硕士论文——苏丹高酸原油延迟焦化工程设计与研究.pdf

石油大学（华东） 硕士学位论文 苏丹高酸原油延迟焦化工程设计与研究 姓名：林森茂 申请学位级别：硕士 专业：化学工艺 指导教师：王宗贤 20030901 中文摘要 本文介绍了目前国内外延迟焦化： 艺技术的发展情况，并着重对延迟焦 化装置中焦炭塔反应压力、循环比、生焦周期、没备大型化、水力除焦技术 和设备、焦化加热炉、自动化水平、环境保护等方面进行了对比。论述了延 迟焦化工艺技术的目的和意义，讨论了在工程设计中所采用的新工艺、新技 术及新设备。通过了解其反应机理，对设计工程中操作条件的选取起到了理 论指导作用。针对苏丹喀土穆炼油厂加工高环烷酸、高钙原油的具体情况， 分析讨论了所采取的加工流程及相应措施。通过国内外技术对比并结合我国 现状，对进一步提高我国延迟焦化工艺技术水平的几个方面，如延迟焦化装 置的工程设计、提高技术含量，以及实现延迟焦化装置的清洁生产等提出了 建议和展望。 关键词：延迟焦化技术发展工程设计加热炉环烷酸 a b s tr a c t 7 f h e p a p e r m a k e sa ni n t r o d u c t i o no nt h e d e v e l o p m e n t s i t u a t i o n so f d e l a y e dc o k i n gp r o c e s st e c h n o l o g y a th o m ea n da b r o a d ，a n dj b c u so nt h e c o m p a r i s o no fo p e r a t i o np r e s s u r eo fc o k i n gt o w e r ，r e c y c l er a t i o ，c o k e f o r m i n g p e r i o d ，l a r g ee q u i p m e n t ，h y d r a u l i cd e c o k i n gt e c h n o l o g ya n de q u i p m e n t ，c o k i n g f u m a c e a u t o m a t i z a t i o n1 e v e la n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n ds oo nt h e p a p e r d e a l sw i t ht h em e a n i n g sa n d p u r p o s e s o f d e l a y e dc o k i n gp r o c e s st e c h n o l o g y ，a n d m a k e sad i s c u s s i o no nt h en e w p r o c e s s ，n e wt e c h n o l o g ya n dn e we q u i p m e n t i n t h ee n g i n e e r i n gd e s i g n t ou n d e r s t a n dr e a c t i o nm e c h a n i s mp l a y sat h e o r e t i c a l i n s t r u c t i o nf o rt h es e l e c t i o no f o p e r a t i n gp a r a m e t e r si nt h ee n g i n e e r i n gd e s i g n i n v i e wo ft h ec h a r a t e r i s t i c so f h i g hn a p h t h e n i ca c i da n dh i g hc a l c i u r nc r u d et ob e p r o c e s s e d i ns u d a nk h a r t o u mr e f i n f e r y 廿1 i s p a p e rm a k e sa na n a l y s i sa n d d i s c u s s i o no nt h ea d o p t e dp r o c e s sf l o wa n dc o r r e s p o n d i n gm e a s u r e s t h r o u g h t h ec o m p a r i s o no ft l l et e c h n o l o g i e sa th o m ea n da b r o a dm a db a s e do nt h ec u r r e n t s i t u a t i o n si nc h i n a ，t h ep a p t e rp u t sf o r w a r ds o m ep r o p o s a l sa n dp r o s p e c t so n h o wt oe n h a n c ed e l a y e dc o k i n gp r o c e s st e c h n o l o g yi nc