重磅文章:石油科技在井喷!

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  2020年,对石油化工技术研发者而言,是一个丰收年。在国家科学技术奖初评中,国产化技术喜现井喷。

  其中,中国石油集团下属中国寰球工程、中国石化集团下属四建和十建公司参与的“400万吨/年煤间接液化成套技术创新开发及产业化”被评为特等奖;“复杂原料百万吨级乙烯成套技术研发及工业应用”“复杂地质条件气藏型地下储气库关键技术及产业化”“深地复杂油气藏钻完井关键技术创新与工业化”获评一等奖。另外,还有十几项技术获得二等奖。

  “春耕夏耘,秋获冬藏。”中国工程院资深院士、中国石化石油化工科学研究院(以下简称石科院)原副院长、新中国第一套深度催化裂解(DCC)炼油技术和工艺开发主持者汪燮卿表示,“这是我们石油化工界长期共同努力的结果,是石油化工界经过长期的、辛勤的、创造性的劳动,将科研与实际相结合,与社会需求相结合,并且一步一个脚印往前走取得的成绩。”

  

  百万乙烯破长空

  2万吨、4万吨、6万吨、10万吨,到20万吨、30万吨,这不仅是一串裂解炉乙烯年产能跃升的数字,它还串起了一条我国乙烯重要核心装置裂解炉国产化走过的道路。

  裂解炉是乙烯的重要装置之一,而乙烯装置被称为石化工业的龙头,乙烯技术则代表了当今石油化工技术最高水平领域的较量。

  “1984年,刚成立的中国石油化工总公司投身于乙烯技术的研发。”中国石化北京化工研究院(以下简称北化院)副院长王国清对本刊记者表示,“因为,使用外国进口裂解炉和技术要付出大量的专利费和服务费。”

  中国石化成立了北方炉和南方炉两个攻关组专攻裂解炉。1989年,两个攻关组的研究开花结果,以各自技术建成的裂解炉分别投产。北方炉第一台裂解炉乙烯年产能2万吨,在辽阳石化投产;南方炉乙烯年产能1万吨裂解炉在上海高桥石化投产。

  成功!国产裂解炉装置和技术可行。这就是中国石化的国产裂解炉CBL技术。它的成功打破了乙烯裂解炉技术一直由国外专利商垄断的局面。

  第一台2万吨裂解炉成功后,到上世纪末本世纪初,自主技术裂解炉已在中国石化推广应用,为企业节约了大量成本。“2000年前后,引进一台10万吨/年裂解炉需要1.2亿~1.4亿元,而国产化设备仅需7000万~8000万元。”王国清说。

  本刊记者从中国石化镇海炼化了解到,采用复杂原料百万吨乙烯成套技术建设的100万吨/年乙烯装置自2007年启动建设、2010年6月相继投料开车以来运行平稳,各项指标达到设计值。

  “裂解炉投料量、运行周期达到设计值,乙烯收率、双烯收率均达到了行业最好,操作参数达到设计要求。”镇海炼化发展科技部科技室主任黄爱斌表示。据他介绍,2014年镇海乙烯装置采用技术改造及节能完善使能力提高3%。2011、2013、2015年所罗门全球乙烯装置绩效评价显示,装置均达到世界领先水平。2017-2019年年均创效1亿元以上,经济效益显著。

  从2万吨到20万吨,再到现在设计产能上30万吨大关,体量剧增的裂解炉已经可以支撑整套装置乙烯年产能跃升至百万吨。更重要的是,和国外裂解炉相比,这些“大家伙”还有一个好胃口,能“吃掉”无论是轻质还是重质的各种复杂原料。

  “我国原油多为重质,早期很多装置的原料包含柴油等重质原料。”王国清表示。在长达30年的攻关中,他们研发的复杂原料裂解技术让裂解炉轻重原料“通吃”。

  例如,他们开发的对流段炉管流路设计及预热技术突破了高含烯烃原料直接裂解时对流段炉管结焦的难题,加入使用自主开发的强化传热技术等,裂解炉运行周期从30~50天延长至100天左右,连续运行时间居世界同类装置首位。

  CBL炉具有高选择性和长周期的特点,同期其他专利商的炉子很难兼顾这两个指标。

  

  一家国外著名乙烯技术专利商认为,无论是新建裂解炉还是改造裂解炉,低投资的CBL裂解技术处于国际领先水平。裂解炉辐射段炉管采用中国石化专有的扭曲片管,延长了运行周期,降低了燃料消耗。

  在系列裂解炉技术之外,“复杂原料百万吨乙烯成套技术”还包括以分配分离为核心的低能耗高回收率分离新工艺、高性能全流程催化剂、百万吨级乙烯重大装备压缩机组及冷箱以及绿色高效系列专项技术等,使我国成为世界少数几个独立掌握乙烯成套技术的国家之一,中国石化由此跻身世界五大专利商之列。

  “超大型裂解炉的国产化率现已达到95%。只有一些极少的、关键的部件,比如特定阀门尚未实现国产化,我们正在努力攻关。”王国清对本刊记者表示。

  复杂气藏驯气龙

  在2020年国家科学技术进步奖初评中,由中国石油勘探开发研究院、中国石油西南油气田分公司、中国石油工程技术研究院和中国石油集团石油管工程技术研究院(以下简称管研院)等参与研发的“复杂地质条件气藏型地下储气库关键技术及产业化”获得一等奖。

