乙烯学习参考资料

第一篇：乙烯学习参考资料

《乙烯》学习参考资料

中国古代就发现将果实放在燃烧香烛的房子里可以促进采摘果实的成熟。19世纪，有人发现橘子产生的气体能催熟与其混装在一起的香蕉。1934年甘恩（Gane）才首先证明植物组织确实能产生乙烯。1966年，乙烯被正式确定为植物激素。

工业上所用的乙烯，主要是从石油炼制工厂和石油化工厂所生产的气体里分离出来的。随着我国经济的快速发展，中国对乙烯衍生物市场终端产品的需求在快速增长，乙烯用量最大的是生产聚乙烯，约占乙烯耗量的45%，我们生活中使用的食品袋、塑料袋、塑料餐具、地膜等都是聚乙烯塑料，除此之外，无纺布、乙醇、涤纶、洗涤剂、防冻液、增塑剂、塑料管材都是乙烯化工产品。因此，乙烯作为一种基本的化工原料，被称为“石化工业之母”，其产量可以用来衡量一个国家石油化工的发展水平。

乙烯是一种无色、稍有气味的气体，其密度小于空气，难溶于水，分子为平面型的结构，碳原子之间以双键连接。所有6个原子组成的乙烯是共面，键角为120度。对于乙烯而言，分子内碳碳双键的键能（615KJ/mol）小于碳碳单键键能（348KJ/mol）的二倍，说明其中有一条碳碳键键能小，容易断裂，因此乙烯分子大部分反应都发生在C=C上。乙烯是烯烃当中的典型代表，碳碳双键是烯烃的官能团。只含有一个碳碳双键的烯烃是单烯烃，所有的单烯烃的最简式都是相同的，为CH2，碳氢的质量分数也都是相同的。相对于乙烷，乙烯的含碳量更高一些，因此在燃烧的时候，有部分碳不完全燃烧，我们可以看到乙烯燃烧时火焰明亮但是伴有黑烟。

成熟的水果中会产生乙烯，加热石蜡油蒸汽分解也可以得到乙烯，实验室里酒精和浓硫酸按1：3混合迅速加热到170℃，使酒精分解也可以得到乙烯。乙烯化学性质较乙烷活泼，将乙烯通入到高锰酸钾溶液中，会发现高锰酸钾溶液褪色，在这个过程中，乙烯被氧化成了CO2，而高锰酸钾中的+7价的锰变为+2价的锰离子，应用这一反应，可以对烷烃和

烯烃进行鉴别。将乙烯通入到溴水或者溴的CCl4溶液中，我们会发现溶液褪色，这是因为

乙烯和溴水发生了加成反应，生成了1，2-二溴乙烷，加成产物单一纯净。除了和溴加成，还可以和许多物质加成，比如和Cl2、HCl、H2O、H2等物质在一定条件发生加成反应。以加

成的方式发生的聚合反应叫做加聚反应，乙烯的单体还可以在催化剂存在的条件下，会发生加聚反应，生成聚乙烯。总而言之，乙烯是一种性质较活泼的气体，能发生氧化、加成、聚合等反应，正是乙烯的这一系列性质决定乙烯在石化工业当中的重要作用，以及乙烯在现代生活中的广泛应用。家庭实验：将青橘子和熟苹果密封在一个塑料袋里，过3到5天观察橘子颜色的变化情况。课外拓展：乙烯在生态领域的应用 乙烯“三重反应”(triple response of ethylene)：①抑制茎的伸长生长；②促进茎和根的增粗；③促进茎的横向增长。用乙烯处理黄化幼苗茎可使茎加粗和叶柄偏上生长。由于乙烯可以促进RNA和蛋白质的合成，并可在高等植物体内使细胞膜的透性增加，加速呼吸作用，因而当果实中乙烯含量增加时，已合成的生长素又可被植物体内的酶或外界的光所分解，进一步促进其中有机物质的转化，加速成熟。常用乙烯利溶液浸泡未完全成熟的番茄、苹果、梨、香蕉、柿子等果实能显著促进成熟。乙烯也有促进器官脱落和衰老的作用。乙烯在花、叶和果实的脱落方面起着重要的作用。乙烯还可促进某些植物（如瓜类）的开花与雌花分化，促进橡胶树、漆树等排出乳汁。乙烯还可诱导插枝不定根的形成，促进根的生长和分化，打破种子和芽的休眠，诱导次生物质的分泌等。

第二篇：《乙烯》教案

《来自石油和煤的两种基本化工原料--乙烯》教案

教学目标

1.了解乙烯是石油裂化产物，苯是从煤中提练出来的产品。2.掌握乙烯的化学性质。

3.利用模型了解乙烯的结构，知道物质的结构决定了物质的性质这一基本原理。

4.认识乙烯对国家经济发展的作用以及我国乙烯工业近几年的发展势态。通过结构决定性质认识到本质决定表象，表象是本质的体现这一辨证关系。教学方法 多媒体课件 重点难点

从乙烯的结构认识烯烃的化学性质。

教学内容

石蜡高温裂化生成乙烯和烷烃的混合物，乙烯属于最简单的烯烃。

一、乙烯的结构

乙烯的球辊模型（立体图）分子式: C2H4

结构简式: CH2=CH2 结构式:乙烯的实验室制法

空间构型:平面型

二、乙烯的性质 1.物理性质

乙烯是无色气体，稍有气味，密度是1.25 g/L，比空气略轻（分子量28），难溶于水。2.乙烯的化学性质（1）氧化反应

①可燃性-----甲烷的燃烧

实验现象：产生黑烟，火焰明亮。②被氧化剂氧化-----乙烯使高锰酸钾褪色

由于乙烯的不饱和结构，容易被氧化剂氧化成二氧化碳和水。（2）加成反应-----乙烯使溴水褪色 乙烯与溴单质的加成历程

（3）加聚反应

3、乙烯的用途 课堂小结

本节课主要讲了乙烯的性质，重点讲解了它的化学性质。由于乙烯具有C=C，使得它的性质不同其他的饱和烃。这也是烷烃和烯烃性质上最大的区别。课后作业

1.根据乙烯的化学性质,鉴别乙烷和乙烯两种气体有几种方法？ 2.制取一氯乙烷的最好方法是()A.乙烷和氯气反应 B.乙烯和氯气反应 C.乙烯和氯化氢反应 D.乙烷和氢化气反应

第三篇：乙烯相关知识

乙烯项目相关知识

1、乙烯是什么？

乙烯是由两个碳和四个氢组成的碳氢化合物，是最基本的化工原料。乙烯在常温常压下是一种无色气体，其危险性与天然气相当。

2、乙烯是怎样生产的？

按传统工艺，乙烯主要由石脑油热裂解生成，同时副产一定比例的丙烯。随着技术进步，目前已经开始采用以液化气为原料的先进工艺生产乙烯。

3、乙烯有什么用途？

乙烯被称为“石化之母”,是石油化工的基础性原料。经过各种化学变化，可以“繁衍”出塑料、化纤、树脂、化妆品、橡胶、医药、染料、香料等种类繁多的化学制品。乙烯项目的产业链长，对经济的拉动力很强。

