Чэнь Цзюньву: История зарождения технологии каталитического кракинга в Китае

Первый этап: начало самостоятельных исследований и изучение зарубежных технологий. В начале 60-х годов при помощи Советского Союза была построена нефтеперерабатывающая станция в Ланьчжоу, на которой использовалась технология каталитического крекинга с использованием подвижных слоев катализатора. Катализатором в этой технологии служили аморфные силикоальюминиевые шарики. В то же время на Западе уже существовала технология флуидизированного каталитического крекинга; катализатором в ней служили микросферы на основе молекулярных сит. Показатели выхода легких нефтепродуктов и степень селективности в этой технологии были значительно выше, чем в советской технологии. Мы обнаружили, что технологии Советского Союза отставали от западных на двадцать лет, что соответствовало уровню США 40-х годов. В то время Советский Союз тоже не мог предложить более совершенные технологии — их технологии ещё не превзошли уровень технологий США 40-х годов. Поэтому вопрос о том, как догнать международные передовые технологии 60-х годов, стоял перед отечественной нефтеперерабатывающей промышленностью в то время как крупная проблема. В то время обычные зарубежные технологии можно было продать вам, но стратегически важные передовые технологии нам никогда не продавали. США ввели технологическую блокаду против Китая, поэтому стране пришлось обратиться к самостоятельной разработке, полагаться только на собственные усилия и инновации. Именно в этом и заключалась цель научно-технической конференции по разработке новых технологий нефтепереработки, которая состоялась в Пекине в декабре 1961 года. Однако некоторые эксперименты, которые мы проводили на нефтеперерабатывающем заводе в Ланьчжоу, не увенчались успехом: потери катализатора были слишком велики. Мы очень хотели бы поехать за границу, чтобы ознакомиться с современными технологиями каталитического кракинга. К концу 1961 года несколько экспертов из нашего Министерства нефти были приглашены в Кубу для проведения исследований. Руководство министерства посетило там две нефтеперерабатывающие фабрики: одну построили американцы, а другую — британцы. Среди них было самое современное оборудование для флуоризированного каталитического крекинга — технология, разработка которой была определена на конференции в Сяншане при Министерстве нефти, и мне была поручена роль конструктора этого оборудования. Руководство Министерства нефти считало, что поездка на Кубу — это уникальная возможность, которая выпадает раз в тысячу лет. На кубинских нефтеперерабатывающих заводах высококвалифицированные специалисты были иностранцами; после успеха кубинской революции большинство из них уехало. Куба щедро предоставила нам много информации, но как её использовать? Информация сама по себе не решает проблем — её нужно обработать, превратить в знания, которые можно применять на практике. Для этого требуется больших усилий. Руководство Министерства нефти решило отправить ещё пятерых специалистов из разных областей на экскурсию на Кубу. Я специалист в области технологий и являюсь проектировщиком промышленных установок в Китае; на меня возложена ответственность за сочетание проектирования внутри страны с проведением исследований за рубежом. Остальные коллеги — специалисты в области оборудования, машиностроения, приборостроения и т. д. Обширные данные по флуорируемому каталитическому крекингу, полученные на Кубе, позволяют не только решать технические проблемы, связанные с этой технологией, но и затрагивают другие смежные аспекты нефтеперерабатывающей промышленности. Наша исследовательская группа сосредоточилась прежде всего на технологии каталитического фракционирования, одновременно изучая техническую документацию по процессам нормального и повышенного давления, а также каталитической ректификации. За полгода мы постарались скопировать или систематизировать эту документацию в письменном виде. В то время ключевой проблемой было выяснение вопросов, связанных с технологиями и оборудованием, чтобы иметь возможность направлять процесс проектирования и производства оборудования в стране. К счастью, несколько человек из нашей группы, которые поехали на Кубу, взяли на себя эту задачу: они осмотрели все необходимое и записали всё, что нужно было запомнить. Поэтому по возвращении мы создали китайскую технологию каталитического фракционирования с нуля. В течение двух с половиной лет — с сентября 1962 года по февраль 1963 года и с сентября 1964 года по февраль 1965 года — мы в основном овладели сутью этой технологии; во многих аспектах мы поняли не только то, как это делается, но и почему.

