当今工业规模的裂解炉都是大型化的，其生产能力大到单炉的乙烯产能为30万t/a。裂解炉的热效率高达94%，大约只需要30%燃烧热用作反应的热量。蒸汽裂解装置裂解炉部分的燃烧负荷可以达到850MW，以尽可能减少排放物。本文将就裂解炉及其应技术的进展情况进行分析。

原料在裂解炉中发生裂解和裂化反应。当今工业规模的裂解炉都是大型化的，其生产能力大到单炉的乙烯产能为30万t/a。原料进入对流部分后进行加热并与蒸汽混合，在600℃左右离开，对流部分的蒸汽/烃混合物进入辐射部分，加热到820~850℃，在0.1~0.5s间发生裂解反应。裂解气在转油钱换热器中很短时间内被冷却下来，以终结裂解并避免裂解气中高活性组分的二次反应。为了以高压蒸汽回收热量，用沸腾的高压水进行冷却，蒸汽在汽室中汇集后用于驱动分离部分的压缩机。

当今裂解炉的热效率高达94％，大约只需要30％燃烧热用作反应的热量。蒸汽裂解装置裂解炉部分的燃烧负荷可以达到850?MW且需要测定，以尽可能减少排放物。需要专门测定的典型排放物是：NOx（80~100mg/m3）、CO和除焦作业时产生的粉尘。NOx用LoNOx、燃烧器或DeNOx装置与裂解炉组合来控制；CO和粉尘通过除焦气绕行到炉膛来控制和用旋风分离器来除尘。大型乙烯装置的特性数据如表1所列。

产能扩大并降低成本

2011年2月25日，由惠生工程(中国)有限公司承建的世界上单台产能最大的乙烯裂解炉投用成功。该裂解炉产能达到19.2万t/a，已在扬子-巴斯夫有限责任公司投产并运行，刷新了裂解炉单台产能的世界纪录。此前，国内单台产能最大的15万t/a乙烯裂解炉也由惠生工程承建。该裂解炉采用了行业领先的S&W(石伟)专利技术，双辐射室的设计可实现分炉膛裂解和分炉膛烧焦，操作上更加灵活。

我国大型乙烯裂解炉成套技术也将走出国门。由北京圣光能源控股公司代理出口、具有我国自主知识产权的10万t/a大型乙烯双炉膛裂解炉技术及成套设备将出口东南亚。2011年2月，中国石化科技开发有限公司与该公司签署了蒸汽裂解制乙烯技术和大型双炉膛乙烯裂解炉成套设备出口合同。大型双炉膛乙烯裂解炉是在国产CBL-Ⅳ型裂解炉技术基础上由中国石化自行研发和制造，效果不逊于国外的SRT型等裂解炉。该炉选择性高，运转周期长，热效率高，总体技术达到国际先进水平。

由天华化工机械及自动化研究设计院和北京石化建设工程公司(SEI)、北京化工研究院联合开发的单台能力达15万t裂解炉，于2011年5月通过中国石化组织的技术鉴定。该裂解炉各项技术指标均达到国际同类裂解炉先进水平。这套采用自主技术制造的我国目前最大能力的双炉膛15万t/a大型裂解炉，于2010年7月26日在镇海炼化100万t乙烯装置投用，并一次开车成功。经过近1年的运转及考核标定，表明该裂解炉在目的产品选择性、热效率、生产能力方面均达到或超过设计值，装置运行平稳可靠，具有投资省、占地少等优点。

