化學工程技術創新在石化工業裝置實踐研究

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摘要：化學工程技術是石油工業發展的重要基礎，其技術的創新和發展對推動整個石化行業發展有著重要的意義。化學工程技術能有效解決石化工業裝置建設中的問題，并且能對其進行改造，讓石化工業得到更好的發展。本文主要通過講述石化工業裝置中關于工業爐的改造，以體現化學工程創新在其中的意義。

關鍵詞：化學工程；技術創新；石化工業；裝置建設

引言

化學工程是研究化學工業為代表的，是對石化工業的生產過程中有關化學過程與物理過程的原理和規律進行研究，并利用這些規律來解決工業裝置的建設。隨著石化工業的不斷發展，石化工業所涉及的范圍也越來越廣，因此重視化學工程技術的創新，并在石化工業裝置建設中得到實踐與發展是非常必要的。而同時，隨著石化工業裝置建設的發展，化學工程技術創新提供了必要的條件。

一、石化工業裝置建設中的主要改造的部分

在石化工業裝置中，工業爐是整個生產工藝中的重點設備，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爐完成。比如在煉油中，最為常見的石化工業裝置有裂解爐、轉化爐和加熱爐等。它們能夠按照不同的作用，不同的工藝要求，發揮不同的效果。但目前大多數的石化工業裝置仍然是根據其外形將工業爐分為五類：

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，爐內襯有耐火材料和隔熱材料，還有爐管系統、爐配件和煙囪等部分。根據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最常用的爐型，以后各節主要圍繞管式加熱爐展開介紹。

2.立式反應爐：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、煤氣發生爐等，爐體多數均有復雜的內件和襯耐火材料，催化劑填料等。

3.臥式旋轉反應爐：爐體呈臥式旋轉筒體，內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旋轉反應爐等。

4.帶傳動、升降投料裝置的反應爐：這類爐設備類似容器，但外部有投料提升裝置，爐內有內襯或砌筑耐火和隔熱材料，如電熱爐等。

5.其他工業爐：焚燒爐：用于廢氣、廢液、廢渣的焚燒。將其中有害物質經焚燒轉化為無害物質排出。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。當化學工程技術得到創新，石油化工裝置也需要做出相應的改變，以發揮化學工程技術的作用，提升自我生產率。所以為了進一步提升我國石油工業事業的發展，并且配合化學工程技術的創新發展，石化工業裝置的主體——工業爐也應該進行相應的改造。

二、化學工程技術創新在煉油方面的實踐與進展

1.催化裂化技術

在煉油裝置中的創新體現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油發生裂化反應，轉變為裂化氣、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，進行熱裂解生產烯烴，其結構特征為：立管加熱裂解爐。裂解爐大多數為立式鋼架結構爐體，將幾種不同管徑組合成一組，爐底有油氣聯合噴嘴；對流室在頂部，為臥式盤管，預熱原料或燃料等。如今催化裂化技術已經成為石化工業裝置建設中的核心技術，是石化工業煉油都需要用到的一種方式。在這項技術中就體現了許多化學工程技術的創新之處，如自動開發的高效霧化噴嘴，PV高效旋風分離器、油漿旋液除塵和煙氣能量回收等。這些技術的創新與使用，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保性，讓煉油取得了更好的經濟效益。

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。鎮海煉化與SEI對煉油裝置大型化開發應用了一系列化學工程創新技術，如在兩段閃蒸、三級蒸餾節能型常壓蒸餾技術應用其中，并使用真空技術來降低低壓降、高減壓的拔除率，是其研發出的煉油裝置成為目前國內最大的長減壓裝置。經過實際的投入運用，該常減壓設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11千克標油。

