（化学工程专业论文）对抚顺石油二厂延迟焦化装置扩能改造的探讨.pdf

摘要 世界范围内原油重质化和劣质化速度加快，而对轻质油产品的需求量增大， 延迟焦化技术因其设备投资少、工艺简单和技术成熟等特点，日益受到重视，成 为近年来一个新的研究热点和重要的重油加工手段。到目前为止，延迟焦化工艺 无论从流程、设备的材质选择还是设备的大型化方面都有了突飞猛进的发展，变 得更加经济合理，节省了投资。 预计到2 0 0 8 年底，抚顺石化公司石油二厂原油加工总量将增加到1 1 5 0 万吨 年。根据总流程的要求，焦化装置需要加工处理大约2 8 0 万吨年的减压渣油，因 此现有的1 2 0 万吨年处理能力的焦化装置需要扩能改造至2 8 0 万吨年，以满足全 厂重油平衡的要求，同时满足为百万吨乙烯技改工程提供优质乙烯裂解原料和 “油蜡联产”技改工程提供充足的生产石蜡及润滑油基础油的理想原料。 本文主要任务是梳理出抚顺石化公司石油二厂2 8 0 万吨年延迟焦化扩能改 造的瓶颈，选择适合现场实际情况的最优的改造方案，确定合理的操作参数和工 艺流程，以最少的投资创造最大的经济效益。同时也对装置工程设计中的自动控 制水平、环保与安全问题以及装置建设的可行性进行经济分析。 关键词：延迟焦化装置扩能改造设计方案 a b s t r a c t w i t ht h ep a c eo ft h eh e a v yc r u d eo i la n dp o o rcr i j d eo i ls p e e d i n gu pw o r l d w i d e a n dt h ei i g h tq u a l i t yo i lp r o d u c ti sd e m a n d e di a r g e l y ；s ot h ed e l a y e dc o k e rt e c h n o l o g y i st a k e ns e r i o u s i yd a yb yd a ya n db e c o m e san e wr e s e a r c hf o c u sa n dt h ei m p o r t a n t h e a v y o i l p r o c e s s i n g m e t h o di nr e c e n t y e a r so w i n g t ol e s s e q u i p m e n t i n v e s t m e n t ，s i m p l ec r a ra n dw e l l d e v e l o p e dt e c h n o l o g y s of a r d e l a y e dc o k e rc r a r h a sm a d eg r e a td e v e l o p m e n to nt h ea s p e c t so ft h ep r o c e s s ，t h ec h o i c eo fe q u i p m e n t s m a t e r i a lq u a l i t ) ，o re q u i p m e n t ss c a l e ，b e c o m e sm o r ee c o n o m i c a la n dr e a s o n a b l e ，a n d t h e nh a sd e c r e a s e dt h ei n v e s t m e n t i ti se s t i m a t e dt h a tb yt h ee n do f2 0 0 8 ，t h et o t a ls u mo ft h ec r u d eo i lp r o c e s s i n g i nr e 行n e 巧n o 2o ff u s h u np e t r o c h e m i c a lc o m p a n yp e t r o l e u mw i l lh a v ei n c r e a s e dt o 1 1 ，5 0 0 ，0 0 0t o n sp e ry e a r a c c o r d i n gt 0t h er e q u i r e m e n to ft o t a lp r o c e s s ，t h ec o k e r u n i tn e e d st i dd i s p o s e2 ，4 0 0 ，0 0 0t o n sc n j d ep o m a c eo i lp e ry e a r ，t h e r e f b r et h ee x i s t i n g c o k e ru n i tw i t ht h ea b i l i t yt oh a n d l e1 ，2 0 0 ，0 0 0t o n sp e r y e a rn e e d st ob ee x p a n d e da n d i m p r o v e dt o2 ，4 