化學(xué)工程技術(shù)創(chuàng)新在石化工業(yè)裝置建設(shè)與改造中的實踐與近期進展

O 黃贊發(fā)

（九江檢安石化工程有限公司 江西 332004）

化學(xué)工程技術(shù)創(chuàng)新在石化工業(yè)裝置建設(shè)與改造中的實踐與近期進展

O 黃贊發(fā)

（九江檢安石化工程有限公司 江西 332004）

化學(xué)工程技術(shù)是石油工業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，其技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展對推動整個石化行業(yè)發(fā)展有著重要的意義?；瘜W(xué)工程技術(shù)能有效解決石化工業(yè)裝置建設(shè)中的問題，并且能對其進行改造，讓石化工業(yè)得到更好的發(fā)展。本文主要通過講述石化工業(yè)裝置中關(guān)于工業(yè)爐的改造，以體現(xiàn)化學(xué)工程創(chuàng)新在其中的意義。

化學(xué)工程；技術(shù)創(chuàng)新；石化工業(yè)；裝置建設(shè)

引言

化學(xué)工程是研究化學(xué)工業(yè)為代表的，是對石化工業(yè)的生產(chǎn)過程中有關(guān)化學(xué)過程與物理過程的原理和規(guī)律進行研究，并利用這些規(guī)律來解決工業(yè)裝置的建設(shè)。隨著石化工業(yè)的不斷發(fā)展，石化工業(yè)所涉及的范圍也越來越廣，因此重視化學(xué)工程技術(shù)的創(chuàng)新，并在石化工業(yè)裝置建設(shè)中得到實踐與發(fā)展是非常必要的。而同時，隨著石化工業(yè)裝置建設(shè)的發(fā)展，化學(xué)工程技術(shù)創(chuàng)新提供了必要的條件。

一、石化工業(yè)裝置建設(shè)中的主要改造的部分

在石化工業(yè)裝置中，工業(yè)爐是整個生產(chǎn)工藝中的重點設(shè)備，無論是煉油、有機原料的煉成和合成樹脂的工藝都需要借助不同工業(yè)爐完成。比如在煉油中，最為常見的石化工業(yè)裝置有裂解爐、轉(zhuǎn)化爐和加熱爐等。它們能夠按照不同的作用，不同的工藝要求，發(fā)揮不同的效果。但目前大多數(shù)的石化工業(yè)裝置仍然是根據(jù)其外形將工業(yè)爐分為五類：1.管式加熱爐：按形狀分為圓筒爐、立式爐、箱型爐。管式爐爐體一般由鋼架及筒體（或箱體）組成，爐內(nèi)襯有耐火材料和隔熱材料，還有爐管系統(tǒng)、爐配件和煙囪等部分。根據(jù)其受熱形式有純輻射式和輻射-對流式。管式加熱爐是石油化工行業(yè)最常用的爐型，以后各節(jié)主要圍繞管式加熱爐展開介紹。2.立式反應(yīng)爐：這類爐的爐體基本上是受壓容器，如甲烷化爐、中（低）溫變換爐、氣化爐、二段轉(zhuǎn)化爐等；另一部分類似平頂(底)或錐形頂(底)的常壓容器，如沸騰爐、蓄熱爐、煤氣發(fā)生爐等，爐體多數(shù)均有復(fù)雜的內(nèi)件和襯耐火材料，催化劑填料等。3.臥式旋轉(zhuǎn)反應(yīng)爐：爐體呈臥式旋轉(zhuǎn)筒體，內(nèi)部裝有螺旋輸運器或加熱爐管，外部有傳動及減速裝置，如HF旋轉(zhuǎn)反應(yīng)爐等。4.帶傳動、升降投料裝置的反應(yīng)爐：這類爐設(shè)備類似容器，但外部有投料提升裝置，爐內(nèi)有內(nèi)襯或砌筑耐火和隔熱材料，如電熱爐等。5.其他工業(yè)爐：焚燒爐：用于廢氣、廢液、廢渣的焚燒。將其中有害物質(zhì)經(jīng)焚燒轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)排出。如污泥焚燒爐、硫磺回收裝置焚燒爐。干燥爐：用于干燥工藝物料。熱載體爐：塑料廠用的較多。

當(dāng)化學(xué)工程技術(shù)得到創(chuàng)新，石油化工裝置也需要做出相應(yīng)的改變，以發(fā)揮化學(xué)工程技術(shù)的作用，提升自我生產(chǎn)率。所以為了進一步提升我國石油工業(yè)事業(yè)的發(fā)展，并且配合化學(xué)工程技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，石化工業(yè)裝置的主體——工業(yè)爐也應(yīng)該進行相應(yīng)的改造。

二、化學(xué)工程技術(shù)創(chuàng)新在煉油方面的實踐與進展

1.催化裂化技術(shù)在煉油裝置中的創(chuàng)新體現(xiàn)