4、青岛炼化拟建乙烯项目有无PX装置？ 无PX装置。

5、乙烯项目与PX项目有何区别？

乙烯项目是以乙烷、丙烷、液化气为原料，经过蒸汽裂解后得到乙烯、丙烯等基本化工原料，并进一步加工得到聚乙烯、聚丙烯等产品的过程。

PX项目是以原油加工所得的石脑油组分，经过催化重整、歧化、异构化得到对二甲苯（PX）产品的过程。

两者区别：（1）原料不同，乙烯项目主要以直链烷烃为主，PX项目主要以环烷烃为主；

（2）生产过程不同，乙烯项目是热裂解过程，PX项目是催化反应过程；（3）产品完全不同。

乙烯项目主要产品为两或三个碳的低碳单体（CH2 =CH2，CH3-CH=CH2）的聚合物，而PX项目主要产品为八个碳的芳烃化合物（）。

石化专家答记者问

问:近期,国家颁布了《重点区域大气污染防治“十二五”规划》,青岛炼化百万吨级乙烯项目废气排放是否满足这一规划要求？

答：青岛炼化百万吨级乙烯项目符合国家《重点区域大气污染防治“十二五”规划》。根据重点控制区新建项目废气主要污染物（二氧化硫、氮氧化物等）排放“增一减二”的要求，将通过停开制氢装置、催化裂化烟气治理等措施，实现大炼油工程现有排放源减排，项目实施后将使青岛炼化公司炼油和乙烯总的二氧化硫排放在现有基础上减少47.1%，氮氧化物减少22.8%，区域废水外排量减少42.9%。

问:在青岛炼化建设乙烯项目有何必要？

答：（1）完善石化区产业链的需要。园区及周边聚集了大批家电、汽车和众多的塑料加工企业，需大量使用乙烯下游塑料产品，建设本项目可改变目前需从市外调入或进口的现状。

（2）可实现资源充分有效利用。青岛炼化现有1000万吨/年炼油能力，缺少乙烯生产能力，不能实现炼化一体化，炼油工程不能发挥出应有的效益。现石化区拥有多家石化企业，产业链上下游之间缺乏乙烯关联，无法实现资源的循环利用与增值。建设本项目可实现资源最有效利用，促进区域经济良性循环；石化区为本项目预留了项目建设用地及相关资源，本项目充分依托石化区现有良好的基础设施，发挥现有设施的潜力，避免重复投资。

（3）减少交通安全隐患及尾气排放。现阶段，青岛炼化副产品液化气每年有40多万吨通过17000余辆次汽车运送出市，有50多万吨液化气通过330余船次水路运送出市；园区其他企业每年远距离运进乙烯副产品原料超过10万吨。由于液化气属易燃物质，造成了较大的运输安全压力。建设本项目，可以实现液化气资源的就地加工升值利用，有效减少危化品运输车辆、船只，减少运输安全隐患和车船尾气排放。

问:公众十分关注乙烯项目的安全、环境风险问题，乙烯项目在安全风险防控方面将采取哪些措施？

答：乙烯项目生产过程存在高温、高压环节，有安全事故及环境风险，实践证明，只要采取科学可靠的防范措施，事故风险是可控的，如新加坡裕廊岛、美国休斯顿、国内上海、南京等大型石化工业园区一直保持安全纪录，没有发生大的安全事故和环境污染事故。

乙烯项目将采取以下措施：

（1）项目采用国际先进成熟可靠的生产技术，按照设计标准规范进行设备、仪表、电气选型，采用先进的集散控制系统和安全仪表系统，设置装置泄压、防爆、防火设施和可燃气体、污染物质检测报警措施，配备火灾探测及报警设施和监控、通讯设施，确保生产情况时刻处于监控状态。

（2）项目设置有效容积为3万立方米的事故水池，收集初期雨水和事故状态下的污水，设置31公顷排洪集水区，收集事故情况下产生的消防废水，待恢复正常后送污水处理场处理，避免事故废水排入环境污染水域。

（3）本项目在立项阶段须委托具有国家甲级资质的环境和安全评价单位编制评价报告，对生产过程各环节的安全和环保措施进行技术评估，并通过政府主管部门组织的审查。本项目环保设施投入达到20.28亿元。

（4）针对本项目潜在的环境风险，为应对安全和环境方面的风险，青岛炼化成立了应急指挥中心，编制了应急预案，并依托石化区现有现代化监控系统和应急救援体系，建立完善的环境风险防控体系。

第四篇：《乙烯》说课稿

《乙烯》说课稿1

一、教材分析

本节课教学内容是人教版高中化学必修二第三章《有机化合物》第二节《来自石油和煤的两种基本化工原料》，是烃的知识的继续，也是学习不饱和烃的开始。乙烯是学生学习有机化学以来第一次接触到的烯烃的代表物，乙烯分子结构中的碳碳双键决定了乙烯的化学性质，因此教材在介绍乙烯的化学性质之前，首先介绍了乙烯的分子结构，然后通过三个现象明显的实验引出乙烯的化学性质，并着重通过加成反应体现结构与性质的辩证关系，不仅使学生对乙烯的性质留下了深刻的印象，也为继续学习烯烃以及它们的衍生物的性质奠定了一定的基础。

二、学情分析

学生刚刚才接触有机化学，虽然在上一节中对烃有了一定的认识，但是对于物质结构与性质的关系还是比较陌生，对物质的空间结构更是不了解，对有机反应的产物判断和书写结构式、结构简式都比较困难。

三、教学重点：

乙烯的结构与性质的关系

四、教学难点

从结构上认识乙烯的加成反应

五、三维目标：

1.知识与技能

（1）了解乙烯的分子组成、结构和化学性质；

（2）进一步了解结构与性质间的关系.。

2.过程与方法

（1）从生活实际出发，认识乙烯在生产生活中的作用，激发学生的学习兴趣；

（2）学生通过已有知识确定乙烯的结构模型，从而得出乙烯的电子式、结构式、结构简式；

（3）通过乙烯的结构及实验现象，探讨出乙烯的化学性质。

3.情感态度与价值观

（1）通过乙烯的学习，养成良好的思考、分析问题的方法加强“结构与性质”的认识；

（2）通过乙烯性质的探讨方法的学习，使学生养成探究有机化学的良好思路。

六、教学设计思路

通过创设情景：小故事引入乙烯的用途之一植物生长调节剂。激发学生对乙烯的学习兴趣。通过探究不同于烷烃的烃--乙烯的结构，使学生加强对有机结构的认识；初步养成由物质的结构去讨论性质的习惯。从自主探究物质的结构模型的角度去深化认识乙烯的结构，有利于学生掌握结构和性质之间的关系。学生动手制作模型，写结构式、电子式等，促进学生对有机物结构的认识。在以上的基础之上，进行乙烯的物理性质的简介和化学性质的重点探究。对于不饱和烃的加成反应，教材以乙烯和溴的四氯化碳溶液反应为例，以直观的实验现象说明问题，再结合乙烯的结构碳碳双键分析加成反应，并辅三维动画演示加成反应过程以进行巩固，尽可能的让学生掌握加成反应。

《乙烯》说课稿2

各位评委、各位老师：

大家好！我叫赵xx。今天我说课的题目是《乙烯》，下面我将从教材分析、教学目标、学生分析、教学方法、教学过程等几个方面来谈谈这节课。

一、教材分析

本节内容选自人教版幼师《化学》下册第八章第二节的第一课时。《乙烯》不仅是本章的一个重点，也是整个幼师化学的教学重点之一。本节教材内容主要是乙烯的结构、实验室制法、性质、用途。

