月教改论坛报告稿——对接化工产业需求优化化学化工教学(节选).ppt

洪 定 一 中国化工学会 2010.08.09 1 对接化工产业需求 优化化学化工教学 -与教指委共议企业对高校化学化工教育的需求 目 录 一、炼油化工产业技术新进展与需求 二、化学化工本科教学进一步贴近石化产业 三、进一步提升本科生工程能力的建议 一、炼油化工产业技术进展与需求 （一）炼油化工总体进展 -我国炼油化工产业经济总量令人印 象深刻 v 2009年，我国炼油化工产业取得了总 体向好的业绩，经济总量占全国GDP的 10%以上； 一、炼油化工产业技术进展与需求 （一）炼油化工总体进展 - 我国一批航母级石化企业正在形成壮大 v 2009年，中国石化和中国石油双双进入世 界500强； v 中国石化排位由上年的第10位上升到第7位 ； v 中国石油上升到第10位 。 一、炼油化工产业技术进展与需求 (二)大炼油进展 -炼油领域装置大型化技术进步明显： v 2009年，全国原油加工能力5.11亿吨/年； v 加工量3.75亿吨（中石化1.84、中石油1.26）； v 新增4个千万吨级炼厂（惠州1200、独山子1000、 福建炼化一体化、天津石化1350万吨/年）。 v 千万吨级炼厂17家（中石化11，中石油5，中海油1 ） 一、炼油化工产业技术进展与需求 一、炼油化工产业技术进展与需求 (二)大炼油进展-装置大型化工程技术能 力增强 -自主建成1000万吨级现代化炼油厂 v 用自主产权技术建成青岛炼化1000万吨/年、海南 洋浦800万吨/年大炼油; v核心工艺技术及大型关键设备具有自主知识产权，如 千万吨级节能型常减压、300万吨级重油FCC、300万 吨级高压HC和VRDS以及120万吨级第三代CCR。 一、炼油化工产业技术进展与需求 (三)大乙烯进展-乙烯产能、产量双破 千万吨大关 v 2009年，乙烯产能1205吨/年，产量1074.5万吨； v 我国石化工业贡献： -全球炼油能力从上年42.8亿吨/年增加到2009 年43.6亿吨/年； -全球乙烯能力达到1.373亿吨/年。 年代 产能产量 2009年 乙烯产能（万吨/年）1205 乙烯产量（万吨）1074.5 合成树脂产量（万吨）3603 合成橡胶产量（万吨）276 合成纤维产量（万吨）2494 2009年我国乙烯及其衍生物生产情况表 一、炼油化工产业技术进展与需求 (三)大乙烯进展-乙烯领域装置大型化技术进步明显 ： -自主建成天津石化、镇海石化100万吨级现代乙烯 厂 v我国自主建成100万吨/年乙烯装置（天津）：采用 ST/Lummus合作技术，2006年6月开建，2010年1月开车，6 月转入商业运行； v 天津乙烯裂解部分： 11台10万吨/年LS-1型裂解炉、液体 炉两程2-1型，气体炉四程2-1-1-1型，热效率94%，国产化线 性废锅、低NOx底烧；镇海采用15万吨/年特大型乙烯裂解炉 。 v 天津乙烯急冷部分：采用急冷油减粘技术，有效地降低了 塔釜急冷油粘度，提高急冷塔釜温，增加DS产量。 天津100万吨/年乙烯工程技术开发成功 乙烯裂解炉雄姿 一、炼油化工产业技术进展与需求 -自主建成天津石化、镇海石化100万吨级现代乙烯厂 v 天津乙烯分离部分：顺序分离流程，高、低压脱丙 烷、二元制冷、65万吨/年国产裂解汽油加氢、20万吨/ 年国产BD抽提技术，100万吨/年国产化裂解气压缩机； 80%负荷下能耗631千克标油/吨。 v 天津乙烯配套装置：国产化30万吨LLDPE和12/5万 吨/年MTBE/丁烯-1；引进30万吨Innovene HDPE、45 万吨Spherizone PP、35万吨苯酚/丙酮、4/36万吨Dow EO/EG。镇海乙烯已于年中建成开车，现正平稳运行。 