研發歷時30多年、建設項目達12個、總年產能973萬噸、拉動下游產業產值超萬億元……這一系列數字都來自于2020年度國家科技進步一等獎項目——復雜原料百萬噸級乙烯成套技術研發及工業應用。
這套技術的開發承載了兩代石化人的夢想、講述了石化工業的振興故事。1983年啟動研發；2013年首次實現工業化應用；2018年底累計應用的乙烯產能近千萬噸，同年經中國石油和化學工業聯合會鑒定為總體處于國際領先水平；2019年獲石化聯合會科技進步特等獎。30多年來，我國乙烯成套技術不僅實現了從0到1的突破，更實現了從1到N的跨越，使我國率先成為世界上全面掌握輕質原料、重質原料及高含烯烴原料裂解技術的國家。
受制于人 龍頭技術亟待開發
乙烯產能是衡量一個國家石化產業發展水平的標志。作為石化工業的龍頭，70%以上的基本有機化工原料來自乙烯裝置。乙烯裝置生產的乙烯、丙烯、丁二烯及芳烴是最重要的基本有機化工原料，下游生產的樹脂、纖維、橡膠及有機化工產品廣泛應用于各行各業。
上世紀80年代初，我國的乙烯年產能僅有60余萬噸，與巨大的市場需求相比可謂微乎其微，我國乙烯工業發展對乙烯成套技術有著巨大且迫切的市場需求。但現實情況是，直到上世紀末乙烯成套技術仍然被國外壟斷，不僅要繳納高昂的專利和專有技術費用，關鍵設備國產化也受國外專利商制約，造成我國乙烯工業建設投資大、生產成本高、市場競爭力弱。
乙烯技術開發難度非常大，乙烯裝置是石油化工技術中難度最大的裝置之一，光設備就有700多臺(套)，且操作控制系統極其復雜，工藝流程長、溫度跨度大、操作條件嚴苛，對工藝和設備的設計及制造提出極高要求，這些都注定乙烯技術開發是一場艱難而持久的攻堅戰。
從無到有 自主創新持續推進
1983年，中國石化總公司成立。成立伊始，石化總公司就著手開發乙烯成套技術。其中，開發具有自主知識產權的裂解爐是乙烯技術開發的首要目標。石化總公司成立了CBL裂解爐開發組，從研究爐管構型、急冷方式、供熱形式等技術入手，進行大量的工藝和工程研究。
1988年，2萬噸/年CBL-Ⅰ型工業試驗爐在遼陽化纖開建；1990年1月，CBL-Ⅰ型爐通過了國家鑒定，主要指標達到世界同類技術水平，實現了從無到有的跨越。首臺裂解爐的開發成功，意味著我國乙烯技術研發邁出了堅實的第一步。
1999年冬，大慶石化48萬噸/年乙烯裝置首次使用國產核心設備——18萬噸/年乙烯裂解氣壓縮機。這套乙烯裝置也是我國首次獨立自主進行乙烯全流程基礎工程設計。經過7天7夜的調試，裝置開車成功，我國乙烯工程技術邁出實質性一步，乙烯重大設備國產化大幕徐徐拉開。
同期，裂解技術的研發創新也在持續推進，并實現了大型化突破。2000年，新爐型開發與裂解爐大型化比翼齊飛。10萬噸/年CBL-Ⅲ型爐在燕山石化投產，主要技術指標達到國際先進水平；15萬噸/年大型裂解爐開發啟動。CBL氣體原料裂解爐和新型液體原料裂解爐相繼開發成功，為天津石化、鎮海煉化兩套100萬噸/年乙烯裝置提供完整的裂解技術成為現實。
至此，乙烯技術全面開花。2001年，15萬噸/年裂解爐及80萬噸/年乙烯分離成套技術被列入國家科技攻關計劃，兩年后通過科技部驗收；自主研制的催化劑在國內廣泛應用并實現出口突破，遠銷韓國、日本等地……中國乙烯工業依靠自主技術走上了快速發展之路。
厚積薄發 成套技術全面突破
21世紀初，中國乙烯年產能達到445萬噸，成為乙烯生產大國。在新的起點上，中國石化開始著手組織百萬噸級乙烯成套技術的開發工作。