二、教学目标

本节课要求学生达到如下三维教学目标：

（一）知识与技能

1、掌握乙烯碳碳双键的结构，知道乙烯的实验室制备方法、实验装置及实验条件。

2、了解乙烯的'物理性质，掌握乙烯的化学性质。

3、了解乙烯的用途。

（二）过程与方法

通过实验探究培养学生的观察能力、分析与解决问题的能力，初步建立对有机物“结构（组成）—性质—用途”关系的认识。

（三）情感态度与价值观

通过联系生活生产实际，树立运用化学解决生活生产问题的意识。培养用实验进行科学探究的思想。

教学重点是乙烯的结构与化学性质，教学难点是乙烯的结构与加成反应、聚合反应。

三、学生分析

在初中化学的学习中，学生对有机物、化石燃料等有了非常粗浅的了解，上节课对甲烷、烷烃性质又有了深入的了解，但对乙烯是初次接触，没有以往的知识经验。

另外，幼师学生本身知识基础较差，抽象思维能力较差，理科学习较为吃力，对数理化普遍不感兴趣。

四、教法、学法

基于以上对教材、教学目标和学生的分析，本节课较难教难学：实验难度大，用品多，操作复杂，实验用时较长；本课新概念多，比较抽象；本课内容多，知识点多。为突破难点，突出重点，我采用了如下教法与学法。

本节课在教法上主要采用多媒体辅助教学，化抽象为形象，创设积极的情境导入，同时合理安排实验教学和直观教学，注重学生思维的启发。

在学法上，学生主要以实验探究与交流活动相结合，注意培养学生的思维能力和交流的习惯。

五、教学过程

因为乙烯的制取与性质实验用时较长，为了节省时间，因此课前就将实验装置和实验用品装配齐全，一上课就先做上实验，在合适的时候再开始讲解。然后开始进行如下教学环节。

（一）生活导入

我们把化学课称为魔法师修炼课堂，本节课以多媒体为媒介，通过生活中水果商长途运输过来的水果都是生的，催熟后再出售，以及深秋时节棉农对向棉田打催熟剂的这样两个生活中的事实案例进行场景创设，引导学生对本节课的魔法－催熟，魔法精灵－乙烯产生兴趣，为探究乙烯的结构与性质做好铺垫。

（二）直观演示

用球棍模型直观演示从乙烷裂解制乙烯的过程，得出乙烯的结构模型，然后比较乙烯和乙烷的结构，引导学生思考：乙烯的性质与乙烷相比会有什么不同吗？推测乙烯的性质，再用实验来检验推测，边实验边讲解，引导学生边观察边思考。

（三）精心设疑

思考1、甲烷、乙烷等烷烃一般不与氧化剂等起反应，乙烯却能够使高锰酸钾褪色，说明什么问题？

思考2、烷烃能与卤素单质起取代反应，乙烯与溴发生的反应是取代反应吗？

通过这两个思考，导向本课的重点和难点：乙烯中由于存在碳碳双键的结构，因此化学性质比较活泼，容易被氧化，容易发生加成反应。

（四）形象模拟

乙烯的加成反应与聚合反应是两个新的反应类型，既是微观的，又是抽象的，学生难以理解。我用动画模拟了加成和聚合反应中化学键的断裂和生成过程，化抽象为具体、化微观为宏观，降低了学生思维难度，提高了学习兴趣，加深了学生对反应实质的理解。为了帮助学生区别取代反应与加成反应，又灵活的运用了打比方的方法，并配上了形象的图片。

（五）当堂检测

练习题从易到难，检测学生对本节知识的掌握情况，巩固所学知识。

（六）本课小结

在轻松愉快的氛围中让同学们谈谈通过本课的学习，对乙烯的了解有哪些，最后老师进行归纳总结。

（七）作业与延伸

留下本课的书面作业，同时留下家庭实验与思考题，并在微信群内投放拓展阅读材料：乙炔，聚氯乙烯，聚四氟乙烯，水果催熟和保鲜的一些材料等。

六、教后反思

这节课的教学比较成功，我深深感受到，现代信息技术为教学带来了革命性的变化。化学课堂教学中运用现代信息技术，可以扩充课堂容量，创设积极的教学情景；可以发挥技术优势，化微观为宏观，化抽象为具体，突破教学难题，生动呈现教学内容，优化课堂结构，提高教学效率。课后在微信群投放延伸阅读材料，拓展了课堂空间和学生们的知识面，深化了教材内容。

在整个教学过程中，老师起到引导作用，充分以学生为主体，满足学生探索及发现的需求，注重学生学习能力的培养，这是超越学科知识，对学生终生有益的。

教学当中由于内容的紧凑性，在时间把握上应该更注意。在探究中要充分“想学生之所想”，做好充分的准备。

《乙烯》说课稿3

古浪三中高一化学必修Ⅱ模块

说课稿

——高中新课程实验研讨会交流课例

课题：《来自石油和煤的两种基本化工原料》

第一课时 乙 烯

说课人： 袁俊厚

时间：20xx年5月15日

《来自石油和煤的两种基本化工原料》

第二课时 乙烯

说课稿

各位领导，各位老师：

大家好，今天，我说课的内容是人教版《普通高中课程标准实验教科书化学（必修2）》第三章第二节《来自石油和煤的两种基本化工原料》，第一课时：乙烯。下面我将从教材、教法、学法、教学流程四个方面谈一谈对本节课的认识。

一、说教材

1.地位和功能：

本节内容是学习了烷烃之后，向学生介绍不饱和烃和烯烃的概念，乙烯的分子结构、和乙烯的化学性质。在乙烯的化学性质中，又介绍了另一种重要的有机反应类型——加成反应。本节内容是学生在系统地学习了烷烃之后，已初步了解学习有机化学的方法的情况下学习的又一类烃，在教材中占据了重要的地位。且本节内容所涉及到的乙烯是一种重要的化工原料和产品，在工农业生产、日常生活、能源、药物等方面都占有重要的地位。通过乙烯的性质和用途的学习，可以进一步使学生认识到学习化学的重要性。

2、学习目标：

1、探究乙烯分子的组成、结构式；掌握乙烯的典型化学性质，掌握加成反应的概念和特征。

2、从实验现象到乙烯结构的推理，体会科学研究的方法；

3、通过乙烯分子结构模型，意识到物质世界的外在美。

学习重点和难点：乙烯的化学性质和加成反应

学习方法：自主、探究、合作

二、说教法：

1.本节内容涉及到乙烯分子的结构问题，较为抽象，学生较难理解。在教学中可多使用球棍模型，这样可以增加学生的感性认识，并结合多练习、多对比的教学方法，帮助学生掌握这部分的知识。

2.本节内容涉及到乙烯的化学性质实验。由于条件所限，无法做演示实验，只能通过观看视频，让学生在观察实验现象的基础上，理解乙烯的化学性质。

3.在本节内容的教学中，用计算机课件模拟乙烯与溴的加成。其主要作用在于突破难点，化小为大，变静为动，变抽象为形象，引导学生充分运用创造性思维或想象力去理解事物的本来面貌，促进其发散思维的发展。

4．我校高一化学新课程教学中，统一采用“学案导学”模式教学，学案导学有以下优点：一是使学生有明确了学习的目标和方向，二是真正体现教师的主导性和学生的主体性，三是为学生探究问题搭建了平台，四是有利于教师专业化发展和综合素质的提高，五是有利于集体备课的落实和打造团队精神，六是保证了课堂教学的高密度，七是可以弥补农村中学硬件设施短缺问题。

三、说学法：

1.观察法：通过观察分子结构模型，掌握物质的分子结构特点；

2.对比学习法：通过对比，掌握乙烯、甲烷燃烧火焰的情况。引导学生把知识学活。通过对比学习可以培养学生灵活运用化学知识解决简单的实际问题的能力。

3.讨论交流学习法：通过积极参与讨论，培养学生的思维能力。

四、说教学流程：

1．检查预习学案

看同学们完成的怎样，如果有困难的予以讲解，错误的予以纠正，完成的好给予表扬。

2．进行课堂探究

首先创设情境，从“提前凋落的树叶”引出乙烯，导入新课。通过观看视频——石蜡油分解实验，思考学案上罗列出的三个问题①看到了哪些实验现象？②哪些现象证明生成物具有与烷烃相同的性质？哪些现象证明生成物可能具有不同于烷烃的性质？③推测：你认为生成的气体中都是烷烃吗？说明理由。如果同学们认真观看视频肯定能得出正确的答案。

