中国化工制造网讯   日前，国产化率最高的镇海百万吨乙烯工程一次开车成功，此前，我国最大的百万吨乙烯单套装置也于今年初在天津投料开车，标志着我国百万吨乙烯裂解炉已经成功实现了国产化。在这些大型乙烯工程中，汇集了多项我国自主创新成果。其中，中国石化北京化工研究院承担了裂解炉的前期设计开发和技术支持任务，其技术代表了我国裂解炉设计优化的最高水平。
　　
　　为百万吨乙烯保驾护航
　　
　　据北京化工研究院乙烯裂解研究室副主任王国清介绍，在百万吨乙烯项目中，北京化工研究院乙烯裂解研究室主要为乙烯裂解炉提供技术支持，一是百万吨乙烯的前期开发工作，主要是配合工程建设单位在前期进行裂解炉的整体设计，并提供装置基础数据，确定裂解炉的主要操作参数；二是为裂解炉的建设和开车过程提供技术支持；三是为裂解炉运行提供支持，解决裂解炉运行可能出现的问题等。
　　
　　他说，天津与镇海两大百万吨乙烯项目一共有22台裂解炉，其中21台为10万吨规模，另有一台镇海采用的15万吨双炉膛裂解炉是国内在建的最大乙烯裂解装置。王国清认为，装置大型化以后，除了模型设计问题，还要考虑工程建设的问题，因为前期设计对实际操作具有重要的指导意义，把可能出现的问题反馈出来，可以尽量避免后期建设和运行时出现问题，造成较大的人力物力损失。
　　
　　乙烯裂解研究室借助计算流体力学软件和自主开发的裂解炉辐射段炉管设计软件等数值模拟计算手段，对自主开发的裂解炉模型进行了优化，对炉膛的温度分布、烟气的流动等比较微观参数也进行了模拟，为镇海项目提供了70多种原料的相关操作参数。目前天津乙烯装置开车运行稳定，镇海乙烯项目也在按计划推进。
　　
　　大装置更需精打细算
　　
　　大乙烯装置由于原料比较复杂，上下游装备多，操作条件复杂，所需物料能耗大，对裂解炉的设计开发提出了新的更高要求，特别是需要提高前期设计的精度。北京化工研究院开发了收率预测模型，可以根据不同的原料计算出特点产物分布所需的最合理条件。王国清介绍，产品收率实际上跟乙烯联合装置下游装置配置和产品市场行情都有关系。这套模型可反映出市场信息和各个装置的具体情况，并能针对不同的生产企业选择不同的操作方式，有效地提高产品的经济价值。
　　
　　让大型装置在相对优化的状态下操作也是模型需要解决的核心问题之一。几代乙烯裂解研究人员经过多年探索研究，将乙烯单程收率从最初的23%提高到目前的29%左右，而实际生产中由于操作不当造成的乙烯收率损失高达1～2个百分点。如果不对操作进行优化，这些技术进步的成果就损失掉，造成物耗、能耗增加。
　　
　　北京化工研究院科研人员注意到，以前乙烯裂解装置多在30万吨规模，原来被认为附加值比较低的碳四、碳五、碳九产品等粗产品产量为5万～6万吨，因建装置回收综合利用成本较高，这些粗产品往往被浪费掉。装置大型化以后，这些产品在百万吨乙烯装置中可达到10万吨级的规模，使小品种产品开发成高端精细产品成为可能，有些产品的经济价值比传统产品乙烯及丙烯还要高。这就需要精确的模型，将不同产品吃干榨尽，实现大型装置效益最大化。
　　
　　推动节能减排创佳绩
　　
　　在为百万吨乙烯提供技术支持的同时，北京化工研究院对乙烯裂解单元技术进行了研究，开发出强化传热、快速在线烧焦等多种新技术，为我国乙烯裂解装置取得了良好的节能减排效果。
　　
　　王国清说，在乙烯裂解生产过程中，裂解炉管壁容易结焦，不仅影响到裂解炉的传热效率，还要定期进行清焦处理，缩短裂解炉运转周期。为提高裂解炉传热效率，延长其运行周期，乙烯裂解研究室和有关单位合作开发了乙烯裂解炉扭曲片管强化传热技术，从而减少了烧焦次数，提高了设备产能，延长了裂解炉的寿命，每年节省成本超过4000万元。目前该技术已经应用到中国石化包括天津、镇海等大部分乙烯裂解装置，并将向海外推广。
　　
　　针对以前烧焦时间设计过长的弊端，乙烯裂解研究室通过小试、模拟实验和工业炉实验，对裂解炉的结焦和烧焦过程进行了优化，建立了新型在线烧焦方法。他们通过对烧焦尾气浓度进行检测，并采取相应的措施提高烧焦速率，大大缩短了烧焦时间，从而节省大量的燃料，减少尾气排放。现在，该技术已在37台裂解炉进行了工业应用。以燕山SL-I型10万吨裂解炉为例，每次烧焦可节约用水414.3吨、空气159.21吨、燃料61.478吨，减少二氧化碳排放148.78吨，同时提高了裂解装置工作时间，节能减排和降耗增效效果显著。
　　
　　此外，针对国内上世纪70～90年代引进的乙烯装置存在的能耗高、收率低等问题，乙烯裂解研究室正在推进裂解设备的节能改造工作，改进设备综合性能，提高产品收率、产量。这项工作正在扬子、茂名、齐鲁、上海、广州等多家中国石化分公司展开。