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石化“龍頭”技術(shù)走向世界
乙烯產(chǎn)能是衡量一個(gè)國(guó)家石油化工發(fā)展水平的重要標(biāo)志。然而在1983年我國(guó)乙烯產(chǎn)能只有62萬(wàn)噸，一直被國(guó)外壟斷的乙烯成套技術(shù)成為乙烯工業(yè)發(fā)展的最大障礙。榮獲2019年度石化聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)的綠色高效百萬(wàn)噸級(jí)乙烯成套技術(shù)開(kāi)發(fā)及工業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目，歷經(jīng)十余年開(kāi)發(fā)出達(dá)到世界領(lǐng)先水平的乙烯成套技術(shù)，并將其推廣應(yīng)用于12套裝置，拉動(dòng)下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值超萬(wàn)億元，裂解技術(shù)和催化劑還出口國(guó)外，最終實(shí)現(xiàn)我國(guó)乙烯技術(shù)的飛躍。
“龍頭”技術(shù)受制于人
石化工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，而乙烯裝置則是石化工業(yè)的“龍頭”。乙烯裝置生產(chǎn)的乙烯、丙烯、丁二烯及芳烴是最重要的基本有機(jī)化工原料，下游生產(chǎn)的樹(shù)脂、纖維、橡膠及有機(jī)化工產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，與人們衣食住行、國(guó)防軍工等息息相關(guān)。
“然而1983年我國(guó)的乙烯產(chǎn)能僅有62萬(wàn)噸，與巨大的市場(chǎng)需求相比可謂微乎其微，我國(guó)乙烯工業(yè)發(fā)展對(duì)乙烯成套技術(shù)有著巨大且迫切的市場(chǎng)需求。但現(xiàn)實(shí)情況是，直到上世紀(jì)末乙烯成套技術(shù)仍一直被國(guó)外壟斷，我們不僅要繳納高昂的專(zhuān)利和專(zhuān)有技術(shù)費(fèi)，關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化也受?chē)?guó)外專(zhuān)利商制約，造成我國(guó)乙烯工業(yè)建設(shè)投資大、生產(chǎn)成本高、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力弱。”中國(guó)石化集團(tuán)公司副總工程師王子宗的一番話(huà)把我們帶回到上世紀(jì)80年代。
技術(shù)難點(diǎn)逐個(gè)出擊
乙烯裝置是科技含量最高的裝置之一，存在諸多技術(shù)難點(diǎn)。乙烯裝置以烴類(lèi)為原料，經(jīng)過(guò)高溫裂解、急冷壓縮，雜質(zhì)脫除和深冷分離等過(guò)程，生產(chǎn)出聚合級(jí)乙烯、丙烯等產(chǎn)品。乙烯裝置裂解反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，雜質(zhì)脫除及產(chǎn)品純度要求高、工藝流程長(zhǎng)，設(shè)備臺(tái)數(shù)多達(dá)600多臺(tái)，且操作條件苛刻。
“要攻克這樣的‘龍頭’技術(shù)，必須集中全集團(tuán)的優(yōu)勢(shì)力量全力以赴。”王子宗介紹說(shuō)，中國(guó)石化組織研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝備制造等十余家單位進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)，總體思路是從裂解、分離、催化劑、重大裝備等關(guān)鍵技術(shù)的單項(xiàng)突破，到乙烯成套技術(shù)的集成創(chuàng)新。
其間，在科技部、發(fā)改委等部委的大力支持下，先后有裂解、分離、催化劑、重大裝備研制等關(guān)鍵技術(shù)以及綠色高效乙烯成套技術(shù)6個(gè)課題在國(guó)家立項(xiàng)攻關(guān);中國(guó)石化針對(duì)眾多技術(shù)難題，也先后組織了121項(xiàng)開(kāi)發(fā)課題進(jìn)行攻關(guān)，其中10項(xiàng)重點(diǎn)課題納入中國(guó)石化“十條龍”項(xiàng)目。
創(chuàng)新探索全面告捷