Второй этап: от копирования примера к более сложному подходу. Установки для флуорирующего каталитического кракинга мощностью 600 тысяч тонн в год, построенные в Фусуне и Дачине, можно считать примером копирования примера. Позже Министерство нефтяной промышленности решило построить на нефтеперерабатывающем заводе «Вэйши» в Шаньдуне установку ещё большей мощности – 1,2 миллиона тонн в год. Это уже является примером более сложного подхода. Конкретный дизайн этого устройства был разработан Пекинским институтом проектирования, а я выполнял функции технического руководителя. Проблемы возникли в процессе копирования по образцу; основная причина — недостаточный уровень наших технических навыков. Копирование в точности возможно, но если увеличить масштаб вдвое и производственные мощности тоже вдвое, возникают проблемы. К тому же руководство тогда требовало внедрения инноваций, и именно из-за этих условий в нашей разработке появились некоторые недостатки. В конце 1967 года процесс запуска установки для флуорируемого каталитического крекинга мощностью 1,2 миллиона тонн в год шел довольно стабильно. Однако ежедневные потери катализатора составляли около 30 тонн, из-за чего установку пришлось остановить. Потеря тридцати тонн катализатора в день — это явно неприемлемо. В то время в стране велось исследование такого катализатора (он также относился к проектам разработки «пяти золотых цветов»), но его ещё нельзя было производить в промышленных масштабах. В стране использовался катализатор на основе микросфер 3A, импортируемый из Великобритании; его цена также была очень высокой. Это требует от нас тщательного изучения основ теории флюидизации с целью выявления причин потери катализатора в промышленных установках. Но это невозможно сделать в лаборатории какого-либо исследовательского института — тестирование должно проводиться непосредственно на крупных промышленных установках. Диаметр регенератора промышленных установок, работающих в разогретом состоянии, составляет примерно девять метров; это не позволяет просто повторять эксперименты, как в лаборатории, поэтому необходимо разработать четкие планы тестирования и исследований. Меня назначили руководителем специальной группы по расследованию. Я возглавлял эту группу во время множества поездок в Фусунь и Дачинг. После анализа данных о нормальной работе устройств для флюидизации в Дачинге, а также данных о плотности и распределении катализатора в регенераторе установки для каталитического кракинга с производительностью 1,2 миллиона тонн в год, было установлено, что неравномерное распределение потока воздуха в флюидизированном слое является основной причиной утечки катализатора на нефтеперерабатывающем заводе «Шэнли». Проблемы, возникающие при эксплуатации промышленных установок, побудили нас к более глубокому теоретическому изучению механизмов флюидизации. Сначала проводились исследования и тестирование на установках мощностью 600 тысяч тонн в год; после этого — локальные тесты на установках большей мощности, составляющей 1,2 миллиона тонн в год, а затем — полномасштабные тесты. Повторяя эти процедуры многократно, мы в конечном итоге выявили некоторые закономерности, которые впоследствии стали основой для правил тестирования и проектных стандартов установок для флюидизированного каталитического кракинга. Тестирование — это процесс понимания закономерностей и данных, которые раньше были нам не совсем ясны. Благодаря новым тестам постоянно получаются новые данные, а после их обработки достигается дальнейшее улучшение. Тестирование — дело не такое простое: когда диаметр крупного реактора или регенератора увеличивается в десять раз, становится непросто разобраться в возникающих трудностях. Для этого необходимы как теоретический анализ, так и использование различных методов тестирования флюидизированных процессов. Позже масштабы производства в нашем нефтеперерабатывающем заводе стали расти, и мощность установки для флуорирующего каталитического кракинга в 600 тысяч тонн в год оказалась недостаточной; возникла необходимость увеличить её мощность до 1,2 миллиона тонн в год. При увеличении масштабов неизбежно возникает множество проблем, связанных с процессом флюидизации. Эти проблемы решаются путем сочетания теоретического анализа и тестовой диагностики. После того как мы разработали набор методов тестовой диагностики, уровень эксплуатации промышленных установок, а также уровень их проектирования значительно повысились. Масштабы проектирования установок для флюидизированного каталитического кракинга также достигли нового уровня. В 1962 году началась работа над технологией каталитического кракинга мощностью 600 тысяч тонн в год; это было сделано путем имитации зарубежных методов. Установка такой установки была введена в эксплуатацию в 1965 году. Что касается установок мощностью 1,2 миллиона тонн в год, то здесь также использовался подход имитации зарубежных методов; они были введены в эксплуатацию в 1968 году. После возникновения некоторых проблем происходили постоянные улучшения, и к 1969 году все стало работать успешно. То есть, даже при использовании подхода имитации зарубежных методов мы добились успеха.