2011年10月11日，“天津/镇海百万吨乙烯成套技术”通过中国石化股份公司科技开发部组织的鉴定。这标志着中国石化成套乙烯装置的技术开发迈上了一个新台阶，特大型乙烯装置工程设计国产化实现零的突破。该成套技术以馏分油为主要原料的100万t/a乙烯装置中，裂解炉首次全部采用国产化CBL裂解技术，并开发、设计、建成首台15万t/a双炉膛裂解炉，且实现了分炉膛烧焦。运行结果表明，裂解炉技术及大型化工程设计达到国际领先水平。在与国外公司合作开发的100万t乙烯回收工艺包中，集成了多项中国石化开发的具有自主知识产权的单元技术。项目针对乙烯装置大型化后的工程技术问题进行了协同攻关，解决了塔器、压缩机、冷箱、高效换热器等装备、控制系统及配管等方面的工程设计难题，进行了系统优化，自主完成了天津、镇海两套100万t/a乙烯装置的基础设计及详细设计。运行结果表明，工程设计可靠，设备选型合理，达到国际先进水平。百万吨乙烯装置关键设备——超长线性急冷锅炉、低氮氧化物底部燃烧器、裂解气压缩机、丙烯制冷压缩机及冷箱的设计、制造国产化，获得重大突破。两套乙烯一年多运转和考核结果表明，乙烯装置的生产能力及能耗，裂解炉的乙烯丙烯收率、热效率、运行周期，乙烯分离系统的乙烯回收率、氢气回收率等均优于攻关目标，主要技术经济指标达到国际同类装置领先水平，具有显著的经济和社会效益。

2011年2月20日，大庆石化公司化工一厂9台裂解炉实现7次装置不停炉平稳切换，标志着国内“大乙烯裂解炉对切技术”在大庆石化应用成功。大乙烯裂解炉对切技术打破大乙烯裂解装置先停后投的常规切换方式，年可为企业增效18500万元采取裂解炉对切模式，相比常规停炉切换每次可减少对乙烯产量影响10~188t。这一模式使乙烯装置在高效平稳运行的道路上又迈出了关键性一步。

技术不断创新

裂解炉管涂层可减少积碳和提高烯烃装置效率。可基本避免在蒸汽裂解装置炉管内表面发生碳沉积的涂层技术由美国Quantiam技术公司推向商业化应用。在5台乙烯裂解炉上进行的商业化规模试验表明，对于轻质原料，使用涂层后可使裂解炉清焦时间延长至1~2年，而未涂层的炉管约每30天就必须要清焦。裂解炉管内碳沉积的两个主要来源是：细丝状的焦炭，它们来自在高温下和钢管内镍和铁的催化而生成；无定形焦炭，系来自气体烃类进料裂解的沉积物。Quantiam技术公司的涂层可通过化解焦炭生成机制而防止生成。气相焦炭沉积物的累积可通过在涂层中采用催化剂而予以防止，它可使焦炭转化成CO和CO2。这种涂层是由金属基体与陶瓷和金属间组分组成的复合材料。该涂层在温度高达18130℃时也处于稳定状态，并能耐硫高达38000ppm。通过避免碳积聚，该涂层也可使能耗成本降低3%~10%，并能通过减少蒸汽使用量来提高产品生产量，使用蒸汽的一个功能在于使炉管表面被氧化以防止焦炭生成。Quantiam技术公司的中型装置能力约为645.16（内表面）m2/a，或相当于2台商业化裂解炉。通过来自巴斯夫风险投资公司和Ursataur投资管理公司各约300万美元的投资，Quantiam技术公司到2011年4月放大到1935.48（内表面）m2/a。据称，采用涂层裂解炉管的投资偿还期将小于1年。