其次，结构探究，通过投影观察乙烯的球棍模型图片，让同学们写出乙烯的分子式，电子式、结构式、结构简式，然后合作交流、检查书写是否正确，教师给予评价与强调。

第三、性质探究，重点是化学性质的探究，通过回忆前面观看过的石蜡油分解实验视频中的三个实验现象：气体燃烧火焰明亮并伴有黑烟；气体使酸性高锰酸钾溶液褪色；气体使溴的四氯化碳溶液褪色；通过分析前两个现象的得出二者发生了氧化反应，投影化学反应方程式，再通过分析第三个实验现象讨论加成反应，这是本节的重点，设问碳碳双键如何变化，用电脑动画演示乙烯的加成过程，刺激视觉，加强同学们记忆。强调反应前后碳碳双键的变化，其他原子或原子团加成的位置。然后举一反三进行练习，让同学们上黑板写出乙烯与氢气、氯化氢以及水的加成反应方程式，起到强化巩固的作用。

第四、性质决定用途，鼓励学生课外根据教师在学案上提供的网址，上网查询关于乙烯的知识，并撰写一篇有关乙烯与生活的小论文，题目自拟，与同学交流。

3．完成练习学案

精心设计符合本节知识的习题，鼓励同学们争当小老师，利用自己学习的知识解答“我能解答”练习，使其具有成就感，完成后教师给予及时的评价和总结。

五、教学反思：

成功之处:(1)教学过程中在学生观看视频、利用学案的基础上鼓励学生进行推理和归纳。(2)在加成反应的讲述中用动画模拟反应的微观过程,使抽象的问题具体化、直观化。(3)通过多媒体演示实验对乙烯性质探究,培养学生发现问题,分析问题,解决问题的能力，激发学习兴趣，积极主动地获取知识。

不足之处：（1）由于实验条件所限未能让学生亲自动手做实验，不能让学生真切感受化学实验带来的乐趣，的确是一个遗憾。（2）由于时间有限，不能把学生收集的有关乙烯用途的资料进行很好的探讨与交流，学生的能力未能很好的发挥。

第五篇：乙烯的生产及重要作用资料.精讲

乙烯装置裂解技术进展及其国产化历程

王子宗，何细藕

（中国石化工程建设有限公司，北京 100101）

摘要：简述了蒸汽裂解技术的发展过程、发展方向以及目前的现状。介绍了目前裂解技术在与辐射炉管相关技术、与节能环保相关技术、大型化、裂解炉改造、先进控制及优化等方面的主要进展，并介绍了哪些技术效果好、哪些技术仍然存在问题。简要回顾了中国石化北方炉（CBL）裂解技术的发展过程，以及工艺国产化、设备国产化、工程设计国产化以及大型化的情况。介绍了 CBL 裂解技术在裂解炉节能改造、天津与镇海 1000 kt/a 乙烯装置中的工业应用情况、150 CBL-Ⅶ型 kt/a 裂解炉的工业应用情况及 200 kt/a 裂解炉的开发情况。最后指出了蒸汽裂解技术取得突破进展所存在的瓶颈在于防止结焦，总结了 CBL 技术经历 30 年发展并最终进入国际市场的过程中每个阶段所解决的问题。介绍了 CBL 裂解技术特点，并指出了其与国外技术相比所占的优势。

关键词：蒸汽裂解；裂解炉；北方炉；国产化

石油化学工业的大多数生产装置以烯烃和芳烃为基础原料，其总量约占石油化工生产总耗用原料的 3/4。在烃类蒸汽制乙烯技术出现之后，主要由烃类蒸汽裂解制乙烯装置生产各种烯烃和芳烃[1]。至 2012 年，全球乙烯产量约为 1.5 亿吨，中国乙烯年生产能力达到 1616.5 万吨，有 32 套乙烯装置生产，在世界上仅次于美国位列第二位。中国石化集团公司（下文简称“中国石化”）有 18 套乙烯装置，乙烯生产能力达到 947.5 万吨，其中有合资装置 4 套，乙烯生产能力 368 万吨[2]；中国石油天然气集团公司有 11 套乙烯装置，乙烯生产能力达到511 万吨[3]。近来虽然有一部分乙烯、丙烯通过重油或渣油催化裂解生产以及甲醇制烯烃生产，但仍以烃类蒸汽裂解制乙烯为主。因此乙烯装置是石油化工装置的龙头。

乙烯生产专利技术由于工艺复杂，半个世纪来一直由美国 Lummus、S&W、KBR、德国 Linde 和法国 Technip 五大专利商垄断，典型的生产工艺有：顺序分离技术路线（含顺序“渐近”分离技术路线）、前脱丙烷分离技术路线和前脱乙烷分离技术路线，并且均拥有各自的裂解技术[4-7]。鉴于乙烯技术的重要性，原中国石化总公司成立伊始，就把开发乙烯裂解技术确定为重点科技开发项目，于 1984 年开始组织开展中国石化乙烯裂解技术的研究开发工作，并于 1988 年实现了第一台北方炉（CBL）工业试验的裂解炉投入运行[1]。以中国石化工程建设有限公司（SEI）、北京化工研究院和南京工业炉所为代表的研究开发单位，经过近30年的不断研发，取得了显著的成绩，实现了烃类蒸汽热裂解工艺技术、工程设计技术及设备的国产化，在国内得到大面积应用并走向了国外。1 裂解技术进展

乙烯裂解炉因其在乙烯装置中的特殊地位而成为乙烯装置的龙头，是乙烯装置中关键和核心工艺专利设备。在乙烯装置中，裂解炉的综合能耗约占乙烯装置综合能耗的 50%～60%；而裂解炉的投资根据裂解原料的不同，约占整个乙烯装置投资的1/4～1/3[8-9]。因此裂解技术的进步在乙烯技术的发展方面具有举足轻重的作用。

中国乙烯装置的规模由 20 世纪 60、70 年代的乙烯 100～300 kt/a，70、80 年代的乙烯 300～600 kt/a，到 80、90 年代的乙烯 600～800 kt/a 和目前的1000 kt/a 及以上。为适应乙烯装置规模扩大的需要，裂解炉的单炉能力也相应扩大。乙烯裂解技术的发展主要围绕提高裂解选择性降低原料消耗、降低能耗、降低污染物排放、大型化、低投资等。1.1 国外各种裂解炉型现状

烃类通过蒸汽裂解制乙烯的反应过程是在裂解炉辐射段炉管中发生的，裂解选择性的提高主要归功于辐射段炉管构型的改进，各种炉型的发展均与辐射炉管的改进直接相关。第一阶段为 20 世纪 60年代初期长停留时间且小能力的水平布置炉管发展到 60 年代后期开始采用垂直排列的辐射段炉管；第二阶段是从 70 年代开始采用 4～6 程分枝管并以停留时间缩短到 0.4～0.6 s 为特征；第三阶段是在 80年代通过采用两程或单程炉管进一步降低停留时间到 0.2 s 左右或以下以提高乙烯、丙烯的选择性为特征。其总的趋势是炉管结构实现了裂解反应所需要的高选择性：①提高反应温度；②烃类在炉管中的停留时间短；③烃分压低。总的效果是实现了以石脑油为原料时，乙烯收率达到 28%～33%[1，8]。以下汇总了商业化的裂解炉炉型的现状[1，4-7，10]。（1）美国 Lummus 公司

