我国乙烯工业裂解技术的发展概况 □孙可华
□孙可华 一、乙烯工业发展概况
一、乙烯工业发展概况 我国乙烯工业经过近４０年的发展，生产技术有了很大进步。自
我国乙烯工业经过近４０年的发展，生产技术有了很大进步。自１９６１年建成我国引进的第１套方箱炉蒸汽裂解制乙烯装置起，到７０年代初期，我国乙烯生产技术受诸多条件的制约，没有大的进步，乙烯生产主要以小蓄热裂解为主。乙烯产量１９７０年为１．５万ｔ。而此期间，世界乙烯生产技术有了很大的发展。以美国鲁姆斯公司为例，开发出了ＳＲＴ型裂解炉，其特点是短停留时间、高裂解温度、低烃分压，是一种先进的炉型。日本乙烯生产历史比我国只早了３年左右，但其采用世界先进生产技术，尽管原料油主要依靠进口，到１９７０年其乙烯产量已达３０９万ｔ。 我国７０年代以后，乙烯生产技术随着燕山石化公司３０万ｔ／
我国７０年代以后，乙烯生产技术随着燕山石化公司３０万ｔ／ａ乙烯装置的引进，开始飞跃发展。乙烯质量提高，成本下降。燕山石化公司３０万ｔ／ａ乙烯装置１９７６年投产至１９８６年的１０年间，我国又建成了上海石化股份有限公司化工一厂１１．５万ｔ／ａ、辽阳石油化纤公司化工一厂７．２万ｔ／ａ、吉化公司有机合成厂１１．５万ｔ／ａ、大庆石化总厂化工一厂３０万ｔ／ａ乙烯生产装置，我国乙烯生产能力达到１００万ｔ／ａ。生产技术以引进为主，主要有美国鲁姆斯公司、日本三菱公司、法国石油研究院、美国斯通-韦伯斯特公司及德国鲁奇公司专利技术。除德国鲁奇公司为砂子炉蓄热裂解外，其余均为管式炉蒸汽裂解技术。 １９９０年我国乙烯工业随着齐鲁石化公司、扬子石化公司、上
１９９０年我国乙烯工业随着齐鲁石化公司、扬子石化公司、上海石化股份有限公司３套３０万ｔ／ａ和盘锦天然气化工厂１套１３万ｔ／ａ装置的建成投产，乙烯生产能力达到２００万ｔ／ａ，在世界乙烯生产能力的排名由１９８６年的第１２位提前到第９位，到１９９６年，我国随着７套新乙烯生产装置的投产，其名次又提前到第６位。 我国８０年代以前引进的乙烯装置，虽经多次的达标技术改造，
我国８０年代以前引进的乙烯装置，虽经多次的达标技术改造，但装置的老化与新技术间的差异制约着企业的经济效益及发展。经济规模装置的产品在市场中强有力的竞争，促使企业向着规模经济化、原料轻质化、控制最佳化进行更深层次的技术改造，这已成为今后企业生存的关键及发展的趋势。对此，我国乙烯生产、设计、科研方面的有关专家提出了大量可行的改造方案。对乙烯生产装置在“安、稳、长、满、优”达标运行的基础上再进行分步、有计划地向经济规模大型化改造，而且，改造的幅度以在原装置能力的基础上扩大３０％～５０％为好，并对３０万ｔ／ａ乙烯装置扩至４５万ｔ／ａ能力的经济效益进行对比。 凯洛格公司在总结其设计过的乙烯装置发现，３０万ｔ／ａ乙烯
