裂解炉是乙烯装置乃至石油化工企业的龙头核心设备，随着乙烯装置生产能力的大型化，其反应器——裂解炉单台乙烯产量也不断提高。而裂解炉除中石化ST/Lummus 联合开发100kt/a·台外，其余关键技术仍然依赖进口，由此花费大量外汇。分析裂解炉发展历史和最新国内外先进裂解技术，可知：裂解炉正不断向“高反应温度、短停留时间、低烃分压”目标靠拢。因此，研究、开发和设计乙烯裂解炉不仅具有重要的理论意义，而且具有明确的工业应用价值。本文采用⑴半理论半经验化学反应动力学模型和数理统计理论尤其是蒙特卡罗三维模型解决化学反应器——大型裂解炉的“放大”问题。⑵将绿色化学理论的设计理念应用到裂解炉工程项目中以降低“三废”排放，从而使绿色裂解工艺成为催化与环境友好的化学工艺。⑶固体氧化物燃料电池（SOFC）与裂解炉的联合，为石化技术和电化学技术创造交流的平台，是一举多得、保护环境的优化组合，从而使裂解联合工艺成为催化与环境友好化学工艺。⑷将哲学中“整体性原理”应用到裂解炉工艺设计上，协调“部分”和“整体”关系并根据“整体最优化思路”设计最佳的裂解炉工艺。由此，研究、开发和设计具有中国特色、基建投资低、操作费用省和长周期平稳运行而且生产能力达200kt/a 的裂解炉，使新开发的裂解工艺路线具有广阔的市场发展空间、较强的竞争力和一定的技术经济优势。根据裂解炉大型化、绿色化的发展趋势，研究、开发和设计并解决裂解炉核心技术问题包括：⑴裂解反应产物优化模拟：采用逐步回归法和最小二乘法进行实验数据的拟和，准确的预测石油烃裂解时各种产物收率。⑵辐射反应优化设计：根据半理论半经验模型，结合物料衡算、热量衡算计算沿辐射段炉管长度的物料产率分布、流体温度分布、管壁温度分布、物料压力分布、结焦分布等。⑶辐射炉管大型化设计：采用蒙特卡罗法三维温度分布模型对大型裂解炉传热过程的研究，得出“辐射炉管传热面积必须有足够的余量而且炉管热应力不能过大”的结论。⑷急冷锅炉工艺过程优化设计：采用严格法，立式热虹吸法及循环迭代法三种途径进行工艺计算并比较；由于严格法可以得到完整的计算数据，故该方法为优化设计方法。⑸对流段优化设计和工程实践：SRT－III 裂解炉对流段新型注汽优化设计以后，裂解炉运行周期从原来10 天提高到30 天以上，开工率由90.9％提高到96.8％以上。⑹裂解原料优化设计和工程实践：新建LPG 储运设施实现裂解原料优化，乙烯产量提高8.33％，单耗下降4.77％，能耗下降3.61％，创造经济效益近4 亿人民币。⑺绿色化开发设计和工程实践：类似的石油化工苯乙烯EB/SM 装置燃油加热炉采用天然气清洁能源代替含硫（＞1.0％wt）燃料油使SO2 排放浓度<700mg/Nm3，环境污染总体评价结果：合格。其中：对流段、裂解原料、工业炉绿色化等3 方面进行了工业化的工程实践，这些工艺装置都开车一次成功，投入正常运行并创造出经济效益和社会效益。通过对乙烯裂解炉关键技术的研究，得出大生产能力、绿色LCG型裂解炉开发设计的方案和技术指标：单台裂解炉生产能力200kt/a·台，乙烯收率提高0.6％，丙烯收率提高0.3％，丁二烯收率提高0.1％，三烯总收率提高1.0％，热效率提高0.2％，满负荷运行周期延长10％，备用系数提高4％，投资节省6％以上。同时，采用低Nox 烧嘴使烟气中Nox 下降85％排放；利用副产甲烷的新型燃料电池使化学能直接转化为电能可降低CO2 排放量40％；裂解炉与燃料电池SOFC 联合可以节约燃料22.84％从而减少温室效应。