《科技创新与品牌》杂志社人物

张来勇-国产大乙烯领军人

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科学家发现未知之事,工程师创造未有之物,前者重于“发现”,后者侧重“实现”,“发现”可以天马行空,而“实现”必须脚踏实地。

中国石油下属寰球工程有限公司(以下简称“寰球工程”)首席技术专家张来勇长期扎根技术研发与成果转化、工艺设计和工程建设一线,或面向经济社会发展,或聚焦国家战略需求,带领寰球工程乙烯创新与工程应用团队完成了一次又一次的工程“实现”,为我国乙烯为龙头的石油化工和煤化工关键成套技术研发、应用、设计和项目管理做出了重大贡献。

立足社会需求

持续创新助力乙烯从0到N

张来勇1988年入行。这一年3月,张来勇获得天津大学化学工程硕士学位,一个月后即入职中国寰球化学工程公司(现中国寰球工程有限公司)成为一名助理工程师,与有着“石化工业之母”美称的乙烯结缘。

乙烯,世界上产量和消费量最大的有机基础化工原料之一,其衍生品占全部石化产品的75%以上,与我们的日常生活密切相关。但在很长一段时间里,我国乙烯一直依赖进口。张来勇初入行的20世纪80年代,我国正处于大规模引进阶段,虽然国产化的声量还比较小,但国内科研设计人员已经开始研究消化不同的乙烯工艺流程,缓慢进步。

“上世纪80年代,工艺技术、重要装备甚至工程设计都靠引进,到了90年代,引进就逐步缩减到基础设计,详细设计基本上由自己做了。”张来勇认为,这种变化来自于引进过程中的逐步消化和学习,以及自身能力的提升。1990年,张来勇作为国家第一批联合工作和培养人员被派往意大利,“去熟悉国际上的工作方式,包括设计理念”。

再到后来,随着我国自身基础能力和技术设计能力的增强,“我们陆续开发小规模裂解技术、分离技术,同时在国家和相关部门组织下,开始与制造企业一起摸索研究,实现了小型裂解炉等关键装备的国产化。”遗憾的是,乙烯成套技术尤其是大型乙烯的成套技术国产化始终没有突破,直到2008年。

这一年,我国成为世界第二大乙烯消费国。但是,当时的当量自给率仅38%,60%以上的乙烯产品依赖进口,扩大乙烯产能迫在眉睫。经过深入调研、反复论证,中石油决定:设立“大型乙烯装置工业化成套技术开发”重大科技专项(即大乙烯一期项目),由寰球工程公司牵头,大庆石化、石油化工研究院等单位共同参与,对乙烯成套技术和关键设备的国产化进行攻关。

此时已成长为总工程师的张来勇,担任项目长,带领团队开始了漫长的攻关。“如何给国家和集团交一份圆满的答卷,给大庆石化交付一套技术先进的装置?虽然我们很有信心,但还是有很大压力,毕竟没有先例和经验。”更为重要的是要想顺利投产,不仅要考虑技术和工艺设计,更要研究如何将技术成果转化为实际的产品,要考虑生产的各个环节,要经过复杂的工程设计和工程扩大化,“只要不投入生产,就不敢松劲儿”。

弦一绷就是5年。在这期间,张来勇和团队又牵头承担了国家十二五科技支撑计划项目“百万吨级乙烯成套工艺技术、关键装备研发及示范应用”,同步推进。最终,张来勇及团队不辱使命。2012年10月,大庆乙烯一次开车成功,比原计划提前一年,鉴定认为各项指标都达到国际先进水平,部分关键指标甚至达到国际领先水平。

这一项目的落地,实现了我国乙烯成套技术的“从无到有”,使我国成为世界上第四个掌握乙烯技术的国家。经过半个世纪的上下求索,乙烯技术国产化这块压在几代石化人心口的巨石终于被踢开。一期项目验收当年,中石油就决定启动大乙烯二期研发。

前进的脚步依然铿锵。“二期目标主要有两个,一是对一期成果应用推广,使科技成果真正转化为生产力;二是适应市场发展与炼化业务进步,扩大乙烯原料范围,巩固技术优势。”张来勇介绍。