h i n ai nt h ea s p e c t so f e n g i n e e r i n gd e s i g no fd e l a y e dc o k i n gu n i t ，h o wt oi m p r o v et h et e c h n o l o g ya n d c l e a np r o d u c t i o no f d e l a y e dc o k i n gu n i ta n d s oo n k e y w o r d s ：d e l a y e dc o k i n gt e c h n o l o g i c a ld e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g d e s i g n f u r n a c e n a p h t h e n i c a c i d 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石 油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 签名碰年，f 只 目 关于论文使用授权的说明 本人完全了解石油大学有关保留、使用学位 校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文 可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、 保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名 导师签名 越 肄 弘哆年，月1 日 卯；年，f 月，日 ：学 学校 手段 田 ；帛，阅复定借他规和其的阅或文查印 论被缩 石油大学( 华东) 硕士论文 第1 章前言 第1 章前言 自1 9 3 0 年8 月世界上笫一套延迟焦化装置在美国w h i t i n g 炼油厂投产 以来，延迟焦化技术已有7 0 多年的发展历史。据报道，截止2 0 0 1 年1 月1 日，全世界共有1 0 1 座炼油厂设有焦化装置( 包括延迟焦化和灵活焦化) ， 其总加工能力约为2 1 04 3 m t a 。其中，美国为1 1 5 5 2 m t a ，约占全世界焦化 装置总加工能力的5 4 8 9 ，居世界首位。其次依次为中国( 未包括台湾省) 、 独联体、委内瑞拉、德国和阿根廷等，其加工能力分别为2 0 6 5 、1 1 9 3 、7 9 7 、 6 9 5 、6 ，0 4 m t a ，分别占全吐界焦化装置总加工能力的98 1 、5 6 7 、3 7 9 、 3 3 、2 ，8 7 。据美国s a fp a c i f i c 咨询公司预测，今后十年世界延迟焦化装 置的总加工能力仍将按3 0 的速度继续增长【1 】。 自1 9 6 3 年在抚顺石油二厂建成被誉为“五朵金花”之一的我国第一座 加工能力为o 3 m t a 的延迟焦化装置以来，历经4 0 年的发展，截止2 0 0 0 年 底我国共有延迟焦化装置2 9 套，总加工能力为2 0 6 5 m t a ( 未包括台湾省) ， 居世界第二位1 2 。 随着我国原油日益变重及轻质燃料需求的不断增加，对于原油的深度加 工，重质油料的加工至关重要。延迟焦化是将渣油深度热裂化为气体、轻、 中质馏分及焦炭的加工工艺，由于其工艺流程简单，技术成熟，可加工各种 重质、高含硫原料，而且脱炭彻底口】，产品的柴汽比高，投资和操作费用较 低，经济回报率较高，所以，至今仍然是重油深度加工的重要手段之一 4 】， 本课题正是为了适应这一形势发展的需要而提出。 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章延迟焦化目的及意义 第2 章延迟焦化目的及意义 2 1 延迟焦化的目的 延迟焦化是在较高反应温度和较长反应时间的条件下，使渣油发生深度 热转化反应，生成焦化气体、焦化汽油、焦化柴油、重质馏分油( 焦化蜡油) 和石油焦的过程。延迟焦化是目前重油加工最主要的手段，其目的是使渣油 经过脱碳，最大限度地获取馏分油，包括部分轻质馏分及相当多的可供进一 步轻质化的重质馏分油【5 】。焦化蜡油主要是用作催化裂化原料，焦炭除了可 作为冶炼工业和其它工业用的燃料外，还可用作高炉及铸造用炭，如果焦化 原料及生成方法选择适当，焦炭经煅烧及石墨化后，可用于制造炼铝、炼钢 的电极以及原子能反应堆的减速剂和宇航中用的某些石墨制品等。其原料一 般为减压渣油，也可用常压渣油、重质原油等【6 。 2 2 延迟焦化的意义 随着我国原油日趋变重及重油市场的萎缩，重油轻质化问题越来越突 出，在催化裂化装置掺炼渣油量难以继续提高的情况下，通过延迟焦化装置 增加重油转化能力也就势在必行p 。 延迟焦化工艺技术成熟，装置投资和操作费用较低，不仅并能将各种重 质渣油( 或污油) 转化成液体产品和石油焦，而且可大大提高炼油厂柴汽比。 随着石油焦的气化技术和燃气轮机技术的发展，石油焦尤其是高硫焦不 仅可用作循环流化床锅炉( c f b ) 的燃料，而且可在延迟焦化一气化联合循 环一体化( i g c c ) 组合工艺中直接气化转化成蒸汽、电力或合成气8 1 。