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  中国石油兰州石化长庆乙烷制乙烯项目,是国内首套上下游一体化大型乙烷制乙烯项目,也是中国石油集团公司推动能源科技自立自强、实现炼化产业转型升级的重点工程。这个地处能源“金三角”核心区榆林的国家乙烷裂解制乙烯示范工程项目,在乙烷制乙烯科技创新、上下游一体化提升天然气价值链、智能化工厂创建、绿色低碳循环发展等方面进行了良好的示范,走出了一条老炼化企业跨域转型发展的新路。

  毛乌素沙漠腹地,这个曾经阒寂千年的荒原,又一次见证了奇迹的诞生。经过近28个小时的运行等待,2021年8月3日14时50分,兰州石化长庆乙烷制乙烯项目80万吨/年乙烯装置产出合格乙烯产品。这一刻,国内首套上下游一体化大型乙烷制乙烯项目正式投产;这一刻,中国石油“十四五”开新局的第一套大型化工项目正式建成;这一刻,中国化工界在多年期盼后,终于实现了乙烷裂解制乙烯自主技术“0”的突破。

  破解乙烯产能不足

  乙烯作为石油化工基础原料,是衡量一个国家石化发展水平的重要标志之一。近年来,随着中东油田伴生气和北美页岩油气的大量开采利用,全球乙烯行业呈现裂解原料轻质化、多元化,装置规模大型化的新发展格局,中东超过90%的乙烯装置、北美地区超过70%的蒸汽裂解装置都已采用乙烷、丙烷和液化石油气等轻质化原料。但我国乙烯工业仍主要以液态石脑油和其他更重的油品为原料,乙烯生产成本明显高于世界平均水平,并连带影响了下游一系列石化产品的市场竞争力。

  原料轻质化,特别是充分利用乙烷资源,成为了中国乙烯行业提升竞争力的一个紧迫问题。

  长期稳定的轻质资源,是乙烯原料低碳化的解题“钥匙”。长庆油田拥有富含乙烷、液化石油气及轻烃组分的丰富天然气资源,但过去这些轻质组分都混在天然气中被用作了燃料。

  2020年,中国石油开始在榆林建设上古天然气处理项目,对其中的轻烃组分进行回收加工,力求物尽其用。

  “以前我们没有这方面的原料,现在从天然气的产出中把它分离出来,也是属于高质量发展的应有之义。用最合适的原料来生产对应产品,成本比常规低30%以上,竞争力毫无疑问就会更强。”中国石油集团董事长、党组书记戴厚良曾这样表示。

  上古天然气项目中分离出来的乙烷组分,让兰州石化长庆乙烷制乙烯项目有了稳定的原料保障。该项目也由此成为“用最合适的原料来生产”的第一个尝试。

  兰州石化长庆乙烷制乙烯项目,是中国石油集团规划建设一流综合性国际能源公司的重点炼化项目,也是集团公司转型升级、兰州石化公司实现高质量发展的重大战略项目。2019年1月24日,国家发改委、工信部联合批复,正式将该项目列为国家乙烷裂解制乙烯示范工程,并列入国家《石化产业规划布局方案(修订版)》规划项目。2021年8月3日,兰州石化长庆乙烷制乙烯项目投产,中国石油以“石油速度”为破解国内乙烯及下游衍生物产能不足、推动能源行业转型升级,交上了阶段性“答卷”。

  自主技术惊艳亮相

  戴厚良表示,中国石油在促进高质量发展方面,首先要从发展理念上进行转变,让创新成为第一动力,通过科技创新打造新的竞争优势。利用上下游能源一体化的优势,在国内布局两套乙烷制乙烯装置,并成为国家级示范工程,便是“十四五”时期中国石油“让创新成为第一动力,加速能源转型、产业迈向中高端,推动高质量发展,通过科技创新打造新的竞争优势”的具体实践。

  乙烯,石油化工最基本的原料之一,被称为化学工业之母。但数十年来,我国乙烯生产技术一直依赖进口。2008年我国已成为世界第二大乙烯消费国,但此时的当量自给率却仅有38%。为扭转核心技术缺失的局面,中国石油开始在这一空白领域进行全产业链研发布局,对国产乙烯技术进行探索,设立了“大型乙烯装置工业化成套技术开发”重大科技专项。

