面壁十年圖破壁
文章來源：中國化工報 更新時間：2020-04-15 13:56:59
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苯乙烯單體(SM)是重要的有機化工原料，是僅次于PE、PVC、EO 的第四大乙烯衍生產(chǎn)品，應(yīng)用極為廣泛。其下游產(chǎn)品——聚苯乙烯的產(chǎn)量在合成樹脂中位居第四。近年來，隨著聚苯乙烯應(yīng)用的增長，苯乙烯單體的工業(yè)需求也急劇增加。然而，我國大型苯乙烯裝置技術(shù)長期依賴國外，30萬噸/年及以上規(guī)模的苯乙烯裝置全部應(yīng)用國外技術(shù)。開發(fā)技術(shù)先進的大規(guī)劃化苯乙烯技術(shù)對于推動民族產(chǎn)業(yè)發(fā)展，解決大型苯乙烯裝置技術(shù)領(lǐng)域“卡脖子”問題具有重要意義。 常州瑞華化工工程技術(shù)股份有限公司在國內(nèi)苯乙烯技術(shù)的既有基礎(chǔ)上，面壁十年圖破壁，開發(fā)出新型大型化反應(yīng)器以及獨具特色的高溫管線工程處理技術(shù)，主要技術(shù)指標達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。特別是30萬噸/年苯乙烯成套技術(shù)裝置的成功穩(wěn)定運行，推動了國產(chǎn)大型苯乙烯成套技術(shù)的進步。 打破壟斷 首套國產(chǎn)化大裝置獲成功 瑞華公司從2007年4月起致力于苯乙烯國產(chǎn)化工藝技術(shù)的研發(fā)推廣，并在10年前提出將大型化苯乙烯成套技術(shù)研發(fā)作為長期任務(wù)，以保持苯乙烯技術(shù)研發(fā)的持續(xù)性。在公司科技研發(fā)帶頭人、董事長徐志剛博士的帶領(lǐng)下，來自國內(nèi)的一大批研發(fā)精英齊聚江蘇常州，經(jīng)過不懈努力，成功開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的苯乙烯新技術(shù)。2008年，公司簽下山東玉皇化工有限公司20萬噸/年苯乙烯項目。該項目建成投產(chǎn)后，公司又于2013年承接新陽科技集團有限公司60萬噸/年乙苯及30萬噸/年苯乙烯成套技術(shù)工業(yè)應(yīng)用項目，并于2016年5月一次開車成功——這是我國首套大型國產(chǎn)化苯乙烯成套技術(shù)項目。 2019年7月10日，新陽科技60萬噸/年乙苯及30萬噸/年苯乙烯成套技術(shù)工業(yè)應(yīng)用項目在北京通過中國民營科技促進會組織的科技成果評價。與會專家一致認為，該成套技術(shù)具有自主知識產(chǎn)權(quán)，技術(shù)水平達到國內(nèi)領(lǐng)先，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。專家組認為，該項目開發(fā)了低能耗液相烷基化乙苯合成和高真空、低水比乙苯絕熱脫氫反應(yīng)工藝，設(shè)計了獨特的乙苯脫氫高溫系統(tǒng)處理方案，形成了30萬噸/年苯乙烯成套新技術(shù);設(shè)計了脫氫反應(yīng)器、乙苯過熱器和中間換熱器等關(guān)鍵設(shè)備，提高苯乙烯產(chǎn)能10%，延長了設(shè)備運行周期，裝置運行穩(wěn)定;裝置實現(xiàn)物耗1.0555噸(苯+乙烯)/噸苯乙烯，能耗208.9千克標油/噸苯乙烯，與國標GB32053-2015的先進指標相比，能耗降低21%;經(jīng)常州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所檢驗，苯乙烯純度達到99.9%，優(yōu)于國標GB/T3915-2011優(yōu)級品99.8%的指標。 