脱丙烷塔 进料 丙烷 丙烯乙烷 deC4 脱乙烷塔 C3Frac 乙烯精馏塔 裂解炉 急冷水塔 碱洗塔 干燥器 冷箱 CGC CH4 Comp 乙烯 甲烷 急冷油塔 C2H2 MAPD 汽油 C4 OSBL H2 H2 Treat 脱甲烷塔 天津100万吨/年乙烯装置流程图 乙烯裂解区（热区）乙烯分离区（冷区）（前脱丙烷前加氢 ） 天津100万吨/年乙烯工程技术开发成功 一、炼油化工产业技术进展与需求 (三)大乙烯进展-自主开发建成一批乙烯装置下游标 志性配套装置 （1） 30万吨环管PP及大型粉体输送系统建成； （2）首套30万吨/年LLDPE装置建成投用； （3）百万吨级芳烃抽提技术被外企选用； （4）百万吨级甲苯歧化技术建成装置并有技术出口； （5）15万吨级C5分离装置建成投产； （6）20万吨级PP双螺杆挤压造粒机组开车成功； （7）7万吨级新型环己酮氨肟化装置通过生产考核； 一、炼油化工产业技术进展与需求 (四)大化肥进展-自主开发大化肥技术实现突破 （1） 50万吨合成氨/70万吨尿素大型氮肥全流程技 术开发成功，获国家科技进步二等奖 v 首次建成了第一套大氮肥国产化装置，具50万吨合 成氨、20万吨甲醇、1.2万立方米/小时一氧化碳、70万 吨尿素和4万立空分装置；以煤为原料，装置各项指标 达到了设计要求。 v 结束了我国化肥工业自1973年第一次进口13套大化 肥装置起，先后引进了33套大型化肥装置的历史。 一、炼油化工产业技术进展与需求 (五)专用化学品装置建设进展-自主开发建成 一批标志性专用化学品技术 （1）具自主知识产权30万吨级MDI装置在宁波 万华建成； （2）6万吨级丁基橡胶装置工程技术开发成功 ； （3）3万吨级乙烯齐聚制1-己烯装置建成投产 ； 一、炼油化工产业技术进展与需求 （六）现代煤化工技术进展-具自主产权CTL、CEG、 MTO/MTP、 SNG等技术迈入工业示范 v108万吨/年煤直接制油（CTL）装置在伊金霍洛旗建 成试产； v20万吨级煤制乙二醇（CEG）装置建成试车（通过 CO与亚硝酸酯氧化偶联制草酸酯和草酸酯加氢制乙二 醇）； v60万吨级DMTO装置在包头建成试产； v3万吨级煤甲醇制丙烯（FMTP）示范装置建成运行。 一、炼油化工产业技术进展与需求 （六）现代煤化工技术进展 -自主集成开发建成108万吨/年煤直接液 化制油装置 2008年12月31日神华煤直接液化制油项目开车成 功，运行13天，实现煤制油的试生产。经整改，2009 年10月投入第二次运行； 主要工艺流程由煤液化、液化油提质加工和煤制氢3 大部分组成。 神华煤直接液化工艺流程示意图 一、炼油化工产业技术进展与需求 直接法煤制油的工艺过程 v煤制氢：部分原料煤用于制氢，用壳牌粉煤气化技术； v悬浮床煤加氢液化：在悬浮床加氢反应器中，洗精煤粉与供氢溶剂 油混合制浆，加入催化剂；在反应压力19MPa、温度约450下加 氢液化得到粗油；反应器为下流式，Exens公司设计，国内制造，重 2100吨，壁厚380mm； v 浆态床粗油重馏分加氢改质：粗油经过分馏，重馏分进入关键设 备T-STAR浆态床加氢反应器，T-STAR工艺系引进H-Oil技术。加氢后 制得煤液化用供氢溶剂油，并排出固态油渣（由原料煤中89%的惰 质组形成）。 一、炼油化工产业技术进展与需求 直接法煤制油的产品：粗油分馏出重馏分后的其余馏分（中轻 质）去加氢改质装置，改质后得到柴油（70%）、石脑油（20%） 和副产LPG。 直接法煤制油技术经济： 3.5吨原煤制1吨油（包括原料、燃动 和制氢用煤，次烟煤），折标煤是2.5吨，能源转化率为59.8%， 是目前世界上煤制油效率最高的；化学氢耗6.7%，40%的原料煤 用于制氢气；水耗7吨/吨油；1吨油产生3吨CO2；项目建设投资 1.33亿元/万吨，是炼油厂投资的810倍。 60万吨级DMTO装置在包头建成试产 60万吨级DMTO装置在包头建成试产 v 2006年12月11日，国家发改委核准总投资121.81亿元，年 用煤量473万吨，煤制烯烃项目主要包括240000(2)米3 /小 时空分、煤气化、净化、180万吨/年甲醇、60万吨/年烯烃分 离（MTO）、30万吨/年聚丙烯（PP）、30万吨/年聚乙烯和 产汽1440吨/小时的自备燃煤热电站。 