李 瑋 付曉東 朱 勤 路元麗

1 中石油蘭州石化榆林化工有限公司 陜西榆林 719000 2 本刊編輯部

2019 年1 月24 日，國家發(fā)改委、工業(yè)和信息化部聯(lián)合發(fā)文，正式將中國石油蘭州石化公司長慶乙烷制乙烯項目（以下簡稱長慶乙烷制乙烯項目）列為國家乙烷裂解制乙烯示范工程，并列入國家《石化產(chǎn)業(yè)規(guī)劃布局方案（修訂版）》規(guī)劃項目。

2019 年3 月27 日，陜西省生態(tài)環(huán)境廳下發(fā)《關(guān)于中國石油蘭州石化公司長慶乙烷制乙烯項目環(huán)境影響報告書的批復(fù)》。

2019 年4 月12 日，榆林市人民政府在現(xiàn)場舉行榆林市重點項目集中開工及暨蘭州石化長慶乙烷制乙烯項目啟動儀式。

2019 年9 月4 日，榆林市人民政府、榆林高新區(qū)管委會、蘭州石化公司在榆橫工業(yè)園區(qū)施工現(xiàn)場聯(lián)合舉辦蘭州石化長慶乙烷制乙烯項目奠基儀式。

2020 年12 月14 日，乙烯裝置裂解爐主體安裝全部完工。

2021 年4 月30 日，長慶乙烷制乙烯項目乙烯裝置建成中交，標(biāo)志著項目建設(shè)接近尾聲，進(jìn)入了試車階段。

2021 年6 月17 日，長慶乙烷制乙烯項目40 萬t/ a 高密度聚乙烯（HDPE）裝置完成500t 粉料裝填工作，并送入目標(biāo)料倉，帶料試車一次成功。

2021 年8 月3 日，蘭州石化長慶乙烷制乙烯項目80 萬t/ a 乙烯裝置投料開車，生產(chǎn)出合格乙烯產(chǎn)品，標(biāo)志著國內(nèi)首套自主知識產(chǎn)權(quán)乙烷制乙烯項目投料開車一次成功。

1 開啟國內(nèi)乙烯生產(chǎn)新路線

長慶乙烷制乙烯項目是我國第一套擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、被列入國家示范工程的乙烷制乙烯裝置，主要利用長慶油田天然氣中分離的乙烷，通過裂解生產(chǎn)乙烯、燃料氣、氫氣、碳三及以上輕烴混合物等化工產(chǎn)品，聚合生產(chǎn)聚乙烯。該項目充分利用乙烷制乙烯工藝流程短、占地面積小、裝置投資少、乙烯收率高、生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢，為提升天然氣上下游一體化價值鏈、氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展和節(jié)能綠色低碳循環(huán)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了良好的示范，對優(yōu)化利用天然氣資源、提升國內(nèi)乙烯生產(chǎn)技術(shù)水平，推動乙烯產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重大引領(lǐng)和示范意義。

長慶乙烷制乙烯項目建設(shè)內(nèi)容包括80 萬t/ a 乙烯、40 萬t/ a全密度聚乙烯（FDPE）、40 萬t/ a HDPE 和3 萬t/ a 丁烯- 1 等4 套主要生產(chǎn)裝置，項目總投資約104億元。裂解爐是乙烯裝置的核心和關(guān)鍵設(shè)備。長慶乙烷制乙烯的裂解爐設(shè)置為四開一備，單臺爐公稱能力20 萬t/ a，是目前國內(nèi)最大的氣相爐。采用中國寰球工程公司自主知識產(chǎn)權(quán)的HQF- G IV56 型裂解爐，爐管結(jié)構(gòu)為雙進(jìn)單出、四管程、變徑、出口管帶內(nèi)部采用強化傳熱元件。對流段模塊組件少，采用富氫燒嘴，出口采用撓性管板專利技術(shù)二、三級急冷器，充分發(fā)揮“高溫、低壓、短停留時間”的裂解反應(yīng)特性，乙烯收率高，清焦周期長；應(yīng)用高效環(huán)保燃燒器、空氣預(yù)熱器和對流段盤管煙氣余熱回收等技術(shù)保證裂解爐熱效率在94%以上，達(dá)到國際先進(jìn)水平。在裂解氣急冷換熱器后設(shè)置裂解氣二級冷卻器和三級冷卻器，來預(yù)熱超高壓鍋爐給水增加超高壓蒸汽產(chǎn)量，大幅回收高品質(zhì)熱量，減少外購蒸汽用量。

