（化学工程与技术专业论文）高温残渣油流动性研究.pdf

s t u d yo nf l o wc h a r a c t e r i s t i c so fh i g h - - t e m p e r a t u r eo i l r e s i d u e at h e s i ss u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：s h ij u n s u p e r v i s o r ：p r o f x i a oj i a z h i a s s o c i a t ep r o f w a n gl a n ju a n c o l l e g eo fc h e m i s t r y & c h e m i c a le n g i n e e r i n g c h i n au n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( e a s t c h i n a ) i， 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中做出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 日期：p i1 年6 月9 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版 和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和 复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他 复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名： 雌 指导教师签名：角臣盗 日期：仉1 1 年月9e 1 日期：们f 年6 月夕e t 摘要 延迟焦化装置中缩短生焦周期可提高处理量，增大经济效益，因此缩短生焦周期生 产方案被迅速得到应用与推广。国外焦化新技术提出采用高温下蒸汽驱压除焦，该技术 不需要蒸汽吹扫、冷焦、排水、水力清焦过程，大大缩短了生焦周期。要实现高温焦炭 的密闭输送，探索高温残渣油临界成固条件及高温残渣油的流动性是非常必要的。本论 文通过开发釜式成焦实验装置，并对实验装置进行性能标定，表明开发的实验装置满足 考察高温残渣油流动性实验要求。实验以气体，液体收率之和作为平均反应深度评价指 标，考察了不同反应深度及驱动压力下，高温残渣油在实验管路条件下的流动性。 结果表明，反应深度小于6 3 0 1 时，随反应深度增加，挤出焦量逐渐减小，且挤 出焦量大于残留焦量，挤出焦炭c h 逐渐增大，最大值为1 8 1 l ，挥发份逐渐减小。残 留焦c h 亦逐渐增大，最大值2 0 9 3 ，已接近工业装置焦炭2 0 2 5 的c h 指标；反应深 度6 5 左右时，虽然釜内焦炭c h 已高达2 5 2 7 ，但挤出焦形态多为沥青状油焦或软焦， c h 及挥发份分析结果均表明挤出焦反应深度较低，且挤出焦量明显减少，多数焦炭残 留于釜内，认为在该反应深度下高温焦炭已没有流动性。 此外j 对反应深度6 5 左右时，残留焦上中下层不同位置焦炭取样分析结果表明， 残留焦上层和中层c h 差别不大，与平均反应深度基本一致，下层焦炭因加热不充分， 反应深度明显低于平均反应深度，表现为c h 明显低于上中层焦炭。因此，认为实验条 件下反应深度为6 3 左右时，高温残渣油接近临界成固条件，上中层焦炭逐渐失去流动 性。 关键词：延迟焦化，生焦周期，高温残渣油，反应深度，流动性 s t u d y o nf l o wc h a r a c t e r i s t i c so fh i g h - t e m p e r a t u r eo i lr e s i d u e s h ij u n ( c h e m i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f x i a oj i a z h i a s s o c i a t ep r o f w a n gl a n j u a n a b s t r a c t s h o r t e m n gt h ec o k i n gc y c l ec a ni m p r o v ep r o d u c t i v i t ya n di n c r e a s ee c o n o m i cb e n e f i t s i n t h ed e l a y e dc o k