0 0 ，0 0 0t o n sp e ry e a rt om e e tt h en e e d sf o rt h eh e a v yo i l i nt h ee n t i r e f a c t o 巧，s i m u l t a n e o u s l yp r o v i d e sh i g hq u a l i t ye t h y l e n ed e c o m p o s i t i o nr a wm a t e r i a lf o r 1 ，0 0 0 ，0 0 0t o ne t h y l e n et e c h n o l o g i c a lt r - a n s f o n n a t i o np r i 巧e c ta n dp r o v i d e st h e s u m c i e n tp r o d u c t i o no fp a r a 衔nw a xa n dt h ei d e a lr a wm a t e r i a lo ft h eb a s i co i lo ft h e l u b r i c a t i n go i lf o rt h et e c h n o l o g i c a lt r a n s f o r n l a t i o np r o j e c to ft h ep r o d u c t i o no ft h eo i l a n dt h ep a r a 衔nw a x t h i sa r t i c l et a l k sa b o u tt h eb o t t l e n e c ko fd e l a y e dc o k e rt e c h n o l o g yw i t h 2 ，4 0 0 ，0 0 0t o n sp e ry e a ri nf u s h u np e t r o c h e m i c a lc o m p a n y ，s e l e c t i o no ft h es u p e r i o r i m p r o v e m e n tp l a nw h i c hs u i t st h ea c t u a ls i t u a t i o na n dt h ed e c i s i o no ft h er e a s o n a b l e o p e r a t i n gp a r a m e t e ra n dt h et e c h n i c a ip r o c e s si no r d e rt oc r e a t et h em a x i m u m e c o n o m i ce m c i e n c yb yt h el e a s ti n v e s t m e n t s ，a tt h es a m et i m eh a sc a r r i e do nt h e e c o n o m i ca n a l y s i st o t h ea u t o m a t i cc o n t r o l l e v e lo ft h eu n i te n g i n e e r i n gd e s i g n ，t h e e n v i r o n m e n 协lp r o t e c t i o na n dt h es e c u r i t yp r o b l e ma sw e l la st h ef e a s i b ili 够o ft h e e q u i p m e n tc o n s t l l j c t i o n k e yw o r d s ：d e l a y e dc o k e ru n i te x p a n d i n gc a p a c i t yr e f o r n ld e s i g np l a n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤盗盘堂或其他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。 学位论文储签名：从希壹签字隰棚年石月f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘堂 有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：力2 l 争盏 签字同期：枷扩年f 月 f 同 翮虢潞射 签字日期：锄田年6 月日 -d生- 刖青 到目前为止，人类已累计消耗石油资源1 0 0 0 1 0 8 讹。美国能源部预测， 未来2 0 年内，世界石油需求量将以年均2 的速度增长，到2 0 2 0 年世界石油需求 量将从目前的3 5 8 0 1 0 8 “a 增加到5 5 3 0 1 0 8t a 嘲。