随 着该组合工艺的不断发展和应用，将使延迟焦化工艺仍是渣油深度加工的重 要手段之一。 国家经贸委汽车工业“十五”发展计划中提出要大力发展柴油车，柴油 车比例由2 0 0 0 年的2 9 7 提高到3 5 以上。因此，市场要求炼油企业要尽快 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章延迟焦化目的及意义 提高柴汽比，使产品结构满足市场需求。目前，我国消费柴汽比为1 7 8 ， 而生产柴汽比中石油为1 6 7 ，中石化为1 7 2 ，到“十五”末，我国消费柴 汽比将提高到1 9 。过去惯用的重油加工工艺催化裂化装置，其产品中汽油 占很大比例，柴油产量相对偏低，其柴汽比为0 6 左右。而延迟焦化装置产 品以柴油为主，柴汽比可高达2 6 。因此，由焦化装置处理减压渣油，可大 幅度提高柴汽比，从而改善炼油厂产品结构，以满足市场需求。 2 0 0 3 年1 月1 日起，我国在全国范围内全面执行新的汽油国家标准 ( g b l 7 9 3 0 1 9 9 9 ) ，要求烯烃含量不大于3 5 0 6 9 1 。重油催化裂化汽油烯烃含量 高达5 0 6 0 。如果要使烯烃含量满足国家标准要求，不仅要使用降烯烃催 化剂，同时还要进行催化汽油醚化。这不仅增加了投资，而且增加了操作费 用。 再者，从我国执行的柴油标准( g b 2 5 2 2 0 0 0 ) 来看，要求柴油十六烷 值不小于4 5 。欧洲对柴油质量要求更高，详见表2 - 1 。焦化柴油与催化柴油 相比，焦化柴油十六烷值为6 0 左右，而重油催化柴油十六烷值只有3 0 左右， 焦化柴油十六烷值比催化柴油十六烷值高一倍。所以，扩大焦化装置的处理 能力而降低催化装置的掺渣比，不仅能提高柴汽比，而且还可提高炼油厂柴 油的十六烷值，为满足我国新柴油标准的要求，生产表2 1 中i i 类和i i i 类产 品，创造了有利条件。 表2 - 1欧洲委员会对柴油的部分指标要求 项目2 0 0 0 笠i i 类i i i 类 硫含量，( m m )不大于 0 0 50 0 30 0 0 3 十六烷值不小于 4 85 35 5 芳烃含量，( m m )不大于 2 51 5 多环芳烃，( m m )不大于 52 9 5 馏出温度，不高于 3 7 03 5 53 4 0 喷咀清净度( 空气流量损失) ，不大于8 58 5 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章延迟焦化目的及意义 况且，由于焦化装置的反应苛刻度低，不使用催化剂，装置能耗和消耗 远低于催化裂化装置，可以降低加工成本。炼油厂扩大焦化装置的加工能力， 可增加其重油深加工生产能力和生产弹性。 综上所述，采用延迟焦化工艺技术，不仅调整了炼油厂的产品结构，提 高了柴汽比，而且为满足新的汽、柴油质量标准奠定了基础，同时降低了生 产成本，提高了重油深加工深度。这对于全面提高炼油企业整体利益，提高 企业的综合竞争能力，适应未来市场的发展，具有重要意义。 石油大学( 华东) 硕士论文第3 章国内延迟焦化： 艺技术现状 第3 章国内外延迟焦化工艺技术现状 3 1 国外技术进展情况 国外延迟焦化技术主要以美国的技术为代表，在2 0 世纪8 0 年代和9 0 年代发展较快，比较成熟的有凯洛格( k e l l o g g ) 公司、鲁姆斯( a b bl u m m u s g r e s t ) 公司、大陆( c o l l o c o ) 石油公司和福斯特惠勒( f o s t e rw h e e i e r ) 公司的技术10 1 ，从近几年设计的延迟焦化装置的套数、液体产品收率和公 用工程消耗等方面来看，福斯特惠勒公司的技术占有一定的优势。 近几年来，国外延迟焦化装置的发展具有如下趋势： 3 1 1 焦炭塔反应压力 8 0 年代以前，生产普通焦的焦炭塔的设计压力为0 1 7 “ - - 0 2 1 m p af g l ， 目前，焦炭塔的设计压力普遍降低。凯洛格公司典型设计压力为0 1 0 0 1 4 1 m p a ( g ) ；鲁姆斯公司已制作出详细的压力分布图；福斯特惠勒公司 舆型的焦炭塔设计压力仅为0 1 0 3 m p a ( g ) 1 0 1 。 3 1 2 焦炭塔反应温度 提高焦化反应温度可增产液体产品，即在保证焦炭不太硬、炉管及转油 线结焦不严重的前提下，尽可能采用较高的炉出口温度，以提高液体收率。 3 1 3 循环比 降低循环比以提高液体产品收率。 循环比，有的装置接近零循环比操作， 的产率。 3 1 4 馏分油循环 目前，国外焦化装置较多的倾向于低 即单程操作，以最大限度地减少焦炭 采用不同沸点范围的馏分油替代全部或部分普通循环，不仅可以延长加 热炉运行周期，而且可以降低焦炭产率、增加相i 晦馏分的产品收率，因此为 改变产品分布提供了操作的灵活性。 石油大学( 华东) 硕士论文第3 章国内延迟焦化工艺技术现状 3 1 5 生焦周期 生焦周期由2 4 小时大大缩短。目前，美国焦化装置焦炭塔的生焦时间一 般为1 0 2 0 小时，最常用的是1 6 小时和1 8 小时。如大陆石油公司焦化装置 生焦周期为1 1 1 4 小时；凯洛格公司为1 6 2 0 小时；福斯特惠勒公司为 1 6 1 8 小时。 