i n gu n i t ，s h o r t e n i n gt h ec o k i n gc y c l ew a sq u i c k l ya p p l i e da n da d v a n c e d t h e n e wf o r e i g nt e c h n o l o g yw i l lm a k eu s eo fs t e a md r i v i n gt od e c o k i n ga th i g ht e m p e r a t u r e t h e t e c h n o l o g yd o e sn o tr e q u i r es t e a mp u r g e ，c o l dc o k e ，d r a i n a g e ，h y d r a u l i cd e c o k i n gp r o c e s s ， a n dg r e a t l yr e d u c et h ec o k ec y c l e i ti sn e c e s s a r yt oe x p l o r et h ec r i t i c a lb e c o m i n gt h es o l i d f a c t o r sa n dt h ef l o wc h a r a c t e r i s t i c so ft h eh i g h t e m p e r a t u r eo i lr e s i d u et oa c h i e v ec u s t o d y t r a n s f e rf o rh i g h - t e m p e r a t u r eo i lr e s i d u e t h r o u g ht h er e s e a r c hr e a c t o rt y p ei n t oc o k e e x p e r i m e n td e v i c ea n dp e r f o r m a n c eo fe x p e r i m e n t a ld e v i c ec a l i b r a t i o n ，s h o w st h a tt h ed e v i c e c a ne x p l o r ef l o wc h a r a c t e r i s t i c so fh i g h t e m p e r a t u r eo i lr e s i d u e g a s ，l i q u i dy i e l dt h es h i t ii s t h ee v a l u a t i o ni n d e x e so ft h ea v e r a g er e a c t i o nd e p t h w ei n s p e c t e dt h ef l o wc h a r a c t e r i s t i c sa t d i f f e r e n tr e a c t i o nd e p t ha n dd r i v e ，u n d e rt h ec o n d i t i o no fe x p e r i m e n t a lp i p e l i n e r e s u l t ss h o wt h a tw h e nt h er e a c t i o nd e p t hi sl e s st h a n6 3 01 ，t h ee x t r u s i o nc o k e q u a n t i t yd e c r e a s eg r a d u a l l yw i t ht h ei n c r e a s i n gr e a c t i o nd e p t h t h ee x t r u s i o n c o k eq u a n t i t yi s m o r et h a nt h er e s i d u ec o k eq u a n t i t y t h ee x t r u s i o nc o k ec hi n c r e a s e sg r a d u a l l y ，am a x i m u m o f18 11 v o l a t i l i z ed e c r e a s e sg r a d u a l l y t h er e s i d u ec o k ec ha l s oi n c r e a s e sg r a d u a l l y ， m a x i m u m2 0 9 3n e a r i n gt h ei n d u s t r i a ld e v