乙烯装置裂解关键技术进展及其国产化历程.docx

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乙烯装置裂解关键技术进展及其国产化历程

乙烯装置裂解技术进展及其国产化历程

王子宗，何细藕

（中华人民共和国石化工程建设有限公司，北京100101）

摘要：

简述了蒸汽裂解技术发展过程、发展方向以及当前现状。

简介了当前裂解技术在与辐射炉管有关技

术、与节能环保有关技术、大型化、裂解炉改造、先进控制及优化等方面重要进展，并简介了哪些技术效果

好、哪些技术依然存在问题。

简要回顾了中华人民共和国石化北方炉（CBL）裂解技术发展过程，以及工艺国产化、设备

国产化、工程设计国产化以及大型化状况。

简介了CBL裂解技术在裂解炉节能改造、天津与镇海1000kt/a乙

烯装置中工业应用状况、150CBL-Ⅶ型kt/a裂解炉工业应用状况及200kt/a裂解炉开发状况。

最后指出了

蒸汽裂解技术获得突破进展所存在瓶颈在于防止结焦，总结了CBL技术经历30年发展并最后进入国际市场

过程中每个阶段所解决问题。

简介了CBL裂解技术特点，并指出了其与国外技术相比所占优势。

核心词：

蒸汽裂解；裂解炉；北方炉；国产化

中图分类号：

TQ02文献标志码：

A文章编号：

1000–6613（）01–0001–09

DOI：

10.3969/j.issn.1000-6613..01.001

Progressofcrackingtechnologyofethyleneplantanditsdevelopmentin

China

WANGZizong，HEXi’ou

（SinopecEngineeringIncorporation，Beijing100101，China）

Abstract：

Thedevelopmenthistory，directionandcurrentstatusofsteamcrackingtechnologyare

reviewed.Themajorprogressofsteamcrackingtechnologyinrecentyearsincludethetechnology

relatedtotheradiantcoil，energysavingandenvironmentalprotection，singlefurnacecapacity

increase，revampofcrackingfurnace，advancedcontrolandoptimizationinoperation.Some

technologieshavegoodeffectinoperation，andsometechnologieshaveproblemsorneedtomake

improvement.ThedevelopmenthistoryofSinopecCBLsteamcrackingtechnologyisreviewed，and

thefollowingaspectsareincluded：

processtechnology，majorequipmentdomesticfabrication，

engineeringdesignandlarge-scaleofcrackingfurnacecapacity.TheapplicationofCBLcracking

technologyinfurnacerevamp，TianjingandZhenhai1000kt/aethyleneunitisintroduced.The

applicationof150kt/aCBL-Ⅶcrackingfurnaceandthedevelopmentof200kt/aCBLcracking

furnacearealsointroduced.Thebottleneckofsteamcrackingtechnologyispointedouttobethe

anti-coketechnology，andtheproblemssolvedinthedifferentstagesduring30yearsdevelopingcourse

aresummarized，andthenCBLtechnologyfinallyenteredtheinternationalmarket.Alsothetechnical

featuresareintroduced，andtheadvantagesofCBLcrackingfurnacearealsointroduced.

Keywords：

steamcracking；crackingfurnace；CBL；domestic

石油化学工业大多数生产装置以烯烃和芳烃

为基本原料，其总量约占石油化工生产总耗用原料

3/4。

在烃类蒸汽制乙烯技术浮现之后，重要由

收稿日期：

-04-24；修改稿日期：

-09-13。

第一作者及联系人：

王子宗（1965—），男，专家级高档工程师，博

士后导师，中华人民共和国石化工程建设有限公司副总经理兼总工程师，中华人民共和国石

化科技委委员，中华人民共和国化工学会石化专委会委员，中华人民共和国乙烯工业协会执

行会长。

E-mail。

特约评述·2·化工进展年第33卷

烃类蒸汽裂解制乙烯装置生产各种烯烃和芳

烃[1]

。

至年，全球乙烯产量约为1.5亿吨，中

国乙烯年生产能力达到1616.5万吨，有32套乙烯

装置生产，在世界上仅次于美国位列第二位。

中华人民共和国

石化集团公司（下文简称“中华人民共和国石化”）有18套乙

烯装置，乙烯生产能力达到9475万吨，其中有合资

装置4套，乙烯生产能力368万吨[2]

；中华人民共和国石油天

然气集团公司有11套乙烯装置，乙烯生产能力达到

511万吨[3]

。

近来虽然有一某些乙烯、丙烯通过重

油或渣油催化裂解生产以及甲醇制烯烃生产，但仍

以烃类蒸汽裂解制乙烯为主。

因而乙烯装置是石油

化工装置龙头。

乙烯生产专利技术由于工艺复杂，半个世纪来

始终由美国Lummus、S&W、KBR、德国Linde和

法国Technip五大专利商垄断，典型生产工艺有：

顺序分离技术路线（含顺序“渐近”分离技术路线）、

前脱丙烷分离技术路线和前脱乙烷分离技术路线，

并且均拥有各自裂解技术[4-7]