巴斯夫公司于2011年9月下旬宣布，其子公司巴斯夫加拿大公司已联合加拿大阿尔伯塔省埃德蒙顿的Quantiam技术公司作为共同的股东，在一家新成立的公司，名为巴斯夫Qtech公司，将相关业务作为一个独立的实体启动，并且重点致力于使蒸汽裂解炉管先进的催化表面涂层推向商业化，Quantiam技术公司业已开发裂解炉管先进的催化表面涂层应用于全球石化产业。新实体的制造、研发和技术服务支持将由Quantiam团队在埃德蒙顿提供，市场和销售支持将由巴斯夫公司的催化剂分部为引领。通过组合巴斯夫公司的财政资源和催化专业知识与Quantiam技术公司强大的技术专长，将可更好地满足客户的需求，并加快先进的催化涂层解决方案的应用。预期应用于乙烷丙烷裂解的CAMOL第1代解决方案于2011年秋季正式商业化推广使用。由Quantiam开发的催化表面涂层适用于蒸汽裂解炉管的内表面，可支持烯烃的催化制造。该涂层设计旨在通过减少炭的生成、延长在线生产时间，以及减少维护时间、能量消耗和CO2排放，以提高石化裂解炉的操作盈利能力。

由北京斯伯乐科学技术研究院自主研发的新型高效乙烯装置裂解炉结焦抑制剂产品技术，2010年11月获得国家知识产权局授予的发明专利权。北京斯伯乐科学技术研究院在裂解炉结焦抑制剂的研究方面另辟蹊径，彻底改变了传统的二甲基硫类抑制剂对环境有污染、对炉管有腐蚀、抑制效果差、使用量大等缺点。该专利技术在产品体系中引入了无毒高效抑制催化结垢组分苯基硫醇类化合物、金属钝化剂、清净分散剂等，创制了关键组分的自主合成和精制。该院创新了产品在整个生产过程中无“三废”排放的环保新工艺，创建了结焦抑制剂的专有注入技术。

扬子石化烯烃厂开发的乙烯裂解炉快速烧焦新技术在乙烯新区裂解炉应用后，烧焦时间由原来的48h缩短到24h，创了国内同类型裂解炉用时最短的烧焦记录，由此可多产乙烯300t、丙烯150t，每次烧焦可增加效益约200万元。目前，扬子石化烯烃厂2套乙烯装置的所有裂解炉均采用了快速烧焦新技术。快速烧焦新技术是扬子石化烯烃厂与美国所罗门公司合作研发的一项新技术。该项技术的核心是通过减少裂解炉的烧焦时间和烧焦次数，来延长裂解炉的运行周期，从而有效提高装置的产能。

天华化工机械及自动化研究设计院、中国石化天津石化分公司共同承担的中国石化科技攻关项目——大型裂解炉用燃烧器工业应用试验通过技术鉴定。大型裂解炉用燃烧器工业应用试验项目采用先进技术开发设计的底部燃烧器，火焰扁平刚直，燃烧稳定，氮氧化物（NOx）排放量和噪音值均优于国家环保标准的规定值，燃烧性能优于国外同类产品，可完全满足工艺热流密度要求。这项成果成功实现了国内新建和改建乙烯裂解炉用燃烧系统的国产化，改变了我国大型乙烯裂解炉用底部燃烧系统长期依赖进口的局面。这一新装置已在天津百万吨乙烯裂解炉上获成功应用。

自主研发新突破

乙烯装置被誉为石油化工产业的“龙头”，规模及产能是衡量一个国家石油化工工业水平的标志。裂解炉则是大型乙烯装置的核心设备。多年来我国新建大型乙烯装置裂解炉工艺包一直依赖从国外公司引进，成本居高不下。

中国石油集团公司重大科技专项“大型乙烯装置工业化成套技术开发”大型裂解炉工艺包审查会显示，中国寰球工程公司编制完成的大型裂解炉工艺包通过审查。经过多次专家科学论证后，中石油决定设立“大型乙烯装置工业化成套技术开发”重大科技专项，依托大庆石化年120万t乙烯改扩建工程，通过引进消化吸收再创新的方式，开发并形成具有自主知识产权、达到世界先进水平的大型乙烯成套工业化技术。

