——中國(guó)石化乙烯蒸汽裂解技術(shù)研發(fā)紀(jì)實(shí)
迄今為止，世界乙烯工業(yè)已走過(guò)80多年的歷程。目前，世界上約90%的乙烯生產(chǎn)采用管式爐蒸汽裂解工藝。由于裂解反應(yīng)復(fù)雜、分離工藝流程長(zhǎng)、產(chǎn)品純度要求高，乙烯技術(shù)被視為技術(shù)含量最高的石油化工技術(shù)之一。直到上世紀(jì)末，乙烯成套技術(shù)一直被國(guó)外專(zhuān)利商壟斷，也使得我國(guó)的石油化工工業(yè)在一定程度上受制于人。
為了推動(dòng)我國(guó)乙烯工業(yè)實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)自主可控，作為最早攻關(guān)乙烯技術(shù)的單位之一，北京化工研究院幾代科研人員刻苦攻堅(jiān)，相繼突破了物料組成復(fù)雜、工藝流程長(zhǎng)、操作條件苛刻等技術(shù)難題，為我國(guó)乙烯技術(shù)進(jìn)步寫(xiě)下了濃墨重彩的一筆。
“1958年，我們就決定攻關(guān)乙烯技術(shù)”
“早在建院之初，我們就決定攻關(guān)乙烯技術(shù)！”據(jù)北化院院長(zhǎng)吳長(zhǎng)江介紹，1958年，北化院就把乙烯技術(shù)列為主要的研究方向之一。早期，為了解決物料組成復(fù)雜、工藝流程長(zhǎng)的問(wèn)題，北化院確定了裂解技術(shù)和分離工藝技術(shù)兩個(gè)主攻方向，建立了相對(duì)完備的涵蓋乙烯工藝和選擇加氫催化劑技術(shù)開(kāi)發(fā)及關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證的試驗(yàn)平臺(tái)，用以承擔(dān)相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)與攻關(guān)任務(wù)。同時(shí)，面對(duì)當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)乙烯技術(shù)領(lǐng)域一窮二白的困境，該院毅然承擔(dān)了幾乎國(guó)內(nèi)所有裂解原料的評(píng)價(jià)任務(wù)。這也為乙烯裝置開(kāi)車(chē)和裂解操作參數(shù)確定提供了不可或缺的技術(shù)支持。
技術(shù)攻關(guān)的終極目標(biāo)是將科技成果盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。1962年，北化院在北京化工三廠建立了工業(yè)蓄熱爐的裂解裝置，經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，試車(chē)成功。上世紀(jì)60年代末，由于裂解爐發(fā)展從蓄熱式爐轉(zhuǎn)為管式爐，該院及時(shí)調(diào)整研究方向，相繼建立了方箱爐裂解水平管中試裝置、小試研究裝置和小型單管裂解試驗(yàn)裝置，在70年代初期開(kāi)始建立中試立式管裂解爐研究裝置，并試車(chē)成功。與此同時(shí)，他們著手深冷分離工藝中選擇加氫催化劑的開(kāi)發(fā)工作，于1974年研制出第一代碳二加氫催化劑，并成功建立了選擇加氫催化評(píng)價(jià)裝置。
“這一系列的成果稱(chēng)得上是我國(guó)乙烯裂解技術(shù)發(fā)展的基石。在掌握這些技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國(guó)成功引進(jìn)了第一套大型乙烯裝置，也就是燕山石化乙烯裝置。”集團(tuán)公司首席專(zhuān)家王國(guó)清介紹。
“實(shí)現(xiàn)了打破壟斷，我們無(wú)愧于后人”
“我們是搞石油化工的，如果不能實(shí)現(xiàn)裂解爐國(guó)產(chǎn)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)乙烯裝置國(guó)產(chǎn)化，將愧對(duì)后人。”1983年，中國(guó)石油化工總公司宣告成立，時(shí)任總經(jīng)理陳錦華說(shuō)出肺腑之言。
當(dāng)時(shí)，我國(guó)的裂解技術(shù)仍然由國(guó)外乙烯公司壟斷，乙烯技術(shù)國(guó)產(chǎn)化成為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迫切需求。1983年底，在原中國(guó)石化總公司科技發(fā)展部的組織下，裂解技術(shù)北方研究小組成立了，北化院擔(dān)負(fù)起裂解爐核心部分輻射段爐管的設(shè)計(jì)工作。
