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2021年底，由上海石油化工研究院自主開發(fā)的高收率烯烴催化裂解技術(shù)獲得了美國(guó)《烴加工》雜志最佳石油化工技術(shù)獎(jiǎng)，這是我國(guó)石化技術(shù)首次獲得該獎(jiǎng)項(xiàng)，標(biāo)志著此項(xiàng)技術(shù)受到全球石油化工領(lǐng)域同行的高度關(guān)注和充分認(rèn)可，對(duì)我國(guó)石化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)具有重要意義。
最佳石油化工技術(shù)獎(jiǎng)是全球石油煉制與化工領(lǐng)域最重要的專業(yè)核心期刊《烴加工》雜志設(shè)置的獎(jiǎng)項(xiàng)，每年評(píng)選一次，是行業(yè)內(nèi)最具影響力的獎(jiǎng)項(xiàng)之一。此次獲獎(jiǎng)的高收率烯烴催化裂解技術(shù)由上海院與工程建設(shè)公司合作開發(fā)，是一種生產(chǎn)乙烯、丙烯等高價(jià)值化學(xué)品的新工藝，可將石油煉制、煤化工等過(guò)程中副產(chǎn)的低價(jià)值烯烴高效轉(zhuǎn)化，從而大幅增加乙烯、丙烯等高價(jià)值化學(xué)品產(chǎn)量，同時(shí)顯著降低能耗和碳排放。據(jù)了解，該技術(shù)每加工100萬(wàn)噸副產(chǎn)低價(jià)值烯烴，可產(chǎn)出乙烯、丙烯等高價(jià)值化學(xué)品81.3萬(wàn)噸，技術(shù)整體處于世界領(lǐng)先水平，經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大。
面向國(guó)家重大需求，勇挑研發(fā)重?fù)?dān)
乙烯是化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料，被譽(yù)為“石化工業(yè)之母”，是衡量一個(gè)國(guó)家石油化工發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。隨著人們生活水平的不斷提高，全球化工產(chǎn)品需求持續(xù)增長(zhǎng)，作為化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料，乙烯、丙烯的需求量也相應(yīng)增加。
與此同時(shí)，隨著我國(guó)乙烯生產(chǎn)和原油加工能力的提高及煤制烯烴（MTO）產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，副產(chǎn)的碳四+烯烴大量增加。“舉例來(lái)說(shuō)，一套年產(chǎn)60萬(wàn)噸烯烴的MTO裝置，每年副產(chǎn)碳四及碳四以上輕烴12萬(wàn)~13萬(wàn)噸，如果僅按照常規(guī)利用途徑，直接對(duì)外銷售或者作為燃料使用，附加值較低。”集團(tuán)公司高級(jí)專家、上海院副總工程師滕加偉介紹。因此，如何利用好這部分?jǐn)?shù)量可觀的寶貴烯烴資源、增加其附加值，對(duì)提高我國(guó)石化資源利用率、推動(dòng)石化企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展至關(guān)重要。
烯烴催化裂解（OCC）技術(shù)是一種生產(chǎn)丙烯和乙烯的新工藝，可將石油化工、煤化工副產(chǎn)的低價(jià)值烯烴，通過(guò)催化的方法進(jìn)行高效轉(zhuǎn)化，大幅增加丙烯、乙烯等高價(jià)值化學(xué)品產(chǎn)量。
“烯烴催化裂解的反應(yīng)遵循正碳離子、β鍵斷裂的常規(guī)反應(yīng)機(jī)理，產(chǎn)物極其復(fù)雜，從碳一到碳十的產(chǎn)物種類超過(guò)300種，而我們的目標(biāo)產(chǎn)物只是其中的乙烯和丙烯。如何才能打破常規(guī)，提高OCC反應(yīng)的選擇性？這個(gè)問(wèn)題極具挑戰(zhàn) 。”滕加偉說(shuō)。而作為OCC反應(yīng)的原料，烯烴化學(xué)性質(zhì)活潑，在高溫下極易發(fā)生積炭導(dǎo)致催化劑快速失活，影響裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，開發(fā)選擇性高、穩(wěn)定性好的烯烴裂解催化劑及反應(yīng)工藝，是多年來(lái)國(guó)內(nèi)外各大石油公司亟待突破的技術(shù)瓶頸。
為破解難題，上海院在國(guó)家和中國(guó)石化項(xiàng)目的支持下，自2000年開始技術(shù)攻關(guān)，歷經(jīng)20余載持續(xù)創(chuàng)新，成功開發(fā)了高收率的OCC催化劑及成套技術(shù)劑，并應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外煤化工裝置，為推動(dòng)我國(guó)煤化工企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐。
堅(jiān)持不懈攻關(guān)，加快突破核心技術(shù)
烯烴催化技術(shù)的核心是催化劑和反應(yīng)工藝。圍繞攻關(guān)重點(diǎn)，2000年，上海院組成OCC項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，從基礎(chǔ)研究做起，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)嘗試，創(chuàng)制了全結(jié)晶復(fù)合孔催化新材料，突破了全新反應(yīng)工藝流程等關(guān)鍵技術(shù)，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第一代OCC成套技術(shù)。