由此可以计算，今后2 0 年将 消耗石油资源近1 0 0 0 1 0 8t ，相当于前1 0 0 年石油消耗量的总和1 。原油的储量 是有限的，但重油深加工及渣油的深加工是有相当的潜力可以发掘，因此，重油 及渣油的深加工的地位就越来越重要。 对于渣油的深度加工目前只有两个途径：加氢和脱炭h 5 】。加氢对于原料和 产品的灵活性要求很高，所得产品质量好，但对于催化剂的要求苛刻，设备费用 高，投资和操作费用高哺1 。就我国炼油厂来说，脱炭技术较为成熟，投资和操作 费用较低，因而得到了广泛的应用，这方面的技术主要有焦化、溶剂脱沥青、催 化裂化等方法。其中延迟焦化工艺作为一种成熟的重油热加工方法，是焦炭化工 程( 简称焦化) 主要的工业化形式，国内外炼油企业都把延迟焦化工艺作为重油 加工的重要手段口一1 。随着炼油企业加工原油的重质化、劣质化和受市场对液体 产品所需的刺激，尤其是对柴油需求量的增加，迫使炼油厂必须提高加工深度， 延迟焦化也日益受到重视哺1 。据预测，今后lo 年内世界延迟焦化装置的加工能力 还将快速增加睁】。 根据振兴东北老工业基地精神和中国石油天然气股份有限公司加快东部地 区改造发展的战略安排，按照“炼化一体化”的总体要求，抚顺石化公司坚持以 “大规模、短流程、低成本、高效益”为原则，围绕大庆原油资源特点，依托老 企业，应用新技术，拟进行原油集中加工、炼油结构调整，实现结构的根本调整 和效益最大化，逐步发展成为“千万吨炼油、百万吨乙烯”规模的炼化基地。根 据抚顺石化公司总体发展的需求，对现有的焦化装置进行扩能改造设计，以满足 公司重油平衡的要求，充分保证为百万吨乙烯技改工程提供优质乙烯裂解原料和 “油蜡联产，技改工程提供充足的生产石蜡及润滑油基础油的理想原料n 0 1 。 第一章文献综述 第一章文献综述 延迟焦化工艺是炼油化工厂渣油加工的最主要的工艺技术之一，是减压渣油 在高温下发生深度热反应转化成气体、汽油、柴油、蜡油和焦炭的过程，可将渣 油中碳氢比高的胶质、沥青质和部分稠环芳烃以焦炭形式脱出，降低了油品的碳 氢比，从而实现轻质化。该技术自1 9 2 8 年发明至今，研究开发和应用都得到了 很大的发展，目前无论是在发达的欧美国家还是在发展中的亚洲国家都是渣油加 工普遍采用的工艺技术之一。 1 1 延迟焦化技术发展状况 延迟焦化是将重质油在加热炉中加热，采用高的流速和高的热强度，使油品 在加热炉中短时间达到焦化反应所需的温度，同时迅速离开加热炉进入焦炭塔， 在焦炭塔内通过较长的停留时间发生裂解及缩合反应，生产气体、轻质油及焦炭。 该技术能把炼油厂最重的或最劣质的渣油、沥青及污油转化为轻质油品，其副产 品焦化干气和焦炭也是其它工艺装置及冶金行业的良好原料。 据统计，截至2 0 0 2 年年底，全世界共有7 3 2 个炼油厂，其中1 4 6 个炼油厂 设有焦化装置，其总加工能力为2 2 8 亿吨年，比2 0 0 1 年增长7 0 8 ，约占世 界原油蒸馏总加工能力的5 5 7 。在2 0 0 2 年焦化装置加工能力中，延迟焦化装 置的加工能力最大，为1 8 3 亿吨年，占当年焦化装置总加工能力的8 1 8 3 。 截至2 0 0 3 年底，世界已建成的焦化装置处理能力是2 8 9 亿吨年，比2 0 0 2 年增 长2 6 8 。美国重油加工一直以焦化为主，约有3 5 的炼油厂设有焦化装置， 2 0 0 0 年以来新建的主要是焦化装置，预计到2 0 1 0 年将新增延迟焦化能力1 2 0 0 万吨年到1 6 0 0 万吨年。按原料计，5 5 的焦化能力在美国；按产量计，7 0 的焦化能力在美国1 。世界焦化能力在过去的1 5 年内增长了7 0 以上，世界炼 油厂中约有17 的炼油厂有焦化装置。随着原油的日益重质化和劣质化及世界 各国环保法律的出台，对原料油的质量和炼厂气排放的要求日益严格。延迟焦化 技术在平衡炼油厂渣油和提高轻油收率等方面具有得天独厚的优势。延迟焦化装 置己经成为许多炼厂处理高硫渣油首选方法。据预测，今后2 0 年内，全球焦化 工艺加工能力的年增长率约为7 ，远远领先于渣油加氢转化工艺n 别。 第一章文献综述 1 1 1 国外技术进展情况 国外延迟焦化技术以美国为代表，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 sg r e s t ) 公司、大陆( c o n o c o ) 石油公司和福斯特惠勒 ( f o s t e rw h e e l e r ) 公司的技术。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，国外延迟焦化技术的发展具有如下趋势： a ) 焦炭塔反应压力降低 8 0 年代以前，生产普通焦的焦炭塔的设计压力为o 1 7 o 2 lm p a ( g ) 。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 o 1 4 1m p a ( g ) ； 鲁姆斯公司已制作出详细的压力分布图；福斯特惠勒公司典型的焦炭塔设计压 力仅为0 1 0 3m p a ( g ) 。