3 1 6 焦炭塔直径 国外焦炭塔设备逐步实现大型化，焦炭塔直径由8 0 年代前的小于8 m 扩大到8 m 以上，加拿大s u n c o r 炼厂的焦炭塔直径达到1 2 2 m “】。 3 1 7 水力除焦技术和设备 国外焦化普遍采用有井架水力除焦技术，同时改进除焦控制系统和除焦 设备。 ( 1 ) 除焦程序控制技术 大陆石油公司于1 9 7 9 年开发出了除焦程序控制技术，1 9 8 2 年在h u n b e r 炼油厂实验成功，提高了除焦操作的自动化水平，保证了设备安全运行和人 身安全。 ( 2 ) 除焦控制阀 美国p a c i f i c 公司首先使用除焦控制阀，采用该技术可以使除焦过程中 高压水回流时不上焦炭塔，防止水锤和冲击。 ( 3 ) 除焦胶管 美国的除焦胶管普遍采用双层或四层钢丝编制成的合成橡胶管，工作压 力最高到3 4m p a ，断裂压力为6 8m p a 。 ( 4 ) 除焦器 美国的除焦器为一种联合钻孔切焦器，采用锥形蜂窝状整流器，但切换 时需提出塔外人工操作。 3 1 8 塔顶盖、底盖自动装卸机 石油大学( 华东) 硕士论文第3 章国内延迟焦化工艺技术现状 为了降低除焦过程的劳动强度和安全生产，国外已开发了塔顶盖和底盖 自动装卸机，大大降低了除焦劳动强度。 3 1 9 焦化加热炉 鲁姆斯公司设计的焦化加热炉有单燃烧室和双燃烧室两种类型；凯洛榷 公司采用双加热室的加热炉；福斯特惠勒公司有两种类型的焦化加热炉： 标准型和双面辐射大梯台式墙型加热炉。这些公司的主要技术特点如下： ( 1 ) 双面辐射炉型及多室多程设计 辐射炉管采用双面辐射形式布置，以提高其平均热强度，降低峰值热强 度，因而可降低最大油膜厚度、管壁温度、物料停留时间。与单面辐射炉型 相比，热强度的分布不均匀度减少3 0 以上，加热炉管长度减少2 5 左右。 焦化炉设计成多室、多程结构，各室完全隔开，以便分别维修、烧焦或 在线清焦。一般情况下焦化炉设计采用四程设计，一程在线清焦，另三程正 常操作。 ( 2 ) 在线清焦 在线清焦就是在不停焦化加热炉的条件下，对多管程加热炉中的某一列 管程进行蒸汽清焦，通过改变蒸汽量和管壁温度使焦层剥落，达到清焦目的。 采用在线清焦技术可以延长焦化炉的连续运行时间，减少停炉烧焦次数，从 而提高装置的经济效益。 采用在线清焦技术可使焦化炉炉管表面温度平均降低7 0 。c ，炉管入口 压力恢复到正常操作压力，清焦后燃料可节省l o 1 5 。 ( 3 ) 多点注汽( 水) 根据炉管管内介质不同的加热阶段，在管路系统不同部位分别注入不同 比例的蒸汽或水。其作用是：在“裂化反应加热阶段”，用于降低裂化产物 的分压，促使介质中的重组分进一步发生裂化反应；在“缩合反应加热阶段”， 用于提高冷油流速，以利于焦垢的脱离。 石油大学( 华东) 硕士论文第3 章国内延迟焦化工艺技术现状 ( 4 ) 炉管材质 选用a s t mt 9 或t 9 1 ，提高炉管表面允许温度，延长使用寿命。 ( 5 ) 燃烧器 根据辐射炉膛结构、炉管布置型式等，尽可能采用小能量和相对扁长形 及低n o x 燃烧器，以保证在提供工艺所需能量相匹配的炉膛单位燃烧热容 下，炉膛内热强度分布的均匀性和环保法规的要求。 3 1 1 0 自动化水平 国外焦化装置自动化水平较高，实现了冷焦过程自动化，用微机控制进 料速度、焦炭塔空高和焦炭塔进水速度，用中子料面计代替钴6 0 料面计， 以及焦炭塔自动卸盖、自动除焦等。例如：凯洛格采用k a y - r a yi n c 4 6 1 0 中子料面计代替钴6 0 料面计；福斯特惠勒公司已开发出并采用了焦炭塔 底盖自动卸栓技术，使卸栓、卸盖、卸物料管升降做到完全程序控制：焦炭 塔切换阀装配马达操作器，对该阀遥控操作；焦炭塔入口和塔顶的切断阀采 用电动操作并装有联锁设备；计算机控制焦炭塔切焦系统：采用焦炭塔冷焦 自动控制系统：塔顶自动卸盖设备；焦炭塔顶油气管线急冷控制等技术。 采用多参数的先进过程控制软件包等先进控制技术，适用不同的操作模 式，可随原料性质变化而自动调节操作条件，根据焦炭塔的操作自动调整分 馏塔的操作参数，保证产品质量，实现a p c 优化操作。 3 1 1 1 环境保护 环境保护水平高，普遍采用密闭的吹汽放空系统。大部分装置仍然采用 除焦池和焦场的卸焦系统。福斯特惠勒公司开发了密闭卸焦和脱水系统， 大幅度降低了各种污染物的排放。 福斯特惠勒公司开发的密闭卸焦和脱水系统备有脱水罐，从焦炭塔卸 出的带水焦炭进入脱水罐，在焦炭塔和脱水罐之间设有破碎机，焦炭所带的 水用罐内专门装置除去，用于下面的工序。残留的水借助排水装踅从罐内焦 8 石油大学( 华东) 硕士论文第3 章国内延迟焦化t 艺技术现状 层中脱除并净化，然后送往切焦水罐。被破碎的焦炭排水后送往密闭的传送 系统。全密闭卸焦和脱水系统有两种类型：重力流型和设置泥浆泵型。重力 流型焦炭塔设置在脱水罐的上方，被破碎的带水焦炭在自身重力的作用下流 入脱水罐；设置泥浆泵型焦炭塔与脱水罐布置在同一水平线上，切碎的焦炭 和水一起卸到带有补充悬浮液的合闭闸中。开闸时，悬浮液抽到罐顶部，使 焦炭塔脱水。从罐内抽出的悬浮液借助重力循环回闸内。 