i c eo f2 0t o2 5c o k i n gc hi n d e x w h e nt h e r e a c t i o nd e p t hi sn e a r6 5 ，a l t h o u g ht h ek e t t l ec o k ec hi sa l r e a d yu pt o2 5 2 7 ，t h ef o r mo f e x t r u s i o nc o k ei sa s p h a l ts h a p eo i lc o k eo rs o f tc o k e t h ec ha n dv o l a t i l ea n a l y s i sr e s u l t s i n d i c a t et h a tt h ee x t r u s i o nc o k er e a c t i o nd e p t hi sl o w a n dt h ee x t r u s i o nc o k eq u a n t i t y s i g n i f i c a n t l yr e d u c e s ，m o s t c o k eh a sr e s i d u ei nc a u l d r o n w et h i n kh i g h t e m p e r a t u r ec o k eh a s n ol i q u i d i t ya tt h i sr e a c t i o nd e p t h i na d d i t i o n ，w ea n a l y z e dt h eu p p e r , m i d d l ea n dl o w e rr e s i d u ec o k ew h e nt h er e a c t i o n d e p t hi sn e a r6 5 ，i ts h o w st h a tt h ec ho ft h et o pa n dm i d d l er e s i d u ec o k ed i f f e rn o tq u i t e ， a n dt h es a m et ot h ea v e r a g er e a c t i o nd e p t hb a s i c a l l y t h er e a c t i o nd e p t ho ft h el o w e rc o k ei s o b v i o u s l yl o w e rt h a nt h ea v e r a g er e a c t i o nd e p t hb yh e a t i n gn o tf u l l y ，w h i c hs h o w st h ec h o b v i o u s l yl o w e rt h a nt h et o pa n dm i d d l er e s i d u ec o k e t h e r e f o r e ，w h e nt h er e a c t i o nd e p t hi s n e a r6 3 01 ，t h eh i g h t e m p e r a t u r er e s i d u eo i li sc r i t i c a lb e c o m i n gs o l i dc o n d i t i o n ，a n dt h e t o pa n dm i d d l er e s i d u ec o k eg r a d u a l l yl o s el i q u i d i t y k e y w o r d s ：d e l a y e dc o k i n g ，c o k i n gc y c l e ，h i g h t e m p e r a t u r eo i lr e s i d u e ，r e a c t i o nd e p t h ， f l o wc h a r a c t e r i s t i c s 目录 第一章前言一l 1 1 延迟焦化工艺介绍1 1 1 1 延迟焦化工艺流程1 1 1 2 延迟焦化原料一2 1 1 3 水力除焦介绍3 1 2 延迟焦化工艺发展4 1 2 1 发展现状一4 1 2 2 存在问题一5 1 2 3 发展趋势6 1 3 课题研究背景8 1 3 1 缩短生焦周期一8 1 3 2i d c u 技术介绍9 1 3 3 研究思路11 第二章实验装置介绍1 2 2 1 单独釜装置。12 2 1 1 单独釜介绍12 2 1 2 单独釜改进1 2 2 1 3 单独釜方案存在问题1 4 2 2 特制釜式成焦装置开发1 4 2 2 1 反应器设计。