，传统PDH工艺每生产1吨丙烯需消耗约6.1–9.4 kWh/kg丙烯的能源，折合单位产品综合能耗约22–34 GJ/吨丙烯，显著高于蒸汽裂解制烯烃中的丙烯部分能耗。这导致PDH直接碳排放量较高，主要来源于燃料燃烧和再生过程中焦炭的燃烧。相比之下，氧化脱氢（ODH）因反应放热可降低外部热需求，被视为降低能耗和排放的潜在改进路径。例如使用CO2辅助丙烷氧化脱氢，通过引入CO2作为软氧化剂，不仅提供反应热还可部分消耗CO2制化学品，并抑制积炭。然而目前ODH存在选择性低的问题，特别是在氧存在下丙烯易深度氧化成CO/CO2。因此工业上主流仍为无氧PDH，但在能耗和减排方面PDH相对传统石脑油裂解仍具一定优势：每吨丙烯副产氢气约0.4吨，可用于替代部分化石燃料，从全生命周期看PDH路线丙烯碳足迹约为1.5–2吨CO2，显著低于煤制丙烯（6–10吨CO2）但略高于石油路线（~1吨CO2）。因此PDH被视作一种在碳排放和能效上相对折中的制丙烯途径。而MDH由于产氢和无氧操作，单位烯烃的直接碳排放与PDH相近甚至略低（尤其异丁烷脱氢副产氢可充分燃烧利用）。因此，综合来看的话，PDH/MDH高温工艺对能源依赖度高，装置运行需完善的余热回收和公用工 程配套，以降低能耗指标和碳排放强度。 3.1.3工艺经济性 PDH工艺的经济性高度依赖丙烷与丙烯的价差，其核心在于原料成本与加工费用的平衡。PDH装置的投资门槛相对较低（60万吨产能约32.5亿元），且工艺流程短、民营化程度高，国内37家企业中民营企业共34家，占比超90%。然而，该工艺的盈利模型对原料端丙烷价格较为敏感，行业普遍采用:<PDH毛利=丙烯价格-1.18×