3 1 1 2 计算机软件 鲁姆斯公司采用了a b bs i m c o n 公司的软件包，它可以保证产品质量， 保证最大量生产馏分油。大陆石油公司开发了用来预测焦化产品分布和产品 性质的产率程序软件，把这个结果再用s i m s c i 公司的p r o i i 模拟模型来确 定不同的生产能力和公用工程消耗。b e c h t e l 公司为p i m s 炼厂线性规划模 拟软件用于建立包括焦化装置的炼厂流程框图的模型，采用p i m s 的结果可 预测焦化装置在不同情况下对炼厂收入的影响。大陆石油和p f r e n g i n e e r i n g 等公司开发了可计算焦化炉的工艺计算软件，这种软件可用来设计新的加热 炉或研究现有加热炉，它能计算出炉内管路系统中任何一点的生焦因子、汽 化量、流速、管壁温度和热负荷等数据。该软件还可对全炉进行模拟计算， 可固定加热炉热负荷计算所需的出口温度，或固定温度计算加热炉热负荷。 给出炉管不同结焦厚度，可计算出结焦对加热炉的影响。 3 2 国内技术进展情况 国内延迟焦化技术自6 0 年代初由洛阳石油化工工程公司设计的我国第 一套延迟焦化装置投产至今，已有近4 0 年的历史了。在这期间，在广大科 研、设计和生产人员的共同努力下，我国的延迟焦化技术逐步走向完善。装 置运转周期延长，操作平稳性提高，能耗降低，自动化程度提高。但是，与 国外先进水平相比，我国延迟焦化装置还仍然存在着生焦周期长、焦炭塔处 石油大学( 华东) 硕士论文第3 章国内延迟焦化工艺技术现状 理能力低、加热炉操作周期短和除焦自动化水平低的问题。 上海石油化工股份有限公司新建成的1 0 0 x1 0 4 t a 延迟焦化装置( 简称 s p c 焦化) 采用了“一炉两塔”工艺流程，大型化焦炭塔，引进了国外焦化 加热炉、在线清焦系统、辐射进料泵、高压水泵、除焦程序控制、除焦器、 胶管等设备。该装置的投产，为我国大型化的焦化装置的设计提供了有益的 经验。 3 2 1 焦炭塔反应压力 国内焦炭塔压力普遍偏高，焦炭塔压力一般都在o 1 7 o 2 0 m p a ( g ) 之间，s p c 焦化焦炭塔项压力o 1 8m p a ( g ) ，长岭炼厂1 2 0 x1 0 4 t a 焦化装 置焦炭塔顶压力为0 1 7m p a ( g ) 。 3 2 2 循环比 低循环比及大循环比的设计已有成熟的经验，超低循环比和零循环比还 未被普通采用。国内焦化装置循环比一般都在o 3 o 4 之间，个别装置为扩 大生产规模，循环比有所降低，国内科研、设计和生产单位正在进行低循环 比的研究和开发。石油化工科学研究院开发了低循环比流程，长岭炼油厂曾 进行过单程焦化的实验。但也有根据自己的原料和产品要求的情况，采用较 大循环比操作。 3 2 3 生焦周期 国内设计的焦化装置生焦周期均为2 4 小时，s p c 焦化的生焦周期也为 2 4 小时。缩短生焦时间在国内个别炼油厂焦化装置中试用过一段时间，由于 国内的倒班制度所限，没有长期执行下去。个别炼厂为扩大处理量，降低了 生焦周期，长岭炼厂曾按1 8 小时生焦周期进行操作 7 】o 3 2 4 焦炭塔直径 国内焦炭塔直径多数为5 4 m ，少数采用6 1 m ，s p c 焦化、长岭炼厂焦 化及吉化公司焦化焦炭塔直径已经达到8 4 m ，上海高桥新建焦化焦炭塔直 石油大学( 华东) 硕士论文第3 章国内延迟焦化工艺技术现状 径已经达到8 8 m 。 3 2 5 水力除焦技术和设备 水力除焦方式分为无井架、全井架、半井架和单井架等多种方式，目前 较多应用的是单井架水力除焦方式。国内一直在进行水力除焦技术和设备的 研究与开发，目前国内开发的水力除焦程序控制设备、除焦控制阀、自动切 换联合钻孔切焦器和新型除焦胶管等技术，有些已经达到国际先进水平。 水力除焦系统采用p l c 安全联锁逻辑控制，取代了原来的人工手动控 制、电信号联系的落后控制方式。 3 2 6 焦化加热炉 国内焦化装置加热炉大多数为单面辐射的卧管炉，流速低、炉管表面热 强度不均匀，注水( 注蒸汽) 量大，注点单一，加热炉运行周期较短。s p c 焦化装置引进了国外p e t r o c h e m 公司加热炉( 包括在线清焦系统和燃烧器) ， 采用了双面辐射、多点注汽和在线清焦技术，据介绍该炉的运行周期可以达 到3 年。 3 2 7 自动化水平 国内焦化装置自动化水平较低，除少数装置采用中子料位计和除焦程序 控制系统外，其它均为常规控制。 自动控制系统采用d c s 控制。加热炉部分、压缩机部分采用e s d 安全联 系控制系统。全装置的a p c 优化控制在国内焦化装置中应用不多。 3 2 8 环境保护 国内焦化装置已普遍采用了密闭的吹汽放空系统。焦炭塔的吹汽放空采 用油吸收接触冷却塔式密闭放空技术，逐步取代了原来的冷却器冷却或水冷 却塔急冷的吹汽放空方式，减少了对环境的污染。 冷焦水处理基本都采用了密闭式分流处理循环回用的技术，减少了冷焦 水的补水量。 石油大学( 华东) 硕士论文笫3 章国内延迟焦化工艺技术理哒 除焦系统目前国内大都采用敞开的贮焦池贮焦、抓斗抓焦装焦，沉淀池 进行水、焦分离的方式，对环境有一定的污染。 3 2 ，9 计算机软件 图内有关科研院校正在进行焦化装嚣优化控制模型的研究。