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石化工業(yè)的“里程碑”是怎么煉成的

2015-08-06
關(guān)鍵詞: 石油化工 甲苯 芳烴 一帶一路

  在中國的石油化工領(lǐng)域,有一項(xiàng)體現(xiàn)了中國裝備制造業(yè)水平的技術(shù),即中國石化科技工作者歷經(jīng)四十年開發(fā)成功的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的芳烴成套技術(shù)。該技術(shù)日前已獲得一家國際著名石油公司的青睞,即將走出國門,在“走出去”“一帶一路”建設(shè)方面成為“搶手貨”。

  四十年磨一劍

  芳烴,包括甲苯、對(duì)二甲苯(PX)等,是重要的基礎(chǔ)化工原料。我們衣食住行的方方面面都離不開它的貢獻(xiàn),例如我們穿的衣服、坐的汽車、食品藥物飲料包裝、用的各類塑料等等都和芳烴有關(guān)。中國石化石油化工科學(xué)研究院副總工程師吳巍告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者,石油化工基礎(chǔ)原料主要有兩大分支:一是烯烴,一是芳烴。芳烴衍生產(chǎn)品的種類非常多,在已知的800多萬種有機(jī)化合物中,芳烴類化合物約占30%。

  芳烴成套技術(shù)是系統(tǒng)復(fù)雜、技術(shù)密集型的高端技術(shù),是代表國家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志性技術(shù)。此前,全球僅有兩家國外著名公司掌握芳烴成套技術(shù),形成事實(shí)上的技術(shù)市場壟斷。

  據(jù)吳巍介紹,芳烴成套技術(shù)因?yàn)橄到y(tǒng)集成度高、開發(fā)難度大,因而有很高的技術(shù)壁壘,技術(shù)許可和專用吸附劑、催化劑等費(fèi)用也極為昂貴。1975 年,我國引進(jìn)2.7 萬噸/ 年P(guān)X 裝置技術(shù)費(fèi)用高達(dá)數(shù)百萬美元;2007 年,60 萬噸/ 年P(guān)X 裝置僅技術(shù)費(fèi)用就高達(dá)數(shù)千萬美元。

  中國石化上海石油化工研究院副總工程師孔德金介紹說,為了攻克芳烴核心技術(shù),從上世紀(jì)70 年代起,石化行業(yè)、高校以及科研院所幾代人歷經(jīng)40 多年的努力終于使中國成為繼美國、法國之后第三個(gè)擁有芳烴成套技術(shù)的國家。該項(xiàng)目所有技術(shù)我國都具有知識(shí)產(chǎn)權(quán),擁有百余項(xiàng)國內(nèi)外授權(quán)專利。

  閔恩澤等6 位院士對(duì)這一項(xiàng)目給予了高度評(píng)價(jià),認(rèn)為芳烴成套技術(shù)成功開發(fā)是石油化工技術(shù)的“里程碑”。該項(xiàng)目在工藝、工程裝備、控制方法與系統(tǒng)、吸附材料與催化材料等方面取得多項(xiàng)重大創(chuàng)新與突破,整體處于國際領(lǐng)先水平,具有重要推廣應(yīng)用價(jià)值。

  攻克最后一座堡壘

  中國化工學(xué)會(huì)常務(wù)理事洪定一認(rèn)為,芳烴成套技術(shù)這樣高難度、高投資、高風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)之所以能夠在中國從實(shí)驗(yàn)室成功走向工業(yè)裝置,與國家層面的支持、產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合以及中國石化科研、設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)等高度一體化的協(xié)作優(yōu)勢(shì)有很大關(guān)系。

  從上世紀(jì)70 年代開始,中國石化石油化工科學(xué)研究院、上海石化院等單位就接連研發(fā)出芳烴抽提、二甲苯異構(gòu)化、甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移等芳烴單元生產(chǎn)技術(shù)。但是,PX 吸附分離技術(shù)一直未能攻克,成為芳烴成套技術(shù)最后的堡壘。 由于這塊短板的存在,導(dǎo)致我國每年需要進(jìn)口數(shù)百萬噸PX 產(chǎn)品,花費(fèi)近百億美元外匯。

  吳巍告訴記者,為了突破國外吸附分離技術(shù)壟斷,中國石化上世紀(jì)90 年代初就部署開展PX 吸附分離技術(shù)的探索研究, 研發(fā)出RAX-2000A 國產(chǎn)吸附劑,于2004 年在齊魯分公司工業(yè)試驗(yàn),各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過進(jìn)口劑的水平,價(jià)格比當(dāng)時(shí)進(jìn)口劑低三分之一。

  2009 年,為了突破國外公司對(duì)PX 吸附分離工藝技術(shù)的壟斷,中國石化成立了以戴厚良高級(jí)副總裁為組長的芳烴成套技術(shù)攻關(guān)領(lǐng)導(dǎo)小組,組織發(fā)起芳烴成套技術(shù)最后堡壘———PX吸附分離技術(shù)攻關(guān),完成芳烴成套技術(shù)的閉環(huán),要不惜一切代價(jià)啃下這塊“硬骨頭”。同年,PX 吸附分離技術(shù)進(jìn)入中國石化“十條龍”攻關(guān)項(xiàng)目,正式開啟了自主PX 吸附分離工藝技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)的序幕。

  2011 年,中國石化利用自主研發(fā)的PX 吸附分離技術(shù)在揚(yáng)子石化建成3 萬噸/ 年的首套工業(yè)裝置,使用最新研發(fā)的RAX-3000 型國產(chǎn)吸附劑,驗(yàn)證了自主PX 吸附分離技術(shù)的可靠性。自此,中國石化成功攻克了自主芳烴生產(chǎn)技術(shù)的最后一座堡壘———吸附分離技術(shù),掌握了芳烴生產(chǎn)成套技術(shù)。