：1 4 2 2 2 出焦管路设计1 9 2 2 3 加热保温系统设计2 1 2 2 4 焦炭接收器设计2 4 2 2 5 冷凝器设计2 5 2 2 6 气体收集系统2 7 2 2 7 装置整体介绍2 9 第三章实验装置性能测试实验3 1 3 1 氮气试压实验一3l 3 1 1 氮气试压目的31 3 1 2 氮气试压操作步骤31 3 1 3 氮气试压小结3 1 3 2 水实验3 2 3 2 1 水实验目的3 2 3 2 2 水实验操作步骤3 2 3 2 3 实验结果及分析一3 2 3 2 4 水实验小结3 4 3 3 蜡油实验。3 4 3 3 1 蜡油实验目的3 4 3 3 2 实验操作步骤3 4 3 3 3 实验结果及分析3 5 3 3 4 蜡油实验小结3 7 3 4 初试实验结果3 8 第四章高温残渣油流动性探索实验3 9 4 1 理论基础3 9 4 1 1 焦化反应机理3 9 4 1 2 临界状态描述4 0 4 1 2 反应深度定义4 2 4 2 实验方案4 3 4 2 1 总体方案4 3 4 2 2 实验步骤4 3 4 2 3 注意事项4 4 4 3 实验条件与结果4 5 4 3 1 实验条件4 5 4 3 2 实验结果。4 6 4 4 结果分析与讨论4 8 4 4 1 产品收率4 8 4 4 2 挤出与残留焦炭量4 9 4 4 3 焦炭产率系数5l 4 4 4 焦炭c h 分析5 3 v ?叁 4 4 5 焦炭挥发份分析5 5 4 4 6 不同位置焦炭反应深度5 7 4 4 7 平均反应深度5 9 4 4 8 高温残渣油流动性分析5 9 结论6 3 参考文献6 5 致谢6 8 ，嘉鼹譬 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第一章前言 延迟焦化过程是减压渣油在加热炉管内吸收足够热量被加热达到焦化反应所需温 度，采取注水、注汽等措施提高流速，缩短减压渣油在炉管内的停留时间，将焦化反应 推迟到焦炭塔内进行的热加工工艺过程。该工艺由于重油在裂解转化率较低时，不易出 现重油结焦前体物，能够使重油在热转化程度较低的情况下快速通过焦化炉管且获得热 裂化反应所需的热量，并在焦炭塔内完成焦化反应l l 】。现代焦化过程包括延迟焦化、流 化焦化、灵活焦化等1 2 矧。由于延迟焦化具有原料适应性强、处理量大、灵活性强、脱 碳率高等优点，因此延迟焦化工艺在近几年发展较快，应用广泛。 延迟焦化工艺在现代石油炼制工艺中占有重要地位。美国于1 9 3 0 年8 月建成了世 界上第一套延迟焦化装置，由于延迟焦化工艺具有工艺流程相对简单，对原料的适应性 强，投资回收年限较短，技术成熟可靠，产品柴汽比较高，工程投资和操作费用较低等 特点，在焦化装置问世以后的半个多世纪的历程中得到了全球较多国家的青睐，并迅速 发展为当今重质减压渣油轻质化的重要手段之一【7 j 。进入2 1 世纪，我国石油加工工业面 临世界燃料市场的挑战，随着国内原油重质化、劣质化趋势和国内市场对液体产品需求 量增大的刺激，尤其是对柴油需求量的增加，该工艺发挥了越来越重要的作用。 1 1 延迟焦化工艺介绍 1 1 1 延迟焦化工艺流程 延迟焦化工艺是重质油热转化过程之一，也是劣质渣油主要的加工过程。该过程是 以重质油如：减压渣油、裂化渣油、超稠油等为原料，在给定反应时间和高温( 5 0 0 左右) 条件下，通过采取注水、注汽等措施提高流速，缩短渣油在炉管内的停留时间， 主要在焦炭塔内进行深度热裂化和缩合反应的热加工过程，原料油主要转化为气体、汽 油、柴油和焦炭。 延迟焦化工艺典型工艺流程如图1 1 所示，来自减压塔底的减压渣油先进入原料缓 冲罐，经过换热网络换热后进入加热炉的对流段进行加热，然后进入焦化分馏塔的底部， 原料油与来自焦炭塔顶的高温热裂化油气进行直接接触换热，然后经焦化分馏塔底用热 油泵抽出，经加热炉的辐射段加热至5 0 0 c 左右，最后通过四通阀进入焦炭塔反应。焦 炭塔顶部逸出的高温油气进入焦化主分馏塔，经分馏得到气体、汽油、柴油、蜡油等【7 1 。 延迟焦化工艺过程是间歇又连续的加工工艺，生产过程中焦炭塔交替进行生焦、除焦等 第一章前言 操作。国内常规的延迟焦化生产中，一般采用一炉两塔或两炉四塔的组合。对于一炉两 塔组合，在生产过程中一台焦炭塔进行生焦反应，而另一台结满焦炭的焦炭塔则进行除 焦过程，两台焦炭塔轮换操作1 8 】。 蠢置善 暮汽曲 集汕 埒曲 。一一一p 磊囊 图1 - 1 延迟焦化装置工艺流程图 f i g l 一1 t e c h n i c a lp r o c e s so ft h ed e l a y e dc o k i n g 中国石化洛阳工程公司( l p e c ) 开发了可调循环比的延迟焦化工艺流程，该工艺 其原料经换热后不进入通常的分馏塔，而与分馏塔底循环油进行换热，换热后进入另一 缓冲罐，与循环油进行混合，再通过辐射进料泵送至加热炉辐射室进行加热，后进入焦 炭塔进行焦化反应。