據(jù)徐志剛介紹，目前國內(nèi)苯乙烯裝置總能耗一般約為280千克標油/噸苯乙烯，總物耗一般為1.075噸(苯+乙烯)/噸苯乙烯，而先進苯乙烯技術(shù)總能耗一般為180千克標油/噸苯乙烯左右，總物耗一般為1.06噸(苯+乙烯)/噸苯乙烯，以30萬噸/年苯乙烯裝置為例，由于該成套技術(shù)達到業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平，能耗物耗降低，每年可以節(jié)省成本費用約8000萬人民幣左右。 徐志剛告訴記者，應(yīng)用國內(nèi)技術(shù)建設(shè)的苯乙烯裝置，特別是早期建設(shè)的，存在能耗物耗高、經(jīng)濟效益差等問題。在該成套技術(shù)開發(fā)成功之前，我國30萬噸/年及以上規(guī)模的苯乙烯裝置全部應(yīng)用國外技術(shù)。新陽科技30萬噸/年苯乙烯項目投產(chǎn)后運行良好，至成果評價時已經(jīng)連續(xù)3年多實現(xiàn)了長滿優(yōu)穩(wěn)定運行，各項性能指標優(yōu)異，成為國內(nèi)苯乙烯技術(shù)建設(shè)應(yīng)用規(guī)模最大、運行業(yè)績最優(yōu)的裝置。 “截至目前，公司先后承擔了24套苯乙烯項目，總產(chǎn)能超過400多萬噸，最近幾年簽訂了7套大型苯乙烯項目，合計產(chǎn)能200萬噸，其中多套30萬~45萬噸/年項目在建。”徐志剛告訴記者，首套40萬噸/年苯乙烯成套技術(shù)裝置建設(shè)目前已經(jīng)接近尾聲，或?qū)⒂诮衲?月建成中交。
通過專家評價的首套大型苯乙烯成套技術(shù)裝置外景 投入巨資 大型成套技術(shù)研發(fā)成果豐 據(jù)徐志剛介紹，該公司十分重視企業(yè)的科技創(chuàng)新與研究工作，每年都要投入占當年營業(yè)收入的15%的資金用于項目技術(shù)的研發(fā)和攻關(guān)，僅苯乙烯成套技術(shù)項目研發(fā)，近年來就已投入4600萬元，并獲得20多項專利。 目前，30萬噸年苯乙烯成套技術(shù)已向多家石化公司轉(zhuǎn)讓，已經(jīng)建設(shè)完成的30萬噸/年苯乙烯裝置均一次開車成功，裝置運行穩(wěn)定，各項技術(shù)指標達到設(shè)計值。新陽科技集團有限公司的60萬噸/年乙苯及30萬噸/年苯乙烯裝置，于2016年5月一次開車成功，該裝置能耗物耗達到國際領(lǐng)先水平，成為國內(nèi)苯乙烯技術(shù)建設(shè)應(yīng)用最大規(guī)模及最優(yōu)運行業(yè)績裝置。 徐志剛說，該成套技術(shù)主要應(yīng)用在烯烴與芳烴的烷基化、飽和烴脫氫領(lǐng)域，主要推廣應(yīng)用對象為乙苯苯乙烯生產(chǎn)裝置，其他類似的烷基化及飽和烴脫氫也可應(yīng)用該工藝技術(shù)，例如甲基苯乙烯、α甲基苯乙烯、二乙烯基苯等裝置。 徐志剛表示，包括苯乙烯在內(nèi)的不飽和芳烴在國內(nèi)需求量大，我國苯乙烯一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，每年進口大量的苯乙烯單體產(chǎn)品。在國際上，特別是東南亞地區(qū)苯乙烯資源緊缺的國家，推廣應(yīng)用具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的大型苯乙烯成套技術(shù)也有廣闊市場空間。目前，公司正在逐步研發(fā)完善40萬噸、50萬噸、60萬噸苯乙烯成套工藝技術(shù)項目，未來還將啟動80萬噸/年項目，打造世界一流的超大型化苯乙烯成套技術(shù)，以先進技術(shù)滿足國內(nèi)外市場需求。