Третий этап: создание научно-исследовательского института для строительства экспериментального завода по переработке нефти. В 1972 году Министерство химической промышленности утвердило идею создания на территории Научно-исследовательского института в Лояне экспериментального завода по переработке нефти с целью систематической разработки новых технологий, материалов и оборудования для этой отрасли. После создания экспериментального завода в 1975 году был проведен ряд экспериментов в области каталитического крекинга, что привело к формированию новой модели технологических инноваций, основанной на тесном сочетании проектирования оборудования и разработки технологий. До 1970-х годов в исходные материалы для каталитического кракинга за рубежом не добавляли смолистой нефти. Учитывая низкий уровень никеля и ванадия в нефти Дачин, которые могут негативно влиять на катализаторы, мы организовали в экспериментальном заводе испытания по каталитическому кракингу с добавлением смолистой нефти Дачин. Благодаря этому удалось обеспечить стабильную производственную деятельность без необходимости использования тепла. В то же время Научно-исследовательский институт нефтехимии также добился успеха в экспериментах на нефтеперерабатывающем заводе в Муданьцзяне, что привело к снятию ограничений на использование гудрона в процессе каталитического крекинга. В 1983 году была основана Китайская национальная нефтегазовая корпорация — предшественник группы Sinopec. Для того чтобы технология нефтепереработки в нашей стране вошла в число мировых передовых, было решено организовать работы по её совершенствованию. Я и академик Минь Эньцзэ стали руководителем и заместителем руководителя группы, занимающейся проблемами каталитического крекинга в рамках проекта «Шестая пятилетка». Целью является разработка новых методов каталитического крекинга гудрона при нормальном давлении в Дачине, а также новых каталитиков для этой цели. Я разделил основную задачу на девять подзадач, а отбор тепла из слоя регенератора — на две категории: отбор тепла с помощью внутренних спиралей и отбор тепла с помощью внешних теплообменников (внешние теплообменники, в свою очередь, делятся на «верхнего» и «нижнего» типа). В дизайне конструкции внешнего теплообменника я предложил схему с вертикальными ребрами радиатора для эффективного отбора тепла, что повысило эффективность теплопередачи и сделало конструкцию теплообменника более компактной. В то же время были организованы исследования в области фундаментальных технологий, которые ранее не велись: например, Нефтяной университету было поручено заниматься исследованиями динамики процесса окисления, а Институту процессной инженерии Китайской академии наук — исследованиями в области флюидизации. В 1985 году проект каталитического кракинга нефтяного фракта при нормальном давлении в Дачине был успешно реализован на нефтеперерабатывающем заводе в Шицзячжуане. Эти достижения позволили Китаю занять ведущие позиции в мире в области каталитического кракинга гудрона. В зарубежных установках для каталитического крекинга реакторы и регенераторы всегда размещались в таких конфигурациях, как параллельное расположение на одном уровне, параллельное расположение на разных уровнях и коаксиальное расположение. В Китае же в первые годы строительства установок для каталитического крекинга использовалась только конфигурация с параллельным расположением на одном уровне. Послушав совет заместителя главного инженера компании Цзяо Ляньшэна, я поручил команде в лаборатории компании в Лояне разработать установку для каталитического крекинга с коаксиальным расположением элементов, которая требовала бы меньше пространства и обеспечивала бы более гибкую эксплуатацию. Были преодолены такие сложности, как использование клапанов, контроль процесса и двухэтапная регенерация. Была построена установка мощностью 50 тысяч тонн в год. После оценки экспертами от Sinopec, команда под руководством Чэнь Даои построила установку мощностью 500 тысяч тонн в год. В 1984 и 1985 годах эта установка получила премию за лучший дизайн и первую премию за научно-технический прогресс соответственно. В 1988 году главный инженер нефтеперерабатывающего завода в Шанхае, Чжу Рэньи, предложил мне, чтобы новый установочный комплекс для каталитического крекинга мощностью 1 миллион тонн в год имел как компактную конструкцию коаксиального типа, так и систему эффективной регенерации баков для хранения продуктов сгорания. Мы приняли этот вызов и предложили более инновационное решение — установку на верхней части камеры сжигания пластины с крупными отверстиями, на которой располагается кроватка с высокоскоростным турбулентным потоком. В нашем исследовательском институте оборудования была проведена проверка эффективности данной схемы, и в нефтеперерабатывающем заводе компании Такахаси она была успешно внедрена в эксплуатацию. Сегодня мы можем гибко проектировать установки для флуоридного каталитического кракинга таким образом, чтобы масштаб производства соответствовал потребностям производственного процесса предприятия: от 5–10 тысяч тонн в год до 350–400 тысяч тонн в год. Проектирование каталитического фракционирования перешло от простого подражания к более творческому и инновационному подходу. Если говорить о том, что разработка установок каталитического фракционирования в Фушуне в прошлом была подобна цветению одного-единственного цветка, то сейчас это уже настоящий сад, полный прекрасных цветов. Как один из разработчиков технологий флюидизированного каталитического крекинга в Китае, я стал свидетелем развития и укрепления китайских технологий нефтепереработки и чувствую огромную гордость.

Учиться у Чэнь Цзюньву, вносить вклад в развитие нефтехимической промышленности.

Если вы занимаетесь каталитическим фракционированием, добавьте меня в WeChat по адресу liyubo0818 — это удобно для дальнейшего общения по этой теме. Спасибо!