  2012年10月,采用攻关技术建设的中国石油大庆石化60万吨/年乙烯装置一次开车成功,让我国成为世界上第4个掌握乙烯技术的国家。

  与此同时,全球乙烯行业也迎来转折。2012年,以乙烷、丙烷等轻烃为原料的乙烯产量首次超过以石脑油为原料的乙烯产量,乙烯工业开始呈现裂解原料轻质化、多元化,装置规模大型化的新发展格局。中国石油遂开始探索转化效率更高、成本更低的乙烯生产技术。2017年,中国石油启动大型乙烯重大科技专项二期项目,寰球工程联合多家单位开始乙烷制乙烯成套技术的集中开发。两年后,中国石油系统部署、创新布局,推动天然气开发、乙烷回收、乙烯化工全产业链协同发展,上马兰州石化长庆油田、独山子石化塔里木油田两个乙烷制乙烯国家示范工程。

  此后,中国石油充分发挥上下游资源一体化优势,利用天然气中分离出的乙烷作为原材料,实现优质原料、技术和产业化应用的系统结合。2021年8月,我国首次利用自主技术建成的乙烷制乙烯项目投产,标志着国产大乙烯技术“2.0版本”成功应用,我国自主大型乙烯成套技术水平跃上新高度。

  据兰州石化公司执行董事、党委书记吴凯介绍,兰州石化长庆乙烷制乙烯项目是第一个采用中国石油自主开发的乙烯装置成套工艺技术并实现工业化生产的项目。这一国内首创的乙烯成套技术,曾获国家科技进步二等奖,具有乙烯收率高、流程短、成本低、能耗低、易操作等特点,关键指标达到国际先进水平。

  其中,乙烯裂解装置裂解炉采用分支变径四程辐射炉管、强化传热专利技术,规模为国内目前最大;应用全球领先的高效环保燃烧器、空气预热器和对流段盘管烟气余热回收等技术,乙烯收率由裂解石脑油的31%左右提高到80%,裂解炉热效率提升到94%以上。

  同时,聚烯烃生产工艺达到世界领先水平。全密度聚乙烯装置采用UNIPOL气相工艺,可生产钛系、铬系、茂金属等不同性能的树脂产品。高密度聚乙烯装置采用HostalenACP低压淤浆工艺,可生产性能优异的多峰高密度聚乙烯树脂产品。丁烯-1装置采用中国石油石油化工研究院大庆化工研究中心自主研发的乙烯齐聚制高品质丁烯-1/己烯-1灵活切换成套生产技术,在世界上首创三聚法釜式反应工艺,具有完全自主知识产权成套技术,实现了自有技术的首次国产化应用。

  “这一项目将在很大程度上提升我国自主乙烯技术的国际竞争力,将为我国乙烯产业从跟跑到领跑发挥示范带动作用。”吴凯说。

  打造高质量示范工程

  戴厚良表示,兰州石化长庆乙烷制乙烯项目建成后,形成了完整可持续的天然气高值利用产业链,且不论是生产规模还是技术水平,在国内都位居同类装置前列,与国际同类装置的规模水平基本持平,成为“让创新成为第一动力”的生动实践。

  在提升产业链韧性方面,长庆油田上古天然气处理厂生产的乙烷,通过20多千米的管线输送到兰州石化长庆乙烷制乙烯项目。有了上古天然气厂供给的乙烷,该项目便可以最大限度发挥“资源丰富、价格较低、就近利用”的优势。在改变天然气中乙烷仅作为燃料利用率低、附加值低的现状的同时,项目以更低的成本、更短的工艺流程,将乙烯收率由原来裂解石脑油的30%左右提高到80%,并降低吨乙烯投资成本30%以上,提升了企业的盈利能力和产品的市场竞争力。此外,项目通过延长产业链生产聚烯烃等高附加值产品,在资源高效利用的同时,实现产业链价值最大化。

