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今年10月，恰逢习近平总书记视察中国石化胜利油田3周年、视察中国石化九江石化1周年，《中国石化》杂志聚焦“牢记嘱托再出发”主题，专访北京化工研究院集团公司首席专家王国清，以乙烯裂解技术为例阐述如何走好高水平科技自立自强之路。原文如下：
继续走好乙烯技术自立自强之路
乙烯产能通常是衡量一个国家石化产业发展水平的重要标志。目前，我国的乙烯产能达4933万吨/年，位列世界第一。经过多年发展，我国乙烯技术实现了从0到1的突破，以及从1到N的跨越，打破了国外乙烯技术垄断，并率先成为世界上全面掌握轻质原料、重质原料及高含烯烃原料裂解技术的国家。中国石化也成为世界五大乙烯技术专利商之一。我国乙烯技术的自主之路
乙烯装置是石化工业的龙头，乙烯衍生物产品种类众多，广泛应用于包装、农业、建筑、纺织、电子电器、汽车等领域。蒸汽裂解技术是生产乙烯的主要技术，起源于20世纪30年代，经过几十年持续发展，技术日臻完善。进入21世纪以来，国内外专利商主要围绕节能减排、长周期运行进行研究，裂解炉向着大型化、绿色化发展。乙烯装置生产能力的不断提高，促使裂解炉的单炉生产能力也不断扩大。现在新建装置能力普遍在120万~140万吨/年，相应裂解炉单炉乙烯生产能力达15万~20万吨/年，最大的裂解炉生产能力达到30万吨/年以上。国内在发展蒸汽裂解技术的同时，煤/甲醇制烯烃等其他乙烯生产技术也得到了长足发展，并在乙烯市场中占有一席之地。在我国乙烯工业持续壮大的同时，乙烯技术开发也在同步进行。乙烯技术由于反应过程复杂、工艺流程长、温度跨度大、控制系统复杂等原因，开发难度极大。中国石化自1983年成立之初就将乙烯技术作为开发的重点工作，从裂解炉、分离回收到催化剂技术不断突破，先后开发了具有自主知识产权的CBL-I~Ⅶ型裂解炉，单炉能力从最初的2万吨/年发展到30万吨/年，并可以适应从乙烷到加氢尾油的各种原料。在进行裂解炉技术开发的同时，中国石化还借助中型乙烯改造和国家重大攻关项目的支持，持续进行大型乙烯分离回收技术及催化剂技术的开发，最终在武汉乙烯的建设中从裂解炉到分离及催化剂全部采用自主技术，到2018年底累计应用的乙烯产能超1000万吨/年。乙烯技术的发展方向、创新路径和策略
当前，国际社会日益重视全球变暖现象并携手应对气候变化问题，减少碳排放。在全球能源革命和我国“双碳”目标的大背景下，乙烯技术将向着大型化、绿色化、高效化、智能化等方向发展，助力“双碳”目标的实现。大型化是降低装置固定成本的有效途径。液体原料的乙烯装置单线规模达180万吨/年及以上，气体原料的乙烯装置单线规模达230万吨/年及以上。配合超大型乙烯装置的建设，单炉能力进一步提高到25万~30万吨/年（液体原料）和30万~40万吨/年（气体原料）。伴随模块化设计和施工等技术水平的提高，占地和投资将进一步降低，施工周期进一步缩短。绿色化是可持续发展的必然要求，乙烯技术将进一步向节能降耗及环保方面发展。涉及高温裂解和低温回收，乙烯技术重点在供热强化、提高热量利用效率、供热方式变化等方面开展工作，以进一步延长裂解炉的运行周期，提高裂解炉的真实在线率以降低能耗。随着乙烯装置规模不断向大型甚至超大型发展，NOx（氮氧化物）等污染物排放总量加大。开发低成本的超低氮或无氮（氢氧）燃烧等技术，绿色烧焦气处理技术等，进一步降低燃烧尾气中的氮氧化物和颗粒物等排放水平，实现过程的清洁生产。研究在碳中和背景下传统蒸汽裂解的实现路径和发展方向，包括裂解气急冷方式的选择和优化、原料预热方式采用蒸汽或电加热的方案研究，裂解反应供热采用清洁能源的实现路径等。乙烯装置的高效化包括乙烯原料的高效利用和裂解炉操作的优化等。