圖1 長慶乙烷制乙烯項目在多個方面為國內(nèi)石化產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了示范(攝影：劉延治)

兩套聚乙烯工藝包技術(shù)引進(jìn)最淺化，拓展工藝包由大慶寰球和吉林寰球編制。聚烯烴生產(chǎn)線引進(jìn)世界領(lǐng)先技術(shù)，其中FDPE 裝置采用美國Univation 公司的UNIPOL氣相工藝，可生產(chǎn)鈦系、鉻系、茂金屬等不同催化劑體系的HDPE、LLDPE 等具有不同性能的樹脂產(chǎn)品，成為催化劑體系全覆蓋的氣相法聚乙烯裝置；HDPE 裝置采用德國Basell 公司的Hostalen ACP 低壓淤漿工藝，可生產(chǎn)具有優(yōu)異聚合物性能的多峰HDPE 樹脂產(chǎn)品。

丁烯- 1 裝置采用大慶化工研究中心乙烯齊聚制高品質(zhì)1- 丁烯及1- 丁烯/ 1- 己烯靈活切換成套生產(chǎn)技術(shù)，具有包含催化劑、工藝包、反應(yīng)器、控制系統(tǒng)等全要素、全流程的完全自主知識產(chǎn)權(quán)成套技術(shù)，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

在綠色低碳發(fā)展方面，項目先后完成了一系列技術(shù)創(chuàng)新：一是開發(fā)裂解爐原料增濕塔配汽技術(shù)，降低裝置能耗；二是開發(fā)“氣浮+ 聚結(jié)”的組合凈化處理技術(shù)，提升工藝水品質(zhì)，減少廢水排放量；三是開發(fā)前脫乙烷前加氫分離流程，采用熱泵技術(shù)，深冷系統(tǒng)冷量優(yōu)化，實現(xiàn)節(jié)能減排和降本增效。尤其是氮氧化物排放比現(xiàn)有通用乙烯裝置降低70%，實現(xiàn)廢氣超低排放。在寰球自主技術(shù)的助推下，長慶乙烷制乙烯項目突破了傳統(tǒng)乙烯生產(chǎn)能耗物耗高、乙烯收率低的制約，乙烯綜合收率由常規(guī)的不到40%提高到近80%，綜合能耗降低到398kg 標(biāo)準(zhǔn)油/ t 乙烯的世界先進(jìn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，遠(yuǎn)低于國內(nèi)常規(guī)乙烯裝置的500～600kg 標(biāo)準(zhǔn)油/ t 指標(biāo)。

長慶乙烷制乙烯項目的建成投產(chǎn)，標(biāo)志著我國使用自有原料、采用自有技術(shù)開啟了乙烯生產(chǎn)一條新路線，為實現(xiàn)乙烯原料多元化、輕質(zhì)化，推動石化產(chǎn)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，進(jìn)一步補充石化產(chǎn)品供應(yīng)短板、提高乙烯產(chǎn)品競爭力起到了重要作用。

2 項目建設(shè)成果豐碩

長慶乙烷制乙烯項目總投資104 億元，為蘭州石化和中國石油集團(tuán)公司煉化轉(zhuǎn)型升級重點項目，是國家發(fā)改委、工信部聯(lián)合批準(zhǔn)的國家乙烷裂解制乙烯示范工程，也是使用中國石油自有原料、采用自有技術(shù)的國內(nèi)首批乙烷制乙烯項目。為此，蘭州石化和中國石油集團(tuán)高度重視，派出了工程管理、設(shè)計、施工、監(jiān)理各路精兵強將，在陜西榆林歷時23 個月書寫出了一段石化建設(shè)奇跡，也向世人展示出了中國石油工程建設(shè)的強大實力。

長慶乙烷制乙烯項目建設(shè)地處于毛烏素沙漠腹地，當(dāng)?shù)丶竟?jié)性氣候變化無常，項目跨越了兩個嚴(yán)冬、經(jīng)歷了兩次酷暑，還受到多次沙塵暴的侵襲，尤其是全球新冠肺炎疫情的爆發(fā)和蔓延嚴(yán)重影響了工程開工和設(shè)備采購交付，建設(shè)難度和經(jīng)歷的考驗可想而知。