凯洛格公司在总结其设计过的乙烯装置发现，３０万ｔ／ａ乙烯装置比１５万ｔ／ａ乙烯装置单位产品投资节省１２．５％，而４５万ｔ／ａ乙烯装置又比３０万ｔ／ａ乙烯装置节省９％。同时，规模的增大也可降低公用工程的消耗。据计算，４０万ｔ／ａ乙烯装置比１０万ｔ／ａ乙烯装置的单位产品公用工程费用节省１４％。日本的研究表明，就乙烯生产成本而言，３０万ｔ／ａ乙烯装置比１０万ｔ／ａ乙烯装置低１０％，４５万ｔ／ａ乙烯装置又比３０万ｔ／ａ乙烯装置低２％。另据统计，５０年代的２万ｔ／ａ生产装置，乙烯生产成本为１８０美元／ｔ；６０年代能力为２０万ｔ／ａ的装置，乙烯生产成本为５６美元／ｔ；７０年代能力为４５万ｔ／ａ的装置，乙烯生产成本降到４９美元／ｔ。从不同角度不同方法的对比可见，乙烯生产装置的规模，对乙烯生产成本和企业的经济效益的重要性。“八五”以来，我国各乙烯生产企业在新的市场竞争中，对乙烯生产装置的深层次技术改造正在有序进行之中。 裂解技术的先进与否，对乙烯生产成本的影响非常重要。目前我
裂解技术的先进与否，对乙烯生产成本的影响非常重要。目前我国乙烯生产技术有引进世界主要乙烯生产公司的专利技术及我国自己开发的技术。在引进技术中因年代不同其先进性也有一定的差别。 最近建成的吉化３０万ｔ／ａ乙烯装置是采用德国林德公司专利
最近建成的吉化３０万ｔ／ａ乙烯装置是采用德国林德公司专利技术，而美国鲁姆斯公司裂解技术是世界乙烯生产中采用最多的一种。 我国乙烯装置中采用鲁姆斯公司技术的共有９家公司的９套装置，
我国乙烯装置中采用鲁姆斯公司技术的共有９家公司的９套装置，占全国乙烯生产装置的５０％，其装置能力按引进时的能力计为２０１．５万ｔ／ａ，占未改扩前原装置总能力３５６．７万ｔ的５６．５％。我国采用的鲁姆斯公司炉型有ＳＲＩ-Ⅰ、ＳＲＴ-Ⅱ、ＳＲＩ-Ⅲ、ＳＲＴ-Ⅳ共４种。 从鲁姆斯公司裂解技术的发展可以看出其技术的成熟。像炉管的
从鲁姆斯公司裂解技术的发展可以看出其技术的成熟。像炉管的排列由等管径、单路多程发展到如今的变径二程，并提高了炉管材料的耐高温性，使裂解气停留时间由０．６～０．７５５ｓ缩短到０．２ｓ，完善了高温、短停留、低烃分压的工艺条件，进一步提高了乙烯收率，降低了生产成本和能耗。这也是世界蒸汽裂解技术发展的趋势，即不断地改进和创新，从而增强其在国际市场的竞争力。 二、裂解技术的发展
二、裂解技术的发展 ８０年代初期，我国成功地设计、建成了吉化公司有机合成厂１
８０年代初期，我国成功地设计、建成了吉化公司有机合成厂１１．５万ｔ／ａ乙烯生产装置。由此，我国开始了大、中型乙烯装置裂解技术的科研与开发。１９８４年中国石化总公司组织了南方和北方两个裂解炉科研开发组，针对我国裂解原料的实际情况等进行裂解技术的开发，经过多年的合作取得很大成功。下面仅以北方炉的开发为例，展示我国裂解技术水平与发展简况。 北方炉（ＣＢＬ）的开发从１９８４年开始，由中国石化总公司
北方炉（ＣＢＬ）的开发从１９８４年开始，由中国石化总公司北京工程公司、原化工部北京化工研究院、原化工部化工机械研究院及辽阳石油化纤公司组成的开发组，于１９８８年１月在辽阳石油化纤公司建成第１台以大庆石脑油及轻柴油为主要裂解原料的２万ｔ／ａＣＢＬ-Ⅰ型工业试验炉，投料试车成功， 获国家实用新型专利，１９９１年通过国家鉴定。１９９２年相继在齐鲁石化公司和吉化公司建成４．５万ｔ／ａ和３万ｔ／ａＣＢＬ-Ⅰ型工业应用炉， 并通过考核，其主要技术指标均达到和超过设计值。 在完成ＣＢＬ-Ⅰ型裂解炉的基础上， 于１９９４年６月开发成
