PSE 技术在中国石化的研究与应用

作者:数字石油
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发布时间:2014-07-23 17:53:38
来源:数字石油

一、前言

    中国石油化工工业经过 50 多年,特别是改革开放以来的较快发展,已跻身于世界石油 化工大国行列。“十五”时期,中国石化工业的实力进一步增强,在世界石化业中的地位不 断提升。据统计,截至 2005 年底,中国原油一次加工能力约 3.53 亿吨/年,居世界第二位; 乙烯生产能力 787.5 万吨/年,居世界第二位;合成树脂生产能力2203 万吨/年,居世界第 二位;合成纤维生产能力 1310 万吨/年,居世界第一位;合成橡胶生产能力 141 万吨/年, 居世界第四位。2005 年,我国一次能源生产量达到 20.6 亿吨标准煤,消费总量为 22.2 亿 吨标准煤, 能源自给率达到 93%, 其中, 一次能源消费总量分布, 煤炭占 68.7%, 石油 21.2%, 天然气 2.8%,水电 7.3%;原油产量为1.81 亿吨,同比增长 2.8%,天然气产量为 500 亿立 方米,同比增长 20.6%,石油表观消费量为 3.17 亿吨,净进口石油 1.36 亿吨。石化工业为 国民经济的快速发展作出了积极的贡献。 经过 20 多年的改革发展和不懈地努力,中国石化集团公司已由单一的炼油化工公司发 展成为油气勘探开发、炼油化工、炼化产品销售的上中下游一体化能源化工公司,形成了较 为完整的产业体系, 已发展成为中国最大的油品和石化产品生产商及经销商, 步入了世界大 型能源化工公司行列。2005 年,中国石化集团的原油和天然气产量分别达 3927 万吨和 63 亿立方米,是中国第二大油气生产商;原油一次加工能力达 1.72 亿吨/年,成为世界第四、 亚洲最大的炼油企业;乙烯生产能力达 554.5 万吨/年,成为世界第六、亚洲第二大石油化 工企业;拥有加油站 3 万多座,成品油经营量 1.05 亿吨,是中国最大的成品油销售商。中 国石化在美国《财富》杂志世界 500 强企业中的排名从 2001 年度的第 86 位已上升到 2005 年度的第 23位,列世界石油石化公司第 7 位。中国 500 强企业第一位。 中国石化在 20 多年的发展历程中,产品结构逐步调整,资源配置不断优化,经营总量 稳步扩大,经济效益持续提高,综合实力显著增强。主要是得益于紧紧抓住国民经济快速发 展有力拉动石油石化产品需求持续增长的历史机遇,坚持“改革、调整、创新、发展”的战 略方针, 在结构调整、 科技创新、 对外开放、 企业管理等方面实施一系列有效措施所取得的。 其中很重要的是得益于持续地推进科技进步和技术创新, 得益于坚持不懈地开展 PSE 过程系 统工程技术的开发研究和应用。 近年来, 中国石化发展的实践证明 PSE 技术在中国石化的深 层次研究与应用,促进了新技术与工业化的快速结合和发展,在开发新技术、新工艺、新产 品、降本增效、节能降耗、环境保护、安全生产、科学决策等诸多方面都起到了重大的作用, 有效促进了科技进步和生产力的提高,有效促进了中国石化竞争力的提高。