美国 Lummus 公司开发的 SRT 型裂解炉，以分枝变径管为特点，具有短停留时间、热强度高、低烃分压的特点。在 1994 年推出以 4-1 型两程炉管为特征的 SRT-Ⅵ型炉后，在 21 世纪初推出 SRT-X 型炉（辐射炉管由传统的沿辐射段炉膛长度布置改为与其垂直布置）后，目前又推出 SRT-Ⅶ型（8-1）双炉膛裂解炉，其停留时间进一步缩短，采用全底部供热。近来气体原料多采用 SRT-Ⅱ（4-2-1-1-1-1）型或 SRT-Ⅲ（4-2-1-1）型炉（停留时间 0.4 s 左右），液体原料采用 SRT-Ⅵ型、SRT-Ⅶ型的两程炉管（停留时间 0.2 s 左右），急冷锅炉为一级多管束的锅炉如浴缸式、快速急冷等型式。供热以底部与侧壁联合为主，近来也采用全底部供热或一体化供热（在底部燃烧器附近布置一贴着炉底的燃烧器）。其特点是 SRT-Ⅵ型、SRT-Ⅶ型的两程炉管的底部连接为锥形集合管的刚性连接，因此炉管容易弯曲。由于其炉管的结构及每一个 4-1 或 8-1 炉管的处理量较大，无法与线性锅炉连接，只能与大型锅炉连接。（2）美国 Stone & Webster（S&W）公司

S&W 公司管式炉裂解的主要特点是采用不分枝变径管即超选择性裂解炉（USC），以双炉膛结构为主，对气体原料采用 W 及 M 型（停留时间 0.3～0.6 s），对液体原料采用 U 型炉管（停留时间 0.2 s左右），近期推出单程陶瓷炉管裂解炉，管长 5～15 m，停留时间为 0.05～0.1 s，但未工业化。急冷锅炉以线性为主，对气体原料也采用二级，供

热

以

全

第期

王子宗等：乙烯装置裂解技术进展及其国产化历程 ·3·底部为主。其特点是 U 型两程炉管的底部连接为大弯管柔性连接，因此炉管不易弯曲。由于其炉管的处理量较小，通常与线性锅炉连接。（3）美国 Kellogg Brown & Root（KBR）公司

美国凯洛格（Kellogg）公司从 20 世纪 70 年代开始研究毫秒裂解炉，并于 80 年代广泛用于其设计的乙烯装置。其特点是采用单程炉管、停留时间为0.05～0.1 s。其烯烃收率要高 4%～8%。美国凯洛格与布朗路特公司合并成立 KBR 公司后，与 ExxonMobil 公司达成协议，由 KBR 公司负责销售 ExxonMobi 公司 LRT 裂解炉（停留时间在 0.1 s 以上），并改名为选择性裂解（SC）。其炉型主要为单炉膛双单排辐射炉管结构，对气体和液体原料均以采用 SC-1 型（单程炉管）为主。急冷锅冷为以线形为主，对石脑油、气体原料也采用二级急冷，供热采用全底部供热。其特点是炉管停留时间短，烯烃收率高，对乙烷原料，单程乙烯收率可达到 58%，对石脑油原料，单程乙烯收率可以达到 35%。（4）德国 Linde 公司

Linde 公司与 Selas 公司合作开发 LSCC 型（Linde-Selas-Combined Coil），现 在 改 称 为

Pyrocrack 型，包括以气体原料为主的 Pyrocrack4-2（2-2-2-2-1-1）型（停 留 时 间 0.5 s 左 右）、Pyrocrack2-2（2-2-1-1）型（停留时间 0.3 s 左右）及以液体原料为主的 Pyrocrack1-1（2-1）型（停留时间 0.2 s 左右）。Linde 公司设计的裂解炉采用双辐射段、单对流段的结构。裂解气急冷锅炉以前为常规急冷锅炉，现在均采用线性急冷锅炉。采用的供热方案为侧壁约占 40%，底部约占 60%。其特点是2-1 炉管的底部连接采用对称大弯管柔性连接，因 此炉管不易弯曲。（5）法国 Technip 公司

Technip 公司在 21 世纪初收购了荷兰国际动力学技术公司（KTI）。KTI 公司自 70 年代开始开发了梯度动力学裂解炉（Gradient Kinetic Furnace）。GK 型裂解炉采用单辐射段、单对流段的结构，但对特大型裂解炉则采用双辐射段单对流段的结构。对气体原料采用 SMK 型四程（1-1-1-1）炉管（停留时间 0.3～0.6 s），对液体原料采用 GK-Ⅵ型（1-1）两程炉管（停留时间 0.2 s 左右）。裂解气急冷，对 SMK 型气体裂解炉采用二级急冷，其中一级急冷锅炉为套管式，近来设计的 GK-Ⅵ型炉则采用线性急冷或二级急冷。供热由底部和侧壁联合供热。侧壁燃烧器除了采用附墙式无焰燃烧器外，其最新采用的结构类似于底部燃烧器，其火焰垂直向上，且只采用一排侧壁燃烧器。GK-Ⅵ型炉的特点是炉管采用双排布置，虽然炉膛尺寸减少，但炉管因受热不均容易弯曲。综上，除 KBR 公司采用单程炉管外，其他公司均采用两程炉管为主。单程炉管烯烃收率高，但运行周期短；而对于两程炉管，其性能接近，有差别之处是 SRT-Ⅵ型、SRT-Ⅶ型炉管及 GK--Ⅵ型炉管容易弯曲。1.2 裂解单元技术进展

乙烯装置中的裂解炉由对流段、辐射段（包括辐射炉管和燃烧器）和急冷锅炉系统三部分构成。裂解反应在辐射段炉管中发生生成乙烯和丙烯等产品。对流段回收高温烟气余热，以气化和过热原料至反应所需的横跨温度，同时预热锅炉给水和超高压蒸汽。急冷锅炉系统的作用是终止裂解二次反应并回收裂解气的高温热量以产生超高压蒸汽。总体上来讲，到目前为止，蒸汽裂解技术无突破性进展，虽然 S&W 公司提出了陶瓷炉管裂解炉，但仍未工业化。但是在提高裂解性能的单元技术上仍然有不少新技术或产品不断出现。裂解单元技术的进展是在传热、传质、流体流动、反应等方面围绕以上所述三大部分进行研究，并满足以下多方面的要求：①“四低”要求，低能耗、低物耗、低污染物排放、低维护；②与乙烯装置的大型化有关的“五高”要求，高能力、高原料适应性、高自动化程度、高可靠性、高在线率。为满足上述要求，裂解技术的发展主要在以下几个方面。1.2.1 与辐射炉管相关的技术进展（1）辐射炉管机械设计

近来对液体原料的裂解目前多采用两程或单程炉管，对气体原料则以采用多程炉管为主。炉管构型的进展主要在炉管排列方式和底部的连接型式上。S&W 公司在文献[11]提出了入口管与出口管交替排列型式（单排）以使炉管受热均匀。Linde 公司在文献[12]提出了在炉管底部采用对称弯管连接组合件且单排排列以消除炉管应力。文献[13-15]则提出了将炉管布置成三排，其中入口管所在平面以出口管平面对称。Technip 在文献[13]所提出的结构是为了克服其 GK-6 型双排布置炉管的缺点。Lummus 公司在文献[16]中提出了一种炉管排列方式：与裂解炉的轴线垂直（传统的炉管沿炉膛轴线排列），但未工业化。埃克森化学专利公司在文献[17]·4· 化 工 进 展(2014 年第 33 卷)中提出了一种炉管排列方式：在一个炉膛内以裂解炉的轴线为对称布置平行的两排单排炉管。在从技术上来看，单排排列更有利于裂解的工艺性能，而多排排列虽然可以缩小炉膛尺寸以节省部分投资，但带来了工艺性能上的损失，可以说得不偿失。（2）新型炉管材料