与传统的延迟焦化工艺流程相比，中国石化洛阳工程公司( l p e c ) 开发的可调循环比工艺流程可根据实际需要对混入原料中的循环油进行比例调整，整个 工艺操作灵活性较大 9 1 。 1 1 2 延迟焦化原料 同催化裂化、加氢裂化工艺等重油加工工艺对比，原料适应性较广是延迟焦化工艺 最大的优势所在。焦化工艺可处理多种原料，如原油、常压渣油、催化尾油、减压渣油 等及残炭值为5 0 左右的残渣原料，催化裂化澄清油和热裂解渣油等都可以作为延迟焦 化工艺的原料。根据原料加工的过程哥将重油分为直馏渣油和二次加工重油【1 0 l i - 原油经 过常减压蒸馏后，在蒸馏过程中得到的塔底油，基本上没有经过化学变化，得到的常压 渣油及减压渣油我们称为直馏渣油。二次加工重油是指经过各种不同的加工工艺副产的 高沸点组分，主要是通过破坏加工或物理分离得到的。如：催化裂化油浆、炼油厂污泥、 减黏渣油和污油等。 2 中国石油大学( 华东) 硕二l 学位论文 焦化工艺的产品性质及产率很大程度上取决于原料的性质l 。根据延迟焦化产品规 律，原料油密度越大，其焦炭产率会越大。残炭值是原料油结焦趋势的重要指标。来自 于同种原油，但不同拔出深度的减压渣油，减压渣油产率下降，则延迟焦化原料由轻变 重，延迟焦化产品中蜡油的产率以及焦炭的产率会增加，而轻质油的产率则会下降。 延迟焦化工艺中，原料性质决定了选择适宜的裂解深度和循环比。在焦化生产过程 中，对于不同性质的原料，需要采用不同大小的循环比进行操作。对于易结焦原料，受 制于单程裂化深度的影响，其循环比较大；对于一般的原料，适宜的循环比在0 1 o 5 之间；对于重质易结焦原料，需要采用较大的循环比，在有些时候甚至达到1 0 左右【1 2 1 。 原料性质还会对加热炉炉管结焦产生重大影响，对于不同的原料具有不同的易结焦的炉 出口温度范围，此温度范围称为最大可裂化度范围。在延迟焦化装置中，为了提高最大 可裂化度度范围，减缓加热炉炉管生焦【1 3 1 ，在实际生产中通常采用加大循环比以及在原 料中适当加入催化裂化澄清油等，从而尽可能的延长延迟焦化装置的运行周期。 1 1 3 水力除焦介绍 水力除焦系统是延迟焦化装置的重要组成部分，对装置的安、稳、长、满、优生产 具有重要作用。水力除焦技术是美国s h e l l 公司1 9 3 8 年借鉴了水力采煤的方法，将射流切 割、破碎原理用于延迟焦化装置进行水力除焦取得成功，19 3 9 年正式投入工业应用，推 动了延迟焦化技术的快速发展【1 4 1 。 水力除焦过程是间断性的操作过程，从热渣油进入焦炭塔进行热裂化到打开焦炭塔 进行水力除焦，除焦结束后再重新封闭焦炭塔，再进行焦炭塔的预热和进料。在这一系 列的过程中都要切换大量的阀门。为了减轻劳动强度，避免误操作造成事故；且提高装 置的自动化水平，提高除焦过程的自动控制水平；减少拆卸焦炭塔顶、底盖的时间，缩 短生焦周期。2 0 世纪9 0 年代国外已开发出焦炭塔顶、底盖自动装卸机。随着延迟焦化工 艺技术水平的进展，以及国内对焦化装置的技术投入，根据国内技术开发的第一台应用 于延迟焦化装置的焦炭塔顶盖机在中石油吉林石化焦化装置成功投用后，在国内焦化装 置上迅速推广。根据国内技术开发的焦炭塔顶盖机的开盖时间约为2 5 m i n ，关盖时间约 为1 5 m i n ，极大地缩短了开关焦炭塔的时间，缩短了焦化装置的操作周期。根据技术要 求，国内也已研制出焦炭塔底盖机【”】。 焦炭塔生焦结束后，根据操作顺序依次需要进行切塔、小吹汽后大吹汽、小给水后 大给水、放水、除焦等生产工序，任何一步操作的故障都有可能影响延迟焦化装置的正 第一章前言 常生产运行。水力除焦系统主要由以下设备组成【1 6 1 ，塔底设备包括塔底盖装卸机及电 缆滑车、除焦控制阀；塔中除焦设备由导向滑轮、钢丝绳张紧器、钻杆系统、钻机绞车 组成；塔项设备由导向滑轮组、固定滑轮组、游动式滑轮组、风动水龙头、钻杆支点轴 承、塔口扶正器组成；水力除焦程控系统主要由主控柜c k 柜l 台，上位机操作台c t1 台，防爆操作台b k1 台，变频柜p k l 台，联络柜l k 柜1 台构成。 1 2 延迟焦化工艺发展 1 2 1 发展现状 延迟焦化f 1 2 0 世纪3 0 年代开发成功以来，至今已有近8 0 多年的工业运转经验，已经 成为一项重要的渣油加工工艺。美国是全球延迟焦化加工能力最大的国家，根据统计数 据显示美国的焦化能力约占全世界焦化加工能力的5 0 p a i t l 7 1 。