當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)并沒(méi)有成熟的裂解爐模型，只能以大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)想法。為此，北化院開(kāi)展了裂解評(píng)價(jià)對(duì)流段、輻射爐管結(jié)焦等大量試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上完成了自有裂解反應(yīng)模型的建立，并據(jù)此設(shè)計(jì)建設(shè)裂解爐。同時(shí)，他們還研制出碳三液相加氫催化劑，與美國(guó)魯姆斯公司合作開(kāi)發(fā)了單段床碳三液相選擇加氫工藝，并在工業(yè)示范裝置成功開(kāi)車(chē)，開(kāi)啟了乙烯系列催化劑在國(guó)內(nèi)外的推廣。
在北方爐研究小組技術(shù)人員的刻苦攻關(guān)下，1988年10月20日，我國(guó)自主設(shè)計(jì)和建造的第一臺(tái)兩萬(wàn)噸/年乙烯裂解爐在遼陽(yáng)石油化纖公司建成投產(chǎn)。經(jīng)過(guò)一年的運(yùn)行、測(cè)試和標(biāo)定，中國(guó)石化鑒定宣告了北方爐（CBL-Ⅰ型）的成功。“第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)化工業(yè)裂解爐的成功建設(shè)和運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)裂解技術(shù)取得重大突破，推動(dòng)了我國(guó)乙烯生產(chǎn)裝置國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程，加快了我國(guó)石油化工行業(yè)的發(fā)展。”王國(guó)清表示，“實(shí)現(xiàn)了打破壟斷，我們無(wú)愧于后人！”
隨后，北化院科研人員不斷創(chuàng)新，與兄弟單位一起開(kāi)發(fā)了CBL系列裂解爐，在系統(tǒng)內(nèi)大范圍推廣應(yīng)用，并出口海外。
喜訊頻傳，乙烯技術(shù)實(shí)力持續(xù)增強(qiáng)
60年來(lái)，科技革命突飛猛進(jìn)，北化院?jiǎn)T工不敢有一絲懈怠，在科技創(chuàng)新的道路上持續(xù)探索，先后取得了重大科研成果數(shù)十項(xiàng)，形成了從蒸汽裂解技術(shù)、催化劑到乙烯工藝全流程的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為核心技術(shù)自主可控提供持續(xù)動(dòng)力。
該院與中國(guó)石化工程建設(shè)公司等兄弟單位合作開(kāi)發(fā)的“復(fù)雜原料百萬(wàn)噸級(jí)乙烯成套技術(shù)”，攻克了高選擇性與長(zhǎng)周期運(yùn)行無(wú)法兼顧的難題，使我國(guó)率先成為掌握復(fù)雜原料乙烯成套技術(shù)的國(guó)家，并在中韓（武漢）石化建成了世界先進(jìn)水平的綠色高效百萬(wàn)噸級(jí)乙烯生產(chǎn)裝置，使中國(guó)石化具備獨(dú)立設(shè)計(jì)建造世界先進(jìn)水平大型乙烯工廠的實(shí)力。他們自主開(kāi)發(fā)的扭曲片管強(qiáng)化傳熱技術(shù)、原位涂層抑制結(jié)焦技術(shù)等裂解爐穩(wěn)定運(yùn)行技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外乙烯裝置上推廣應(yīng)用超百臺(tái)（套）；碳二、碳三高選擇加氫催化劑應(yīng)用于全國(guó)80%的乙烯裝置，并遠(yuǎn)銷(xiāo)海外。“不僅如此，我們的低溫甲烷化技術(shù)、高含量烯烴原料蒸汽裂解技術(shù)、裂解產(chǎn)物價(jià)值最大化技術(shù)等研究均取得重大突破，還有淺冷油吸收法回收煉廠干氣技術(shù)、丁二烯裝置尾氣加氫技術(shù)等煉化一體化技術(shù)，對(duì)煉化企業(yè)降本增效有很大助益。”該院乙烯技術(shù)研究所所長(zhǎng)張利軍介紹。
目前，以北化院主導(dǎo)開(kāi)發(fā)技術(shù)為基礎(chǔ)、配合兄弟單位開(kāi)發(fā)的百萬(wàn)噸乙烯成套技術(shù)總體達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，已在中韓（武漢）石化、中科煉化、古雷煉化、福建煉化、鎮(zhèn)海煉化、天津中沙等項(xiàng)目應(yīng)用。其中，應(yīng)用乙烯裂解爐技術(shù)的裝置乙烯產(chǎn)能累計(jì)超過(guò)1300萬(wàn)噸/年，為企業(yè)帶來(lái)了數(shù)十億元經(jīng)濟(jì)效益；裂解爐技術(shù)及催化劑成功出口美國(guó)、英國(guó)、馬來(lái)西亞、泰國(guó)等國(guó)家，使中國(guó)石化躋身世界五大乙烯專(zhuān)利商行列。