v 关键技术集成引进美国GE公司水煤浆气化、英国庄信万丰 公司世界级甲醇合成、中国科学院开发的甲醇制烯烃等技术; MTO单元，采用前脱丙烷及后加氢乙烯分离流程，分离出C1 、C2、C3、C4；装置设计能力30万吨/年乙烯、30万吨/年 丙烯、10万吨/年碳4和3.6万吨/年碳5，由ABB Lummus提供 工艺技术并完成工艺包设计，上海工程公司完成基础设计、总 体设计和EPC总承包。 一、炼油化工产业技术进展与需求 （七）促进传统石化与现代煤化工结合的关键 工程技术获重要进展 -大型加压煤气化装置、低温甲醇洗及IGCC开发建成 v 华化开发成功2000吨/日四喷嘴水煤浆气化炉，在灵 谷投用； v 大工开发成功低温甲醇洗国产化技术，获广泛应用 。 v 福建炼化一体化项目集成建成我国首套396MW气（汽 ）电联产装置（IGCC）。 一、炼油化工产业技术进展与需求 -福建炼化IGCC装置构成： v IGCC装置空分：氧气71000Nm3/h，氮气 67000Nm3/h； v 气化（POX） ：脱油沥青76.2万吨/年； v 制氢：4.44万吨/年； v 汽电联产：发电396MW ，蒸汽718t/h； v IGCC集成的主要单项工艺技术来源：设计单位宁波 工程公司；渣油脱沥青技术：石科院；气化技术：壳牌； 燃气轮机：GE 。 二、化学化工本科教学进一步贴近石化产业 二、化学化工本科教学进一步贴近 石化产业 （一）对接化工产业需求 革新化学化工教学 化工产业四大需求 （二）妨碍本科教学进一步贴近炼油化工产业的 因素初探 七个因素 二、化学化工本科教学进一步贴近 石化产业 （一）对接国家化工产业需求 革新化学化工教学 1、需求一：化学工业发展及技术进步需要大量化学化 工技术人才 2、需求二：化工园区发展、延伸产业链需要大量化工 技术人才 3、需求三：石化产业为饯行可持续发展，确保资源能 源获取安全，实施“三个结合”资源战略，需要大量化学 化工技术人才 4、需求四：石化产业为提高全球竞争能力，强身健体 ，全力实施“四化”工程战略，需要大量化学化工技术人 才 二、化学化工本科教学进一步贴近 石化产业 （一）对接国家化工产业需求 革新化学化工教 学 1、需求一：化学工业发展及技术进步需要大量 化工技术人才 v “十二五”期间，形成4大石化基地：“长三角”大 型石化企业集群、“环渤海”大型石化企业集群、“珠 三角”大型石化企业集群、“沿长江”石化产业带。 v 建成17个千吨级炼油厂、6个百万吨级乙烯厂。 年代 产能及需求 2015年 乙烯产能（万吨/年）2162 乙烯当量需求量（万吨）2580 合成树脂需求量（万吨）5650 合成橡胶需求量（万吨） 405 合成纤维及聚酯（万吨）6400 “三苯”需求量（万吨）2660 我国乙烯产能 与乙烯及其衍生物需求预测 环渤海湾大型炼化一体化企业集群 长三角大型炼化一体化企业集群 珠三角大型炼化一体化企业集群 沿长江大型炼化产业带 长三角、珠三角、环渤海湾大型炼化一体化企业集群 及沿长江产业带分布图 二、化学化工本科教学进一步贴近 石化产业 2、需求二：化工园区发展、延伸产业链需要大量化工技术 人才 （1）建成一批化工园区 v宁波化工园区、大亚湾化工园区、南京化工园区、云溪化工园区、大港化工 园区、燕山材料园区等； （2）在园区内培育了一批产业链并实现延伸 v乙烯产业链：以乙烯为原料，向下游延伸可以生产聚乙烯、环氧乙烷、苯乙 烯、醋酸乙烯、乙醛等数百种产品。 v丙烯产业链 ：以丙烯为原料，向下游延伸可以生产聚丙烯、丙烯酸、丙烯腈 、环氧丙烷、环氧氯丙烷、异丙苯-苯酚/丙酮等数百种产品。 二、化学化工本科教学进一步贴近 石化产业 v碳四（C4）产业链：以C4为原料，向下游延伸可以生产 ABS树脂、丁苯橡胶、丁基橡胶、聚丁烯1、顺酐等数十种 产品。 