乙烯装置裂解关键技术进展及其国产化历程.docx

1、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 1000 kt/a 乙烯装置中工业应用状况、150 CBL-型 kt/

2、a 裂解炉工业应用状况及 200 kt/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：TQ 02 文献标志码：A 文章编号：10006613（）01000109 DOI：10.3969/j.issn.1000-6613.01.001 Progress of cracking technology of ethylene plant and its developmen

3、t in China WANG Zizong，HE Xiou（Sinopec Engineering Incorporation，Beijing 100101，China）Abstract：The development history，direction and current status of steam cracking technology are reviewed. The major progress of steam cracking technology in recent years include the technology related to the radiant

4、 coil，energy saving and environmental protection，single furnace capacity increase，revamp of cracking furnace，advanced control and optimization in operation. Some technologies have good effect in operation，and some technologies have problems or need to make improvement. The development history of Sin

5、opec CBL steam cracking technology is reviewed，and the following aspects are included：process technology，major equipment domestic fabrication，engineering design and large-scale of cracking furnace capacity. The application of CBL cracking technology in furnace revamp，Tianjing and Zhenhai 1000 kt/a e

6、thylene unit is introduced. The application of 150 kt/a CBL- cracking furnace and the development of 200 kt/a CBL cracking furnace are also introduced. The bottleneck of steam cracking technology is pointed out to be the anti-coke technology，and the problems solved in the different stages during 30

7、years developing course are summarized，and then CBL technology finally entered the international market. Also the technical features are introduced，and the advantages of CBL cracking furnace are also introduced. Key words：steam cracking；cracking furnace；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

8、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

9、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

10、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

11、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1/41/38-9。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 100300 kt/a，70、80 年代乙烯 300600 kt/a，到 80、90 年代乙烯 600800 kt/a 和当前1000 kt/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

12、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 46 程分枝管并以停留时间缩短到 0.40.6 s 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 0.2 s 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：提高反映温度；烃类在炉管中停留时间短；烃分压低。总效果是实现了以石脑油为原料时，乙

13、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-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-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-（4-2-1-1-1-1）型或 SRT-（4-2-1-1）型炉（停留时间 0.4 s 左右），液体原料采用

14、SRT-型、SRT-型两程炉管（停留时间 0.2 s 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-型、SRT-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 0.30

15、.6 s），对液体原料采用 U 型炉管（停留时间 0.2 s左右），近期推出单程陶瓷炉管裂解炉，管长 515 m，停留时间为 0.050.1 s，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 Kellogg Brown & 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0.050.1 s。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 0.1 s 以上），并改名为选取性裂解（SC）。其炉型重要为单炉膛双单排