焦炭塔典型低压操作的压力为o 1 0 5m p a ( g ) ”3 。 b ) 生焦周期缩短 生焦周期由2 4 h 缩短到2 0 h 就能很容易地使加工能力提高2 0 n 4 1 。目前， 大陆石油公司焦化装置生焦周期为1 1 1 4 h ；凯洛格公司为1 6 2 0 h ；福斯特惠 勒公司为1 6 1 8 h 。 c ) 焦炭塔直径增加n 5 捌 焦炭塔的直径一般标准为8 2 8 5m n ，但由于技术和机械设计的改进，直 径超过9m 的焦炭塔已设计采用。康菲公司的3 2 0 万吨年装置采用两炉四塔， 焦炭塔直径9m ，切线高度3 9m 。美国f o s t e rw h e e l e r 公司正在考虑设计直径为 9 7 5m 、切线高度4 2 6 7 2m 的大型焦炭塔，甚至是直径为1 2m 的大型焦炭塔。 d ) 采用水力除焦技术和设备口羽 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。 一 e ) 使用塔顶盖、底盖自动装卸机 为缩短焦化塔操作循环周期，降低除焦过程的劳动强度和安全生产，国外已 开发了焦炭塔顶盖和底盖自动装卸机，进行远程控制，大大的降低了除焦劳动强 度。 f ) 采用焦化加热炉n 钔 鲁姆斯设计的加热炉有单燃烧室和双燃烧室两种类型；凯洛格公司采用双加 第一章文献综述 热室的加热炉1 ；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n 们大梯台式墙型加热炉。 g ) 自动化水平高 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，用中子料面计代替钻6 0 料面计，以及焦炭 塔自动卸盖、自动除焦等。 h ) 装置环境清洁化 环境保护水平高，普遍采用密闭的吹气放空系统。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乜“。 i ) 应用计算机软件控制 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 re n g i n e e r i n g 等公司均开发了可计算焦 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。 1 1 2 国内技术进展情况 我国自l9 6 3 年第一套3 0 10 4t a 的延迟焦化装置在抚顺石油二厂投产以来， 先后建起了3 3 套焦化装置，全国焦化能力2 0 0 3 年为2 9 3 0 1 0 4 讹，2 0 0 4 年为3 7 2 5 10 4t a ，一年内焦化能力增加了7 9 5 1 0 4t a 。我国焦化年总加工能力仅次于美 国，居世界第二位，约占全世界焦化能力的7 ，目前还有约2 0 套装置( 总加工能 力超过1 0 0 0 1 0 4t a ) 正在建设中n 1 。经历了4 0 多年的历史，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， 第一章文献综述 操作平稳性提高，能耗降低，自动化程度提高。但与国外先进水平相比，我国焦 化装置还仍然存在着生焦周期长、焦炭塔处理能力低、加热炉操作周期短和除焦 自动化水平低的问题瞳2 。 扬子、金陵新建成的l6 0 l0 4 讹延迟焦化装置采用了一炉二塔工艺流程， 大型化焦炭塔。该装置的投产，为我国大型化的焦化装置设计提供了有益的经验。 a ) 焦炭塔压力 国内焦炭塔压力普遍偏高，焦炭塔压力一般都在o 1 7 0 2 0m p a ( g ) 之间。 b ) 循环比乜2 1 国内焦化装置循环比一般都在0 3 0 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试验， l p e c 开发的可灵活调节循环比的工艺流程循环比可到0 1 ，该技术已在长岭炼 油厂焦化装置、广州石化炼油厂焦化装置、吉化炼油厂焦化装置、扬子焦化装置 和金陵焦化装置等装置上得到应用，取得了良好的效果乜别。 c ) 生焦周期 国内设计的焦化装置生焦周期均为2 4 h 。个别炼厂为扩大处理量，降低了生 焦周期，长岭炼油厂曾按1 8 h 生焦周期进行操作。 d ) 焦炭塔直径 国内焦炭塔直径多数为5 4m 和6 o m 。近年来，装置大型化得到了较快的发 展，焦炭塔直径达到了8 4m 和8 8m ，l p e c 设计的扬子焦化焦炭塔和金陵石化 焦炭塔直径达到了9 4m 。 e ) 水力除焦技术和设备乜7 3 l p e c 一直在进行水力除焦技术和设备的开发，由l p e c 独立或与其他单位 共同开发的、无井架水力除焦系统、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及新型除焦胶管等技术，填补了国内空白，有些已达到国际 先进水平。 