催化裂化是石油煉制過程之一，是在熱和催化劑的作用下使重質(zhì)油發(fā)生裂化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榱鸦瘹?、汽油和柴油等的過程。催化裂化的主要工程需要在裂解爐中完成，裂解爐，主要以石油餾分為原料，進行熱裂解生產(chǎn)烯烴，其結(jié)構(gòu)特征為：立管加熱裂解爐。裂解爐大多數(shù)為立式鋼架結(jié)構(gòu)爐體，將幾種不同管徑組合成一組，爐底有油氣聯(lián)合噴嘴；對流室在頂部，為臥式盤管，預(yù)熱原料或燃料等，見（圖1）。

圖1 裂解爐結(jié)構(gòu)圖

如今催化裂化技術(shù)已經(jīng)成為石化工業(yè)裝置建設(shè)中的核心技術(shù)，是石化工業(yè)煉油都需要用到的一種方式。在這項技術(shù)中就體現(xiàn)了許多化學(xué)工程技術(shù)的創(chuàng)新之處，如自動開發(fā)的高效霧化噴嘴，PV高效旋風(fēng)分離器、油漿旋液除塵和煙氣能量回收等。這些技術(shù)的創(chuàng)新與使用，很好的解決了煉油中長期存在的回收煙氣壓力、取出多余熱量等難題。有效的提升了煉油的效率和環(huán)保性，讓煉油取得了更好的經(jīng)濟效益。

2.煉油裝置

煉油裝置中的核心部分為常壓裝置，是處理煉油的重要裝置。能有效提升其處理能力，降低能耗，提升拔除率。鎮(zhèn)海煉化與SEI對煉油裝置大型化開發(fā)應(yīng)用了一系列化學(xué)工程創(chuàng)新技術(shù)，如在兩段閃蒸、三級蒸餾節(jié)能型常壓蒸餾技術(shù)應(yīng)用其中，并使用真空技術(shù)來降低低壓降、高減壓的拔除率，是其研發(fā)出的煉油裝置成為目前國內(nèi)最大的長減壓裝置。經(jīng)過實際的投入運用，該常減壓設(shè)置的處理能力達到了102%，總拔除率達到了79.12%，整個裝置的能耗量低至每噸11千克標(biāo)油。

3.催化重整技術(shù)創(chuàng)新在煉油裝置中的體現(xiàn)

催化重整是在催化劑的作用下，對油餾分中的烴類分子結(jié)構(gòu)進行重新排列成新的分子結(jié)構(gòu)的過程（詳情見圖2）。石油在煉制的過程中需要在加熱、氫壓和催化劑發(fā)揮作用的共同環(huán)境中，讓原油中蒸餾所得的輕汽油餾分轉(zhuǎn)變成富含芳烴的高辛烷值汽油，并副產(chǎn)液化石油氣和氫氣的過程。催化重整中可以用作汽油調(diào)合組分，也可以使用芳烴抽提制取苯、甲苯和二甲苯，副產(chǎn)的氫氣是煉油廠中重要的氫氣來源。

需要注意的是，制氫裝置轉(zhuǎn)化爐的結(jié)果與其他工業(yè)爐的結(jié)構(gòu)不同，爐管里都裝有催化劑，并在關(guān)于制氫反應(yīng)過程是在爐管內(nèi)完成的。爐內(nèi)溫度較高，達到1000°C，反應(yīng)介質(zhì)出口溫度為800°C左右。(見圖2)

圖2 制氫轉(zhuǎn)化爐圖

而催化重整技術(shù)的創(chuàng)新主要是在其中應(yīng)用了新型再生器催化劑分布器，能均勻的分布下料，有效提升反應(yīng)器的利用率和催化劑的再生治療。該技術(shù)在進氣方式及氣體分配流動技術(shù)也有所創(chuàng)新改進，通過改善氣體的軸向及徑向分流的均勻性及提升了氣體在徑向床成內(nèi)的壓力降和氣體在軸向的壓力分布情況。這些技術(shù)方面的創(chuàng)新都有助于提升整個催化重整技術(shù)的效果。

4.新型塔板、填料和冷換設(shè)備

在改進煉油中相關(guān)的化學(xué)工程技術(shù)中，選擇合適的材料能有效保證創(chuàng)新技術(shù)的效果發(fā)揮，并能幫助煉油廠的合理成本管理。新型規(guī)整的填料或亂堆填料已經(jīng)成為催化裂化中吸收穩(wěn)定塔和常減壓塔的主要材料。高效換熱器也已經(jīng)成為常減壓裝置的主要構(gòu)件，其能很好的回收煙氣熱能，將熱爐熱效率提升到90%以上。此外，表面蒸發(fā)冷凝器、表面多孔管換熱器也已經(jīng)在煉油裝置中得到廣泛的應(yīng)用與普及。

三、化學(xué)工程技術(shù)創(chuàng)新在有機原料方面

1.乙烯成套技術(shù)

自“九五”計劃以來，我國乙烯事業(yè)就開始快速的發(fā)展，僅2000年中國石化集團公司的乙烯產(chǎn)量就達到287×104t，并且在乙烯成套技術(shù)方面有了很好的創(chuàng)新和發(fā)展。石化股份公司對裂解爐和分離工藝技術(shù)進行了創(chuàng)新改進，通過在文丘里管流量控制技術(shù)對裂解原料在眾多的輻射段爐管中的流量實現(xiàn)了精密的均勻分布控制；應(yīng)用“濕壁”模型解決了廢熱鍋爐結(jié)焦的問題。此外，在底部供熱和側(cè)壁供熱中是由輻射段，建立有效的供熱模式系統(tǒng)，讓供熱更快、更為均勻。