由于实现高选择性就需要缩短停留时间和提高裂解温度，相应的裂解炉运行周期和辐射炉管使用寿命就受到限制，为解决这些问题，新炉管材料应运而生。①新合金材料。文献[18]报道 Kellogg 公司研发的一种炉管 HR160，它是一种 Ni-Co-Cr-Si合金，可以有效减少结焦。文献[19-20]介绍了加拿大 Westain 表面工程产品公司在 35Cr45Ni 合金中添加了铌、钛和稀土元素，可以耐受 1150 ℃的高温。文献[21]介绍了德国 Schmidt+Clemens 开发出一 种 新 型 添 加 了 铝 和 微 量 元 素 铌 的 Ni 基Centralloy HT E 合金，由于存在稳定的 Al2O3 致密层，因而可以耐受 1150 ℃以上的高温并可降低结焦速率。铁基热抗氧扩散的增强（ODS）合金[8，20-21]由 JGC 公司和 Special Metals 公司联合研究并开发，是一种不含 Ni，且 Al 和 Cr 含量高的铁基合金。有高的抗蠕变强度（是 HP 合金的 2～3 倍）和高的抗腐蚀性，用这种合金制造的裂解炉炉管可耐 1300 ℃，在目前的条件下可延长乙烯裂解炉的运转周期，增加生产能力，可在高裂解深度下操作而没有不良影响。②采用陶瓷管代替金属炉管。由于陶瓷炉管既能耐受更高的温度，又克服了金属炉管因含镍促进结焦的缺点，抑制了在较高的裂解温度下操作形成催化结焦的物质生成。因而比普通裂解炉的转化率提高 20%以上，并且大幅度延长裂解炉的运行周期。S&W 公司正在研究陶瓷裂解炉[22-23]（LPH 裂解技术）。采用此技术气体原料裂解炉单炉能力可以达到 700 kt/a。IFP 和 Gaz de France 公司开发了可允许工艺温度超过 1000 ℃、乙烷转化率超过 90%的高温陶瓷炉[6，21]。这些研究还在进行中，还有一些工程问题未得到解决。（3）抑制结焦

抑制结焦的技术都是以降低焦的生成和提高清除焦的先兆物的速度为目标，文献[21，24]对抑制结焦的技术进行了总结和研究，概况分为三类：一是注入结焦抑制剂将焦经催化气化为 CO 和 H2，主要有 Nova 公司开发的 CCA-500 抗垢剂，阿托菲纳和 Technip 公司推出新型抗垢剂——CLX 添加剂[25]，Nalco/Exxon Energy 化学公司开发的 Coke-less 以及国内中国石化北京化工研究院开发的结焦抑制剂均已在工业装置上进行了试验[26]；二是在炉管表面涂

Mn、Si、Al、Cr 等其他材料以防止催化反应生成焦，主要有 Westain 表面工程产品（SEP）公司的CoatAlloy 技术[27-30]、诺瓦（Nova）化学公司的ANK400 抗结焦技术[31-34]、Alon 表面技术公司的Alcroplex 涂层技术[35]及韩国 SK 公司在线和原位涂复系统 PY-COAT[36-37]；三是采用强化传热使结焦母体不能在炉管表面停留并降低炉管表面温度以降低焦的生成速度，主要有中国石化与沈阳金属研究所开发的扭曲片[38]、日本久保田的 MERT 及 X-MERT 管[21，39]和英国 Heliswirl 技术公司开发的小幅涡漩管[40-41]（此技术现已被 TECHNIP 公司买断）。总体来讲结焦抑制剂对延长裂解炉运行周期有效果，但还未得到大面积的推广，主要原因是在线运行费用高；表面涂层炉管也未得到大面积推广，主要原因是涂层在使用一段时间后会变薄；只有强化传热炉管得到了大面积推广。1.2.2 与节能环保相关的技术进展

（1）裂解炉与燃气轮机联合[6，42-43]在 20 世纪 70～80 年代，受能源危机的影响，Lummus、S&W 和 KBR 公司均在一些乙烯装置中将裂解炉与燃气轮机联合。在总发电量相同时，裂解炉与燃气轮机联合系统比常规系统的总燃料消耗可节省约 13%。但是燃气轮机系统由于受到燃料、投资和可靠性等，并未成为通行的做法。（2）提高裂解炉的热效率[43，48] 文献[43]介绍了提高热效率的各种方法，但随着 CO2 减排的需求，对裂解炉热量回收要求越来越高。通过优化裂解炉对流段的设计，并采用耐腐蚀的炉管裂解炉的排烟温度降至 80～100 ℃，热效率达到 95%～96%。在茂名石化样板炉改造中，最终标定的热效率为 95.52%，排烟温度为 87 ℃。

（3）充分回收高温裂解气余热文献[5-6，8]介绍了各种急冷锅炉，在实际应用上为了多发生超高压蒸汽以实现节能，裂解气急冷锅炉的发展主要体现在以下几方面。①降低出口温

度以增加高压蒸汽的产量：对气体原料采用二级或三级急冷，最低冷却到 250 ℃，对石脑油原料出口温度已降至 350 ℃左右。②改善裂解气分配，常规急冷锅炉（Schmidt 和 Borsig 型）、浴缸式急冷锅炉等采用较少换热管和增大管径的设计以减少结焦对压降的影响，提高在线烧焦效果以提高裂解炉的在第 1 期 王子宗等：乙烯装置裂解技术进展及其国产化历程 ·5·线率。③减少绝热段停留时间以降低烯烃损失，如采用浴缸式、快速急冷及线性急冷锅炉。为克服线形急冷锅炉长投资高的缺点，美国 BORSIG 公司推出了 UP-DOWN 线型急冷锅炉。（4）新型燃烧器及供热方式

为减少大气污染，对NOx排放指标越来越严格，因此低 NOx 燃烧器应运而生，目前在以甲烷-氢为燃料时 NOx 最低达到约 20mg/m3[1，8]。为实现低 NOx排放，各燃烧器厂商均推出低能力多枪直线排列燃烧器，分级燃烧燃烧器、以及烟气再循环技术以降低 NOx。Lummus 提出了一体化燃烧器（底部燃烧器和一个安装于炉底的附壁燃烧器组成）[44]，此外还提出了对辐射段炉管入口管和出口管采用不同供热能力的燃烧器以延长裂解炉的运行周期[45]，以及在侧墙安装一种燃烧器以改善底部燃烧器的火焰稳定性[46]；Technip 提出分两段供热——底部约占55%，中部约占 45%，采用阳台式（Balcony）燃烧器（Calidus）[47]。此外 CFD 技术被用来优化裂解炉供热和对燃烧器设计进行优化[47]。（5）其他节能技术[48] 引风机采用变频或永磁调速控制以节省电的消耗达 10%～30%；采用乙烯装置的废热或余热来预热助燃空气；采用低导热性能的保温材料并采用新型耐火材料结构以使炉外壁温度达到 70 ℃以下。1.3 裂解炉大型化随着乙烯装置的大型化，裂解炉也向大型化发展。大型裂解炉结构紧凑，占地面积小，投资省。据称，1 台 150 kt/a 的裂解炉比 2 台 75 kt/a 的裂解炉投资省 10%～15%[1]。裂解炉能力由 20 世纪 70年代的 30 kt/a 提高到目前的 200 kt/a 以上，石脑油原料的裂解炉达到 200 kt/a、乙烷原料裂解炉 350 kt/a[1，8，49-50]。文献[