世界乙烯原料持续轻质化，但国内受石油资源所限乙烯原料除轻质化外，多样化也不可避免。为应对乙烯原料的多样化、轻质化发展趋势，裂解原料研究和反应模型要进一步拓展，跟踪原料变化，重点研究乙烷、丙烷、轻质原料、加氢尾油等低成本原料和柴油等宽馏分原料，甚至高含量烯烃原料等新兴特殊原料的裂解性能，针对不同的原料设计开发更加高效的裂解炉及配套工艺，提高目标产品选择性。在裂解装置操作方面，不断发展裂解炉操作优化技术和裂解原料及产物快速分析技术，以满足裂解装置实时操作优化需求。智能化是社会进步的必然趋势，同样也是乙烯装置的发展方向。随着裂解装置的大型化，裂解原料日趋多样，共裂解、分炉膛烧焦等工艺技术应用也使装置操作更为复杂。这就需要对装置的各种工艺参数根据实时的原料信息、管内反应过程、管外辐射过程进行全方位的模拟和优化，通过这种全息化的模拟和优化，得到裂解装置操作的优化工艺参数。以大数据和人工智能结合，监控异常工况减少非计划停车；根据市场要求合理选择裂解原料实现效益最优化，节约投资成本和操作费用，降低能耗和物耗。节能降耗始终是乙烯技术的努力方向。通过大型化、绿色化、高效化和智能化，可以有效降低乙烯装置的能耗物耗，提升成本竞争力。中国石化乙烯技术未来的主要工作方向
为了实现乙烯技术的大型化、绿色化、高效化、智能化4个方面的发展，需要重点开展以下8个方面的研究工作：一是开展乙烯原料优化研究。裂解原料占乙烯成本的70%左右，要持续研究各种原料的裂解性能，结合具体装置，以裂解产品价值为导向优选原料，拓展原料来源，优化提升已有模型，做好原料优化优选的支持。开展高含烯烃原料裂解的工业试验研究。持续开发并完善原油裂解技术。二是开发超短停留时间裂解炉技术。结合燕山石化单程管裂解炉投产，继续进行实验室研究，进行停留时间在0.12至0.16秒左右的裂解试验，为开发超短停留时间裂解炉和裂解原料更加高效利用做好准备。三是坚定不移推进乙烯行业智能化改造。建议以石化“龙头”装置蒸汽裂解乙烯装置为突破，加快开展数字孪生的乙烯智能工厂建设，实现从原油采购、炼化生产及销售的智慧管理和物流管理系统全应用。在信息化和大数据基础上，实现裂解炉智能化运行，减少非计划停车；根据市场变化合理选择裂解原料，实现全流程的仿真优化、全装置的生命管理周期，优化全厂能耗，提高生产管理效率，降低生产管理成本。四是开展基于绿电的乙烯裂解及全厂方案研究。研究电加热裂解炉的工艺技术路线、相应的工程实施方案并择机开展工业试验，同时开展基于绿电应用乙烯分离技术及全厂绿电应用研究。五是开展乙烯裂解过程强化技术研究。进一步提升裂解炉管的高温热稳定性，减缓炉管壁面结焦趋势，最终达到延长裂解炉运行周期和炉管使用寿命的目的，提升装置效益。六是持续推进高水平的CBL裂解技术推广应用。中国石化自主研发的CBL裂解炉在原料适应性、产物收率、运行周期、热效率等方面具有技术先进及投资节省的优点。裂解炉可采用双辐射段单对流段设计，并可实现分炉膛裂解及分炉膛烧焦，裂解炉热备/烧焦气可返回炉膛以减少气体排放。进一步提升塔器等相关设备效能。加强膜分离技术应用探索研究，进一步降低乙烯装置分离能耗。七是继续提高选择加氢催化剂性能，降低催化剂的成本。重点推进前脱乙烷前加氢催化剂的工业应用。探索新型催化剂材料和新的催化剂制备技术，持续支撑催化剂向高选择性、低能耗、低成本、绿色化发展。八是关键设备及仪表系统的国产化研究。目前乙烯装置总体的国产化率已经超过90%，在静设备方面已经实现完全国产化，在动设备方面，对于长期未实现国产化的膨胀—再压缩机系统，以中国石化为代表的国内企业已经着手组织开展国产化攻关。在仪表系统方面，DCS系统和FCS系统已经完成初步攻关与应用，SIS系统的国产化攻关尚需要进一步开展，限制这部分工作开展的主要因素在于硬件与软件完整生态系统的协同发展。来源：《中国石化》杂志