3.催化重整技術創新

在煉油裝置中的體現催化重整是在催化劑的作用下，對油餾分中的烴類分子結構進行重新排列成新的分子結構的過程。石油在煉制的過程中需要在加熱、氫壓和催化劑發揮作用的共同環境中，讓原油中蒸餾所得的輕汽油餾分轉變成富含芳烴的高辛烷值汽油，并副產液化石油氣和氫氣的過程。催化重整中可以用作汽油調合組分，也可以使用芳烴抽提制取苯、甲苯和二甲苯，副產的氫氣是煉油廠中重要的氫氣來源。需要注意的是，制氫裝置轉化爐的結果與其他工業爐的結構不同，爐管里都裝有催化劑，并在關于制氫反應過程是在爐管內完成的。爐內溫度較高，達到1000°C，反應介質出口溫度為800°C左右。而催化重整技術的創新主要是在其中應用了新型再生器催化劑分布器，能均勻的分布下料，有效提升反應器的利用率和催化劑的再生治療。該技術在進氣方式及氣體分配流動技術也有所創新改進，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的壓力降和氣體在軸向的壓力分布情況。這些技術方面的創新都有助于提升整個催化重整技術的效果。

4.新型塔板、填料和冷換設備

在改進煉油中相關的化學工程技術中，選擇合適的材料能有效保證創新技術的效果發揮，并能幫助煉油廠的合理成本管理。新型規整的填料或亂堆填料已經成為催化裂化中吸收穩定塔和常減壓塔的主要材料。高效換熱器也已經成為常減壓裝置的主要構件，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，表面蒸發冷凝器、表面多孔管換熱器也已經在煉油裝置中得到廣泛的應用與普及。

三、化學工程技術創新在有機原料方面

1.乙烯成套技術

自“九五”計劃以來，我國乙烯事業就開始快速的發展，僅2000年中國石化集團公司的乙烯產量就達到287×104t，并且在乙烯成套技術方面有了很好的創新和發展。石化股份公司對裂解爐和分離工藝技術進行了創新改進，通過在文丘里管流量控制技術對裂解原料在眾多的輻射段爐管中的流量實現了精密的均勻分布控制；應用“濕壁”模型解決了廢熱鍋爐結焦的問題。此外，在底部供熱和側壁供熱中是由輻射段，建立有效的供熱模式系統，讓供熱更快、更為均勻。乙烯分離技術一直是化學工程技術集中度非常密集的一個范圍，并且對于乙烯大型化節能效果與深冷條件都有著非常嚴苛的要求。通過對該技術的不斷研究與創新，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創新、改進的切入點。如今該項技術已經成功的在石油化工中得到使用。

2.甲苯歧化和烷基轉移成套技術

甲苯歧化和烷基轉移技術是芳烴技術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，并以此為基礎研制出大型軸向固定床反應器和反應器進口氣體分布器，以提升甲苯歧化反應的效率，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移成套技術所使用的40×104t/a已經安全、穩定的使用了6年。

3.苯乙烯成套技術

在苯脫氫制成苯乙烯的成套技術中，乙苯脫氫軸徑向反應器是該項技術的創新點。對反應器中的原料與反應物料流向進行更合理、更環保、更節約的改進，能降低對催化劑的使用量，并提升乙苯烯的制成率。華東理工大學在6×104t/a和10×4t/a的反應器中進行多次實驗后，終于建立了兩維氣體的數學模型，并計算出反應器入口處軸向催化器的氣封高度。另外，也有研究發現使用新型的高效靜態混合器，是解決原有反應器入口處乙苯與水蒸氣在高溫和高速流動狀態發生的質量偏離及乙苯脫氫轉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

化工型MTBE合成及裂解一體化技術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新：(1)使用帶有環柱形催化劑裝填構件，以實現深液層塔盤的催化蒸餾技術的使用；(2)在預反應器中是由外循環工藝，改變床層抽出的位置。這兩點的創新抓住了化工型MTBE合成及裂成一體化技術的關鍵所在，因此其所發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，并適當的放大固定床反應器，并對裂解產物分離和精餾塔系進行合理的設計。目前該項技術已經得到很好的使用，以燕化公司為例，其所生產的高純度異丁烯很好的與丁基橡膠合成。

結論

化學工程技術的創新對石化工業裝置建設的發展發揮著重要的促進作用，但也正是因為石化工程裝置建設要不斷滿足市場的需求，不斷自我發展，自我突破，才為化學工程技術提供了良好創新環境。二者相輔相成，相互促進。所以只有不斷注重化學工程技術的創新，重視合理的引進、吸收國外的經驗，并根據本國的國情與條件進行合理的研究，是能有發現好的創新點，大大提升化學工程技術的效率。

作者：黃贊發 單位：九江檢安石化工程有限公司