“我們歷經(jīng)十多年，通過(guò)單項(xiàng)突破、成套技術(shù)開(kāi)發(fā)、持續(xù)提升和全面跨越4個(gè)階段，創(chuàng)建了完備的乙烯技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了覆蓋全流程的20項(xiàng)模型，全面攻克了裂解、分離、催化劑、重大裝備及工程化技術(shù)難題，在全流程關(guān)鍵技術(shù)上取得全面突破。”王子宗表示。
該項(xiàng)目創(chuàng)新開(kāi)發(fā)了超大型長(zhǎng)周期高效系列裂解爐技術(shù)，投運(yùn)的國(guó)內(nèi)最大20萬(wàn)噸/年乙烯裂解爐運(yùn)轉(zhuǎn)周期延長(zhǎng)50%以上，正在建設(shè)世界最大的30萬(wàn)噸/年乙烯裂解爐，裂解爐技術(shù)及裝備實(shí)現(xiàn)整體出口;首創(chuàng)了以分凝分餾塔、分配分離為核心的高效分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了傳質(zhì)傳熱高效協(xié)同耦合，投運(yùn)的百萬(wàn)噸級(jí)乙烯裝置尾氣中乙烯損失減少70%以上，制冷機(jī)功耗節(jié)省5%~7%;創(chuàng)新了高性能全流程催化劑，實(shí)現(xiàn)了低成本、低能耗、高選擇性的雜質(zhì)脫除，并實(shí)現(xiàn)出口;創(chuàng)新了綠色高效系列專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了乙烯裝置的節(jié)能降耗、減排增效;率先研制了百萬(wàn)噸級(jí)乙烯重大裝備壓縮機(jī)組及冷箱，裂解氣壓縮機(jī)和丙烯制冷壓縮機(jī)成功應(yīng)用于120萬(wàn)噸/年乙烯裝置。
推廣應(yīng)用佳績(jī)頻傳
在創(chuàng)新探索成績(jī)亮眼的同時(shí)，該成果的推廣應(yīng)用也佳績(jī)頻傳。成套技術(shù)已先后推廣應(yīng)用12套、總計(jì)乙烯產(chǎn)能973萬(wàn)噸，裂解爐應(yīng)用167臺(tái)、產(chǎn)能1729萬(wàn)噸。其中僅武漢石化等3家采用該成套技術(shù)的企業(yè)近3年就新增利潤(rùn)84.53億元。據(jù)測(cè)算，采用該成套技術(shù)的12套乙烯裝置拉動(dòng)下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值超萬(wàn)億元，經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益顯著，具有里程碑意義。
綠色高效百萬(wàn)噸級(jí)乙烯成套技術(shù)的創(chuàng)新探索和應(yīng)用實(shí)踐也獲得了國(guó)內(nèi)外同行的一致認(rèn)可和高度評(píng)價(jià)。某國(guó)際知名乙烯專(zhuān)利商評(píng)價(jià)“CBL裂解技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平”;用戶(hù)韓國(guó)SK公司評(píng)價(jià)應(yīng)用該成套技術(shù)的武漢乙烯裝置“技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平”;中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)鑒定意見(jiàn)認(rèn)為“綠色高效百萬(wàn)噸級(jí)乙烯成套技術(shù)總體處于國(guó)際領(lǐng)先水平。”
2018年我國(guó)乙烯產(chǎn)能2524萬(wàn)噸，已位居世界第二，但與高達(dá)4720萬(wàn)噸的需求量相比，自給率僅為50%。預(yù)計(jì)2025年，我國(guó)乙烯產(chǎn)能達(dá)4200萬(wàn)噸，自給率也就66.7%，仍不能滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。我國(guó)乙烯工業(yè)發(fā)展對(duì)乙烯成套技術(shù)有著巨大的市場(chǎng)需求。“盡管過(guò)去幾年甲醇制烯烴發(fā)展較快，但未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，烴類(lèi)原料蒸汽裂解仍是乙烯生產(chǎn)的主流工藝，可以預(yù)見(jiàn)，綠色高效百萬(wàn)噸級(jí)乙烯成套技術(shù)未來(lái)仍有巨大的市場(chǎng)空間。”王子宗表示。