    二、PSE 在中国石化的研究与应用

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    大会报告

    面对新世纪的挑战, 我们紧紧跟踪当前国际 PSE 技术在炼油化工过程开发研究、 应用的 最新进展和前沿发展趋势,结合中国石化的实际,不断推动 PSE 技术在中国石化的研究、应 用和发展,加速推进 PSE 技术向生产力转化。PSE 技术开发和应用已经从传统意义上过程系 统工程领域向宏观和微观两个方面扩展,在炼化企业的供应链、环境保护、节能、安全以及 分子模拟、过程模拟、优化操作、信息技术应用、过程和产品设计等诸多领域有所突破和创 新,为中国石化持续有效发展提供了强有力的技术支撑。 1. 掌握了当代主要的先进炼油技术 中国石化十分重视通过科技进步提升炼油工艺技术水平和整体效益。 炼油工业是过程工 业, PSE 技术在炼油新工艺新技术新催化剂的开发过程中得到了广泛应用, PSE 技术的理论、 方法都在这些技术开发过程中得到应用并贯穿于研究开发、应用的全过程。如,近年来,我 们自主开发成功了清洁汽柴油生产、 重油及含硫油加工和油化结合等具有中国特色的成套技 术和新技术; 依靠自主技术和装备成套建设千万吨级炼厂, 如最近投产的海南炼油厂体现了 当代炼油先进水平,无论工艺技术水平、经济技术指标、工厂管理模式、定员等都是国际一 流先进水平,并且在工程建设中运用 PSE 理论创建了新的工程管理模式,实现安全、质量、 投资、合同执行、进度有效控制,用两年时间,建成了世界一流炼油企业。我们的重油催化 裂化、加氢裂化和渣油固定床加氢处理等技术达到国际先进水平,深度催化裂解技术、催化 裂化技术和加氢精制催化剂实现出口。 这些自有技术为中国炼油工业的发展、 油品质量升级 和节能降耗提供了有力的技术支撑。 2. 石油化工技术开发取得重要进展 石油化工工业也是过程系统产业, 包括乙烯主体装置和下游配套的有机原料、 合成树脂、 合成纤维原料、合成橡胶等下游生产装置,是十分典型的过程系统工业,也是典型的产业链 延伸的产业。二十多年来,中国石化工业得到快速发展,1983 年年产乙烯 65 万吨到 2005 年乙烯 756 万吨,随着乙烯工业发展,乙烯生产技术和下游生产工艺技术都得到很快发展, 例如,自主开发的乙烯裂解炉、聚丙烯、乙苯/苯乙烯、甲苯歧化、聚酯、芳烃抽提等技术 成功实现工业化应用。甲苯歧化技术以及聚乙烯、聚丙烯、丙烯腈等催化剂达到国际先进水 平并实现出口。 大型乙烯工程建设已由当初成套引进和国外工程公司总承包, 转变为仅引进工艺包和部 分关键设备,由国内自行设计、采购和组织建设。茂名石化 100 万吨/年乙烯改扩建工程是 我国首个以自主技术为主建设的大型乙烯工程。 这项工程已于今年 9  28 日投料试车成功, 不仅使乙烯生产能力由 36 万吨/年扩大到 100 万吨/年,而且新建的 30 万吨/年聚丙烯、35 万吨/年高密度聚乙烯、25 万吨/年高压聚乙烯装置单线生产能力均是目前国内最大的同类 生产装置。 3.  ERP 为核心的信息技术应用取得重大进展 中国石化于 2000 年提出积极采用信息技术提升石油石化传统产业的重大战略决策。为 了适应改革、发展和生产经营管理的需要,中国石化紧紧围绕战略发展目标和核心业务,将 信息化建设与提高管理水平、 堵塞漏洞紧密结合, 与提升技术水平、 提高经济效益紧密结合, 与更好把握市场信息、开拓市场紧密结合,积极推进以 ERP 为主线的信息化建设,全面提升 了中国石化的生产经营管理水平、竞争能力,取得了显著成效。 目前,中国石化已建立 ERP 系统基本框架,所属 49 家企业 ERP 系统成功上线,实现了 11