d 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 不均均，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 第一章文献综述 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。 g ) 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，其他均为常规控制。 h ) 环境保护 国内焦化装置已普遍采用了密闭的吹汽放空，l p e c 冷焦水密闭处理技术， 已在广州石化炼油厂、长岭炼油厂、吉化公司、扬子、金陵等装置投用，解决了 长期以来的冷焦水污染问题。 i ) 计算机软件 国内有关科研院校正在进行焦化装置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，成功地应用于在上海炼油厂5 0 万吨年延 迟焦化装置物料平衡优化的开环指导和离线调优试验中。 1 2 石油焦市场分析 1 2 1 国外石油焦市场分析 石油焦的主要用途是电解铝行业所用的预焙阳极和阳极糊、碳素行业生产增 炭剂、石墨电极以及硅、铁行业冶炼工业硅等，高品质的石油焦( 硫含量小于 0 5 ) 可用于生产石墨电极和增炭剂，1 4 b 2 4 b 的石油焦常用于生产预焙阳极， 低品质的石油焦主要用于冶炼工业硅和生产阳极糊。2 0 0 4 年世界石油焦生产分 类统计比例见表1 1 。 表1 1世界石油焦生产分类统计比例 t a b l e1 1t h ec l a s s i f i c a t i o ns t a t i s t i c sp r o p o r t i o no fr e f i n e r yc o k ep r o d u c t i o ni nt h ew o r l d 类别 比例 燃料焦 电极焦 煅后焦 6 5 3 2 3 美国是世界石油焦主要生产大国，也是石油焦大量消费国，燃料焦占其总产 量的6 0 ，主要出口日本，其电极焦还需进口。2 0 0 4 年世界各主要国家及地区 石油焦产量情况见表1 2 。 第一章文献综述 表1 2世界各主要国家及地区石油焦产量比例 t a b l el 一2t h eo u t p u tp r o p o r t i o no fr e f i n e r yc o k ei 1 1m 勾o rc o u n t r i e sa n dr e g i o n s 国家或地区产量所占比例 美国 加拿大 南美 欧洲 亚洲 中国 6 1 8 4 1 1 6 1 0 1 2 2 国内石油焦生产概况 目前我国石油焦供需基本平衡，全部是电极焦，质量完全可以信赖，特别是 大庆石化、抚顺石化的低硫石油焦更是畅销。2 0 0 4 年及2 0 0 3 年国内石油焦生产 及消费情况见表1 3 。 表1 32 0 0 4 年及2 0 0 3 年我国石油焦生产及消费情况表 t a b l el - 3r e f m e r yc o k ep r o d u c t i o na n dc o n s u m p t i o no fo l l rc o u n t 叫i n2 0 0 4a n d2 0 0 3 目前国内石油焦生产企业共有3 0 多家，多数是中国石油、中国石化两大集 团下属企业，少数为地方小焦化。据统计，2 0 0 4 年国产石油焦产量约在7 0 8 万 吨左右，较2 0 0 3 年产量6 0 4 万吨有1 7 的增长。 2 0 0 4 年国内石油焦消费量为7 0 7 万吨，比2 0 0 3 年的消费量6 7 5 万吨增长了 5 。 1 2 3 国内石油焦进出口概况 2 0 0 4 年国内石油焦进出口量与2 0 0 3 年相比有较大变化，进口量下降了3 5 ， 出口量增涨了6 0 。 2 0 0 4 年国内未煅烧石油焦进口主要国家及地区：美国3 6 万吨、印度尼西亚 2 0 万吨和台湾省1 l 万吨，分别占进口总量4 5 7 3 、2 5 2 2 和1 3 7 1 ；与2 0 0 3 第一章文献综述 年同期相比，美国下降了6 3 8 1 ，而印度尼西亚增长8 7 8 ，台湾2 0 0 3 年无进 口。具体见表1 4 。 表l - 42 0 0 4 年及2 0 0 3 年我国未煅烧石油焦进口主要国家及地区情况表 t a b l e1 - 4m a j o r i m p o r tc o u n 仃i e sa n dr e g i o n so fn o n - c a l c i l l e 对e f m 吖c o k eo fo u rc o u n 时 i n2 0 0 4a n d 2 0 0 3 2 0 0 4 年国内未煅烧石油焦出口量8 0 0 万吨，主要出口国家俄罗斯联邦2 0 万 吨、印度1 8 万吨和日本1 7 万吨，分别占出口总量的2 4 4 4 、2 2 1 0 和2 1 7 0 。 