我国从2 0 世纪6 0 年代初 开始建设延迟焦化工业装置，至今绝大部分炼厂都建有延迟焦化装置。据美国e i a 统计 【1 8 】，延迟焦化工艺处理的渣油量在世界渣油改质中约占l 3 。由于国际形势变化，燃料 油需求量减少，汽油和中间馏分油需求增加以及重质原油和超重原油产量增加等原因， 据预测，今后10 年内世界延迟焦化装置的加工能力还将快速增加，加工能力将增加 3 0 1 1 9 1 。据美国油气杂志报道2 0 1 ，2 0 0 5 年世界焦化能力总为2 4 0 亿吨年，其中美国是 焦化能力最大的国家，焦化能力占全世界5 0 以上。 世界原油总的趋势是变重，原油中较高残炭值、高硫含量、高金属含量的比重加大， 根据目前国内外形势分析，今后重质原油和超重质原油的比例占世界原油总产量的比重 将会达到一个很高的水平。总体上说，目前国产原油中的减压渣油约占5 0 ，而进口原 油中的减压渣油约占3 0 t 2 。 我国延迟焦化装置加工能力自1 9 9 3 年突破1 0 m t a 以来，一直保持高速增长。从2 0 世纪6 0 年代开始引进延迟焦化工业装置，在全国3 8 套装置的3 7 2 5 m f f a 总加工能力中， 中石化公司有2 4 套，其重油加工能力约为2 2 4 5 m f f a ，占全国焦化装置总加工能力的 6 0 2 7 ，占中石化原油一次加工能力的1 3 6 6 。2 0 0 4 年，中石化炼化企业共加工重油 量约为4 0 7 0 5 4 m t ，其中焦化装置加工原料约为1 8 7 2 0 6 m t ，占炼化企业重油加工总量 的4 5 9 9 ，从数据可以看出，延迟焦化装置已成为目前中石化最重要的重油加工装置 1 2 2 】。2 0 世纪9 0 年代以来，随着我国含硫原油加工量的迅速增加，延迟焦化装置在我国 重油加工的地位越显突出。1 9 9 1 年，我国延迟焦化装置的加工能力为8 6 0 万吨年，居 4 中国石油大学( 华东) 硕上学位论文 于世界第二位，仅次于美国【2 3 】，延迟焦化工艺已成为我国重油轻质化的主要手段之一。 延迟焦化装置目前的发展目标是在保证长周期操作运行的前提条件下，最大限度地 提高焦化装置轻油收率，降低焦化装置焦炭产率。由于我国焦化装置技术水平的差异， 导致不同炼厂焦化装置操作水平存在一定差距，我国延迟焦化装置焦炭产率平均值为 2 5 左右。焦炭产率系数是指装置的焦炭产率与原料的康氏残炭值的比值，我国延迟焦 化装置焦炭产率系数大小在1 5 1 7 ，而国外同类焦化装置为1 3 【2 4 j ，与国外先进水平相 比仍存在一定差距。表1 1 为中石化各炼油厂焦化装置规模及焦炭产率系数的统计数据。 表1 - 1中石化各炼油厂焦化装置规模及焦炭产率系数【2 5 之8 】 t a b l e1 - 1t h ec o k i n gu n i ts c a l ea n dc o k ey i e l dc o e f f i c i e n to fs i n o p e c sr e f i n e r i e s 随着国内外延迟焦化工艺技术进步，我国近几年投产的延迟焦化装置，其技术水平 已接近国外的先进技术水平，在装置的大型化、延长装置操作周期、改善焦化产品分布、 降低生产成本、环境污染控制等方面取得了长足的发展【2 9 】。近几年我国含硫原油加工量 迅速增加，国家对环境保护要求的提高，由于催化裂化产出的汽油中烯烃含量较高，从 而使催化裂化装置原料中的渣油量逐步减少。由于加氢工艺需要的成本较高，鉴于延迟 焦化装置的投资成本较低，且对原料的适应性较广，在国际形势的要求下，采用延迟焦 化工艺p 0 在生产清洁燃料需要大幅增加投入的情况下具有一定的优势。 1 2 2 存在问题 延迟焦化工艺在把渣油转化为附加值更高的轻质产品及提高我国柴汽比方面，均发 挥着重要的作用。目前，我国延迟焦化装置存在的问题和不足之处有： 5 第一章前言 1 循环周期较长。国外大多数焦化装置己采用1 6 - 一1 8 h 生焦循环周期，中国石化 集团多数装置仍采用2 4 h 生焦循环周期，因此同样的装置，处理量比国外约低2 5 。 2 循环比偏高。国外延迟焦化装置循环比一般在0 1 以下，而中国石化集团大部分 企业焦化装置采用0 2 - - - - 0 3 的较高循环比操作，还有lo 套装置循环比超过了o 3 ，造成 生焦量高，装置处理能力下降，能耗增加。 3 焦炭塔容积利用率低。少数装置的焦炭塔尚未安装中子料位计，只凭经验判断 泡沫层高度，影响了焦炭塔容积利用率的提高。 4 装置能耗偏高，同类装置间能耗相差很大。2 0 0 4 年，中国石化集团焦化装置平 均能耗为2 7 7 8 k g e o t ，最高为3 8 4 0k g e o t ，最低为l 8 3 5k g e o t ，相差2 0 0 5k g e o t ， 装置节能有较大潜力。 