华东理工大 学已提出了十一集总反应动力学模型和延迟焦化装置的反应动力学模型，此 模型能够预测不同操作工况下产品的分布情况，成功地运用于在上海高桥炼 油厂o 5 m 妇延迟焦化装置物利平衡优化的开环指导和离线调优实验中。石 油大学也开发出了双面辐射炉软件包，可以对焦化加热炉辐射段的反应热进 行模拟计算。 石油大学( 华东) 硕士论文第4 章国内延迟焦化工艺发展趋势 第4 章国内延迟焦化工艺发展趋势 4 1 装置规模大型化 2 0 世纪9 0 年代初期，世界最大的延迟焦化装置是美国的c h e v r o n 公司 在p a s c a g o u l a 炼油厂的延迟焦化装置，加工能力为3 1 m t a 。采用“三炉六 塔”流程，焦炭塔的单塔能力为1 o m t a 。1 9 9 8 年在印度建成世界上最大的 延迟焦化装置，加工能力为6 7 3 m f f a ”。 我国延迟焦化装置大型化发展也很迅速，自第一套1 o m t a 的“一炉两 塔”工艺流程的延迟焦化装置在上海石化有限公司于2 0 0 0 年建成投资以来， 相继长岭石化公司、吉化公司也建成1 o m f f a 的延迟焦化装置，上海高桥石 化建成1 4 m t a 的延迟焦化装置。由过去焦炭塔单塔能力0 4m t a 模式提高 到1 4 m t a ，焦炭塔直径也由5 4 m ( 或6 1 m ) 扩大到8 8 m ，在装置规模大 型化的同时设备也大型化。 4 2 液体产品收率最高化 近年来，延迟焦化工艺过程本身变化不大，但该工艺发展的趋势是在尽 量增加装置新鲜进料的同时达到最高的液体产品收率。优化操作参数对提高 液收至关重要。 4 2 1 反应温度 延迟焦化反应温度由加热炉出口温度控制。当压力和循环比一定时，通 常焦化温度每增加5 6 时，焦化柴油收率增加1 1 。适当提高反应温度， 不仅可以增加液体产品收率，还可使焦炭的挥发分达到预定值忆 4 2 2 反应压力 加压对于热裂解反应是不利的，而有利于缩合反应。因此，焦炭塔的操 作压力是影响焦化装置收益的最重要因素之。 通常，焦炭塔操作压力每降低0 0 5 m p a ，液体产品体积收率增加1 3 ， 石油大学( 华东) 硕士论文第4 章国内延迟焦化工艺发展趋势 焦炭产率下降l 。2 0 世纪8 0 年代设计的焦炭塔设计压力一般为o 1 7 0 2 1 m p “g ) ，延迟焦化装置焦炭塔趋向低压操作，目前设计的焦炭塔压力一 般为o 1 0 3 0 1 3 7 m p a ( g ) 。设计压力的降低可减少焦炭收率，但分馏塔设备 及压缩机的投资将增加。 4 2 3 循环比 循环比是指焦化分馏塔内一部分比焦化馏出油重的循环油量与原料油 量的比值。循环比对焦化过程产品分布及产品性质有较大的影响。一般循环 比增加，焦化汽油、柴油的收率随之增加，而焦化蜡油收率随之减少，焦炭 和焦化富气的收率也随之增加，总的液体收率降低，变化幅度较大的是焦化 柴油和焦化蜡油 5 1 。随着循环比的降低，虽然焦化蜡油产率不断增加，但其 性质也随之变差，如密度、残炭、沥青质含量、重金属含量增加，干点提高， 但由于降低了转化深度，硫和氮含量较低。如果下游转化装置( 如催化裂化 装置) 允许焦化蜡油的干点、重金属含量和残炭较高，则设计中可咀采用“超 低循环比”，甚至零循环比邵单程操作。降低循环比还可提高装置的处理能 力，但若要多生产十六烷值较高的柴油，则需提高循环比。 4 3 生焦周期缩短 缩短延迟焦化生焦周期是提高装置加工能力的有效方法。一般生焦周期 为2 4 h ，分为七个步骤。分别为：小量吹汽、大量吹汽、冷焦、卸头盖、钻 孔和切焦、上头盖和试压、暖塔。目前新建延迟焦化装置一般采用i 8 2 0 h 生焦周期。通常，将生焦周期从2 4 h 缩短到2 0 h ，装置处理能力可提高2 0 。 短生焦周期虽然能提高装置的处理能力、减少一次性投资，但它是以降 低操作效率、增加维护费用和缩短装置使用寿命为代价的。该技术对现有装 置扩能改造十分有用。 缩短生焦周期需要减少焦炭塔的预热时间，加快焦炭塔的冷却速度，增 1 4 石油大学( 华东) 硕士论文第4 章国内延迟焦化工艺发展趋势 加焦炭塔骤冷骤热的频次，这样，会引起焦炭塔疲劳，影响焦炭塔寿命。据 报道，当生焦周期由2 1 h 缩短到1 8 h ，焦炭塔的寿命要缩短2 5 。 4 4 采用密闭吹汽放空系统 为减少环境污染，目前新设计的焦炭塔吹汽放空系统均采用密闭放空系 统，以实现焦炭塔吹汽放空过程无废气排放。该系统采用了接触冷却塔放空 系统。其过程如下：焦炭塔吹汽时，油气首先进入接触冷却塔底部，油气在 塔内自下而上经过塔内鸭嘴形挡板塔盘，与来自顶部的回流污油逆流接触， 进行换热及分离，使油气中的油被冷凝冷却而自上而下落入塔底。塔底污油 经污油泵抽出，送至接触冷却塔冷却槽冷却后，一部分做为回流，其余部分 送出装置至罐区污油罐。塔顶油气( 主要是蒸汽和不凝气) 经空冷及水冷后， 进入接触冷却塔顶油水分离器。罐底分水包污水由接触冷却塔顶污水泵抽 出，送至冷焦水池。罐顶瓦斯气再经接触冷却塔顶瓦斯分液罐分液后，送至 全厂低压瓦斯管网。 4 5 采用无堵焦阀的焦炭塔预热流程 焦炭塔的油气预热由有堵焦阀预热方式改为无堵焦阀油气预热方式。由 于焦炭塔是间歇操作，其温度在4 0 5 0 0 。