托起乙烯工业的沧桑巨变——记2020国家科技进步一等奖项目复杂原料百万吨级乙烯成套技术

　　研发历时30多年、建设项目达12个、总年产能973万吨、拉动下游产业产值超万亿元……这一系列数字都来自于2020年度国家科技进步一等奖项目——复杂原料百万吨级乙烯成套技术研发及工业应用。

　　这套技术的开发承载了两代石化人的梦想、讲述了石化工业的振兴故事。1983年启动研发；2013年首次实现工业化应用；2018年底累计应用的乙烯产能近千万吨，同年经中国石油和化学工业联合会鉴定为总体处于国际领先水平；2019年获石化联合会科技进步特等奖。30多年来，我国乙烯成套技术不仅实现了从0到1的突破，更实现了从1到N的跨越，使我国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。

　　受制于人　龙头技术亟待开发

　　乙烯产能是衡量一个国家石化产业发展水平的标志。作为石化工业的龙头，70%以上的基本有机化工原料来自乙烯装置。乙烯装置生产的乙烯、丙烯、丁二烯及芳烃是最重要的基本有机化工原料，下游生产的树脂、纤维、橡胶及有机化工产品广泛应用于各行各业。

　　上世纪80年代初，我国的乙烯年产能仅有60余万吨，与巨大的市场需求相比可谓微乎其微，我国乙烯工业发展对乙烯成套技术有着巨大且迫切的市场需求。但现实情况是，直到上世纪末乙烯成套技术仍然被国外垄断，不仅要缴纳高昂的专利和专有技术费用，关键设备国产化也受国外专利商制约，造成我国乙烯工业建设投资大、生产成本高、市场竞争力弱。

　　乙烯技术开发难度非常大，乙烯装置是石油化工技术中难度最大的装置之一，光设备就有700多台(套)，且操作控制系统极其复杂，工艺流程长、温度跨度大、操作条件严苛，对工艺和设备的设计及制造提出极高要求，这些都注定乙烯技术开发是一场艰难而持久的攻坚战。

　　从无到有　自主创新持续推进

　　1983年，中国石化总公司成立。成立伊始，石化总公司就着手开发乙烯成套技术。其中，开发具有自主知识产权的裂解炉是乙烯技术开发的首要目标。石化总公司成立了CBL裂解炉开发组，从研究炉管构型、急冷方式、供热形式等技术入手，进行大量的工艺和工程研究。

　　1988年，2万吨/年CBL-Ⅰ型工业试验炉在辽阳化纤开建；1990年1月，CBL-Ⅰ型炉通过了国家鉴定，主要指标达到世界同类技术水平，实现了从无到有的跨越。首台裂解炉的开发成功，意味着我国乙烯技术研发迈出了坚实的第一步。

　　1999年冬，大庆石化48万吨/年乙烯装置首次使用国产核心设备——18万吨/年乙烯裂解气压缩机。这套乙烯装置也是我国首次独立自主进行乙烯全流程基础工程设计。经过7天7夜的调试，装置开车成功，我国乙烯工程技术迈出实质性一步，乙烯重大设备国产化大幕徐徐拉开。

　　同期，裂解技术的研发创新也在持续推进，并实现了大型化突破。2000年，新炉型开发与裂解炉大型化比翼齐飞。10万吨/年CBL-Ⅲ型炉在燕山石化投产，主要技术指标达到国际先进水平；15万吨/年大型裂解炉开发启动。CBL气体原料裂解炉和新型液体原料裂解炉相继开发成功，为天津石化、镇海炼化两套100万吨/年乙烯装置提供完整的裂解技术成为现实。

　　至此，乙烯技术全面开花。2001年，15万吨/年裂解炉及80万吨/年乙烯分离成套技术被列入国家科技攻关计划，两年后通过科技部验收；自主研制的催化剂在国内广泛应用并实现出口突破，远销韩国、日本等地……中国乙烯工业依靠自主技术走上了快速发展之路。