2017年,中石油设立“大型乙烯关键技术升级与工业应用”重大科技专项(大乙烯二期),历时5年深耕和研发,实现了乙烯原料由石脑油到气体原料、重质液体原料、以及煤基石脑油和甲醇等多种原料的全覆盖,形成了7大系列40余项技术成果,实现了中国石油乙烯技术“从有到强”的跨越。

其中,百万吨级乙烷裂解制乙烯成套技术已成功应用于长庆、塔里木两个乙烷制乙烯国家示范工程。2021年8月,两套乙烷制乙烯先后投产,实现了乙烷制乙烯领域“零的突破”,乙烯综合收率高达83%,吨乙烯综合能耗分别为311.9和319.7千克标油,充分体现出乙烯收率高、流程短、能耗低、投资省的特点,鉴定认为达到国际先进水平。投产后一年,两套乙烷制乙烯已实现利润20多亿元。同时,适应多种液体原料的年产150万吨乙烯成套技术也已应用于广东石化年产120万吨乙烯装置,即将投产。


面向国家需要

解决复杂巨系统工程难题

技术创新永无止境。如果说社会需求是推动技术发展的第一动力,那么国家需要就是技术创新的最强有力召唤。

大乙烯一期、二期通过持续创新推进大乙烯国产化、原料多元化、装置大型化,是面向经济社会发展主战场,服务民生需求,“年产400万吨煤间接液化成套技术创新开发及产业化”重大项目(以下简称400万吨煤制油项目)则是聚焦国家战略需求,在战略必争领域补短板、强能力。

2021年,我国一次能源消费中,化石能源占比约83.4%,其中煤炭占比56%,略低于2020年的56.8%。尽管煤炭占比持续下降,但鉴于可再生能源短期内难以大规模替代传统化石能源,在未来一段时间,煤炭仍将是我国能源供应的“压舱石”。因此,积极稳妥的发展煤制油,是保障国家能源安全的战略性举措,400万吨煤制油项目就是在这一背景下建设。

这是一个典型的复杂巨系统工程,大部分困难都源于复杂二字。作为全球单体规模最大的煤间接液化项目,400万吨煤制油项目是一个由1000余个子系统、156个系统组成,工艺管道总长度达3728公里的复杂巨系统。单动静设备就有1.3万余台(套),更别提11万台仪表设备、15万台电器设备、25万台阀门及21.7万I/O控制点。这其中涉及到的工艺配置、系统集成及工程放大技术难题之复杂、繁琐难以想象。张来勇带领的寰球工程团队所解决的,正是复杂系统的工程放大和系统优化集成。

复杂巨系统工程的研发推进,往往涉及多单位、多部门的协同作战,这种复杂性体现在多个层面的管理与协同上——技术开发过程中,在解决自身多专业协调的同时,还要处理好寰球团队与合作单位包括业主单位、技术创新单位、设备制造单位、生产企业与用户等的关系;在创新成果转化和应用过程中,需要创新团队和工程团队之间的协同配合,要把技术要求转化为工程的语言,也就是图纸,让制造企业知道怎么做、施工企业知道怎么安装,更要让生产企业知道如何操作;到了施工现场,更要有效组织不同施工单位,才能按照项目要求建成装置顺利投产。

几年攻关,张来勇带领团队在无可借鉴经验的情况下,完成了“煤气化装置各单元系统集成研究”等46项专题研究,突破了工程技术放大、系统集成和优化等关键工程建设难题,为全系统集成和能效提升提供了技术支撑,成功保证了国产煤炭间接液化成套技术的工业应用。项目最终形成的自主化、规模化、标准化、模块化系列成套技术,使我国有能力在应急状态下,迅速复制多套400万吨或更大规模的煤制油装置,具备了亿吨级战略供应能力,提升了国家能源安全战略保障能力。

2016年12月,项目在国能集团宁夏煤业建成投产,一直关心、牵挂这一项目的习近平总书记发来贺信,指出“这一重大项目建成投产,对增强我国能源自主保障能力、推动煤炭清洁高效利用具有重大意义,是对能源安全高效清洁低碳发展方式的有益探索,也是实施创新驱动发展战略的重要成果。”