v芳烃产业链：以芳烃为原料，向下游延伸可以生产苯乙烯 、苯酚/丙酮、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、己内酰胺 、己二酸、甲苯二异氰酸酯（TDI）、对二甲苯等数百种产 品。 v精细化工/化工新材料产品链：凡具有特殊功能的，如耐 高温、高强力、高阻隔、高透明、可降解等功能的精细化学 品/化工新材料就构成精细化工/化工新材料系列产品链。 乙烯产业链示意图 乙烯产业链 丙烯产业链示意图 丙烯产业链 C4产业链示意图 芳烃产业链示意图 精细化工/化工新材料系列产品链示意图 二、化学化工本科教学进一步贴近 石化产业 3、需求三：石化产业为饯行可持续发展，确保资源能 源获取安全，制定并实施“三个结合”资源战略，需要 大量化学化工技术人才 v 以“走出去”为重点的资源“内外结合”； v 以提高资源利用率为目标的“油化结合”； v 实现石油化工产业二次创业的“煤化结合”。 石化产业可持续发展需借力于现代煤化工 合成气 H2/CO （煤气炉） 乙烯、丙烯（ MTO法） 丙烯（MTP法） 二甲醚 MTBE 汽油（MTG法） 航煤、高十六烷值柴油、润 滑油基础油（合成油改质） 甲醇 合成氨 天然气（甲烷化） 氢气（CO变换） 合成油 （费-托合成CTL工艺） 焦化 干馏 汽、柴油调和油 芳烃类化工产品 煤 炭 乙烯、丙烯（合成石脑 油蒸汽裂解） 低碳含氧化合物（乙 醇、乙二醇、醛等） 直接加氢液化 汽、柴油调合组分 气体产品 （甲烷、氢气等） 现 代 煤 化 工 主 要 产 品 示 意 图 MTO乙烯乙烯 & & 丙烯丙烯 天然气天然气 合成气制造 （CO+H2） 天然气制烯烃天然气制烯烃 (GTO)(GTO) 煤煤 煤制烯烃煤制烯烃 (CTO)(CTO) 甲醇合成 甲醇 酸性催化 乙烯 丙烯 高碳烃 H2O 水 + + + 提高乙烯、丙烯选择性，抑制高碳烃生成 烯烃制造新补充原料路线（MTO） 石化可持续发展需要结合现代煤化工 石油石油 成熟路线成熟路线 原原 料料 Petrochemical Products Polyolefins PE, PP Acrylates Polycondensates PC, PET, PBT Solvents Fuels Fuel additives 煤煤/ /生物质生物质 未来路线未来路线 ? ? 天然气天然气 正在发展的路线正在发展的路线 合成气合成气甲醇甲醇 芳芳 烃烃 Benzene Toluene Xylenes 含氧化合物含氧化合物 Alcohols, Ethers, Esters, Acids, Aldehydes 化工基本原料化工基本原料 烯烯 烃烃 Ethylene Propylene 裂解 DICPs 芳构化 混合醇 C2O技术 MTO 超临界 甲醇 廉价 合成气 液体燃料液体燃料 汽油/柴油 筹划少依赖石油的“石油化工” 二、化学化工本科教学进一步贴近 石化产业 4、需求四：石化产业为提高全球竞争能力，强身健体 ，全力实施“四化”工程战略，需要大量化学化工技术 人才 v 装置大型化； v石化产品专用化； v 合成材料高性能化； v生产清洁化。 石脑油催化重整 芳烃抽提 (SED) 芳烃间转换 甲苯歧化 芳烃间转换 异构化 C8芳烃 吸附分离 石脑油 氢 气 PX 异构后 二甲苯 MX OX 二甲苯 甲 苯 苯 苯 二甲苯 裂解汽油加氢 装置大型化-百万吨级芳烃联合装置技术 石化产业可持续发展需关注CCSR技术 生产清洁化需要加速开发： 1、CO2与甲烷、水蒸汽制合成气（日本石油JGTL） ； 2、CO2与氢气合成甲醇（三井化学）； 3、CO2与环氧丙烷制可降解树脂PPC（中海油）； 4、CO2与氨与卤水合成纯碱联产氯化氨（中石化） ； 5、CO2与甲醇合成碳酸二甲酯 二、化学化工本科教学进一步贴近 石化产业 （二）妨碍本科教学进一步贴近炼油化工产业的因素初 探 1、本科专业基础课以及专业课教材更新速度不够：化 学工业的技术进步需要在教学中反映出来；校企间交流 得到的信息一般到达研究生层次，但止于本科生层面， 尤其在本科教材补充更新方面； 2、工科本科生毕业设计用研究论文来替代设计：这 几年的毕业生不太熟悉企业。