中國石油蘭州石化長慶乙烷制乙烯項目開啟國內乙烯生產新路線

李 瑋 付曉東 朱 勤 路元麗

1 中石油蘭州石化榆林化工有限公司 陜西榆林 719000 2 本刊編輯部

2019 年1 月24 日，國家發改委、工業和信息化部聯合發文，正式將中國石油蘭州石化公司長慶乙烷制乙烯項目（以下簡稱長慶乙烷制乙烯項目）列為國家乙烷裂解制乙烯示范工程，并列入國家《石化產業規劃布局方案（修訂版）》規劃項目。

2019 年3 月27 日，陜西省生態環境廳下發《關于中國石油蘭州石化公司長慶乙烷制乙烯項目環境影響報告書的批復》。

2019 年4 月12 日，榆林市人民政府在現場舉行榆林市重點項目集中開工及暨蘭州石化長慶乙烷制乙烯項目啟動儀式。

2019 年9 月4 日，榆林市人民政府、榆林高新區管委會、蘭州石化公司在榆橫工業園區施工現場聯合舉辦蘭州石化長慶乙烷制乙烯項目奠基儀式。

2020 年12 月14 日，乙烯裝置裂解爐主體安裝全部完工。

2021 年4 月30 日，長慶乙烷制乙烯項目乙烯裝置建成中交，標志著項目建設接近尾聲，進入了試車階段。

2021 年6 月17 日，長慶乙烷制乙烯項目40 萬t/ a 高密度聚乙烯（HDPE）裝置完成500t 粉料裝填工作，并送入目標料倉，帶料試車一次成功。

2021 年8 月3 日，蘭州石化長慶乙烷制乙烯項目80 萬t/ a 乙烯裝置投料開車，生產出合格乙烯產品，標志著國內首套自主知識產權乙烷制乙烯項目投料開車一次成功。

1 開啟國內乙烯生產新路線

長慶乙烷制乙烯項目是我國第一套擁有自主知識產權、被列入國家示范工程的乙烷制乙烯裝置，主要利用長慶油田天然氣中分離的乙烷，通過裂解生產乙烯、燃料氣、氫氣、碳三及以上輕烴混合物等化工產品，聚合生產聚乙烯。該項目充分利用乙烷制乙烯工藝流程短、占地面積小、裝置投資少、乙烯收率高、生產成本低的優勢，為提升天然氣上下游一體化價值鏈、氫能產業鏈發展和節能綠色低碳循環產業發展提供了良好的示范，對優化利用天然氣資源、提升國內乙烯生產技術水平，推動乙烯產業高質量發展具有重大引領和示范意義。

長慶乙烷制乙烯項目建設內容包括80 萬t/ a 乙烯、40 萬t/ a全密度聚乙烯（FDPE）、40 萬t/ a HDPE 和3 萬t/ a 丁烯- 1 等4 套主要生產裝置，項目總投資約104億元。裂解爐是乙烯裝置的核心和關鍵設備。長慶乙烷制乙烯的裂解爐設置為四開一備，單臺爐公稱能力20 萬t/ a，是目前國內最大的氣相爐。采用中國寰球工程公司自主知識產權的HQF- G IV56 型裂解爐，爐管結構為雙進單出、四管程、變徑、出口管帶內部采用強化傳熱元件。對流段模塊組件少，采用富氫燒嘴，出口采用撓性管板專利技術二、三級急冷器，充分發揮“高溫、低壓、短停留時間”的裂解反應特性，乙烯收率高，清焦周期長；應用高效環保燃燒器、空氣預熱器和對流段盤管煙氣余熱回收等技術保證裂解爐熱效率在94%以上，達到國際先進水平。在裂解氣急冷換熱器后設置裂解氣二級冷卻器和三級冷卻器，來預熱超高壓鍋爐給水增加超高壓蒸汽產量，大幅回收高品質熱量，減少外購蒸汽用量。

圖1 長慶乙烷制乙烯項目在多個方面為國內石化產業發展提供了示范(攝影：劉延治)

兩套聚乙烯工藝包技術引進最淺化，拓展工藝包由大慶寰球和吉林寰球編制。聚烯烴生產線引進世界領先技術，其中FDPE 裝置采用美國Univation 公司的UNIPOL氣相工藝，可生產鈦系、鉻系、茂金屬等不同催化劑體系的HDPE、LLDPE 等具有不同性能的樹脂產品，成為催化劑體系全覆蓋的氣相法聚乙烯裝置；HDPE 裝置采用德國Basell 公司的Hostalen ACP 低壓淤漿工藝，可生產具有優異聚合物性能的多峰HDPE 樹脂產品。