    大会报告

    物资流、资金流和信息流的“三流合一”;供应链优化体系初步形成,SCM 优化技术在原油 采购与配置、炼化计划排产、成品油配送等方面得到广泛应用;电子商务系统长周期在线运 行,应用成绩显著;电子加油卡交易平台全面运营,做到“一卡在手,各地加油”;油田企 业深入利用信息技术, 为保证油气田稳产和油气储量持续增长发挥了重要作用; 炼化企业信 息系统建设稳步推进,MESAPC、流程模拟等技术取得了一系列成果。中国石化正在努力使 信息系统支撑生产经营管理和决策的全过程,促进经营管理的智能化和现代化。 4. 工程设计技术创新实现跨越 工程是最为有效地把自然资源转化为人类用途的科学应用。工程具有特定的技术集成 性和产业相关性。可以说,工程就是某种形式技术集成体,而产业相关性是缘于企业是现代 经济活动主体。因此,中国石化坚持把工程技术开发创新作为技术创新的主攻方向之一。工 程设计单位是把科技成果转化为现实生产力的桥梁和纽带, 我们通过 PSE 技术应用, 在工程 技术开发创新方面,取得了可喜成绩。在炼油技术方面,通过炼油厂工程技术集成创新的研 究,已经具备了自主设计和承包建设千万吨级炼厂的能力,并可适应加工高含硫原油,满足 生产清洁燃料、化工原料和高档润滑油等石油产品的不同需求;在石油化工技术方面,自主 开发的成套技术进入大型乙烯工程建设中的比例有了大幅度的提高; 中外合资的赛科和扬巴 采用中国石化专利技术的 55 万吨/年芳烃抽提装置,均一次投料开车成功;24 万吨/年乙苯 工艺技术实现工业化应用,原始性创新的仿生氧化制环己酮成套技术开发进入了工业化阶 段。 过程模拟技术在工艺包工程设计过程和重大装备国产化项目的研究中发挥了重要作 用。利用过程模拟软件已经建立了常减压、加氢裂化、加氢精制、催化重整、芳烃抽提、催 化裂化等炼油装置以及乙烯、苯乙烯、聚丙烯、PTA、聚乙烯、乙二醇、己内酰胺、制苯等 多种化工装置的模型, 完成了不同规模的自主产权工艺包的设计, 并广泛应用于国内石化装 置工程设计中。利用模型和可视化设计技术,初步建立了协同设计平台,提高了工艺开发能 力、工程化水平及方案优化水平,提高了设计质量和效率,取得了显著的经济效益和社会效 益。 5. PSE 扩展领域的技术创新和应用实现了突破 经 过 多 年 的 研 究 开 发 , 在 PSE 的 扩 展 领 域 -- 分 子 模 拟 、 计 算 流 体 力 学 CFD Computational Fluid Dynamics)等技术在中国石化新技术新产品开发中,发挥了显著作 用。 分子模拟技术在催化剂研发、 油品添加剂设计、 聚合机理和聚合物性能等研究开发方面, 特别是在催化剂的结构表征、合成设计、吸附与扩散、催化反应机理等方面均得到了广泛的 应用。在新型催化裂化降硫催化剂与助剂研发中,采用分子模拟技术,系统地研究了不同金 属氧化物以及催化裂化主催化剂对硫化物脱除过程的影响, 显著提高了催化裂化过程的脱硫 率,对于降硫催化剂的开发具有重要指导意义。 在催化裂化提升管反应器和汽提器开发、加氢处理和加氢裂化反应器内构件开发、 乙烯裂解炉开发、 大型乙苯反应器研究等方面均应用了计算流体力学 CFD 技术。 炼油新工艺 MIP(多产异构烯烃的催化裂化工艺)技术是中国石化拥有自主知识产权生产清洁汽油的重 大创新技术,在其原始构思形成、成套工艺开发等过程中,CFD 技术的研究应用发挥了显著 的作用。

    三、中国石化技术创新与 PSE 应用展望

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    大会报告

    本世纪头 20 年, 是中国全面建设小康社会、 加快推进社会主义现代化建设的关键时期, 也是中国石化加快发展的重要战略机遇期。 中国经济的较快增长, 消费结构的变化和产业的 全面升级,将不断拉动和扩大石油和石化产品需求,并对产品质量、性能和功能等提出更高 要求。 随着我国入世过渡期的结束, 中国石化生产经营面临巨大的竞争压力; 市场竞争加剧, 资源紧张和环保压力都要求中国石化必须着力提高核心竞争力;世界石油石化技术迅猛发 展,跨国公司利用其技术优势,已在相关科技领域占据了技术制高点,对中国石化的科技发 展形成了严峻挑战。面对挑战,中国石化必须增强自主创新能力,建设创新型企业。 为全面增强中国石化的自主创新能力, 加快建设创新型企业, 中国石化以科学发展观为 指导,结合中国石化长远发展战略和科技发展现状及未来发展环境,制定了《中国石化中长 期科技发展规划纲要(2006-2020 年)。其间,PSE 技术的研究和应用必将在中国石化科技 》 发展和创新中发挥重要作用。 1. 炼油领域 中国石化将进一步调整、改善炼油布局和装置结构,促进装置规模大型化、集约化,逐 步形成世界级规模炼化企业群,实现炼化一体化优化和区域资源优化,降低能源消耗水平, 提高资源利用率,增强国际竞争能力,使炼油总体技术达到国际水平,部分技术达到国际先 进水平。 为保证国民经济可持续发展对清洁能源的需求, 中国石化将继续积极研究开发清洁燃料 生产技术,重点开发清洁汽油和柴油生产技术,炼油化工一体化技术,开发重油深加工、劣 质原油和非常规原油加工处理技术,实现石油资源的合理高效利用。 2. 石油化工领域 中国石化将进一步调整产品结构,优化资源配置,大力发展烯烃、芳烃以及三大合成材 料等石油化工主营业务;进一步优化产业结构,整合化工产品资源,充分发挥整体优势,努 力扩大中国石化化工营销在国内市场的影响力和控制力。 为满足人民生活水平不断提高和相关行业持续发展对合成材料质量、 性能的要求, 中国 石化将积极开发三大合成材料高性能化技术, 提高石化产品的技术含量。 重点开发大型乙烯 和芳烃等有机原料成套生产技术;以产品为龙头,从市场需求出发,开发合成树脂、合成橡 胶、合成纤维新产品,提高产品附加值,逐步形成具有中国石化特色的产品系列。 3.清洁生产领域 在环境友好生产技术方面,中国石化为切实履行节约资源、保护环境的社会责任,将进 一步重视全过程污染防治,持续减少污染排放总量,不断完善安全、环境、健康(HSE)管 理体系;大力发展循环经济,最大限度地减少“三废”排放,全面推进清洁生产,不断提供 节约资源的新产品和新工艺,提高资源利用效率。 将开发并集成应用先进的节能、节油、节水减排和环保技术,努力节能降耗,减少二氧 化硫、氮氧化物、二氧化碳排放。优先开发清洁生产工艺及资源循环利用技术,从源头控制 和削减污染物的产生和排放,实现从原料供应、生产加工到终端消费全过程的清洁化。实施 污染物总量控制技术,使“三废”排放得到有效的控制。开发先进的环保技术,加强废物回 收和副产品的循环利用,实现废物处理的减量化、无害化和绿色化。 4. 前沿科技创新与应用领域

