蒸汽裂解的绿色发展趋势

蒸汽裂解是石化工业中的关键工艺，裂解炉可以说是石化联合装置的心脏。现在所有的裂解炉都面临同样的问题：为了达到裂解所需的温度，裂解炉都采用化石燃料对炉管进行加热，结果蒸汽裂解炉成为二氧化碳的主要排放源。为了达到巴黎协定的承诺目标，欧洲生产者正努力减少裂解炉的碳足迹，短期内只能靠提高裂解炉的效率；长期来看，则要开发新的替代路线，如使用光伏发电或风力发电产生的电能。

蒸汽裂解炉发展趋势装置规模：蒸汽裂解一个主要的趋势是装置规模大型化。企业都尽可能扩大装置单线设计能力以使规模效益最大化。如果不受原料或产品限制，采用流化床和固定床裂解炉生产乙烯的装置能力在150 万～180万吨/年，乙烷裂解炉生产乙烯的装置能力在150万～200万吨/年。

原料方面：北美生产者侧重于以页岩气制乙烷为原料生产乙烯，其他地区主要以石脑油为原料，LPG 原料比例也在增加。亚洲和欧洲一些世界级规模的裂解项目设计都以进口乙烷为原料。中东引导蒸汽裂解投资投向液体原料或乙烷与液体混合原料，这种趋势反映乙烷供应不足。中东地区只在有LNG装置扩能时才有可能上乙烷裂解。

产品方面：由于燃油预期需求下降，美国以外的生产者都转向生产烯烃，趋势是炼化一体化发展，这种趋势终极是原油直接生产化学品。这个概念一直都在热议，但真正进入实施阶段的项目很少。

可持续发展：欧洲的关注点在可持续发展，尤其是二氧化碳减排和碳捕捉、能效和塑料回收等。

蒸汽裂解炉技术进展TechnipFMC公司研发了两项炉子辐射盘管专利技术并已实现商业应用，其中一种辐射盘管是三道盘管设计，另一种是旋流管设计。这两种设计都能延长裂解炉运行周期并/或提高裂解炉生产能力。

三道盘管概念是辐射盘管设计方面的最新研发进展，同以前的设计以及其他新的竞争性设计相比有以下优点：降低了盘管金属材料的峰值温度；是一种简单又延长裂解炉运行周期、提高裂解炉能力和选择性的方法；既可以用于裂解炉改造又可以用于新裂解炉；所有裂解原料（从乙烷到VGO）都适用。

TechnipFMC 公司致力于提高裂解技术的可持续性，要实现这个目标，中期来看可以使用更多的可再生能源，减少加热用化石燃料用量，并在一些装置上考虑开展碳捕捉与碳封存；长期来看，采用非化石燃料加热的方法（如电加热）可能较为可行。

TechnipFMC 公司作为主要参与者参与了欧洲的一个项目，这个四年项目计划将蒸汽裂解炉的能效提高至少20%，同时将温室气体和NOx的排放减少至少25%。TechnipFMC公司称其开发的一项裂解炉专利设计已经超过了上述目标。

采用可再生电力的可能性随着可再生电力可获得性和可靠性提升，可再生电能的成本下降。石化公司正在寻求合适的电力，不仅能降低生产成本，还可以减少对环境的影响。

欧洲去年8 月发起组成“未来之裂解”财团，组成这个财团的六家石化公司（巴斯夫、北欧化工、利安德巴塞尔、沙比克以及道达尔）联合开展如何在石脑油或天然气蒸汽裂解炉中采用可再生电力代替化石燃料的研究。

2018 年，巴斯夫公司已经开始推进裂解炉电力加热的五年研发计划。这个世界首个裂解炉电能加热概念2019年1月公布，该项目的负责人表示从化石燃料加热裂解炉转向采用可再生电能的电加热裂解炉可以减少90%的二氧化碳排放。在这个研发中，挑战主要是要找到能耐1 000℃高温的裂解炉盘管材料。

与此同时，Coolbrook Oy公司提出了开发全新裂解炉的概念。同传统的石脑油裂解炉相比，该公司称其RotoDynamic反应器（RDR）专利技术可以将乙烯收率提高34%。RDR 是一台再生式涡轮机，由三排轴向叶片（定子，转子和扩散器）和环形无叶片空间组成，这个环形无叶片空间将叶片通道轴向连接。这种结构可以对工作流体进行蓄热式加热，流体在定子中加速产生的机械能通过转子转换成流体的内部能量，从而增加流体的温度和压力。常规的裂解炉子需要外部热源，而RDR是在反应器内加热流体，因此可使停留时间缩短到0.02 ～0.04秒，仅为传统裂解炉的1/10。乙烯收率超过43%。

该公司2017年完成了为期两年的研究，现在正投资1 200万欧元进行放大，欲将反应器从90 kg/h（研发项目中反应器规模）放大到500 kg/h，计划今年秋季开工。RDR的电动反应器设计将由电动马达驱动。这种裂解炉的收率仍保持2017年报道时的水平，但二氧化碳排放减少70%，能耗下降工21%。

废塑料回收作原料TechnipFMC公司表示很多公司都计划开展废塑料回收作裂解原料的尝试，但废塑料作原料受废塑料的回收情况以及废塑料热解再生时所需能源情况的限制；另一个问题是回收塑料中可能对裂解产品性能和催化剂寿命产生影响的污染物范围现在还没有相关研究。

巴斯夫已经对以废塑料为原料化学再生制某些产品的试验进行了中试，原料由合作伙伴Recenso公司供应。第一批由回用塑料制得的油于2018年10月送入巴斯夫位于Ludwigshafen的裂解炉。Recenso公司有一套工业规模的将城市垃圾转化为液态油的中试装置在运行中。

去年8月，陶氏与荷兰Fuenix 集团签订裂解原料供应协议，原料由废塑料制得，供陶氏位于荷兰Terneuzen的装置生产新树脂。

瑞典Chalmers 技术大学的研究团队开发了一种能将废塑料直接转化为气态组分的工艺。这种气化工艺不需要将废塑料先转化为裂解炉能用的热解油，而是直接将废塑料裂解成气态组分。该团队吸收了由其首创的生物质气化制生物甲烷技术的经验，并将这种技术——双流化床（DFB）技术用于废塑料蒸汽裂解。该团队表示，只要找到合适的温度（大约在850℃）以及合适的加热速度和时间，就可以建设每小时能将200 千克废塑料转化为有用的气态混合物的示范装置，这些气态混合物可以分子水平再生，转化为与新塑料质量一样的塑料材料。

DFB系统的首次商业应用应该是炼油工业中的FCC反应器，FCC反应器使用气态原料并有两个相连的循环流化床。Chalmers技术大学开发的这种系统是由一个沸腾床与一个循环流化床相连，这种设计原本是用来处理固体原料。与传统的循环流化床不同之处在于这个系统有两个反应环境：沸腾床作为固体塑料颗粒的裂解反应器，循环流化床则作为燃烧室。Chalmers技术大学团队表示研发正在继续深入，目标是能达到示范规模。这个工艺据称可以适用于各类废旧塑料，包括那些先前已被弃于填埋场和海中的废塑料。