过去毕业论文做两样：一 是课程设计，综合几门专业基础课和专业课来设计计算 分离塔系统；二是进实验室做毕业合成实验。 二、化学化工本科教学进一步贴近 石化产业 3、缺少一门向本科生系统介绍现代化学工业概貌的课 程： 以融会贯通所学的化学化工知识； 4、现教材缺乏单元操作结合真实流程的组合集成：装 置的构成介绍-原料精制-反应-分离-后处理； 5、深化节能基础：节能概念及夹点理论； 6、企业接受学生实习的积极性减退； 二、化学化工本科教学进一步贴近 石化产业 （二）妨碍本科教学进一步贴近炼油化工产业的因素初 探 7、其他几个值得注意的问题 （1）对中试的重要性强调不够； （2）对技术开发过程分阶段的任务及相对应的课程间的 关系捋得不顺； （3）产业链延伸挑战传统的化工工艺课程-要求将基础 原料、基本有机原料、合成材料、专用化学品、精细化学品 串在一起； （4）加强技术开发流程及工艺包规范、工程设计流程及 规范教育； （5）知识产权、安全与环保法规教育较薄弱； 三、进一步提升本科生工程能力的建议 三、进一步提升本科生工程能力的建议 1、建议一：增开化学工业导论课程 2、建议二：现有课程增加新内容 3、建议三：强调中试等放大环节的必要性 4、建议四：强化工程数学教学-掌握重要工具 5、建议五：调整规范毕业设计体系-建议由三部分内 容构成 6、建议六：提高学生对化学化工的热爱和责任感 7、建议七：双向落实交流成果 三、进一步提升本科生工程能力 的建议 2、建议二：现有课程增加新内容 钱伟长讲过，他鄙视那种一本教科书讲30年不 变的教学方式。 建议首先加大工程项目建设中可行性研究报告 、工艺包、专利设备和基础工程设计及建设项目管 理等知识的教学份量； 三、进一步提升本科生工程能力 的建议 3、建议三：强调中试等放大环节的必要性 检验、校核和改进小试建立的数学模型； 考察催化剂在长周期、大负荷条件下的稳定性； 有利于实现全流程运转，如原料精制、溶剂或未转化原料的精 制与回用、产物正规分离； 对关键设备进行运行考察或改进；考察设备材料的腐蚀情况； 考察原料带入和反应过程中生成的有害杂质积累及影响情况； 拿到一定数量的产品做市场开发； 培训潜在用户的操作技术人员。 Benefits from the miniplant Continuous operation (closed solvent and feedstock cycles) Mutual check with the ASPEN simulation at each stage of development Optimization of the technical concept Testing of different raw materials Validation of the product Material testing under realistic conditions Testing of shut-down and emergency scenarios 中试环节的必要性： 伍德公司HPPO开发用 Miniplant HPPO Plant Pictures March 2005 June 2007 July 2008 三、进一步提升本科生工程能力 的建议 4、建议四：强化工程数学-教学-掌握重要工具 -引导学生掌握数学概念的物理意义； -化学工程中工程数学分为工程数学基础和化工 相关微分方程两部分： v 工程数学基础部分有：化工数学模型、微分方 程概论、场论初步、复变函数、积分变换等； 三、进一步提升本科生工程能力 的建议 v化