c 冷热交替变换，由于堵焦阀部位 频繁冷热交替操作，使用堵焦阀容易使焦炭塔与堵焦阀相连的塔壁出现裂 纹，造成焦炭塔塔体母材疲劳损坏。堵焦阀的汽封消耗大量蒸汽增加了装置 能耗。堵焦阀汽封在焦炭塔生焦过程中通入蒸汽，蒸汽温度2 3 0 。c 左右，远 远低于塔内温度( 4 9 0 。c ) ，不利于焦化反应的发生，降低了反应深度，对轻 收、总拔造成不良影响 1 3 】【1 4 1 。 目前新建延迟焦化装置均取消堵焦阀，采用倒预热方式对焦炭塔进行预 热。即4 2 0 。c 左右的高温预热油气从一个焦炭塔上部经大油气线引入另一个 焦炭塔，油气自上而下经过焦炭塔，对焦炭塔进行预热。凝缩油和油气( 约 石油大学( 华东) 硕士论文第4 章国内延迟焦化工艺发展趋势 3 6 0 。c ) 一起自塔底出塔，进入塔底甩油罐进行气液分离。不凝气由罐顶循 环线去分馏塔，凝缩油由甩油泵抽出经甩油水箱冷却器冷却后送出装置。采 用倒预热方式不仅避免了焦炭塔出现裂纹，延长了焦炭塔寿命，而且可以缩 短焦炭塔的油气预热时间，避免焦炭塔甩油不净，切换四通阀时引起焦炭塔 内凝缩油突沸现象的发生。 46 焦炭塔设置注消泡剂和中子料位计措施 延迟焦化是通过重油在高流速下加热，在焦炭塔内经过缩合反应和裂解 反应来实现的。在反应的生成物中，有许多中间产物，它们以泡沫的形式存 在。泡沫层太高，使焦粉携带量加大，焦粉随气相通过大油气管道进入分馏 塔，堵塞分馏塔塔盘和侧线空冷器及水冷器旧。而中间产物太多，也影响 了延迟焦化装置的轻质油收率。焦化汽油、柴油焦粉携带量过多，易造成汽、 柴油加氢装置的催化剂失活，催化剂寿命缩短。因此，焦炭塔的泡沫层问题 已是延迟焦化工艺的瓶颈，严重制约了延迟焦化的生产。 为减少焦炭塔泡沫层高度，减少焦炭塔顶的焦粉夹带，降低焦炭塔高度， 减少焦炭塔投资，提高装置的安全性，采取向焦炭塔底部及顶部注消泡剂措 施，注入量一般为5 0 1 0 0 e y g 。同时，为准确检测焦炭塔内焦炭层及泡沫 层高度，实现焦炭塔的安全操作，提高塔的利用率，提高控制水平，焦炭塔 安装中子料位计。 4 7 焦炭塔顶注急冷油技术 焦炭塔顶油气管线采用注中段油、蜡油或柴油技术，防止管线结焦。 4 8 分馏塔洗涤技术 分馏塔蜡油集油箱下采用蜡油下回流洗涤技术，以减少蜡油中焦粉含 量。 分馏塔脱过热段采用循环油喷淋气液逆流接触洗涤技术，以减少焦粉夹 石油大学( 华东) 硕士论文第4 章国内延迟焦化工艺发展趋势 带。该技术在国外应用较多，国内还未大量采用，是先进成熟可靠的。 分馏塔底部采用循环、过滤技术，减少分馏塔底结焦，该技术在国内焦化 装置已普遍采用，效果良好。 4 9 主要设备 4 9 1 焦炭塔 分馏塔带焦粉问题，首先要从源头解决。设计时焦炭塔空塔气速，应严 格控制在允许空塔气速0 0 9 o 1 2 m s 范围内，且留有足够的焦炭塔空高 ( 1 0 m 左右) ，并采取向焦炭塔顶注消泡剂措施，尽量减少焦炭塔油气携带 焦粉量。 焦炭塔的设计逐步实现了大型化。国内焦化装置焦炭塔直径由5 4 m 、 6 o m 、6 1 m 、6 4 m 逐步发展到8 4 m 和8 8 m ，达到了单塔处理能力1 4 0 万吨 年左右。焦炭塔的材质由早期的2 0 9 改为目前的2 0 r 或1 5 c r m o r 等合金钢 材料。 4 9 2 焦化加热炉 4 9 2 1 采用双面辐射加热炉 焦化加热炉是延迟焦化装置的核心设备，其运行的好坏直接影响装置的 长周期生产及经济效益。加热炉炉管结焦、鼓包、胀径、脱皮、磨穿等现象 都将给安全生产带来严重威胁。目前，国内延迟焦化装置的大修周期都是以 加热炉炉管的结焦程度作为依据而作出的，它制约着焦化装置的运转周期及 炉管的寿命，所以说，加热炉水平的高低在一定程度上代表着延迟焦化工艺 技术水平的高低 1 6 】。 我国焦化加热炉的设计由以往单面辐射、低流速、低表面热强度炉型， 发展到双面辐射高流速、高表面平均热强度炉型。单炉的加工能力由l o 万 吨年提高到1 4 0 万吨年。国内近期设计的大型焦化装置的加热炉均采用双 石油大学( 华东) 硕士论文第4 章国内延迟焦化工艺发展趋势 面辐射加热炉。 辐射炉管采用单排管双面辐射水平排管结构的布置形式，以提高其平均 热强度，降低峰值热强度，使辐射炉管表面热强度分布均匀，因而可降低最 大油膜厚度、管壁温度、物料停留时间，减少了局部过热，降低了最高热强 度与平均热强度之比，与单面辐射炉型相比，热强度的分布不均匀度减少 3 0 以h ，因此，缓解了炉管内结焦。 4 ，9 2 2 采用在线清焦技术 目前，国内1 0 0 万吨年规模的焦化加热炉辐射段一般设计为4 管程。 采用在线清焦技术，可在装置不停工的条件下，对焦化炉某一管程进行在线 清焦，从而减少停工检修次数，提高装置的经济效益。 4 9 2 3 采用多点注汽技术 根据管内介质不同的加热阶段，在管路系统不同部位分别注入不同比例 的蒸汽，提高管内介质流速，降低介质粘度，使介质在炉管全程保持合理流 型，以减缓分馏塔底油在炉管中的结焦，延长焦化炉的运行周期。近期，国 内设计的焦化装置一般采用两点或三点注汽。 用注汽的办法增加炉管线速是最简便的办法，但从环境保护和能耗角度 考虑，注汽未必是适宜的。