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    大会报告

    中国石化将加强炼化技术领域具有战略性、 前瞻性和先导性的新理论、 新方法和新技术 的研究, 为中国石化技术更新换代和新兴业务发展提供技术基础。 重点开展石油烃组分的分 子水平鉴别,基于材料性能设计、分子设计的聚烯烃高性能化基础研究,以及生物技术、催 化新材料、 纳米材料和化学工程新技术等高新技术在石油石化领域的应用研究, 推动石化技 术进步和创新突破。 按照国家能源结构多元化的战略部署, 结合中国石化的实际, 加大研究和开发替代燃料、 替代化工原料技术, 重点开发以天然气或煤为原料生产运输燃料和化工原料技术, 开发以生 物质和非常规油气资源开发利用等技术。 5.信息技术应用领域 信息技术应用是推进中国石化管理现代化的有效工具,是深化体制机制改革的技术保 障,是提高管理水平的有效手段,是提高应变能力、增强中国石化核心竞争力的有效支持。 中国石化信息化建设要站在全局的战略高度,服务于改革的需要,使决策更加科学,运转更 加高效,监管更加到位,为科学高效的管理决策提供支持。 “十一五”期间,中国石化将继续实施以 ERP 为主线的信息化建设。重点开展“两个 平台、 两个集成、 两个体系” 建设, 建成总部统一的经营管理和生产营运指挥两个信息平台; 实现总部和企业两个层面信息系统的集成; 完善网络与安全和信息化标准两个体系; 建成中 国石化一体化的 ERP、供应链、生产营运指挥、物流管理与电子商务、客户关系管理、勘探 开发决策支持、综合分析管理和综合业务办公等应用系统,实现信息资源的统一管理,为生 产经营管理和科学决策提供可靠的依据。 6. 工程设计领域 进一步坚持以“贴近生产实际、突出工程开发、提高设计水平、确保国内领先”为目标 加快技术进步, 充分发挥工程设计单位把科技成果转化为现实生产力的桥梁和纽带作用, 围 绕炼油化工核心业务, 大力开发工程设计核心技术和专有技术, 逐步形成建设千万吨级炼厂、 百万吨级乙烯、大型芳烃等装置的成套工业化技术,开发装置大型化工程技术,进行大型化 工设备放大工程研究等。 进一步加强对工程数据库和智能化设计技术的研究, 扩充智能化二维方案设计系统; 深 化基于三维模型的协同设计应用, 整合与提升工程设计集成系统, 整合设计数据库与知识库, 提升三维工厂设计应用水平, 完善三维模型数据库和材料数据库, 全面提高中国石化工程设 计水平。 面向未来,中国石化已经确定了新的奋斗目标,我们正站在一个崭新的发展起点上,作 为具有高度社会责任感和使命感的中国石化,将一如既往地与国内外科技界和石化工业界, 加强交流,精诚合作,全方位开展 PSE 的研究与应用工作,加快建设创新型企业,为建设资 源节约型、环境友好型的和谐社会共同目标,实现石化工业与经济、社会和环境的协调可持 续发展做出新的贡献! 作者简介:王基铭,中国工程院院士,中国石油化工股份公司顾问,中国石油化工集团公司 科技委主任,过程系统工程专业委员会主任委员。

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