但是，參建干部員工充分發(fā)揮“一家人一條心，一個目標(biāo)一股勁”的中石油工程建設(shè)精神，尤其是項目核心的乙烯裝置，由寰球公司總承包，寰球旗下多個單位協(xié)同建設(shè)，寰球六建公司擔(dān)任施工總承包。通過科學(xué)制定施工計劃，在2019 年9 月至2021 年8 月這23個月里，跨越兩個冬季，共安裝了335 臺設(shè)備、6 臺工業(yè)爐，工藝管道焊接超過70 萬DIN，電氣設(shè)備500余臺套，電氣電纜400 多km，儀表設(shè)備4000 余臺套，儀表電纜超過730km。該項目是使用中石油自有技術(shù)、自我建造、自主開車的大型石化工程，體現(xiàn)了中國石油強大的一體化項目整體執(zhí)行能力。同時該項目完成了中國石油集團(tuán)提出的大型關(guān)鍵裝備和DCS 控制系統(tǒng)國產(chǎn)化的示范目標(biāo)，實現(xiàn)了裂解爐、“乙烯三機(jī)”、控制系統(tǒng)等關(guān)鍵核心設(shè)備國產(chǎn)化，全力打造出了精品工程、綠色工程、效益工程和陽光工程。

最值得關(guān)注的是，該項目充分運用大數(shù)據(jù)、云計算等先進(jìn)信息技術(shù)，建設(shè)生產(chǎn)管控、安全環(huán)保、機(jī)電儀一體化管理平臺，實現(xiàn)高效智能化、可視化的數(shù)據(jù)融合共享，提供全面感知、分析預(yù)測、優(yōu)化生產(chǎn)、協(xié)同執(zhí)行四項能力，形成生產(chǎn)調(diào)度一體化管理、機(jī)電儀一體化管控、應(yīng)急指揮一體化協(xié)同信息管理手段，使長慶乙烷制乙烯項目成為具備較強自動化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、可視化、模型化和集成化優(yōu)勢能力的智能化工廠。

建設(shè)過程中，項目還創(chuàng)新性地采納了第三方安全、環(huán)保、質(zhì)量監(jiān)督管理模式；引入項目管理平臺；推行通用設(shè)備物資的框架采購；實行第四方無損檢測制度；加大工廠化預(yù)制深度，實施模塊化建造等等，都為國內(nèi)石化建設(shè)提供了良好的示范和寶貴的經(jīng)驗。

圖2 長慶乙烷制乙烯項目在工程建設(shè)方面同樣取得了豐碩成果（攝影：CP6CC）

3 乙烷制乙烯的未來可期

乙烯生產(chǎn)路線按原料來源不同分為三種：采用石腦油裂解法的石油路線；采用煤炭氣化合成甲醇，再由甲醇制烯烴（MTO）的煤炭路線；以及以乙烷為原料進(jìn)行熱裂解的乙烷路線。在我國，乙烷由于缺少穩(wěn)定的供應(yīng)，前兩種制乙烯的路線占據(jù)著絕對的主流地位，乙烷制乙烯在國內(nèi)沒有形成工業(yè)化應(yīng)用，在世界范圍內(nèi)也只限于中東、北美等氣藏豐富的地區(qū)有部分采用。

然而，液化天然氣（LNG）的大規(guī)模推廣使用使情況發(fā)生了改變。在將天然氣加工成LNG 的過程中，乙烷作為一種副產(chǎn)品被分離出來無法處理，開始時只能再次回注至管道氣中成為燃料銷售。為了充分發(fā)揮乙烷的化工原料屬性優(yōu)勢，提升天然氣產(chǎn)業(yè)和乙烯產(chǎn)業(yè)的價值，推動低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展，發(fā)展乙烷制乙烯成為必然。

這種情況在美國表現(xiàn)尤為明顯。過去的十年，隨著頁巖氣開采規(guī)模擴(kuò)大，美國LNG 產(chǎn)業(yè)伴生出的大量乙烷一度過剩。隨后不久，乙烷線路的乙烯收率高、生產(chǎn)成本低特點得到業(yè)內(nèi)關(guān)注，美國的各大乙烯生產(chǎn)商紛紛制定規(guī)劃，擴(kuò)大乙烷制乙烯的規(guī)模（如表1 所示）。同時，美國加大了在全球的乙烷銷售推廣，國內(nèi)有意向購買美國乙烷制烯烴的項目目前也多達(dá)7 個（如表2 所示）。