2007年，百萬噸級乙烯裝備及相關技術開發列入了國家科技支撐計劃;2010年，20萬噸/年大型裂解爐開發及100萬噸/年乙烯工藝技術開發通過了科技部的驗收。
作為乙烯成套技術的關鍵創新點，CBL裂解技術厚積薄發。大型裂解爐相繼應用于鎮海煉化、天津石化100萬噸/年乙烯裝置，開啟了大規模工業應用階段。
2010年7月26日，第一臺15萬噸/年CBL-Ⅶ型雙爐膛裂解爐一次投料成功。該裂解爐的投產，促成了中國石化CBL裂解技術出口馬來西亞，建成9萬噸/年雙爐膛裂解爐。中國石化也由此成為裂解技術國際專利商。以此為標志，我國裂解技術開始走出國門，2016年又出口到泰國。
2013年8月13日，中國乙烯工業再次迎來飛躍。武漢石化80萬噸/年乙烯裝置一次試車成功——中國石化百萬噸級乙烯成套技術首次工業應用，自主研制的“心臟”設備“三機”和冷箱及催化加氫“三劑”首次在同一套裝置上全部得到應用。同時，成功應用的還有自主研發的火炬減排、近零排放開停車等綠色高效專項技術。
這是被載入我國石化工業史冊的一天。由此，中國石化實現了裂解和分離工藝技術、重大裝備“三機”和冷箱、全系列催化劑等百萬噸級乙烯成套技術的全面突破。
揚帆遠航 向更高目標昂首邁進
歷經30多年兩代科研人員的不懈努力，我國終于率先成為世界上全面掌握輕質原料、重質原料及高含烯烴非常規原料大型乙烯成套技術的國家。2020年，中國乙烯年產能達3518萬噸，是1983年的56倍，穩居世界第二。
進入新發展階段，百萬噸級乙烯成套技術又為中國石化打造世界領先潔凈能源化工公司的愿景增添了底氣。
該成套技術從根本上解決了復雜原料高效利用及百萬噸級乙烯大型化的技術難題。我國乙烯原料主要來自煉廠，由于新能源汽車迅速發展，成品油消費逐步萎縮，煉油加工能力發展受限，未來煉廠乙烯原料供應能力將無法滿足乙烯產能快速增長的需求，而中國石化乙烯技術具有原料適應性強的獨特優勢，可裂解非常規原料，完全適應復雜原料的需求。隨著成品油結構調整和化工轉型，可用于乙烯生產的非常規原料量十分可觀。2019年，我國高含烯烴非常規原料超過3000萬噸，如果全部用作乙烯原料，采用該技術可產乙烯1000萬噸，而且原料成本可大幅降低，顯著提升煉化一體化企業的市場競爭力。
該成套技術還在裂解、分離、催化等工藝環節取得了一系列的重大突破：創新開發了超大型長周期高效系列裂解爐技術，投運的國內最大20萬噸/年乙烯裂解爐運轉周期延長50%以上，正在建設世界最大的30萬噸/年乙烯裂解爐，裂解爐技術及裝備實現整體出口；首創了以分凝分餾塔、分配分離為核心的高效分離技術，實現了傳質傳熱高效協同耦合，投運的百萬噸級乙烯裝置尾氣中乙烯損失減少70%以上，制冷機功耗節省5%~7%；創新了高性能全流程催化劑，實現了低成本、低能耗、高選擇性的雜質脫除，并實現出口。
該成套技術還創新了綠色高效系列專項技術，實現了乙烯裝置的節能降耗、減排增效；率先研制了百萬噸級乙烯重大裝備壓縮機組及冷箱，裂解氣壓縮機和丙烯制冷壓縮機成功應用于120萬噸/年乙烯裝置，180萬噸/年乙烯的冷箱出口美國。
綠色高效百萬噸級乙烯成套技術的創新探索和應用實踐也獲得了國內外同行的一致認可和高度評價。某國際知名乙烯專利商對該技術給出了這樣的評價：CBL裂解技術處于國際領先水平；用戶韓國SK公司評價應用該成套技術的武漢乙烯裝置：該技術達到國際領先水平;石化聯合會的鑒定意見為：綠色高效百萬噸級乙烯成套技術總體處于國際領先水平。
邁入“十四五”，中國石化百萬噸級乙烯成套技術又捧起了沉甸甸的國家科技進步一等獎，再次成為中國乙烯技術發展的重要刻度和嶄新起點。
來源：中國化工報