。

鉴于乙烯技术重要性，原中华人民共和国石化总公司成

立伊始，就把开发乙烯裂解技术拟定为重点科技开

发项目，于1984年开始组织开展中华人民共和国石化乙烯裂解

技术研究开发工作，并于1988年实现了第一台北

方炉（CBL）工业实验裂解炉投入运营[1]

。

以中

国石化工程建设有限公司（SEI）、北京化工研究院

和南京工业炉所为代表研究开发单位，通过近30

年不断研发，获得了明显成绩，实现了烃类蒸

汽热裂解工艺技术、工程设计技术及设备国产化，

在国内得到大面积应用并走向了国外。

1裂解技术进展

乙烯裂解炉因其在乙烯装置中特殊地位而成

为乙烯装置龙头，是乙烯装置中核心和核心工艺

专利设备。

在乙烯装置中，裂解炉综合能耗约占

乙烯装置综合能耗50%～60%；而裂解炉投资

依照裂解原料不同，约占整个乙烯装置投资

1/4～1/3

[8-9]

。

因而裂解技术进步在乙烯技术发

展方面具备举足轻重作用。

中华人民共和国乙烯装置规模由20世纪60、70年代

乙烯100～300kt/a，70、80年代乙烯300～600

kt/a，到80、90年代乙烯600～800kt/a和当前

1000kt/a及以上。

为适应乙烯装置规模扩大需要，

裂解炉单炉能力也相应扩大。

乙烯裂解技术发展重要环绕提高裂解选取性

减少原料消耗、减少能耗、减少污染物排放、大型

化、低投资等。

1.1国外各种裂解炉型现状

烃类通过蒸汽裂解制乙烯反映过程是在裂解

炉辐射段炉管中发生，裂解选取性提高重要归

功于辐射段炉管构型改进，各种炉型发展均与

辐射炉管改进直接有关。

第一阶段为20世纪60

年代初期长停留时间且小能力水平布置炉管发展

到60年代后期开始采用垂直排列辐射段炉管；第

二阶段是从70年代开始采用4～6程分枝管并以停

留时间缩短到0.4～0.6s为特性；第三阶段是在80

年代通过采用两程或单程炉管进一步减少停留时间

到0.2s左右或如下以提高乙烯、丙烯选取性为特

征。

其总趋势是炉管构造实现了裂解反映所需要

高选取性：

①提高反映温度；②烃类在炉管中

停留时间短；③烃分压低。

总效果是实现了以石

脑油为原料时，乙烯收率达到28%～33%

[1，8]

。

如下汇总了商业化裂解炉炉型现状[1，4-7，10]

。

（1）美国Lummus公司

美国Lummus公司开发SRT型裂解炉，以分

枝变径管为特点，具备短停留时间、热强度高、低

烃分压特点。

在1994年推出以4-1型两程炉管为

特性SRT-Ⅵ型炉后，在21世纪初推出SRT-X型

炉（辐射炉管由老式沿辐射段炉膛长度布置改为

与其垂直布置）后，当前又推出SRT-Ⅶ型（8-1）

双炉膛裂解炉，其停留时间进一步缩短，采用全底

部供热。

近来气体原料多采用SRT-Ⅱ（4-2-1-1-1-1）

型或SRT-Ⅲ（4-2-1-1）型炉（停留时间0.4s左右），

液体原料采用SRT-Ⅵ型、SRT-Ⅶ型两程炉管（停

留时间0.2s左右），急冷锅炉为一级多管束锅炉

如浴缸式、迅速急冷等型式。

供热以底部与侧壁联

合为主，近来也采用全底部供热或一体化供热（在

底部燃烧器附近布置一贴着炉底燃烧器）。

其特点

是SRT-Ⅵ型、SRT-Ⅶ型两程炉管底部连接为锥

形集合管刚性连接，因而炉管容易弯曲。

由于其

炉管构造及每一种4-1或8-1炉管解决量较大，

无法与线性锅炉连接，只能与大型锅炉连接。

（2）美国Stone&Webster（S&W）公司

S&W公司管式炉裂解重要特点是采用不分

枝变径管即超选取性裂解炉（USC），以双炉膛构造

为主，对气体原料采用W及M型（停留时间0.3～

0.6s），对液体原料采用U型炉管（停留时间0.2s

左右），近期推出单程陶瓷炉管裂解炉，管长5～15

m，停留时间为0.05～0.1s，但未工业化。

急冷锅

炉以线性为主，对气体原料也采用二级，供热以全第1期王子宗等：

乙烯装置裂解技术进展及其国产化历程·3·

底部为主。

其特点是U型两程炉管底部连接为大

弯管柔性连接，因而炉管不易弯曲。

由于其炉管

解决量较小，普通与线性锅炉连接。

（3）美国KelloggBrown&Root（KBR）公司

美国凯洛格（Kellogg）公司从20世纪70年代

开始研究毫秒裂解炉，并于80年代广泛用于其设计

乙烯装置。

其特点是采用单程炉管、停留时间为

0.05～0.1s。

其烯烃收率要高4%～8%。

美国凯洛格与布朗路特公司合并成立KBR公

司后，与ExxonMobil公司达到合同，由KBR公司

负责销售ExxonMobi公司LRT裂解炉（停留时间

在0.1s以上），并改名为选取性裂解（SC）。

其炉

型重要为单炉膛双单排