[01003625]乙烯急冷系统大型化关键技术与应用

乙烯是石油化学工业最重要的基础原料之一，其合成产品涉及国民生产、生活、国防等多个领域。中国大型乙烯生产技术和装置长期依靠进口，开发大型化乙烯生产技术对中国乙烯工业乃至国民经济的发展具有重要意义。乙烯生产中急冷系统是乙烯裂解反应后的核心分离装置。长期以来，由于如下瓶颈问题导致中国大型化乙烯技术被国外恶性垄断：1)裂解气组分复杂、操作条件恶劣多变、流动过程易结焦以及急冷分离塔的放大效应导致各组分热力学基础数据缺乏，难以进行全流程及流体力学精准模拟；2)气液两相流经塔内件时接触不充分导致塔内传质传热效率低、压降高、易结焦，从而难以实现高效分离和能量回收；3)由于塔内气液分布不均及分布器构件变形导致塔内气液流动不均匀并造成内构件堵塞，致使装置难以长周期稳定运行等。根据国家“十五”到“十三五”战略计划及国际乙烯行业大型化发展趋势，该课题组从1994年开始，针对上述大型乙烯急冷装置技术难题，完成了基础理论模型的构建与方法的建立，以及关键塔内件技术的研发与应用，有效地解决了该系统放大过程的若干技术难题，取得如下重要创新成果：(1)乙烯急冷系统大型化理论模型及方法的建立。提出了基于二次油模拟的拟真组分模型、大型塔内复杂流体力学模型及大型支撑结构在复杂条件下的固体力学模型相结合的乙烯装置急冷系统理论模型，实现了乙烯急冷系统的流程计算与优化、流体流动状态分布、大型构件应力应变分布的精准模拟，多项关键指标计算误差接近于0。(2)乙烯急冷系统大型化塔盘及填料关键技术的发明与应用。发明了大型乙烯急冷系统高效率、低阻力、高抗堵塞能力的多溢流低液面梯度组合固阀塔盘、具有导向固舌孔的人字板和增强型I-IMTP填料、IE-GRID格栅填料，使得大型乙烯急冷装置的压降降低达40%，节能超过24%，分离效果显著提高。(3)乙烯急冷系统大型化气液分布技术的发明与应用。发明了变截面和变孔径液体预分布技术、切向环流气体分布技术、重力型液体均匀分布技术等塔内构件关键技术，解决了大型乙烯急冷系统在放大过程中出现的分布不均、易堵塞、易变形等工程技术难题，使得装置的稳定运行周期提高50%以上。该项目授权12项中国专利，发表论文41篇，形成了具有自主知识产权的大型乙烯装置急冷系统国产化关键技术品牌。项目成果先后应用于国内14家大中型乙烯生产装置中，部分应用企业三年累计新增销售额80.3亿元，新增利润10.2亿元。该技术被全国乙烯工业协会、美国蒸馏研究公司(FRI)等国内外权威组织机构鉴定为世界先进水平的清洁生产技术，突破了制约中国大型乙烯工业发展的重要技术瓶颈，推动了中国乙烯工业生产的整体技术水平。相关主要成果在多项包括美国化工协会AIChE等国际知名学术会议上进行报告，受到与会同行专家多次好评。该项目的成功开发与应用，使中国大型乙烯生产技术及装置进口率从100%降至30%以下，也促进了国内相关设备制造业的发展。