5 分馏塔效果尚有较大差距，尤其是焦化柴油和焦化蜡油重叠问题还比较普遍。 6 部分装置设备和系统不配套。有5 0 以上的的焦化装置核心设备加热炉采用单 面辐射，由于单面辐射表面热强度高，不能采用在线清焦和烧焦技术，加热炉热效率普 遍较低，影响了焦化装置的长周期运转。还有近半数装置没有配套或完整的吸收稳定系 统，影响液化石油气的收率。 7 装置运行及管理水平有待进一步提高。 8 设备与管线腐蚀问题仍然存在。 9 清洁化生产与国际先进水平相比仍有一定差距。 1 2 3 发展趋势 延迟焦化至今已有8 0 多年的装置设计和工业运行经验，因此，在工艺研究方面已 比较成熟。目前，国内外延迟焦化的发展趋势主要集中在装置大型化、改善产品分布、 延长操作周期、生产清洁化、提高控制水平等方面。 1 装置大型化 延迟焦化装置大型化的基础是设备大型化，其重点是焦化加热炉和焦炭塔的大型 化。目前国内最大的焦炭塔直径为9 4 m 1 3 1 1 ，达到了国际水平。延迟焦化加热炉的设计 过程中应充分考虑实现原料快速升温而又减少炉管管壁结焦。根据国内焦化装置多年研 究发现，就针对大型焦化装置而言，双面辐射加热炉各方面优于单面辐射加热炉，对于 提高加热炉热效率、延长加热炉的运转周期有重要意义。 延迟焦化装置规模的大型化是提高装置生产效率、降低生产成本及增加经济效益的 6 中国石油人学( 华东) 硕士学位论文 重要措施及手段。在1 9 8 0 到1 9 9 0 期间，全球最大的焦化装置是美国p a s c a g o u l a 炼油厂 的延迟焦化装置，其加工能力为3 0 1 m f f a ，装置采用“三炉六塔”流程。2 0 世纪9 0 年代 委内瑞拉l a g o v e n 炼油厂的焦化装置，其加工能力为5 3 9 m t a ，也是当时全球大型延迟 焦化装置之一【3 2 1 。最近，l u m m u s 公司承担一设计项目，经第一阶段工作后，装置处理 能力为6 8 2 m f f a ，据介绍，该装置可处理接近9 9 0 m f f a 的新鲜原料1 3 引。 2 清洁化生产 在炼厂各种加工工艺中，延迟焦化工艺由于需要对焦炭塔进行水力除焦操作，期间 产生较多的污染源。切换焦炭塔后需要向老塔注入一定量的水进行冷却，此过程会产生 较多的臭气、污染水等。随着焦化技术的进步，延迟焦化装置的环境污染也得到了一定 的改善，减少环境污染的措施主要有：采用延迟焦化冷焦水密闭处理技术，减少了冷焦 水、臭气的污染【3 4 】；通过采用密闭塔式接触冷却油吸收回收技术减少延迟焦化焦炭塔 在吹汽放空过程中的环境污染；通过采用离心分离、过滤、罐式储存等技术减少切焦水 的污染；焦化加热炉燃料气采用低n o x 火嘴，并采用脱硫燃料气，减少烟气对环境的 污染；对焦化装置生产过程中产生的含硫污水通过预处理后排到汽提装置中集中进行处 理，处理后的净化水回用于各装置。 3 先进控制技术 目前国内外炼化企业普遍采用的技术措施【3 5 】是通过利用先进的控制技术来满足现 场装置安全平稳操作，提高装置的加工能力以及高附加值产品的收率。目前，我国先进 的控制技术主要集中在常减压装置、聚丙烯和催化裂化等装置。近几年随着国内炼油项 目的大力发展，一些先进的控制技术也使用在延迟焦化装置上。 对焦化装置分馏塔平稳生产影响较大的是焦炭塔的间歇操作，目前中石油锦州石化 公司已经采用a p c 先进控制系统实时判断焦化焦炭塔塔底温度变化，并根据反馈信息 自动完成操作的切换。通过利用先进的控制技术不仅提高了焦化装置的操作平稳率，而 且通过卡边操作，较大的改进了延迟焦化装置的经济技术指标。 由于采用先进的控制技术可提高焦化装置的经济技术水平，对国民经济的发展起到 一定的推动作用。使用这些先控制软件的目的有：通过采用先进控制技术，可提高柴油 凝点的控制水平，因此可提高轻油收率，增大经济效益；提高焦化装置整体的控制水平， 控制参数的波动范围减小；改善核心设备加热炉的控制水平，使辐射出口温度的波动更 加平缓，提高加热炉的热效率；通过与实际焦化装置空高进行对比后，进行修正，可以 对焦炭塔的理论空高进行计算，为焦化装置加工量的变化提供一定的参考数据。 7 第一章前言 4 生产技术的高效化 李家栋等3 6 l 比较了催化裂化与延迟焦化的经济效益，延迟焦化工艺无论在经济效益 最大化还是工艺的操作安全可靠性方面，起着催化裂化、加氢裂化和其它重油加工工艺 不可替代的作用。结合我国炼油厂现存炼化装置结构，发展延迟焦化组合工艺对于保证 产品质量，实现经济最大化是十分必要的，可使企业获得最大经济效益。 