5、8]介绍了 4 种裂解炉结构：①常规的单辐射段单对流段结构；②常规的双辐射段单对流段结构；③单辐射段双单排辐射炉管单对流段结构[51]；④单辐射段（炉管布置与炉膛轴线垂直）单对流段结构[16]。此外，文献[52]介绍了美国Lummus 公司提出的单辐射段（炉管布置与炉膛轴线垂直）双对流段等结构，文献[53]介绍了 Technip公司提出的单辐射段多排炉管（炉管布置与炉膛轴线平行）单对流段等结构。对于大型化裂解炉其结构有多种型式，但目前采用较多的还是上述②、④两种结构。虽然大型炉可以节省投资，但规模不是越大越好，需要与乙烯装置的规模和原料种类结合起来统筹考虑以减少对操作的影响。1.4 裂解炉改造

自 20 世纪 60～70 年代以来，裂解技术不断发展，节能与环保要求也越来越高，一是对技术落后、设备陈旧和不满足环保要求的裂解炉进行改造，二是乙烯装置的扩能也需要对裂解炉进行改造。采用最新技术以消除裂解炉原设计及实际生产中存在的问题，以提高裂解炉的生产能力和技术指标。文献[54]对老旧裂解炉改造进行了介绍，采用高选择性炉管、降低排烟温度提高热效率、采用新耐火材料减少热损失、更换燃烧器（采用底烧）以降低空气过剩系数来减少燃料消耗和采用可靠的技术来减少非计划停车来减少能耗。文献[42-43，48] 介绍了裂解炉节能技术，除前述内容外还采用强化传热技术等延长裂解炉运行周期、风机变频或永磁调速技术、空气余热技术、降低 TLE 出口温度以多回收超高压蒸汽。中国石化实施的裂解炉样板炉改造已得到国家有关部门的支持，以满足国家对节能减排的要求。通过采用中国石化 CBL 裂解技术对茂名乙烯一台40 kt/a原SW公司设计的48 U裂解炉和扬子石化一台 100 kt/a SL-Ⅱ型裂解实施节能改造，取得了良好的效果：其中茂名裂解炉运行周期达到 100 天以上，热效率达到 95%～96%[48]。此改造技术陆续在上海石化、天津石化等乙烯装置中得到应用并取得了预期效果，之后还将陆续在中国石化其他乙烯装置中分批实施。裂解炉改造技术在实施上有比较大的进展，由在原有裂解炉上进行模块化施工到整炉施工完毕进行整体平移[54]。

1.5 应用先进的计算机数学模型控制及优化系统随着对乙烯装置效益的要求越来越高，在裂解炉设计已定型的情况下，裂解炉系统的控制水平已采用先进的 DCS 常规控制、裂解深度控制和优化控制等，并可与计算机进行通信，从而与 ERP 系统、生产计划排产系统相连，实现操作管理、生产管理的一体化，使企业获得最大效益。在乙烯裂解炉上通过采用先进过程控制系统可使裂解炉在较优状态下工作，通过控制炉管出口温度和裂解深度均一化，一方面实现裂解深度和优化控制，也确保了裂解炉能长周期运行。目前国内采用的先进控制和优化技术有 Aspen Tech.、Honeywell、ROMEO 和华东理工大学开发的 ECUST-OlefinROC。而 ASPEN 公司则建立乙烯装置的一整套先进及优化控制软件，其裂解部分则是基于 SPYRO 软件。装置操作者一般用·6· 化 工 进 展 2014 年第 33 卷 该软件进行原料选择、生产计划和裂解炉优化。而国内华东理工大学采用模糊控制理论（神经元）对裂解炉进行深度控制，效果不错，现已在中国石化进行推广[55-58]。乙烯裂解技术及设备的国产化 2.1 国产化历程[1，59] 鉴于乙烯技术的重要性，原中国石化总公司成立伊始，就把开发乙烯裂解技术确定为重点科技开发项目。中国石化 CBL 乙烯裂解技术经历了近3年的发展。SEI 与合作开发单位自 1984 年合作开发至今，CBL 技术已实现成套化，CBL 裂解炉从 CBL-Ⅰ型发展到 CBL-Ⅶ型，能力从最初的 20 kt/a 发展到 200kt/a，原料可以适应从乙烷到加氢尾油。采用CBL 技术建设的各型新建及改造（辐射炉管）裂解炉总共达 117 台，总能力达 11 530 kt/a 乙烯。其中改造辐射炉管且单炉能力小于 100 kt/a 裂解炉共有44 台、总能力约 2445 kt/a； 100 kt/a 及以上裂解炉共有 73 台、总能力达 9090 kt/a，分别建于燕山、茂名、天津、镇海和武汉等。采用 CBL 技术进行改造的裂解炉共有 50 多台，被改造的裂解炉包括国外知名公司 Lummus、S&W、Technip（KTI）所设计的。2010 年 CBL 开发组与中国石化科技开发公司、中国石化国际事业公司一道通过与国外专利商的竞标获得了马来西亚某石化公司新增裂解炉项目，已于2012 年11 月9 日投产，并于2013 年2 月通过考核。2.2 工艺技术国产化

裂解工艺技术国产化研究始于 20 世纪 60 年代初，到 80 年代初的近20 年一直配合乙烯技术引进作了大量的基础研究和中试。北京化工研究院开展各种裂解原料和产物分析、热裂解模拟试验、热裂解反应动力学研究及工业裂解炉运行参数监测等研究工作； SEI 则在对流段工艺计算、工艺及系统设计和工程设计等方面开展了大量工作；南京工业炉所则在急冷锅炉工艺计算、供热等开展了大量工作。所建立的裂解炉辐射段数学模型、对流段数学模型、急冷锅炉工艺数学模型及工艺系统计算模型等满足了新型裂解炉开发和设计的需要。2.3 设备国产化[60-62] 裂解炉关键设备的国产化是与 CBL 裂解炉的开发同步的，包括对流段翅片管、辐射段炉管、急冷锅炉、燃烧器、汽包、保温材料等。1987 年 CBL-Ⅰ型炉设计期间开发组就与相关制造单位就以上关键设备进行攻关，实现了辐射段炉管、对流段翅片管、急冷锅炉、汽包、燃烧器及耐火材料的国产化。CBL 裂解炉的不断发展直接带动了与裂解炉相关的设备国产化的发展，到目前为止，除部分高温高压调节阀等部分仪表外，关键设备实现了 100%国产化。而且南京工业炉所对急冷锅炉、燃烧器还不断推出新的产品，满足了 CBL 各型裂解炉的需要。2.4 工程设计国产化

SEI 开展了大量工程技术研究，包括炉管构型和炉型结构研究、工艺计算模型与软件的开发和完善、辐射段炉管吊架系统开发与完善、裂解炉大型化工程技术开发（工艺放大、大型管道布置与应力分析、大型裂解炉钢结构设计等）、对流段模块和辐射段设计、文丘里与混合器/急冷器的开发、流体动力学计算软件 CFD 在裂解炉设计中的应用、PDS模型化工程设计以及裂解炉控制系统的研究等。到目前为止，所有 CBL 裂解炉工程设计，以及 2000年以后中石化所建裂解炉的工程设计大多由 SEI 完成。