　　厚积薄发　成套技术全面突破

　　21世纪初，中国乙烯年产能达到445万吨，成为乙烯生产大国。在新的起点上，中国石化开始着手组织百万吨级乙烯成套技术的开发工作。

　　2007年，百万吨级乙烯装备及相关技术开发列入了国家科技支撑计划;2010年，20万吨/年大型裂解炉开发及100万吨/年乙烯工艺技术开发通过了科技部的验收。

　　作为乙烯成套技术的关键创新点，CBL裂解技术厚积薄发。大型裂解炉相继应用于镇海炼化、天津石化100万吨/年乙烯装置，开启了大规模工业应用阶段。

　　2010年7月26日，第一台15万吨/年CBL-Ⅶ型双炉膛裂解炉一次投料成功。该裂解炉的投产，促成了中国石化CBL裂解技术出口马来西亚，建成9万吨/年双炉膛裂解炉。中国石化也由此成为裂解技术国际专利商。以此为标志，我国裂解技术开始走出国门，2016年又出口到泰国。

　　2013年8月13日，中国乙烯工业再次迎来飞跃。武汉石化80万吨/年乙烯装置一次试车成功——中国石化百万吨级乙烯成套技术首次工业应用，自主研制的“心脏”设备“三机”和冷箱及催化加氢“三剂”首次在同一套装置上全部得到应用。同时，成功应用的还有自主研发的火炬减排、近零排放开停车等绿色高效专项技术。

　　这是被载入我国石化工业史册的一天。由此，中国石化实现了裂解和分离工艺技术、重大装备“三机”和冷箱、全系列催化剂等百万吨级乙烯成套技术的全面突破。

　　扬帆远航　向更高目标昂首迈进

　　历经30多年两代科研人员的不懈努力，我国终于率先成为世界上全面掌握轻质原料、重质原料及高含烯烃非常规原料大型乙烯成套技术的国家。2020年，中国乙烯年产能达3518万吨，是1983年的56倍，稳居世界第二。

　　进入新发展阶段，百万吨级乙烯成套技术又为中国石化打造世界领先洁净能源化工公司的愿景增添了底气。

　　该成套技术从根本上解决了复杂原料高效利用及百万吨级乙烯大型化的技术难题。我国乙烯原料主要来自炼厂，由于新能源汽车迅速发展，成品油消费逐步萎缩，炼油加工能力发展受限，未来炼厂乙烯原料供应能力将无法满足乙烯产能快速增长的需求，而中国石化乙烯技术具有原料适应性强的独特优势，可裂解非常规原料，完全适应复杂原料的需求。随着成品油结构调整和化工转型，可用于乙烯生产的非常规原料量十分可观。2019年，我国高含烯烃非常规原料超过3000万吨，如果全部用作乙烯原料，采用该技术可产乙烯1000万吨，而且原料成本可大幅降低，显著提升炼化一体化企业的市场竞争力。

　　该成套技术还在裂解、分离、催化等工艺环节取得了一系列的重大突破：创新开发了超大型长周期高效系列裂解炉技术，投运的国内最大20万吨/年乙烯裂解炉运转周期延长50%以上，正在建设世界最大的30万吨/年乙烯裂解炉，裂解炉技术及装备实现整体出口；首创了以分凝分馏塔、分配分离为核心的高效分离技术，实现了传质传热高效协同耦合，投运的百万吨级乙烯装置尾气中乙烯损失减少70%以上，制冷机功耗节省5%~7%；创新了高性能全流程催化剂，实现了低成本、低能耗、高选择性的杂质脱除，并实现出口。

　　该成套技术还创新了绿色高效系列专项技术，实现了乙烯装置的节能降耗、减排增效；率先研制了百万吨级乙烯重大装备压缩机组及冷箱，裂解气压缩机和丙烯制冷压缩机成功应用于120万吨/年乙烯装置，180万吨/年乙烯的冷箱出口美国。

　　绿色高效百万吨级乙烯成套技术的创新探索和应用实践也获得了国内外同行的一致认可和高度评价。某国际知名乙烯专利商对该技术给出了这样的评价：CBL裂解技术处于国际领先水平；用户韩国SK公司评价应用该成套技术的武汉乙烯装置：该技术达到国际领先水平;石化联合会的鉴定意见为：绿色高效百万吨级乙烯成套技术总体处于国际领先水平。

　　迈入“十四五”，中国石化百万吨级乙烯成套技术又捧起了沉甸甸的国家科技进步一等奖，再次成为中国乙烯技术发展的重要刻度和崭新起点。