与2 0 0 3 年同期进口量相比，俄罗斯联邦下降了1 7 1 7 ，印度和日本分别增长了 4 9 6 6 和1 3 1 2 6 。详见表1 5 。 表1 5 2 0 0 4 及2 0 0 3 年我国未煅烧石油焦出口主要国家情况表 t a b l e1 - 5 m a j o re x p o r tc o u n t r i e so f n o n - c a l c i n er r e f i n e 巧c o k eo f o u rc o u n 田 i n2 0 0 4a n d 2 0 0 3 第一章文献综述 从国内整体形势来看，国际市场对石油焦的旺盛需求也是支撑市场的主要因 素，国际市场上发达国家对环保的要求较高，因而对我国的低硫焦需求始终保持 强劲的势头。2 0 0 5 年国内l 9 月共出口石油焦1 0 6 6 9 万吨，同比增长1 1 8 ； 9 月出口1 1 7 6 万吨，同比增长5 2 ，其中中低硫石油焦的比例占8 8 ，最高 出口单价为1 2 4 美元吨。由此我国产石油焦尤其是中低硫焦，在国际市场上的 需求可见一斑。也同时说明，国内每月中低硫焦有近1 5 的产量出口国外，极 大地抽紧了国内资源，对国内市场价格的持续上升起到了积极的推动作用。也正 是因为国际市场的旺销，国内贸易商对石油焦的出口贸易保持着高昂的热情。 另外，国内电解铝部分闲散产能启动和产能进一步扩张，及碳素制品的出口 持旺，对石油焦需求的增加也是推动石油焦价格上升的另一重要因素。 综合全局形势，目前石油焦市场下游的利好因素较多，但随价格的一路上升， 对下游需求和出口贸易的抑制作用不可忽视。只是石油焦作为工业品，市场对价 格变化的反应较为滞后，预计随时间的推移，各生产企业就会不同程度地感受到 用户的反应。因此，目前市场上价格无休止的上升会逐渐收势，后市会趋于稳定， 但国内稳定的需求和大量的出口，也会极大地支撑市场，预计未来一段时间内国 内市场价格会以平稳为主，局部地区可能还会有价格波动。 1 3 延迟焦化的基本理论 烃类的热转化反应遵循自由基机理口3 1 。长链烷烃中部的c c 键在高温下断 裂生成自由基，较大的自由基不稳定，继续断裂生成较小的自由基，小自由基与 大分子碰撞又会产生新的大自由基，如此展开连锁反应： c 1 6 h 3 4 - 2 c 8 h 1 7 c 8 h 1 7 一c 4 h 8 + c 4 h 9 c h 3 + c 1 6 h 3 4 一c h 4 + c 1 6 h 3 3 由于自由基多倾向于伯碳，故裂解气体中多c 。和c ：组分，产物中多种正构 物，与按正碳离子机理进行的催化裂化反应有所区别。带侧链的环烷烃首先断侧 链，而后断环成烯烃，带侧链的芳烃也是先断侧链，但芳环较牢固一般不会断裂， 而芳烃自由基可相互结合组成更稳定的多环乃至稠环芳烃。所以渣油进行热反应 是断裂和缩合两种反应是同时发生的，构成复杂的平行一顺序反应，热转化的结 果是生成比原料轻的气体和油品的同时，也生成了比原料更重、碳氢比更高的焦 第一章文献综述 炭。大致反应过程见图1 1 。 图1 1焦化反应和石油焦的生成 f i g u l 陀1 - 1p y r o g e n i cr e a c t i o na n dr e f i n e 叮c o k ep r o d u c t i o n 在反应当中，裂化是吸热反应，缩合是放热反应，因为总的趋势是重质渣油 的裂解，所以综合热效应是强吸热心4 一副。减压渣油首先要经过加热炉被加热到 5 0 0 的高温，在工业上要实现此过程的关键是原料要快速通过炉管，加热炉 的作用只是将原料加热到规定的温度，而热转化反应基本上不在炉管内进行，这 样才能保持炉管内不结焦，装置才能长周期运转。在加热炉之后专门设置一个大 的空容器一焦炭塔，将高温的反应物料引入其中，提供充分的停留时间，把焦化 反应从加热炉延缓到焦炭塔内进行，“延迟焦化”也就因此得名。 渣油中的硫、氮、金属化合物也随着裂解和缩合反应的进行而分解和浓缩， 其结果是液体产物中的硫、氮含量有所减少，硫向两极分化，多在气体和焦炭中， 氮大多浓缩在焦炭中，重金属则绝大部分都集中在焦炭中。 1 4 抚顺石油二厂延迟焦化装置现状 抚顺石油二厂延迟焦化装置是我国第一套延迟焦化装置，建成于1 9 6 3 年， 年产量3 0 万吨。根据抚顺石化公司现有的物料平衡情况，石油二厂的原油加工 量已增加到1 1 5 0 万吨年，根据总流程的要求，约有2 4 0 至2 8 0 万吨年的减压 渣油进焦化装置加工处理。如何提高延迟焦化装置的加工能力，是抚顺石化公司 必须解决的一个主要问题。目前存在着两条途径。一条是新建装置，实现装置的 规模化、设备的大型化，完善适宜加工含硫渣油的深加工路线。另一种是通过提 高技术含量，立足现状，优化资源配置，对现有焦化装置进行技术改造。遵循老 装置改造立足挖潜，新建装置追求经济规模，力求实现“大规模、低投入，高技 第一章文献综述 术、短流程，低成本、高回报”。 