2.5 CBL 裂解炉在天津、镇海应用情况简介天津、镇海 1000 kt/a 乙烯装置工业化工程技术开发列入中国石化十条龙攻关。且全部采用国产化CBL 技术设计的裂解炉：液体炉为 CBL-Ⅲ型炉、气体炉为 CBL-R 型炉，其中镇海 150 kt/a 乙烯裂解炉 1 台。工艺包、基础设计、详细设计及关键设备实现了国产化。详细情况介绍如下。天津 1000 kt/a 乙烯裂解炉自 2010 年 1 月 16 日正式投料运行，并于 2010 年 12 月通过了考核。镇海 1000 kt/a 乙烯裂解炉自 2010 年 4 月 21 日正式投料运行，150 kt/a 裂解炉于 2010 年 7 月投入运行，于 2010 年 11 月通过了考核。详细指标见表 1。表 1 天津、镇海裂解炉技术指标对比

项 目 原料 乙烯收率/% 热效率/% 运行周期/d 天津乙烯

保证值 石脑油 28.72 93.5 85 考核值 31.57 95.1 86 保证值

加

氢

尾

油

28.26

考核值 30.5 94.43 76 镇海乙烯

保证值 石脑油 28.93 94 81 考核值 30.12 94.5 >100 保证值 加氢尾油 29.12 92.8 70 考核值

29.47

93.78

>100

第期

王子宗等：乙烯装置裂解技术进展及其国产化历程 ·7·

表 1 中的运行周期均未达到烧焦时的最高管壁温度。实际运行中，天津乙烯各种原料的运行周期分别为 122 天（C2/C3）、120 天（NAP）、96 天（HVGO），镇海乙烯各种原料的运行周期分别为133 天（C2/C3）、119 天（NAP）、121 天（HVGO），而且管壁温度均未达到烧焦时的 1115℃。3 CBL 裂解炉的大型化1998 年，100 kt/a 乙烯裂解炉开始开发，于 2000年 7 月建成于燕化公司化工一厂，9 月一次投料成功。2000 年，150 kt/a 裂解炉的开始开发，于 2010年 7 月 27 日在镇海石化投入使用，具备分炉膛烧焦能力，并通过了鉴定，达到国际领先水平。200 kt/a 裂解炉的开发工作已完成，已于 2010年 8 月和 12 月分别通过了总部及国家的验收，目前计划在青岛炼化进行工业化。

3.1 150 kt/a CBL 裂解炉介绍

kt/a 裂解炉工艺包列入“十•五”国家科技攻关计划，于 2003 年通过国家验收。现已在镇海石化建成一台 CBL-Ⅶ型 150kt/a 裂解炉。其主要技术方案为采用双辐射段单对流段结构，该炉以石脑油及C5 为原料。此裂解炉所采用的技术主要有以下特点：两个辐射段到对流段的过渡段采用特殊的过渡段结构；采用高选择性两程 2-1 型炉管并加扭曲片；第一与第二程采用弯管设计，具有良好的力学性能；供热：底部与侧壁联合供热，底部占约 70%；对原料及操作具有较大的灵活性；在对流段设有超高压蒸汽过热段；高温裂解气线性急冷锅炉；运转周期长；高蒸汽产量；热效率高：达 94%～95%；引风机采用变频调速；可以实现分炉膛烧焦。150 kt/a 裂解炉通过优化工艺参数，不仅裂解不同原料时有较好的技术指标，同时也满足了分炉膛裂解和分炉膛烧焦的要求，技术指标见表 2。2011 年福建炼化采用以上 CBL 技术建设两台150 kt/a 裂解炉，现正在进行施工。表 2 150kt/a

裂

解

炉

主

要

技

术

指

标

设计 原料 水油 比 炉出口 温度/℃ 运行周 期/d 单程 C2H4 收率/% 排烟温 度/℃ 热效率 /% NAP（设计）0.5 838 ＞80 28.38 104 94.6 NAP（实际）0.5 838 112～120 30.29 ～105 94.5 3.2 200 kt/a 年 CBL 裂解炉介绍

200 kt/a 裂解炉工艺包开发列入“十一五”国家科技支撑计划，现已通过国家验收。其主要技术方案为采用双辐射段单对流段结构，辐射段炉管采用高选择性两程炉管（2-1 或改进 1-1）或单程炉管，所采用的技术与 150 kt/a 裂解炉不同点如下：①提出了 3 种可行的炉管构型，可根据需要选择；②供热为 100%底部供热；③产品收率进一步提高；④辐射炉管排列方式改进，两程炉管采用入口与出口交错排列；⑤线性急冷锅炉出口温度进一步降低。表 3 200 kt/a 两程炉管裂解炉主要技术指标

设计 原料 水 油 比 炉出口 温度 /℃ 运行 周期 /d 单程 C2H4 收 率/% 急冷锅炉 出 口温度（初期）

/℃ 排烟 温度 /℃ 热效 率/% NAP 0.5 847 ＞80 31 375 ＜100 ＞95 4 结 语

综上所述，蒸汽裂解技术目前没有突破性进展，主要进展有围绕克服现有技术不足的单元技术、大型化和节能减排等方面。如果陶瓷炉管裂解炉在工程上和材料上能解决陶瓷炉管本身的可靠性和安全性、以及与金属材料的连接问题，如果结焦抑制技术能够解决辐射炉管结焦问题，那么蒸汽裂解将有突破性进展。中国石化 CBL 裂解技术经历了近30 年的研究、改进和推广，完全实现了工艺、工程设计及设备国产化，并且实现了技术出口。在第一个阶段

（1984—1998 年）主要解决工艺问题；第二个阶段（1998—2001 年）主要解决了辐射段炉管弯曲问题；第三阶段（2002 年以后）主要解决了裂解炉大型化问题和裂解炉技术成套问题（气体炉、裂解炉改造等）；第四阶段（2010 年开始）主要开拓国际市场，将来主要解决蒸汽裂解技术的改进和突破。截至到目前为止，CBL 裂解炉已有 CBL-Ⅰ～Ⅶ型炉投入运行，而且 CBL-Ⅷ型炉在研究之中，概括起来 CBL 裂解炉具有以下特点。（1）采用高选择性炉管构型。裂解液体原料的CBL 裂解炉，采用高选择性炉管构型，CBL-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型炉和 SL-Ⅰ型炉均采用 2-1 型炉管，CBL-Ⅳ型炉采用 4-1 型炉管，CBL-Ⅴ型炉采用改进的 2-1 型

炉管，CBL-Ⅵ型炉采用改进 1-1 型炉管。裂解气体·8· 化 工 进 展 2014 年第 33 卷 原料的 CBL 裂解炉采用停留时间适中的四程炉管构型（2-1-1-1 等或其改进型）。（2）采用二级或一级急冷（传统急冷、线性急冷）。（3）对于轻质或重质原料可采用一次稀释蒸汽注入方式，对于重质原料采用二次稀释蒸汽注入方式。（4）供热方式灵活，底部占 60%～70%，或全部底部供热。（5）热效率高，达 93%～96%。（6）原料适应性强，可裂解乙烷至加氢尾油。（7）投资省。近年来 CBL 裂解炉和基于 CBL 技术的 SL-Ⅰ型炉在燕山、齐鲁、天津、镇海、中原、茂名的工业应用表明，CBL 炉、SL-Ⅰ（CBL-Ⅲ）型炉的工

艺性能和技术水平已完全达到国外先进水平，在重质原料裂解方面具有优势，并有投资省的优点。参 考 文 献

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