中国寰球工程公司在充分借鉴国内多套乙烯裂解炉工程设计经验和生产企业操作运行经验的基础上，对大庆石化乙烯裂解炉关键部位进行了详细结构设计及应力分析计算，集成创新开发出中国石油具有自主知识产权的大型乙烯裂解炉工艺包。评审专家组一致认为，通过集成创新和自主创新，中国寰球工程公司开发的大型乙烯裂解炉工艺流程设置合理、技术风险可控，烯烃收率等技术经济指标达到国内领先水平；在“裂解炉辐射段炉管、新型螺旋板空气预热器和裂解气急冷换热器”等方面具有较强创新性。

这种工艺包内容较为全面，深度符合《石油化工装置工艺设计包的内容规定》要求，能够作为初步设计编制的依据。大型乙烯裂解炉工艺包的开发成功，标志着中石油已掌握具有自主知识产权的大型乙烯裂解炉开发和设计技术，不仅为大庆石化年120万t乙烯改扩建工程的投产奠定技术基础，而且为进一步提升我国乙烯工业自主技术水平和国产化率做出贡献。

为打造世界一流的乙烯装置水平，中国石化依据国外先进的裂解炉标准，分别在扬子石化和茂名石化各确定一台裂解炉，作为样板炉实施节能改造，在达到预期节能目标的同时，将为中国石化今后的裂解炉改造提供参考样板。2012年2月9日，扬子石化乙烯装置样板炉改造正式开工，计划4月30中交，5月初投料开车。乙烯装置一直是耗能大户，其中乙烯裂解炉的能耗又占整个乙烯装置能耗的70%以上，对装置经济技术指标构成有着重大影响。

目前，国内乙烯能耗水平与国外先进水平之间存在明显差距。为了达到国外同类装置的先进水平，中国石化集团公司实施了乙烯装置样板炉改造工程。扬子石化的样板炉为乙烯新区01号裂解炉，该台裂解炉为轻油炉，设计原料为石脑油及轻石脑油，由于工程设计、炉管材质等条件的制约，目前实际投油量约为原设计的90%，热效率只有93%左右，运行周期仅有40天左右，辐射段耐火材料老化，散热损失较大，原设计中采用普通风机，能耗较高。中国石化计划利用多项先进节能技术和节能材质对该台样板炉实施节能改造，包括变频调速技术、炉管强化传热技术、新型保温材料等。改造后，样板炉的石脑油处理能力将大大提高，炉子排烟温度将下降20℃左右，热效率将达到95%以上，运行周期将达到80天以上。目前，扬子石化样板炉改造工程正在全面施工，有序进行。

随着国内乙烯装置规模的不断扩大，乙烯装置的关键设备乙烯裂解炉、废热锅炉（简称废锅）的规模也随之扩大。裂解炉及废锅系统的长周期安全稳定运行成为制约乙烯生产的一大关键因素。但长期以来，受先天设计、工程施工、运行条件等因素的制约，大型乙烯企业的废锅经常存在泄漏等安全隐患，使装置不能满负荷运行，甚至被迫停车检修，带来不小的经济损失和运行风险。

2012年2月底，由扬子石化烯烃厂和华东理工大学共同参与的乙烯废锅下部结构优化与国产化研制项目获重大突破，解决了乙烯废锅运行中的泄漏难题，提升了大型乙烯裂解装置的设计制造水平。该项目已申请两项国家发明专利。扬子石化新区乙烯装置有30台SL-Ⅱ大型裂解炉废锅。

为了解决废锅的泄漏难题，2009年5月，扬子石化烯烃厂联合华东理工大学开始了科研攻关。攻关小组最终优化了新型分布器结构，提高了乙烯进料的均匀性，减少了结焦现象，延长了清焦周期。他们对废锅的封头结构和封头密封面形式进行改良，解决了废锅封头泄漏及高温裂解气分布不均等问题，消除了安全隐患。同时，实现了废锅重要部件的国产化，简化了废锅的维修更换程序，节省了维修时间和维修费用，并迫使国外公司降低了废锅部件的报价。目前，该技术已在扬子石化大型乙烯裂解炉废锅上应用，并有望在中石化全面推Y广应用。