超前部署

为绿色炼化“计深远”

截至目前,中石油自主乙烯成套技术已应用于17套新建、改扩建乙烯装置,总产能达900万吨/年。其中带强化传热炉管的裂解炉在清焦周期、热效率等关键指标方面都超过了同类技术,分离技术中的乙烯回收率远高于同类技术,在为公司创造超过200亿元业务收入的同时,还凭借产品量增加、装置在线运行时间增长、燃料消耗降低、二氧化碳排放减少等优势,取代了国外传统优势企业的炉管,同步带动了上下游数千亿元产值,对拉动产业升级、推动石化行业及装备制造业技术进步起到了重要作用。

采访中,张来勇一再强调,所有成果的取得,都离不开国家的政策、中石油集团与寰球公司的强有力支持,更少不了团队的奉献。

张来勇认为,国家的鼓励至关重要,“创新是一个充满风险的过程,也是一个持久而寂寞的过程,突破时会有激动,但更多是面对难题和解决难题的漫长过程。”而国家鼓励科技创新的政策,会形成创新的市场和良好氛围,这都会成为个人创新的力量源泉。同时,“国家需求是科技人员创新的一种支撑,有需求才有解决问题的环境,科技人员也就有了解决问题的激情与渴望。”

集团与公司的支持主要体现在对技术创新的坚持。几十年来,寰球的战略理念几经调整,但始终将技术创新放在第一位。正是中石油的强有力支持、寰球的坚持和敢于担当、生产企业的勇于冒险,为创新技术提供了验证试验的平台和机会,解决了技术落地的最后一公里难题。

团队的奉献更为切实。张来勇说,寰球拥有一支持续变化的团队。这种变化,不仅体现在团队技术水平与工程能力的提升,更体现在团队成员的迭代与更新。从上世纪40~50年代的黄文、杨庆兰,到60~70年代的张来勇、李锦辉、王勇、吴德娟、孙长庚,再到80年代的辛江、李春燕,寰球工程乙烯团队也伴随乙烯国产化的征程实现了三代核心团队的传承,老中青相结合实现了技术的传承和可持续发展。到目前为止,寰球工程已经建立起了一支300余人的年龄梯队合理、多专业协作,覆盖技术开发、工程设计、建设运营全过程的乙烯创新和工程应用团队。

以上种种,无一不是寰球能够走到今天,拥有五大领航技术和200多项技术、800多件专利、约100件工法的关键所在,无一不是其荣获10多项国家科技进步奖、中国石油科学技术进步特等奖的重要支撑。

世人只看到荣誉加身时的掌声与鲜花,却不曾知晓那一刻光鲜背后的付出与汗水。那些不凡的时刻,恰恰来自于无数石化人对每一件平凡之事的坚守,以及在这坚守中对前路的洞察及准备。

面对我国成品油消费趋缓而新材料消费需求旺盛的现状,炼化行业在积极调整结构,“减油增化”已经成为主流发展趋势。近年,生态文明建设持续推进、“双碳”战略加速落地等多重背景因素的影响之下,炼化行业更加期待以节能降耗、提质减碳为核心目标的先进理念与技术的出现。

如何破题,张来勇把主意打到了裂解炉燃料上。“一套乙烯装置的能量消耗约3/4在裂解炉,碳排放也是,所以关键还是要控制裂解过程中的能耗和碳减排。过去乙烯裂解用烃类燃料,我们正在开展用绿电加热裂解的研究。”

张来勇算了一笔账,以120万吨乙烯装置为例,与传统石脑油等原料相比,采用乙烷为原料裂解,一年可节能30万吨标油、减碳约80万吨;如果换成绿电加热裂解,二氧化碳排放基本为零,绿色减碳潜力巨大。“这是我们未来5年甚至更长一段时间要去解决的问题,也是乙烯三期攻关要解决的问题。”

在平凡中铸就不凡,张来勇正和无数石化人一起,以持续创新的定力以及“十年磨一剑”的耐心,为绿色炼化“计深远”。

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2021年8月,中石油兰州石化乙烷制乙烯装置一次开车成功

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张来勇(中)在工程现场