推动乙烯原料轻质化和高质化发展——记科技进步一等奖项目乙烷裂解制乙烯成套技术开发及工业应用

  乙烯被誉为石油化工的“龙头”,其衍生物占石化产品75%以上。我国虽已成为最大的乙烯生产国和消费国,但石脑油等常规液体原料裂解制乙烯生产成本较高、能耗和碳排量也较大。同时,我国每年开采和进口的天然气中有1000多万吨乙烷被作为燃料烧掉,未能发挥其作为优质乙烯原料的天然优势。

  为实现乙烷资源高值利用、提升乙烯的成本竞争力、促进乙烯行业高质量发展,在中国石油重大科技专项等支持下,从2015年起,中国寰球工程有限公司经过6年多的攻关,开发出乙烷裂解制乙烯成套技术。该技术于近日获得2024年度中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖。

  潜心钻研改变乙烷低值利用现状

  “随着美国页岩气革命的推进以及我国部分富含乙烷的天然气的开发,乙烷作为最优质的裂解原料的竞争优势得到体现。然而,乙烷分子具有较高的键能和稳定的结构,这使得其在裂解过程中面临一些挑战,如乙烷裂解需要较大的吸热量,单程转化率较低,且易生成致密焦层。此外,乙烷裂解气中汽油和燃料油的产量少,还面临着急冷水系统杂质难以处理以及乙烯高效回收困难等难题。” 中国寰球工程有限公司首席技术专家张来勇说。

  为实现天然气中乙烷资源的高值利用,张来勇带领技术攻关团队潜心钻研,取得了多项创新成果。他们揭示了乙烷裂解的传热—反应瞬态耦合机制、研发了多程多区域强化传热乙烷裂解炉;开发出宽组分高集中度裂解产物的精密分离技术,创建了乙烷裂解全流程能量梯级利用新策略;开发出多介质污染物级联控制技术,实现了乙烯生产过程绿色化;创新了乙烷裂解工程技术及系统集成方法。

  成套技术攻克乙烷裂解难题

  百万吨级乙烷裂解制乙烯成套技术包括乙烷裂解制乙烯、前脱乙烷前加氢分离,以及清洁环保三大原创技术。

  针对乙烷裂解的特点,该团队创建了乙烷裂解反应、热传递和介质流动的构效关系,开发出乙烷裂解反应模型,乙烯综合收率高达83%,运行周期长达150天;针对乙烷/水汽体系中水汽分压高的特点,开发出控制简洁的原料增湿技术,实现吨乙烯节能10千克标油,裂解炉进料及增湿系统关键控制回路减少26%。

  针对乙烷裂解气中乙烷、乙烯及轻组分占比高的特点,团队开发出前脱乙烷前加氢简洁分离工艺,实现设备数量减少20%以上。由于尾气中氢气含量高,乙烯容易被氢气夹带,裂解气需在更低的温度下才可实现乙烯的高效回收。为此,团队开发出适应高焓降的尾气两级膨胀制冷技术,相比国际先进水平,尾气中乙烯的损失降低了60%。

  因乙烷裂解气中的焦粉、重质油进入工艺水系统易形成含悬浮焦粉的油水乳状液,增加了工艺水处理的复杂性,该团队提出“捕焦+气浮+聚结”的除焦级联工艺水净化技术,可使焦油杂质含量降至100ppm以下。此外,由于乙烯废碱液含硫化物等不稳定组分,易析出硫化氢等剧毒介质,废水处理难度大,团队开发了废碱液氧化分盐结晶技术,可实现“近零排放”。与此同时,针对乙烯裂解炉横向截面狭长不利于烟气和氨气混合的问题,团队开发出氨多支梯级注入烟气SCR脱硝技术;针对乙烯裂解炉内纵向氨—烟气混合空间小的问题,开发出氨预混一体化技术,有效利用裂解炉炉内空间;开发形成一体化裂解炉烟气脱硝技术。

  创新成果示范应用成效显著

  据悉,该技术成果获授权中国发明专利11件、实用新型专利7件,认定技术秘密14项,出版专著1部,经院士专家鉴定认为,该成果总体达到国际领先水平。此外,该技术还获评首届“中国石油十大科技创新成果”,并被石化联合会列入《石化绿色低碳工艺名录(2024版)》。该成果不仅实现了我国乙烷裂解制乙烯技术零的突破,还引领了国内天然气资源高值利用,助推了乙烯行业原料轻质化和高质化发展,对“双碳”目标实现具有重要的战略意义。

  目前,该技术成果已成功应用于两个国家示范工程——兰州石化长庆、独山子石化塔里木乙烷制乙烯工程,并均于2021年8月实现一次开车成功。截至2024年6月,该技术累计净利润超48亿元,月均利润超1.4亿元。同时, 部分成果也应用于广东石化、广西石化、塔里木二期等120万吨/年乙烯装置。

  


相关推荐

整合数智油气田 推动效能上台阶 ——访长安大学智慧油气田研究院荣誉院长、首席专家高志亮教授

近段时间,随着chatGPT的横空出世与Deepseek的腾空跃起,人工智能(AI)以及智能体等新兴技术、架构及模型的出现在石油能源领域的应用成为业内关注的热点。在数智油气田建设处于数字化转型、智能化...

2025-02-10     陕西石化新闻

引发高炉煤气脱硫技术革新热——记科技进步一等奖项目高炉煤气源头深度脱硫新催化剂及成套技术

  富煤少气的能源结构以及长流程炼铁占多数的钢铁生产结构,导致了我国高炉煤气中硫含量较高。这些硫化物不仅会腐蚀煤气净化设备和输送管道,缩短设备使用寿命,更会在燃烧过程中转化为二氧化硫等污染物,对大气环...

2025-02-10     中国化工报

质子膜水电解制氢催化剂研究获进展

  近日,哈尔滨工业大学(深圳)前沿学部理学院副教授陶有堃团队在质子膜水电解制氢阳极电催化领域取得重要进展。

2025-02-10     中国化工报

废旧锂电池回收新技术开发成功

  近日,中国科学技术大学陈维教授课题组提出一种基于电化学原理的绿色可持续废弃物回收管理策略,能够同时实现废旧锂离子电池正极材料中的锂资源回收和工业尾气中氮氧化物污染物的捕获和转化。

2025-02-10     中国化工报

锦州石化装置联锁仿真系统获奖

  近日,锦州石化公司推荐的《装置联锁仿真开发与应用系统》获2023年度全国能源化学地质系统职工优秀技术创新成果名录优秀技术创新成果一等奖。

2025-02-10     中国化工报

巧改三通阀保障除盐水供应

  近日,延安石油化工厂供排水车间对叠片过滤器三通阀实施改造,阀门故障次数大大减少,预计每年节省维修费用11.6万元,每月节约除盐水2000立方米,有效确保全厂除盐水稳定可靠供应。  据了解,供排水...

2025-02-10     中国化工报