表1 2017—2020 年美國乙烷制乙烯裝置新增產(chǎn)能一覽表 萬t/ a

表2 國內(nèi)公布的以進(jìn)口乙烷為原料的乙烯裝置建設(shè)項目一覽表 萬t/ a

業(yè)內(nèi)紛紛選擇乙烷路線生產(chǎn)乙烯，除了乙烯收率高、生產(chǎn)成本低之外，其自身的優(yōu)勢也是其中重要原因。相較于其他生產(chǎn)路線，乙烷路線生產(chǎn)乙烯最大的特點是工藝流程短。與傳統(tǒng)石腦油制乙烯裝置相比，省去急冷油系統(tǒng)、汽油抽提系統(tǒng)、脫丙烷系統(tǒng)、脫丁烷系統(tǒng)等，極大地減少了裝置設(shè)備數(shù)量，降低運行人工成本及三廢排放量。乙烷制乙烯主要工藝路線如圖4 所示。

圖3 乙烷制乙烯工藝路線示意圖

同時，以長慶乙烷制乙烯項目為例，該項目乙烯精餾系統(tǒng)采用低壓乙烯精餾與乙烯制冷機(jī)結(jié)合的熱泵系統(tǒng)。低壓精餾工況下，乙烯和乙烷的相對揮發(fā)度較大，需要的塔板數(shù)和回流量較少；低壓乙烯精餾與乙烯壓縮機(jī)有機(jī)結(jié)合，精餾塔的再沸器與壓縮機(jī)的冷凝器合二為一，節(jié)省了設(shè)備，避免了多余的加熱和制冷介質(zhì)的使用。經(jīng)過乙烯壓縮機(jī)壓縮后的高壓氣體，冷凝后作為精餾塔的回流，省去精餾塔的回流泵，因此，使用熱泵系統(tǒng)即可減少設(shè)備投資，又可降低裝置能耗。另外，該項目乙烯三機(jī)的透平腹水冷凝器及急冷水冷卻器均采用空冷器方案，可以節(jié)省大量循環(huán)冷卻水，綜合考慮當(dāng)?shù)仉娏?yīng)和用地相對寬裕，空冷器需要電耗，占地大的缺點就被有效克服了。

由于乙烷制乙烯的工藝流程短，直接減少了項目建設(shè)占地面積和裝置投資。以長慶乙烷制乙烯項目為例，乙烯裝置占地面積8.32公頃，設(shè)備總臺套數(shù)304 臺（套），裝置定員 90 人，裝置能耗397.8kg 標(biāo)油/ t 乙烯。

當(dāng)前，我國是全球第二大乙烯生產(chǎn)國和最大的乙烯消費國，國內(nèi)乙烯產(chǎn)量尚不能滿足自身需求。2020 年我國乙烯產(chǎn)能達(dá)到3474 萬t/ a，產(chǎn)量3177 萬t，單體進(jìn)口量198 萬t，表觀消費量3366 萬t；下游當(dāng)量凈進(jìn)口量2914 萬t，當(dāng)量消費量6280 萬t，乙烯進(jìn)口依存度高達(dá)49.4%?？傮w來看，我國乙烯單體尤其是高端化乙烯衍生物市場仍有巨大發(fā)展空間。因此，采用乙烷，特別是國產(chǎn)乙烷原料裂解制乙烯是優(yōu)化我國乙烯產(chǎn)業(yè)原料結(jié)構(gòu)、提高乙烷資源利用率和乙烯收率、推動煉化轉(zhuǎn)型升級、提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑之一。

同時，長慶項目的綜合能耗為398.7kg 標(biāo)準(zhǔn)油/ t 乙烯，達(dá)到世界先進(jìn)水平；裂解爐裝置采用新型煙氣脫硝技術(shù)，氮氧化物排放比常規(guī)裂解爐裝置排放降低70%，實現(xiàn)廢氣超低排放；采用催化氧化處理廢堿、超濾+ 反滲透及蒸發(fā)結(jié)晶新技術(shù)，廢水回用率達(dá)到95%以上，成為中國石油首家廢水近零排放的煉化項目。另外，項目的副產(chǎn)品氫氣除了作為燃料外，還為今后在氫能領(lǐng)域的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。這些示范指標(biāo)為石化行業(yè)履行“碳中和”“碳達(dá)峰”綠色發(fā)展指出了一條新的路徑。

長慶乙烷制乙烯項目的建成投產(chǎn)具有多重意義，為今后國內(nèi)更多的乙烷制乙烯項目建設(shè)開了一個好頭，其建設(shè)過程為今后此類工程提供了豐富的經(jīng)驗和有益的參考。