本文主要目的是找出抚顺石化公司石油二厂2 8 0 万吨年延迟焦化扩能改造 的瓶颈，选择适合现场实际情况的最优的扩能改造方案，以最少的投资创造最大 的经济效益，以满足全厂重油平衡的要求，充分保证为百万吨乙烯技改工程提供 优质乙烯裂解原料和“油蜡联产”技改工程提供充足的生产石蜡及润滑油基础油 的理想原料。 第二章抚顺石油二厂延迟焦化装置改造技术方案选择 第二章抚顾石油二厂延迟焦化装置改造技术方案选择 本次装置改造为在原焦化装置基础上的扩能改造，装置处理能力由原1 2 0 万吨年增加到2 8 0 万吨年，加工量增幅较大，而且装置改造方案的实施还受到 装置改造周期以及装置占地面积小的条件限制，特别是焦炭塔、焦化炉、分馏塔 等大型设备的配置方案，对选择最优化方案有较大的影响，为此本论文提出四个 改造方案，以便对本次装置改造方案的技术水平、改造实施的周期、设备利旧等 情况进行较为详细的比较。方案一和方案二保留了原装置三炉六塔设备，通过再 增加一炉两塔即可使装置处理量达到2 8 0 万吨年；方案三和方案四由于需要拆 除原装置焦炭塔、焦化炉，为了不影响炼厂的正常生产，装置改造必须分步实施， 可先增加一炉两塔，维持装置1 2 0 万吨年的生产能力，然后再拆除原装置焦炭 塔、焦化炉，最终实现装置扩能到2 8 0 万吨年的目标。 2 1 装置改造概况 2 1 1 装置现状及改造背景 中国石油天然气股份有限公司抚顺石化分公司石油二厂延迟焦化装置于 1 9 6 4 年建成投产，装置设计规模为3 0 万吨年，原料为大庆减压渣油。1 9 7 9 年 进行了改扩建，新增了一炉两塔，使装置处理能力提高到6 0 万吨年；2 0 0 3 年 装置再次进行了扩能改造，处理量增加到了1 2 0 万吨年，目前装置为三炉六塔 操作。装置主要由焦化、富气脱硫、吹气放空以及冷焦水、切焦水循环处理等部 分组成。 根据抚顺石化分公司现有的物料平衡情况，石油二厂的原油加工量近期将增 加到1 1 5 0 万吨年。根据总流程的要求，约有2 8 0 多万吨年的减压渣油进焦化 装置加工处理。因此，现有的焦化装置需扩能改造至2 8 0 万吨年，以满足全厂 重油平衡的要求。 2 1 2 改造原则 a ) 充分利用装置的原有设备进行改造，尽量节约投资； b ) 利用成熟、可靠的先进技术，努力提高装置综合经济效益和技术水平； c ) 充分利用装置现有场地，装置平面布置紧凑； 第二章抚顺石油二厂延迟焦化装置改造技术方案选择 d ) 在达到改造目的的前提下，最大限度地减少改造工程量，缩短施工周期。 2 1 3 改造范围及主要改造内容 根据改造目的的要求，本论文研究的范围为延迟焦化装置界区内的工程改 造。主要改造内容如下： a ) 保留现有的“三炉六塔”； b ) 调整和优化现有的换热流程； c ) 改造现有的加热炉； d ) 更换分馏塔； e ) 改造现有的吸收稳定系统； f ) 改造现有的吹气放空系统； g ) 改造现有的冷焦水系统； h ) 增加“一炉两塔”及相应的切焦水循环系统； i ) 采用洛阳石化工程公司开发的“可灵活调节循环比”流程； j ) 新增干气液化气脱硫部分。 2 1 4 装置组成、规模、原料来源及产品去向 a ) 装置组成 改造后装置由焦化部分、分馏部分、吸收稳定部分、干气液化气脱硫部分、 吹汽放空部分、水力除焦部分、切焦水闭路循环部分、冷焦水处理部分和焦炭运 输部分组成。 b ) 改造规模 装置改造规模为2 8 0 万吨年，循环比0 4 ，生焦周期2 4 h ，年开工时间8 4 0 0 h 。 c ) 原料来源 装置原料为自常减压装置来的大庆原油和沈北原油的减压渣油。 d ) 主要产品 装置的产品为干气、液化石油气、汽油、柴油、蜡油和焦炭。 第二章抚顺石油二厂延迟焦化装置改造技术方案选择 2 2 原料和产品性质 2 2 1 原料性质 装置原料为自常减压装置来的大庆原油和沈北原油的减压渣油。减压渣油性 质见表2 1 。原料及其性质来源于抚顺石化分公司石油二厂提供的焦化装置改造 原料数据。 表2 1减压渣油性质 t a b l e2 1v a c u u mr e s i d u u mn a t u r e 2 2 2 产品性质 本装置所产产品包括净化干气、液化气、汽油、柴油、蜡油、焦炭，其性质 分别见表2 - 2 、表2 3 、表2 4 、表2 5 、表2 6 、表2 7 。 表2 2 净化干气性质 t a b l e2 2p u r i f i c a t i o nd r yg a sn a t u r e 第二章抚顺石油二厂延迟焦化装置改造技术方案选择 表2 4 焦化汽油及烃重组石脑油性质 t a b l e2 - 4c o k e dg a s o l i n ea n dh y d r o c a r b o nr e o 唱a n i z a t i o nn a p h t h an a t u r e 1 5 第二章抚顺石油二厂延迟焦化装置改造技术方案选择 表2 5 焦化柴油、蜡油性质 t a b l e2 5c o k e dd i e s e l0 i l w a xo i ln a t u r e 表2 6 石油焦性质 t a b l e2 6r e f i n e r yc o k en a t u r e 1 6 - 第二章抚顺石油二厂延迟焦化装置改造技术方案选择 2 3 物料平衡 装置加工量为2 8 0 1 0 4 讹，循环比为o 4 ，装置计算物料平衡时数为8 4 0 0 小 时。