丁烯- 1 裝置采用大慶化工研究中心乙烯齊聚制高品質1- 丁烯及1- 丁烯/ 1- 己烯靈活切換成套生產技術，具有包含催化劑、工藝包、反應器、控制系統等全要素、全流程的完全自主知識產權成套技術，達到國際先進水平。

在綠色低碳發展方面，項目先后完成了一系列技術創新：一是開發裂解爐原料增濕塔配汽技術，降低裝置能耗；二是開發“氣浮+ 聚結”的組合凈化處理技術，提升工藝水品質，減少廢水排放量；三是開發前脫乙烷前加氫分離流程，采用熱泵技術，深冷系統冷量優化，實現節能減排和降本增效。尤其是氮氧化物排放比現有通用乙烯裝置降低70%，實現廢氣超低排放。在寰球自主技術的助推下，長慶乙烷制乙烯項目突破了傳統乙烯生產能耗物耗高、乙烯收率低的制約，乙烯綜合收率由常規的不到40%提高到近80%，綜合能耗降低到398kg 標準油/ t 乙烯的世界先進技術經濟指標，遠低于國內常規乙烯裝置的500～600kg 標準油/ t 指標。

長慶乙烷制乙烯項目的建成投產，標志著我國使用自有原料、采用自有技術開啟了乙烯生產一條新路線，為實現乙烯原料多元化、輕質化，推動石化產業供給側結構性改革，進一步補充石化產品供應短板、提高乙烯產品競爭力起到了重要作用。

2 項目建設成果豐碩

長慶乙烷制乙烯項目總投資104 億元，為蘭州石化和中國石油集團公司煉化轉型升級重點項目，是國家發改委、工信部聯合批準的國家乙烷裂解制乙烯示范工程，也是使用中國石油自有原料、采用自有技術的國內首批乙烷制乙烯項目。為此，蘭州石化和中國石油集團高度重視，派出了工程管理、設計、施工、監理各路精兵強將，在陜西榆林歷時23 個月書寫出了一段石化建設奇跡，也向世人展示出了中國石油工程建設的強大實力。

長慶乙烷制乙烯項目建設地處于毛烏素沙漠腹地，當地季節性氣候變化無常，項目跨越了兩個嚴冬、經歷了兩次酷暑，還受到多次沙塵暴的侵襲，尤其是全球新冠肺炎疫情的爆發和蔓延嚴重影響了工程開工和設備采購交付，建設難度和經歷的考驗可想而知。

但是，參建干部員工充分發揮“一家人一條心，一個目標一股勁”的中石油工程建設精神，尤其是項目核心的乙烯裝置，由寰球公司總承包，寰球旗下多個單位協同建設，寰球六建公司擔任施工總承包。通過科學制定施工計劃，在2019 年9 月至2021 年8 月這23個月里，跨越兩個冬季，共安裝了335 臺設備、6 臺工業爐，工藝管道焊接超過70 萬DIN，電氣設備500余臺套，電氣電纜400 多km，儀表設備4000 余臺套，儀表電纜超過730km。該項目是使用中石油自有技術、自我建造、自主開車的大型石化工程，體現了中國石油強大的一體化項目整體執行能力。同時該項目完成了中國石油集團提出的大型關鍵裝備和DCS 控制系統國產化的示范目標，實現了裂解爐、“乙烯三機”、控制系統等關鍵核心設備國產化，全力打造出了精品工程、綠色工程、效益工程和陽光工程。

最值得關注的是，該項目充分運用大數據、云計算等先進信息技術，建設生產管控、安全環保、機電儀一體化管理平臺，實現高效智能化、可視化的數據融合共享，提供全面感知、分析預測、優化生產、協同執行四項能力，形成生產調度一體化管理、機電儀一體化管控、應急指揮一體化協同信息管理手段，使長慶乙烷制乙烯項目成為具備較強自動化、網絡化、數字化、可視化、模型化和集成化優勢能力的智能化工廠。

建設過程中，項目還創新性地采納了第三方安全、環保、質量監督管理模式；引入項目管理平臺；推行通用設備物資的框架采購；實行第四方無損檢測制度；加大工廠化預制深度，實施模塊化建造等等，都為國內石化建設提供了良好的示范和寶貴的經驗。

圖2 長慶乙烷制乙烯項目在工程建設方面同樣取得了豐碩成果（攝影：CP6CC）

3 乙烷制乙烯的未來可期

乙烯生產路線按原料來源不同分為三種：采用石腦油裂解法的石油路線；采用煤炭氣化合成甲醇，再由甲醇制烯烴（MTO）的煤炭路線；以及以乙烷為原料進行熱裂解的乙烷路線。在我國，乙烷由于缺少穩定的供應，前兩種制乙烯的路線占據著絕對的主流地位，乙烷制乙烯在國內沒有形成工業化應用，在世界范圍內也只限于中東、北美等氣藏豐富的地區有部分采用。