  在绿色发展方面,经测算,兰州石化长庆乙烷制乙烯项目年综合能耗、年二氧化碳排放量达到世界先进水平,为乙烯行业绿色发展提供了样本。其中,在中国石油自主先进技术支撑下,乙烯装置裂解炉热效率在94%以上;综合能耗远优于《高能耗行业重点领域能耗标杆水平和基准水平(2021年版)》中590千克标油/吨的标杆水平。同时,乙烯装置氮氧化物排放比常规裂解炉装置降低70%,实现废气超低排放;废水回用率达到95%以上,该项目也由此成为中国石油首个废水近零排放的炼化项目。

  在智能工厂创建方面,兰州石化长庆乙烷制乙烯项目综合应用自动化控制、互联网、物联网、新型传感器、云计算等现代信息技术,建成了具有较强自动化、网络化、数字化、可视化、模型化和集成化优势的智能化工厂,实现了操作技术(OT)、信息技术(IT)与设备技术(ET)数据集成与融合。工厂在“供应链、计划调度、生产运行、安全环保、设备管理、能源管控”六个领域全面实现智能化,优化了运营模式;将自动化生产、一体化应用、精细化管理、可视化监控、合理化调度有机整合,着力提升了“全面感知、分析预测、优化生产、协同执行”核心能力。

  目前,智能化工厂涉及的56个子项目中,企业资源计划管理系统(ERP)、制造执行系统(MES)、综合统计、财务、移动App、大机组监测等开工必需的28个子项已全部完成。5台裂解炉装置运行自控率达到99%以上。项目生产中应用大数据、云计算平台即服务(PAAS)平台,依托三维数字孪生,实现了高效智能化、可视化的数据融合共享,为管理人员科学决策提供了强有力的支撑,为探索新建炼化企业数字移交、数字孪生路径积累了宝贵经验。

  “该工厂是国内屈指可数的智能制造成熟度达到4级的石化工厂,为国内同类企业数字化建设提供了示范。”兰州石化自动化研究院副院长庞亚宾说。

  走出区域协调发展新路

  兰州石化石油化工高级专家马建华表示,在距离兰州本部700多千米的中国能源化工“金三角”核心地区——榆林建成大型乙烯生产企业,是兰州石化为焕发新活力下的一盘大棋。

  兰州石化长庆乙烷制乙烯项目与兰州石化本部大乙烯、小乙烯装置遥相呼应,优势互补,便于进行域内域外乙烯装置生产和产品结构的优化,在更大范围内开发新产品,提升核心竞争力。特别是通过乙烯资源物料共享,将长庆油田上古天然气处理厂乙烷生产过程分离出的液化石油气及轻烃产品用于本部乙烯生产,有利于进一步优化乙烯原料结构、提升资源利用效率和产品附加值。

  兰州石化长庆乙烷制乙烯项目还是兰州石化与陕北“携手”协调发展的一步好棋,预计每年可向国家和地方上缴税费数亿元。

  兰州石化榆林化工有限公司执行董事、党委书记谢恒说,兰州石化长庆乙烷制乙烯项目在区域协调发展方面具有三大特点:一是充分利用榆林地区上下游一体化优势,填补了中国石油在陕西的化工产品空白;二是综合考虑制定了副产品氢气的利用规划,持续外供99.9%纯度富氢燃料,以清洁高效资源向下游产业和新能源延伸;三是项目下游聚乙烯等产品的生产为西北地区发展塑料工业等产业链提供了原料保证。另外,项目的建设、运营还将带动当地装备制造业和周边物流服务业、第三产业发展,增加社会就业岗位。

  项目进入平稳运行期后,产出的乙烯20%将投放到当地市场,带动地方乙烯产业链延伸和上下游产业进一步优化升级。以兰州石化长庆乙烷制乙烯项目后续项目乙烯及副产品为依托,建设榆横工业园区精细化工产业园中园,也早已被榆林市政府写入了2020年榆林市政府两会工作报告中。

  兰州石化公司总经理、党委副书记徐文学说,现在兰州石化长庆乙烷制乙烯项目已经在产业链上形成了完整的高质量发展闭环,为上游企业提质增效、延伸产业链提供了一条有效路径,为陕北革命老区发展和实现地企共建、互利双赢的目标,进一步注入“石油力量”;更为老炼化企业跨域转型发展、建设黄河流域高质量发展示范企业提供了可资借鉴的经验和启示。

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