公司技術(shù)團隊進行研發(fā)工作 攻堅克難 破解多項技術(shù)難點與瓶頸 據(jù)介紹， 該成套技術(shù)的研發(fā)及其在新陽科技60萬噸/年乙苯及30萬噸/年苯乙烯項目應(yīng)用過程中，研發(fā)人員攻克了乙烯冷儲汽化及供應(yīng)問題，解決了在低苯烯比條件下烴化反應(yīng)乙苯選擇性不高、副產(chǎn)物多、能耗大的問題，以及低溫位熱量回收及利用、高真空反應(yīng)、高溫系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面的技術(shù)難點和工藝瓶頸。 一是采用冷量回收工藝。低溫乙烯的冷量利用10℃的冷凍水回收，增壓氣化至4.0MPa的同時，冷凍水吸收冷量降溫至5℃。該冷凍水可以應(yīng)用到苯乙烯裝置的冷凍水換熱器，可滿足30萬噸/年苯乙烯裝置冷凍水需要。根據(jù)乙烯來源不同，設(shè)置不同增壓汽化方式，通過動態(tài)模擬解決系統(tǒng)穩(wěn)定性，為乙苯裝置提供穩(wěn)定原料供應(yīng)。 二是設(shè)計烴化反應(yīng)工藝溫度為210~250℃，可以回收更多高品位蒸汽，乙烯空速0.8h-1、苯烯比3.5、8段催化劑床層反應(yīng)工藝、催化劑選擇孔徑高度集中的EBZ-500分子篩催化劑、設(shè)計成分布密度高的乙烯分布器，減少乙烯齊聚反應(yīng)，提高乙苯選擇性。而且設(shè)置保護反應(yīng)器工藝技術(shù)，在保護反應(yīng)器對反應(yīng)物料雜質(zhì)進行處理，保證主反應(yīng)器的穩(wěn)定運行;原料苯可以使用加氫苯為原料，降低生產(chǎn)成本。烴化反應(yīng)器采用8段反應(yīng)床層，按照單段反應(yīng)器床層苯烯比28設(shè)置，那么總的烴化反應(yīng)苯烯比3.5，增加反應(yīng)出料乙苯濃度至30%左右，減少分離能耗及循環(huán)苯泵電耗，反應(yīng)器段間廢熱鍋爐采用串級控制方案，無切斷閥門，反應(yīng)系統(tǒng)壓降低，進入反應(yīng)系統(tǒng)原料的增壓能耗低。 三是低溫位熱量回收及利用采用低溫冷卻水冷凝工藝，結(jié)合苯乙烯裝置乙苯汽化器的氣化壓力優(yōu)化，在滿足脫氫反應(yīng)系統(tǒng)前提下，采用低壓降設(shè)備，將乙苯汽化器的操作壓力控制在80kPaA，可以使用140KPaA蒸汽作為一次配氣，該一次配氣即為乙苯單元回收140kPaA蒸汽。回收該蒸汽的實施方法為降低設(shè)備壓降，提高冷凝溫度，通過換熱器優(yōu)化設(shè)計，副產(chǎn)140kPaA蒸汽，30萬噸/年乙苯裝置副產(chǎn)140kPaA蒸汽3噸/小時。 四是開發(fā)了高真空反應(yīng)系統(tǒng)，在不降低壓縮機入口壓力的情況下，保持第二反應(yīng)器出口壓力35kPaA，反應(yīng)系統(tǒng)壓降16kPaA，保證乙苯脫氫反應(yīng)性能，為國內(nèi)首套高真空低水比脫氫反應(yīng)系統(tǒng)。 五是能夠有效保證高溫系統(tǒng)(主要包括第一脫氫反應(yīng)器、第二脫氫反應(yīng)器、中間換熱器、加熱爐、乙苯過熱器、靜態(tài)混合器、預混合器等設(shè)備及相關(guān)連接的高溫管線)的穩(wěn)定性，為苯乙烯裝置連續(xù)穩(wěn)定運行打好基礎(chǔ)。該成套技術(shù)工藝包針對乙苯脫氫反應(yīng)高溫系統(tǒng)的熱應(yīng)力問題有創(chuàng)造性解決方案。將中間換熱器采用單獨設(shè)置方式，并將高溫系統(tǒng)的熱應(yīng)力問題分解為水平方向及豎直方向。水平方向通過反應(yīng)器及中間換熱器的優(yōu)化設(shè)計，使得第一脫氫反應(yīng)器出口管口與中間換熱器進口管口在同一水平線上，管口之間設(shè)置相應(yīng)的高溫膨脹節(jié)來處理水平熱應(yīng)力，膨脹節(jié)不易損壞;在豎直方向，第一脫氫反應(yīng)器與中間換熱器設(shè)備筒體溫度基本相同，設(shè)備的膨脹量基本相同，而且設(shè)備裙座放置在同一高度，各裙座至管口的高度一致，膨脹的起始位置相同，解決豎直方向的應(yīng)力問題。中間換熱器底部出口通過U型管道連接第二脫氫反應(yīng)器，U型管道的水平段通過膨脹節(jié)解決水平熱應(yīng)力，豎直方向的U型管道溫度相同，金屬膨脹量也相同，高溫系統(tǒng)十分穩(wěn)定。