2009年，第一代OCC技術(shù)首次在中原石化實(shí)現(xiàn)工業(yè)轉(zhuǎn)化，此后又分別在中天合創(chuàng)和中安聯(lián)合建成20萬(wàn)噸/年和10萬(wàn)噸/年的工業(yè)裝置。該技術(shù)通過(guò)與甲醇制烯烴（MTO）裝置集成，顯著提升了裝置的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，收到了良好效果。
近年來(lái)，OCC項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)再接再厲，堅(jiān)持催化材料創(chuàng)新與工藝創(chuàng)新緊密協(xié)同，在原有基礎(chǔ)上，開發(fā)出新一代高收率OCC催化劑及工藝技術(shù)，使雙烯收率再獲提高。
與第一代OCC技術(shù)相比，新工藝技術(shù)有了很多不同之處。“本著綠色環(huán)保的原則，我們更新了OCC工藝流程，生產(chǎn)中無(wú)須添加含硫化合物，不會(huì)產(chǎn)生含硫廢水，環(huán)保性能突出。”滕加偉說(shuō)，“不僅如此，我們還十分注重智能化生產(chǎn)，采用反應(yīng)器自動(dòng)切換技術(shù)，讓裝置操作更加安全穩(wěn)定。”
此外，技術(shù)人員創(chuàng)新分子篩晶面各項(xiàng)異性理論，發(fā)明了晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)分子篩合成技術(shù)，可通過(guò)晶面選擇性吸附，改變分子篩晶體表面生成能，實(shí)現(xiàn)對(duì)分子篩催化材料形貌的調(diào)控，能有效減少副反應(yīng)、提高雙烯選擇性。同時(shí)，他們還研發(fā)出活性中心定向調(diào)控的全結(jié)晶分子篩催化劑制備技術(shù)，顯著提高了新型催化劑的選擇性，使雙烯收率達(dá)到81%，反應(yīng)空速是國(guó)外同類技術(shù)的1.5倍。
二十載苦心孤詣，終得碩果花開
2020年，第二代高收率OCC成套技術(shù)在山東成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明，裝置實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷、高水平運(yùn)行，雙烯收率達(dá)到81.3%。
“該技術(shù)具有收率高、原料適應(yīng)性強(qiáng)、反應(yīng)空速高、工藝高效綠色、投資低等特點(diǎn)，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了全結(jié)晶分子篩催化新材料的工業(yè)應(yīng)用，開創(chuàng)了一條把低附加值混合碳四及碳四以上烯烴轉(zhuǎn)化為高附加值丙烯、乙烯的全新工藝路線。”滕加偉介紹，“第二代高收率的OCC技術(shù)與MTO裝置集成，可將MTO裝置的醇耗由2.90降低為2.58。這樣的數(shù)據(jù)，即使放在全球20多套運(yùn)行的MTO裝置中，也處于領(lǐng)跑水平。”
截至目前，OCC催化劑及其配套工藝技術(shù)等系列成果已獲得中國(guó)發(fā)明專利授權(quán)82項(xiàng)、美國(guó)發(fā)明專利兩項(xiàng)，形成中國(guó)石化專有技術(shù)1項(xiàng)，并獲得2013年國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、2014年中國(guó)專利金獎(jiǎng)。自2021年OCC成套技術(shù)成功出口“一帶一路”國(guó)家后，目前許可的國(guó)內(nèi)外企業(yè)共7家，其中4家已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，包括目前世界最大規(guī)模的中天合創(chuàng)20萬(wàn)噸/年烯烴裂解裝置。
2021年，喜訊再次傳來(lái)：OCC技術(shù)首次榮獲2021年度美國(guó)《烴加工》雜志最佳石油化工技術(shù)獎(jiǎng)。“這說(shuō)明OCC技術(shù)始終為全球石油化工領(lǐng)域同行高度關(guān)注，我們的技術(shù)得到了他們的充分認(rèn)可。”滕加偉說(shuō)，“這項(xiàng)技術(shù)的成功研發(fā)，為我國(guó)碳四及碳四以上輕烴的深加工和增值利用開辟了一條新路，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)丙烯生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新、滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)丙烯的重大需求具有重要作用。”
展望未來(lái)，OCC技術(shù)將為建設(shè)化工型煉廠、提升乙烯裝置烯烴收率等方面提供新的解決方案，具有廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)緩解行業(yè)供需矛盾、助力企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)具有積極意義。