延迟焦化装置的核心装置是焦化加热炉，加热炉提供了整套焦化装置所需能量，且 对于焦化产品分布，提高液体产品收率有重要影响。因此不断提高加热炉热效率，采取 一定的节能改造措施也是实现生产高效化的重要课题之一。陈清林、华贲等人在延迟焦 化装置的能耗分析以及焦化装置节能改造方面做了大量的应用技改与理论研究工作，在 此基础上提出了“三环节”模型【3 7 】：焦化装置能量的转换环节，能量的利用环节，能量的 回收环节。基于“三环节”模型的理论，通过对延迟焦化加热炉进行节能改造，并结合不 同炼厂实际换热网络，对换热网络进行优化等措施，提高焦化装置的能量回收与利用效 率，提高焦化装置的社会和经济效益。 5 发展延迟焦化组合工艺 由于延迟焦化工艺有其独特的特点和优势，但是延迟焦化工艺的产品质量较差，因 此需要进行一系列的后续加工，已满足出厂要求。因此，发展延迟焦化组合工艺对于保 证产品质量，实现经济最大化是十分必要的。目前国内存在的焦化组合工艺有：催化裂 化结合延迟焦化组合工艺【3 8 】、减粘裂化结合焦化联合工掣3 9 1 、延迟焦化工艺结合溶剂 精制并结合催化裂化组合工艺【4 0 1 、延迟焦化工艺结合溶剂精制并结合加氢裂化组合工 艺【4 l 】以及延迟焦化工艺结合加氢裂化并结合催化裂化联合工艺【4 2 】等。 1 3 课题研究背景 1 3 1 缩短生焦周期 延迟焦化工艺是高脱碳率的重油轻质化加工工艺。该工艺具有对原料的适应性强、 原料转化率高、工程投资成本较低、回报率较高等优点，是目前广泛采用的重油深加工 手段。延迟焦化生产过程是一个既连续又间断的过程，其生焦周期一般为2 4 d , 时。生焦 周期包括切换焦炭塔、小吹汽后大吹汽、小给水后大给水、放水过程、水力除焦、焦炭 塔试压阶段、瓦斯预热过程、瓦斯循环等生产工序。其中，任何一步操作的故障都有可 能影响装置的正常安全生产。水力除焦系统中涉及一些特种设备且又无备用设备，在延 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 迟焦化装置运行过程中，水力除焦系统故障率较高、维修维护工作量较大。因此，结合 国内外延迟焦化技术水平的提高，通过引进新技术改进水力除焦系统，降低水力除焦设 备故障率，对于保障延迟焦化装置的优质运行具有重要的实际意义。 目前，焦炭塔的容积已经成为限制单套焦化装置加工能力进一步提高的瓶颈，为了 解决这一矛盾，缩短焦炭塔生焦周期的生产方案被迅速得到应用与推广。这给实际生产 过程带来了很多安全隐患与风险。及时采用安全可靠的焦炭塔辅助设备和先进的焦炭塔 操作方法是规避风险的必然途径。实行焦炭塔1 8 小时生焦周期方案，相对于传统的2 4 d 时生焦周期方案可以使焦炭塔的处理能力增加将近三分之一，从而可大幅度提高延迟焦 化装置的处理能力【3 引。表是焦炭塔2 4 6 时生焦周期与l g d 时生焦周期时间分布对比。 表1 - 2 生焦周期时间分布表 t a b l e1 - 2 c o k i n gc y c l et i m ed i s t r i b u t i o nt a b l e 随着世界原油越来越趋向重质化及市场对轻质燃料油需求量的增加，减压渣油的平 衡利用与加工是世界炼油企业普遍关注的重大课题。加氢、脱碳是渣油轻质化两种不同 的途径，延迟焦化作为脱碳最彻底的热裂化工艺，由于具有轻油收率高、投资费用低的 特点，一直是世界重油轻质化的主要途径。原料劣质化、装置大型化、尽可能的降低炉 管结焦延长操作周期、尽可能的降低焦炭产率提高轻收特别是液收、尽可能的降低装置 能耗提高装置负荷虑是国外延迟焦化工艺的发展趋势。我国延迟焦化装置一般采用一炉 两塔、两炉四塔或三炉六塔结构，焦化炉采用连续操作模式，常规延迟焦化一般采用两 塔切换操作，一塔在生焦，另一塔在切焦，过程要消耗大量蒸汽、冷却水及电并对环境 产生污染且对机械设备要求高，导致装置安全性及经济效益下降，实现整个焦化过程连 续化降低装置操作费用是延迟焦化过程的发展趋势。 实现整个焦化过程连续化降低装置操作费用，必须在除焦系统上作改进。探索一条 无冷切焦过程的延迟焦化工艺过程路线，以消除焦炭塔在预热及冷切焦过程的能量消耗 和环境污染，实现焦炭的密闭输送，减少设备投资费用，节省装置的占地面积，消除现 有装置焦炭塔的瓶颈制约。 1 3 2i d c u 技术介绍 2 0 0 8 年1 2 月化学工程和美国烃a n ：i ：杂志2 0 0 9 一月号报道了由u sc o k e a e c h 发明 o 第一章前言 的一种新型焦化装置的专利技术。该新型焦化装置把传统的延迟焦化装置和流化焦化装 置融为一体，命名为“改进的延迟焦化装置”( i d c u - i m p r o v e dd e l a y e dc o