30萬噸苯乙烯裝置全景 產(chǎn)學研用 合作攻關(guān)各類新技術(shù)產(chǎn)業(yè) 瑞華公司一直注重科技創(chuàng)新，并大力推進產(chǎn)學研用合作。 自2012年起，公司就與北京化工大學簽訂了實驗室合作共建協(xié)議，建設(shè)了化學化工實驗室，配置10余套固定床反應(yīng)裝置、等溫床反應(yīng)裝置，5臺氣相色譜儀、液相色譜儀等分析測試儀器，2套20L聚合反應(yīng)釜，1套降膜流體力學測試試驗裝置，以及其它理化分析與實驗設(shè)備完備。隨后，公司又與常州大學合作，開設(shè)常州大學圖書館資料查詢通道，依托常州大學分析測試中心對實驗特殊分析進行支持，并在二乙烯基苯、順酐、丁烷異構(gòu)化等項目上開展產(chǎn)學研相關(guān)合作。公司還與上海交大合作建立催化劑中試試驗平臺，對開發(fā)的新型催化劑進行試生產(chǎn)試驗，以解決生產(chǎn)放大問題。 近年來，該公司還與華東理工大學在C4-NMP氣液相平衡研究、高濃度對二甲苯結(jié)晶過程研究等多個科研項目中進行合作，進而開發(fā)了對二甲苯的結(jié)晶精制技術(shù)，形成了12萬噸/年的對二甲苯結(jié)晶精制成套技術(shù)工藝包，并以該技術(shù)建設(shè)了12萬噸/年對二甲苯結(jié)晶精制裝置。 2019年，公司與中國工程院院士，華東理工大學教授、博導，化學工程聯(lián)合國家重點實驗室學術(shù)委員會主任袁渭康合作成立了院士工作站，合作開發(fā)HOPO工藝，促進環(huán)氧丙烷生產(chǎn)技術(shù)進步。 目前，公司3000平方米的研發(fā)中心已啟動建設(shè)，將供各科研項目研究使用。其中，一期工程投資逾500萬元，將建設(shè)多普勒激光測速系統(tǒng)、高溫熔鹽工程力學測試系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上，增強公司產(chǎn)品開發(fā)和系統(tǒng)整合能力。
公司下屬的裝備制造基地 公司簡介 常州瑞華化工工程技術(shù)股份有限公司成立于2007年，坐落于常州市武進區(qū)科教城，是一家從事石油化工領(lǐng)域的工程與技術(shù)服務(wù)的專業(yè)公司。公司擁有多項專利技術(shù)，2010~2018年一直被命名為國家高新技術(shù)企業(yè)，業(yè)務(wù)涵蓋化工新技術(shù)研發(fā)，化工工藝及工程設(shè)計、工程管理、專利設(shè)備的設(shè)計及制造、技術(shù)服務(wù)。公司與國內(nèi)外多家大型石油化工企業(yè)建立了良好的業(yè)務(wù)往來，并與工程公司、專利商、各行業(yè)協(xié)會及大型設(shè)計院、研究院建立了穩(wěn)固的合作關(guān)系。 2016年，公司啟動新三板上市計劃，并于2018年7月正式掛牌新三板(瑞華技術(shù)872869)。公司現(xiàn)有員工33人，其中30人為技術(shù)開發(fā)人員，均為本科以上學歷，其中碩士以上學歷16人。此外，公司十分注重知識產(chǎn)權(quán)保護，已申請及授權(quán)專利達50余項。 |
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