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探秘国奖背后的创新基因⑤|从0到N的乙烯跨越之路
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  • 时间:2021-11-25 16:22
  • 来源:甬派来源:宁波市科学技术局
  • 在创新赛场上,宁波制造的力量正在创造更多奇迹。11月3日,2020年度国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂举行,由宁波企事业单位牵头、合作完成的8个项目荣膺国家科技奖,其中,国家科技进步一等奖1项、二等奖3项,国家技术发明二等奖4项。

    为透视国家科学技术奖背后宁波企业持续迸发的磅礴创新动能,进一步强化企业创新主体地位,推进产学研深度融合,促进创新要素向企业集聚,市科技局联合浙江新闻客户端、宁波日报(甬派)、宁波电视台、宁波电台、宁波晚报等主流媒体推出“探秘国奖背后的创新基因”系列报道,解码国奖背后的创新故事。

    项目介绍

    中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司参与完成的“复杂原料百万吨级乙烯成套技术研发及工业应用”,获国家科技进步奖一等奖。



    乙烯,石化工业之母。它是制造塑料、合成纤维、合成乙醇、乙醛等产品的重要原料,占石化产品的比重超过75%。乙烯产量更是成了衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。但如果追溯到上世纪80年代,乙烯加工却高度依赖国外。从一个螺丝钉都是引进的,到百万吨乙烯成套技术100%实现国产化,镇海炼化以及它的前身浙江炼油厂,用两代科技人,30多年的攻关奋斗,实现了乙烯技术从0到1的突破,从1到N的跨越。



    “东海炉王”的百余个创新

    乙烯生产工艺中,裂解是关键工艺之一。为此,镇海炼化成立了一个由多专业协同参加的“东海炉王”团队,旨在攻克国产化、大型化道路上的难题。

    “东海炉王”创新团队不仅深度参与了中国石化第一台15万吨双炉膛液体裂解炉以及第一台20万吨气体裂解炉的工艺设计,还通过不断地积累经验,在我国首次实现了国内最大20万吨裂解炉的长周期运行。

    “要实现大型裂解炉的长周期运行,想着简单,但工程放大后,要进行裂解深度控制、运行模式优化以及乙烯成本分析,在实现效益最大化的同时,将排放指标降至最低,并不容易。”镇海炼化发展部科技室主任黄爱斌说,为攻克大型裂解炉的一系列难题,镇海炼化的“东海炉王”团队经历了大大小小百余次创新,解决了一个又一个裂解的行业难题。

    以裂解炉的单炉膛烧焦难题为例,裂解炉的炉管运行一段时间后,炉管会结焦,要保证长周期稳定运行,必须进行烧焦操作。烧焦过快会引起焦块脱落,烧焦过慢则能耗大增且影响运行时间,一般单台裂解炉所需烧焦时长接近两天,耗时长、人工量大。

    为减少烧焦时间,“东海炉王”团队进行长期攻关,将25个烧焦步骤一一拆分,通过大数据分析和研究讨论,调整空气进量、烧焦温度等参数,优化烧焦程序每个步骤的时长和时间节点,实现烧焦过程提速。

    “快速烧焦的实施,将原来每周完成2台裂解炉烧焦,提升到每周3台,大大提升了排产的弹性与工作效率。”黄爱斌说,据统计,实施一次快速烧焦,可节省燃料气27.6吨、中压蒸汽80吨,核算下来单日便可节能34吨标油。



    数字化变革得出深度炼化“最优解”

    随着工业自动化的不断发展,如何让乙烯生产搭上“数字化”快车,让生产设备充分发挥内在潜力,实现效益最大化,已成为我国化工产业由大到强发展的必由之路。

    镇海炼化通过与华东理工大学的合作,探索百万吨乙烯装置自动控制技术,从原料进装置自动分析,自动计算最优运行控制参数,自动平稳控制装置运行,把装置运行的海量数字通过自主开发的软件进行优化,最终实现了经济效益最大化与节能环保指标的“最优解”。

    据介绍,原先深度炼化一体化只能采用石脑油、液化气、加氢裂化尾油三种原料,炼油过程中产生的干气、富乙烯气、轻石脑油等原料无法回收利用。如何进一步提升炼油装置与乙烯装置之间的物料利用效率是深度炼化一体化亟须解决的难题。

    “我们通过对乙烯生产过程实施精准的控制与优化,让原先无法回收利用的低值品也成了原料,实现了乙烯装置效益的进一步提升。”镇海炼化烯烃一部总工程师蒋明敬说,攻克这一步,同样充满艰辛。根据市场的变化寻找到产出的“最优解”,涉及裂解反应、炉膛燃烧、辐射传热等方程多达上万种,同时要对十余台裂解炉群系统在不同加工原料、不同产品需求下进行全局调控。

    其中,裂解炉温度的精准控制就耗费了团队数年的时间。“在此前的基础上,我们提出要将温控误差从1摄氏度缩小到0.5摄氏度,实现更精准的温度控制。但裂解炉的反应温度在800摄氏度以上,整个反应涉及7000多个控制点,对于技术的精准化操控要求非常之高。”蒋明敬说。

    针对上述挑战,研发团队与院校合作,从提高原料转化效率、降低燃料消耗两个影响效益的关键因素出发,突破了裂解炉群调度与在线优化调控等核心技术并实施应用。同时,镇海炼化科研团队还承担起了各项装置模拟、技术应用实施反馈等重要责任。

    一次次的“调整—观察—评估—再调整”串点成线,原料、运行、能耗等整体步步优化,团队在科研工作中积累了成千上万条宝贵数据,为我国化工产业高质量发展提供了重要经验。“现在,系统每隔四小时就会根据市场变化进行调整,自动寻找到效益最大化的平衡点,在提升效率的同时,大大降低了能耗。”蒋明敬说。



    水到渠成的绿色化生产

    随着乙烯大型化关键工艺以及百万吨乙烯深度炼化一体化实现巨大突破,镇海炼化实现了排放最小化、资源循环化以及能源高效化。今年10月,在全国石油和化工行业碳达峰、碳中和发展论坛暨能效“领跑者”、水效“领跑者”发布会上,镇海炼化百万吨乙烯装置再次荣获能效“领跑者”称号,连续9年保持行业领先,为同类型百万吨级乙烯的绿色生产提供了可靠借鉴。

    镇海炼化也是国内唯一一家连续5次在全球乙烯绩效评价中位列第一群组的企业。据初步统计,自2010年投料开车以来,首套百万吨乙烯项目已累计创造利润超460亿元,可建造4座杭州湾跨海大桥。

    “镇海炼化首套百万吨乙烯项目不仅创造了巨大的利润,拉动了下游超过1000亿元的年产值,也带来了市民生活中所需的各类商品。”镇海炼化党委书记莫鼎革告诉记者,作为我国百万吨乙烯成套技术工业应用装置中运行最平稳最有效益的装置,镇海炼化首套乙烯项目代表了我国乙烯创新的最高水平。

    如今,镇海炼化第二套乙烯项目也已整装待发,预计今年底便可投用。镇海炼化将以第二套乙烯项目为起点,加强特色高端聚烯烃新材料以及绿色产品的研发,进一步推进产业链创新链深度融合,助力宁波建成国际领先国内一流的制造强市。

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