乙烯分離技術(shù)一直是化學(xué)工程技術(shù)集中度非常密集的一個范圍，并且對于乙烯大型化節(jié)能效果與深冷條件都有著非常嚴(yán)苛的要求。通過對該技術(shù)的不斷研究與創(chuàng)新，在通過多種考慮后，石化公司選擇中型乙烯作為乙烯分離技術(shù)創(chuàng)新、改進的切入點。如今該項技術(shù)已經(jīng)成功的在石油化工中得到使用。

2.甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移成套技術(shù)

甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移技術(shù)是芳烴技術(shù)中的一個重要組成單元，是滿足石油化工對二甲苯需求的有效的措施之一。上海石油化工研究將HAT系列作為催化劑，并以此為基礎(chǔ)研制出大型軸向固定床反應(yīng)器和反應(yīng)器進口氣體分布器，以提升甲苯歧化反應(yīng)的效率，并提升對二甲苯的回收率，滿足了石油化工對二甲苯日漸增大的需求。如今一套甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移成套技術(shù)所使用的40×104t/a已經(jīng)安全、穩(wěn)定的使用了6年。

3.苯乙烯成套技術(shù)

在苯脫氫制成苯乙烯的成套技術(shù)中，乙苯脫氫軸徑向反應(yīng)器是該項技術(shù)的創(chuàng)新點。對反應(yīng)器中的原料與反應(yīng)物料流向進行更合理、更環(huán)保、更節(jié)約的改進，能降低對催化劑的使用量，并提升乙苯烯的制成率。華東理工大學(xué)在6×104t/ a和10×4t/a的反應(yīng)器中進行多次實驗后，終于建立了兩維氣體的數(shù)學(xué)模型，并計算出反應(yīng)器入口處軸向催化器的氣封高度。另外，也有研究發(fā)現(xiàn)使用新型的高效靜態(tài)混合器，是解決原有反應(yīng)器入口處乙苯與水蒸氣在高溫和高速流動狀態(tài)發(fā)生的質(zhì)量偏離及乙苯脫氫轉(zhuǎn)化率偏低的問題的最好方式。

4.化工型MTBE合成及裂解一體化成套技術(shù)

化工型MTBE合成及裂解一體化技術(shù)為制出高純度的聚合級異丁烯，上海石油化工研究院就以下兩點進行了創(chuàng)新：(1)使用帶有環(huán)柱形催化劑裝填構(gòu)件，以實現(xiàn)深液層塔盤的催化蒸餾技術(shù)的使用；(2)在預(yù)反應(yīng)器中是由外循環(huán)工藝，改變床層抽出的位置。這兩點的創(chuàng)新抓住了化工型MTBE合成及裂成一體化技術(shù)的關(guān)鍵所在，因此其所發(fā)生的效果也是顛覆性的。在MTBE裂解單元中使用固體酸裂解工藝技術(shù)，并適當(dāng)?shù)姆糯蠊潭ù卜磻?yīng)器，并對裂解產(chǎn)物分離和精餾塔系進行合理的設(shè)計。目前該項技術(shù)已經(jīng)得到很好的使用，以燕化公司為例，其所生產(chǎn)的高純度異丁烯很好的與丁基橡膠合成。

結(jié)論

化學(xué)工程技術(shù)的創(chuàng)新對石化工業(yè)裝置建設(shè)的發(fā)展發(fā)揮著重要的促進作用，但也正是因為石化工程裝置建設(shè)要不斷滿足市場的需求，不斷自我發(fā)展，自我突破，才為化學(xué)工程技術(shù)提供了良好創(chuàng)新環(huán)境。二者相輔相成，相互促進。所以只有不斷注重化學(xué)工程技術(shù)的創(chuàng)新，重視合理的引進、吸收國外的經(jīng)驗，并根據(jù)本國的國情與條件進行合理的研究，是能有發(fā)現(xiàn)好的創(chuàng)新點，大大提升化學(xué)工程技術(shù)的效率。

Practice and Recent Development of Chemical Engineering Technology Innovation in the Unit Construction and Transformation of Petrochemical Industry

Huang Zanfa
（Jiujiang Jian’an Petrochemical Engineering co., LTD, Jiangxi,332004）

Chemical engineering technology is the important basis for the development of petroleum industry, and the innovation and development of the technology have great significance for promoting the development of the petrochemical industry.Chemical engineering technology can effectively solve the problems in the petrochemical industry unit construction, and carry on transformation for it to make the petrochemical industry get better development.This article, mainly by telling the renovation about industrial furnace in the petrochemical industry equipment,gives expression to the significance of chemical engineering innovation in it.

chemical engineering；technoloy innovation；petrochemical industry；unit construction

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A

黃贊發(fā)（1987～），男，九江檢安石化工程有限公司，研究方向：化工機械。