  这套技术中包括的五项关键技术,有力支撑了新疆呼图壁等6座库群共12座储气库的科学设计、高效建设和安全运行,保障了板桥储气库群等10座储气库近20年的安全运行。

  2015年,“中国复杂地质条件气藏型储气库建库关键技术与实践”被列入中国石油重大科技专项“地下储气库关键技术研究与应用”基金项目。

  “针对中国复杂地质条件特点”,不言而喻,该技术要能科学指导我国的储气库建设,这也正是我国储气库发展所急需的技术支撑。

  作为国内20世纪90年代末启动建设的第一批气藏型储气库,大港板桥储气库群照搬了国外经验,沿用了常规气藏开发理念,但却没有和国外气藏型储气库一样达到5~8年的达产周期。库群投运16年来,实际工作气量仅为方案设计指标的56%,储气库总体扩容达产速度慢、运行效率低。

  科学建库,气井的设计、完整性管理及其检测和评价是重要一环。

  “早期的储气库井检测装备与评价技术由欧美发达国家垄断,价格高昂,也就‘卡’着中国储气库建设和运行的‘脖子’。”管研院副院长赵新伟表示。

  据介绍,注采管柱是储气库井完整性的第一道屏障,在注采过程中承受着剧烈的交变载荷。而且,受国内储气库埋藏深、压力温度高、流体复杂的限制,按照常规气井的方法设计和管理根本不能满足储气库井的长周期注采运行的需要。因此,如何控制其密封失效成为摆在科研人员面前的第一道难关。

  管研院为储气库的完整性组建了一支强有力的研究团队。研究中,该团队始终坚持一个原则——必须紧密围绕储气库注采交变工况和风险特点。通过10余年的艰苦攻关,他们开发出基于全井段测井数据的管柱剩余寿命预测和基于故障树的注采井风险评价技术和专业工具软件,逐步构建了“地质体—井筒—地面”三位一体的复杂储气库运行风险管控技术体系,形成了复杂储气库长期运行风险识别与评价的专有技术。

  

  联合中国工程院等国内科研机构创建的交变载荷下井筒检测与风险评价技术,实现了自主评价,打破了国外技术垄断。采用该技术体系对大张坨、呼图壁、双6等储气库井进行全面检测评价后,及时排除了6口再利用老井的重大隐患,避免了安全风险事故的发生。

  屡有突破不寻常

  除了“复杂原料百万吨级乙烯成套技术研发及工业应用”“复杂地质条件气藏型地下储气库关键技术及产业化”外,2020年,“400万吨/年煤间接液化成套技术创新开发及产业化”被初评为特等奖、“深地复杂油气藏钻完井关键技术创新与工业化”获评一等奖。另外,还有十几项技术获得二等奖。2020年确实可以称得上石油和化工技术井喷之年。

  这些获得初评的奖项具有哪些共同的特点?

  在汪燮卿看来,首先是选题好,这些技术都是国民经济发展所需要的;其次,看准了方向再做研究,如对国民经济发展、社会进步和环境保护的作用等方面都需要全面统筹考虑;再次,能综合利用国内的资源。比如,获得国家科技进步特等奖的煤间接液化项目和一等奖的百万吨乙烯、裂解炉项目。

  中国的煤丰富、油气缺乏需要进口。所以,如何最大限度地利用国内的能源资源是非常重要的战略部署。“煤间接液化这个题目选的就比较合适。虽然费托合成是100多年前就有的煤化工技术,但是得奖的技术结合这几年来的研究工作不断更新和创新,达到了世界前沿水平。”汪燮卿表示。

  其实不仅仅是今年,近年来,石油和化工领域的重大技术进步都不是为了得奖而研发,而是看清了形势,为了国民经济的发展和市场需要而研发。获得国家科技进步特等奖的“大庆油田高含水后期4000万吨以上持续稳产高效勘探开发技术”“特大型超深高含硫气田安全高效开发技术及工业化应用”“高效环保芳烃成套技术开发及应用”等等都是如此。

  2013年1月18日,中国石化党组成员、副总经理曹耀峰(现中国工程院院士)在人民大会堂从温家宝总理手中接过国家科技进步特等奖。

  “经过近3000人研发团队的努力,我们攻克了少井高产高效开发、腐蚀防护、高含硫天然气特大规模深度净化和硫黄安全储运、安全控制、抗硫管材国产化五大世界级难题,是相当不容易的。”曹耀峰表示。

  这一技术使中国石化成功打造了普光样板,攻克了复杂山地特大型超深高含硫气田开发的世界级难题,完成了新中国成立以来几代石油人的梦想。

  普光气田一年可产210万吨硫黄,占我国硫黄产量的45%。

  为民所想,为国所忧,是我国石油化学科技工作者的使命。可以说,无论是洁净的油气,还是色彩绚丽的衣衫,都凝聚着他们的智慧之光和辛勤耕耘的汗水。

  还记得上世纪七八十年代,拥有一件稀有的“的确良”衬衫是多么高兴的一件事。但那时的我们也许没有意识到,彼时用的还是国外的芳烃技术。

  什么时候能够用上我们自己的技术?为此,几代中国石化人40年磨一剑,终于使我国成为世界上第三个掌握芳烃成套技术的国家,中国石化成为继美、法之后全球第三家芳烃成套技术专利商和工程EPC承包商。

  “‘高效环保芳烃成套技术开发及应用’技术包括原料精制与精馏、芳烃异构与转化、吸附分离等工艺及工程技术,涉及技术开发、工程设计、装备制造、建设施工多个环节。系统集成度高,开发难度巨大。”时任中国石化总经理、项目第一完成人戴厚良(现中国工程院院士)说。

  自此,十几亿人口大国的穿衣难题得到了解决,缓解了我国长期以来粮棉争地的矛盾。

  “人民对美好生活的向往,就是我们的奋斗目标。我们将继续深化攻关,不断创新,为世界人民的美好生活做出更大贡献。”戴厚良说。

  这就是石油人技术报国的初心与使命。

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