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。