  中國石化依靠自主研發(fā)的芳烴成套技術(shù),在海南煉化又建設(shè)了規(guī)模為60 萬噸/ 年P(guān)X的大型芳烴聯(lián)合裝置,于2013 年12 月27 日一次開車成功,順利投產(chǎn)。

  創(chuàng)新的三級(jí)跳

  洪定一告訴記者,40 多年來,我國的芳烴技術(shù)經(jīng)歷了跟跑、并行和創(chuàng)新領(lǐng)跑等三個(gè)階段。

  PX 技術(shù)是芳烴成套技術(shù)的核心部分。以吸附分離工藝研發(fā)為例,吳巍介紹說,PX 分離技術(shù)采用模擬移動(dòng)床吸附分離工藝,該工藝集吸附劑、專用設(shè)備、工藝及專用控制系統(tǒng)于一體,整體工藝復(fù)雜,開發(fā)技術(shù)難度極大。PX 產(chǎn)品純度要求高,最低也要在99.7%以上;模擬移動(dòng)床技術(shù)的特點(diǎn)是裝置具有復(fù)雜的工藝管線系統(tǒng),這些管線系統(tǒng)需要以周期切換方式流過組成大不相同的原料、產(chǎn)品等不同物料,管線系統(tǒng)中物料的殘留會(huì)造成產(chǎn)品污染。哪怕是微量的其他物料殘留未消除,都會(huì)影響產(chǎn)品的純度和收率。

  為了盡快攻克技術(shù)難關(guān),科研人員放棄節(jié)假日及周末休息時(shí)間,爭分奪秒地埋頭試驗(yàn),開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模擬移動(dòng)床技術(shù),攻克了吸附程序控制系統(tǒng)(MCS)控制難題,創(chuàng)造性地開發(fā)出有別于國際同類技術(shù)的吸附室床層管線沖洗工藝,開發(fā)設(shè)計(jì)出符合工藝要求的專用特殊構(gòu)件,徹底攻克了PX 吸附分離工藝的所有技術(shù)難題。

  另外,在研發(fā)過程中,科研人員還著力突出綠色低碳的理念。與國內(nèi)同類裝置相比,海南煉化的PX 裝置每生產(chǎn)1 噸PX 產(chǎn)品,能耗要低25%,每年在降低能耗這方面就可以節(jié)省數(shù)億元。除此之外,科研人員還率先采用回收塔頂?shù)蜏責(zé)崮芰堪l(fā)電,一舉使聯(lián)合裝置項(xiàng)目發(fā)電量大于自身的全部耗電量,實(shí)現(xiàn)裝置從受電到向外輸電的歷史性突破,每天可向外輸電6.5 萬度。海南煉化的PX 裝置也因此以最低的能耗成為全球芳烴聯(lián)合裝置新標(biāo)桿。

  掌握自己的根基

  目前全球用于化工用途的芳烴年消費(fèi)總量約1.2 億噸,芳烴生產(chǎn)廠共有130 多家,遍布美國、西歐、日韓等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)。PX 是用量最大且生產(chǎn)技術(shù)最有代表性的芳烴品種,具有豐富的下游產(chǎn)業(yè)鏈,是石化行業(yè)的重要根基。

  吳巍告訴記者,隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和人民生活需要的日益增長,我國PX 消費(fèi)量快速增長,近15 年的年均增長速度超過20%。截至目前,我國已成為全球最大的PX 消費(fèi)國,但長期自給不足、依賴進(jìn)口。2014 年進(jìn)口約1000 萬噸、約占消費(fèi)量的一半,其中75%來自美、日、韓等發(fā)達(dá)國家。在國內(nèi)民眾抗議發(fā)展PX產(chǎn)業(yè)的同時(shí),美國、日本、韓國紛紛針對(duì)中國市場新建PX 裝置。

  面對(duì)民眾對(duì)PX 的疑慮,中國石化新聞發(fā)言人呂大鵬認(rèn)為,既要從科學(xué)角度擺事實(shí)講道理,也要從政治高度剖析問題的根源,使民眾明白事關(guān)國計(jì)民生的芳烴產(chǎn)業(yè)一定要掌握在中國自己手中,不能受制于人。

  另外,針對(duì)PX 被妖魔化的社會(huì)恐慌心理,為確保綠色安全生產(chǎn),海南煉化自項(xiàng)目建設(shè)之初即將“零污染、零泄漏、零排放、本質(zhì)安全”作為項(xiàng)目的重要建設(shè)目標(biāo),確保“空中無排放、地上無泄漏、地下無滲透”。

  海南煉化為確保裝置的本質(zhì)安全,在安全環(huán)保方面的投資超過20%。煙氣中SO2 含量低至20mg/Nm3,遠(yuǎn)優(yōu)于國家一類排放標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到了世界先進(jìn)水平,二氧化碳溫室氣體也比國際先進(jìn)水平每年減少排放12000 噸。另外,在原料精制單元,還突破性地以催化反應(yīng)代替物理吸附,大幅延長催化劑壽命,減少固廢物排放達(dá)98%。

  在洪定一看來,基于我國芳烴成套技術(shù)的完整知識(shí)產(chǎn)權(quán)、先進(jìn)指標(biāo)和精益求精的實(shí)踐,“我們可以像推廣中國的高鐵技術(shù)一樣,在全球推廣我們的芳烴成套技術(shù)?!倍覈杂蟹紵N技術(shù)走向世界,贏得定價(jià)話語權(quán),對(duì)于帶動(dòng)相關(guān)制造業(yè)和下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,對(duì)提升我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的質(zhì)量效益、加快結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型都具有重要意義。


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