然而，液化天然氣（LNG）的大規模推廣使用使情況發生了改變。在將天然氣加工成LNG 的過程中，乙烷作為一種副產品被分離出來無法處理，開始時只能再次回注至管道氣中成為燃料銷售。為了充分發揮乙烷的化工原料屬性優勢，提升天然氣產業和乙烯產業的價值，推動低碳經濟發展，發展乙烷制乙烯成為必然。

這種情況在美國表現尤為明顯。過去的十年，隨著頁巖氣開采規模擴大，美國LNG 產業伴生出的大量乙烷一度過剩。隨后不久，乙烷線路的乙烯收率高、生產成本低特點得到業內關注，美國的各大乙烯生產商紛紛制定規劃，擴大乙烷制乙烯的規模（如表1 所示）。同時，美國加大了在全球的乙烷銷售推廣，國內有意向購買美國乙烷制烯烴的項目目前也多達7 個（如表2 所示）。

表1 2017—2020 年美國乙烷制乙烯裝置新增產能一覽表 萬t/ a

表2 國內公布的以進口乙烷為原料的乙烯裝置建設項目一覽表 萬t/ a

業內紛紛選擇乙烷路線生產乙烯，除了乙烯收率高、生產成本低之外，其自身的優勢也是其中重要原因。相較于其他生產路線，乙烷路線生產乙烯最大的特點是工藝流程短。與傳統石腦油制乙烯裝置相比，省去急冷油系統、汽油抽提系統、脫丙烷系統、脫丁烷系統等，極大地減少了裝置設備數量，降低運行人工成本及三廢排放量。乙烷制乙烯主要工藝路線如圖4 所示。

圖3 乙烷制乙烯工藝路線示意圖

同時，以長慶乙烷制乙烯項目為例，該項目乙烯精餾系統采用低壓乙烯精餾與乙烯制冷機結合的熱泵系統。低壓精餾工況下，乙烯和乙烷的相對揮發度較大，需要的塔板數和回流量較少；低壓乙烯精餾與乙烯壓縮機有機結合，精餾塔的再沸器與壓縮機的冷凝器合二為一，節省了設備，避免了多余的加熱和制冷介質的使用。經過乙烯壓縮機壓縮后的高壓氣體，冷凝后作為精餾塔的回流，省去精餾塔的回流泵，因此，使用熱泵系統即可減少設備投資，又可降低裝置能耗。另外，該項目乙烯三機的透平腹水冷凝器及急冷水冷卻器均采用空冷器方案，可以節省大量循環冷卻水，綜合考慮當地電力供應和用地相對寬裕，空冷器需要電耗，占地大的缺點就被有效克服了。

由于乙烷制乙烯的工藝流程短，直接減少了項目建設占地面積和裝置投資。以長慶乙烷制乙烯項目為例，乙烯裝置占地面積8.32公頃，設備總臺套數304 臺（套），裝置定員 90 人，裝置能耗397.8kg 標油/ t 乙烯。

當前，我國是全球第二大乙烯生產國和最大的乙烯消費國，國內乙烯產量尚不能滿足自身需求。2020 年我國乙烯產能達到3474 萬t/ a，產量3177 萬t，單體進口量198 萬t，表觀消費量3366 萬t；下游當量凈進口量2914 萬t，當量消費量6280 萬t，乙烯進口依存度高達49.4%。總體來看，我國乙烯單體尤其是高端化乙烯衍生物市場仍有巨大發展空間。因此，采用乙烷，特別是國產乙烷原料裂解制乙烯是優化我國乙烯產業原料結構、提高乙烷資源利用率和乙烯收率、推動煉化轉型升級、提升企業經濟效益的重要途徑之一。

同時，長慶項目的綜合能耗為398.7kg 標準油/ t 乙烯，達到世界先進水平；裂解爐裝置采用新型煙氣脫硝技術，氮氧化物排放比常規裂解爐裝置排放降低70%，實現廢氣超低排放；采用催化氧化處理廢堿、超濾+ 反滲透及蒸發結晶新技術，廢水回用率達到95%以上，成為中國石油首家廢水近零排放的煉化項目。另外，項目的副產品氫氣除了作為燃料外，還為今后在氫能領域的發展打下了堅實的基礎。這些示范指標為石化行業履行“碳中和”“碳達峰”綠色發展指出了一條新的路徑。

長慶乙烷制乙烯項目的建成投產具有多重意義，為今后國內更多的乙烷制乙烯項目建設開了一個好頭，其建設過程為今后此類工程提供了豐富的經驗和有益的參考。