在完成ＣＢＬ-Ⅰ型裂解炉的基础上， 于１９９４年６月开发成功ＣＢＬ-Ⅱ型裂解炉， １９９５年１１月在辽阳石油化纤公司建成４万ｔ／ａ工业试验炉，一次开车成功。１９９６年３～４月对ＣＢＬ-Ⅱ型裂解炉进行了不同原料、不同工艺条件的标定， 证明裂解炉的主要技术指标均达到设计要求。１９９６年９月在抚顺乙烯化工有限公司建成同样规模的１台裂解炉也顺利试车成功。 ＣＢＬ-Ⅲ型裂解炉的开发于１９９５年完成，其技术方案、 炉
ＣＢＬ-Ⅲ型裂解炉的开发于１９９５年完成，其技术方案、 炉型选定和设计方案于同年１月通过中国石化总公司组织的可行性论证。１９９６年８月单台能力４万ｔ／ａ的ＣＢＬ- Ⅲ型裂解炉在辽化公司建成投产并通过鉴定，另一台６万ｔ／ａＣＢＬ- Ⅲ型裂解炉将于１９９８年在燕山石化公司建成。 目前，我国已完成ＣＢＬ-Ⅳ型裂解炉的设计， 其单台生产能力
目前，我国已完成ＣＢＬ-Ⅳ型裂解炉的设计， 其单台生产能力为６万ｔ／ａ的设计于１９９７年７月通过审查，将于１９９８年１１月在辽阳石油化纤公司建成，为辽阳石油化纤公司２０万ｔ／ａ乙烯改扩建的一部分。 北方炉的主要工艺特点是辐射段炉管为２-１构型， 对流段采用
北方炉的主要工艺特点是辐射段炉管为２-１构型， 对流段采用了先进的２次注入稀释蒸汽的方法。可以在对流段使裂解原料的温度比常规方法提高１００多度，可减轻辐射段传热的负荷，２次注汽后的稀释比提高，也可减轻辐射段的传热负荷。这样在提高辐射段热强度的情况下采用２-１构成炉管，可使停留时间缩短， 再经裂解气的二级急冷有利于乙烯的收率提高。 ＣＢＬ-Ⅱ型炉在两程炉管的管径配置方面比ＣＢＬ-Ⅰ型炉更趋
ＣＢＬ-Ⅱ型炉在两程炉管的管径配置方面比ＣＢＬ-Ⅰ型炉更趋合理，强化了辐射传热效果，提高了单位炉管的裂解处理能力，改善了辐射炉膛的温度场分布，提高了裂解深度，降低了裂解烃分压，缩短了停留时间，降低了急冷锅炉的质量流速，使主要产品收率和产量、裂解选择性等重要工艺性能有不同程度的提高。 ＣＢＬ-Ⅲ型炉侧重于大型高选择性裂解炉的开发， 并对二级急
ＣＢＬ-Ⅲ型炉侧重于大型高选择性裂解炉的开发， 并对二级急冷技术的设备布置进行了调整。 ＣＢＬ-Ⅳ型炉，总结了国内外分枝变径炉管和单程炉管的优点，
ＣＢＬ-Ⅳ型炉，总结了国内外分枝变径炉管和单程炉管的优点，兼顾裂解炉的选择性和运转周期等综合因素，于１９９７年８月确定炉型结构为４-１构型，在裂解技术方面又有新的突破。 我国乙烯裂解技术经过几十年的发展，有了极大的变化。引进技
我国乙烯裂解技术经过几十年的发展，有了极大的变化。引进技术中，以美国鲁姆斯为代表的裂解技术在我国已建有４种炉型，在企业技术改扩建中均以新技术替代了原有技术。我国自行开发的ＣＢＬ型炉的裂解技术，其工艺性能达到了新的技术水平，对促进我国裂解装置的国产化，在技术上起了很大的作用，引起了行业内的高度重视。