如果改注汽为注入干气，也可达到增加炉管线速 防止结焦的目的，这样就从根本上消除了分馏塔顶污水的产生，避免了含硫 污水对环境的污染1 ”。 4 9 2 4 采用新型燃烧器 根据辐射炉膛结构、炉管布置型式等，采用小能量扁平火焰气体燃烧器， 由于其能量小、火焰短而扁平的特点，可以较好的满足炉管均匀受热的要求， 同时可以缩短燃烧器与炉管间的距离，减小炉膛尺寸。该燃烧器火焰在火道 外表面扩散燃烧，燃烧喷射的高速射流引射大量燃烧后的烟气，这样降低了 火焰的最高温度，有效减少了烟气中的n o x 含量，并保证在提供工艺所需 石油大学( 华东) 硕士论文第4 章国内延迟焦化j _ = 艺发展趋势 热量相匹配的炉膛单位燃烧热容积下，改善炉膛内热强度分布的均匀性1 ”。 4 9 3 焦化分馏塔 为提高产品的分馏精度，目前，在国内比较广泛使用的塔盘为“条形” 类高效塔盘，如：条形浮阀、导向浮阀、箭形浮阀和a d v 微分浮阀等。此 类塔盘与圆形塔盘相比，具有以下优点：处理能力大。正常情况下，处理 量比浮阀塔盘可以提高1 5 2 0 左右；不易脱落。由于浮阀为矩形结构， 可以避免浮阀在操作过程中由于旋转而引起的磨损、脱落；塔盘效率高。 由于此类塔盘在弓形区设有导向装置，可以有效地减少弓形区液体的返混， 提高塔盘的分离效率。 分馏塔带焦粉，这是延迟焦化装置普遍存在的问题。为解决该问题工程 设计上采取了相应措施：分馏塔蒸馏段采用大通量高效条形浮阀塔盘，塔底 换热洗涤段采用鸭嘴形塔盘，以强化洗涤效果。通过采用以上措施，可以降 低分馏塔馏分油携带焦粉量。 4 10 机械 4 1 0 1 水力除焦技术 目前，我国延迟焦化装置水力除焦技术主要有两大类，即有井架水力除 焦技术和无井架水力除焦技术，两类除焦技术都得到了广泛应用，也都存在 一定的优缺点，都有较大的改进余地。有井架的缺点是投资较高、风动马达 噪音大、除焦时间较长，但其优点是发生轻微卡钻或顶钻时影响不大，遇到 一般的焦炭塔塌方卡钻时也容易处理，风动马达出故障时也易修复。无井架 的优点是投资低、噪音低、除焦时间较短，但其缺点是除焦时，顶钻或卡钻 时有发生，对设备影响较大，操作要求严格，且高压水龙带易损坏。最近设 计的焦化装置多采用有井架水力除焦方式，并采用风动马达驱动水龙头，以 方便操作和维护。 石油大学( 华东) 硕士论文第4 章国内延迟焦化工艺发展趋势 4 1 0 2 采用自动切换联合钻孔切焦器 自动切换联合钻孔切焦器主要有本体和二位四通阀组成。采用高压水压 力回零进行钻孔和切焦两种工况相互转换，可根据除焦需要在塔内任何位置 进行两种工况转换，加上流线型喷嘴和加长型稳流器，可使除焦时间节约半 小时【”1 。 4 1 0 3 除焦胶管 除焦胶管采用双凸峰接头体的金属接头，以金属密封胀圈来保护胶体与 金属接头处的密封。采用新开发成功的内胶层、中胶层、外胶层配方，严格 的成型硫化工艺，提高胶料与钢丝熔为一体，提高了使用寿命。 4 11 冷焦水密闭循环，消除恶臭气味 对于加工含硫原油的焦化装置，焦炭塔冷焦过程中产生的冷焦水含有油 和硫化物，由于其温度较高，从冷焦水中挥发出来气体恶臭难闻，不但对人 体危害较大，而且严重污染周围的环境。传统的敞开式流程，冷焦水在除油、 冷却、储存的过程中，由于其整个过程都是敞开的，对周围环境污染较大。 设计采用无污染的冷焦水密闭循环流程，对冷焦水全过程进行密闭循环处 理，消除冷焦水对周围环境的污染。处理后的冷焦水再循环使用，从冷焦水 中回收的污油作为急冷油回炼。采用的主要技术如下： 4 1 1 1 采用旋流除油器技术 冷焦水中含有一定量的油和焦粉，采用密闭冷却时，如直接进空冷器， 容易造成空冷器堵塞，影响冷焦水的冷却。工程设计中冷焦水回水先经沉降 罐沉降后，在冷焦水进空冷器前，进入旋流除油器( 旋流除油器是利用离心 分离的原理，将水中的污油除去，旋流器出1 3 水含油约1 0 0 1 1 9 g ) 1 2 1 】，然后 再进入空冷器进行冷却。从旋流除油器分出的油相，其含有约1 0 的水，进 一步进入沉降罐进行脱水。 2 0 石油大学( 华东) 硕士论文第4 章国内延迟焦化工艺发展趋势 4 1 1 2 采用空冷间接冷却 传统敞开式冷焦水流程，冷焦水采用凉水塔冷却，由于冷却过程敞开通 大气，在冷焦水水温较高时，使得水中硫化物挥发到周围大气中，对环境影 响较大。为了避免冷焦水对环境的污染，设计采用密闭的空冷间接冷却。 4 1 1 3 采用沉降罐进行隔油和储存冷焦水 从焦炭塔排出的冷焦水，先进缓冲罐，然后再进行隔油和冷却，处理后 的冷焦水储存在罐中，使整个系统达到完全密闭。 4 1 1 4 污油回炼 从旋流除油器中分出的油相含有1 0 ( m ) 的水，需进一步沉降脱水。因 此，采用沉降罐增加油水分离时间的方法进行脱水，污油送到污油罐，由污 油泵打到焦炭塔进行回炼。装置其它部分的污油也可以送到污油罐。 4 1 2 污水综合利用，减少新鲜水用量 为减少新鲜用水量、减少污水排放，代替新鲜水作为切焦水的补充水。 接触冷却塔顶污水排至冷焦水罐经隔油后作为冷焦水的补充水。 4 1 3 装置自动化程度高 装置除采用d c s 控制系统外，还采用p l c 除焦程序控制系统。 4 1 4 采用程序控制水力除焦技术 采用程序控制可对除焦的各种操作进行显示和控制，实