装置物料平衡见表2 7 。 表2 7物料平衡 t a b l e2 7m a s sb a l a n c e 2 4 改造技术选择 本次装置改造为在原焦化装置基础上的扩能改造，为取得最佳效果，本论文 提出四个改造方案，方案如下： 方案一：保留原装置三炉六塔1 2 0 万吨年处理能力，新增一炉两塔1 6 0 万 吨年处理能力；原分馏系统拆除，新建一个可满足2 8 0 万吨年处理量的大分馏 系统；新建一套可满足2 8 0 万吨年处理量的吸收稳定和气体脱硫。 方案二：保留原装置( 三炉六塔，1 2 0 万吨年处理能力) 不变，在原装置 区新增一套( 炉两塔) 1 6 0 万吨年处理能力焦化装置；原来分馏系统保留， 新建分馏系统与1 6 0 万吨年配套；新建一套可满足2 8 0 万吨年处理量的吸收稳 定和气体脱硫。 方案三：保留原装置一炉两塔4 0 万吨年处理能力( 拆除两炉四塔) ，新增 两炉四塔2 4 0 万吨年的处理能力；原分馏系统拆除，新建一个可满足2 8 0 万吨 第二章抚顺石油二厂延迟焦化装置改造技术方案选择 年处理量的大分馏系统；新建一套可满足2 8 0 万吨年处理量的吸收稳定和气体 脱硫。 方案四：拆除原装置三炉六塔，新增两炉四塔2 8 0 万吨年的处理能力；原 分馏系统拆除，新建一个可满足2 8 0 万吨年处理量的大分馏系统；新建一套可 满足2 8 0 万吨年处理量的吸收稳定和气体脱硫。 下面就这四个方案的具体改造部分说明如下。 2 4 1 焦炭塔( 反应器) 的改造 原装置共有6 座焦炭塔，按三炉六塔操作，直径6 0 0 0m m 。本次改造，方 案一和方案二保留原装置焦炭塔( 塔1 6 ) ，新增两座焦炭塔( t l l o la ，b ) 满 足装置扩能要求；方案三拆除原焦炭塔( 塔1 4 ) ，保留塔5 ，6 ( 4 0 万吨年能力) ， 同时增加四座焦炭塔( t l l o la d ，处理能力2 4 0 万吨年) ；方案四拆除原焦炭 塔( 塔1 6 ) ，增加四座焦炭塔( t 1 1 0 1a d ，处理能力2 8 0 万吨年) ，满足装置 扩能的要求。 四个改造方案新增焦炭塔采用大型化焦炭塔。 四个改造方案焦炭塔计算结果见表2 8 。 表2 8焦炭塔计算结果表 t a b l e2 8c o k et o w e rc a l c u l a t i o nr e s u l t 从表2 8 可以看出方案一和方案二气体线速稍高于方案三和方案四，但都在 允许设计线速以内，利旧焦炭塔的气体线速较低，也表明利旧焦炭塔还是有一定 第二章抚顺石油二厂延迟焦化装置改造技术方案选择 的潜力。生焦高度最大相差不到2m 。 2 4 2 塔类的改造 1 ) 焦化分馏塔( 塔7 ) 焦化分馏塔1 9 8 4 年投产，直径为3 8 0 0m m ，2 0 0 3 年技术改造后达到1 2 0 万吨年处理量能力。该塔在1 2 0 万吨年加工量的实际运行中，由于塔径较小， 空塔线速较高，容易造成焦粉夹带，对整个分馏系统以及富气压缩机的长周期生 产造成一定的影响。本次改造，装置能力达到2 8 0 万吨年，方案一、方案三、 方案四更换为一套可满足2 8 0 万吨年的分馏系统，因此原3 8 0 0m m 分馏塔不 能满足改造要求，需要更换；方案二保留原装置分馏系统，原3 8 0 0m m 分馏塔 利旧，新增一套与16 0 万吨年配套的分馏系统，改造后装置共有二套分馏系统。 四个改造方案分馏塔情况见表2 9 。 2 ) 柴油、蜡油汽提塔( 塔8 ，9 ) 原柴油、蜡油汽提塔直径为l o o om m ，l9 8 4 年投产，2 0 0 3 年技术改造后 与12 0 万吨年分馏塔配套。本次柴油、蜡油汽提塔改造，方案一、方案三、方 案四更换汽提塔；方案二保留原装置汽提塔不变，再新增一套与1 6 0 万吨年配 套的柴油、蜡油汽提塔。四个改造方案柴油、蜡油汽提塔情况见表2 9 。 3 ) 吹汽放空塔 原吹汽放空塔直径2 6 0 0 m m ，内设层挡板塔。本次改造，由于四个改造方 案中均采用了大型化焦炭塔设备，改造后吹汽放空负荷较改造前增加了1 5 倍， 因此需更新，新更换吹汽放空塔直径为4 0 0 0m m ，内设8 层挡板塔盘。 4 ) 柴油吸收塔、再吸收塔、解吸塔、稳定塔 原装置吸收稳定系统设备已作为富气脱硫用，因此吸收稳定系统设备需要新 建，新建吸收稳定设备能力与装置2 8 0 万吨年加工量配套。四个方案吸收稳定 设备相同见表2 9 。 5 ) 干气、液化石油气塔 干气、液化石油气塔配置与吸收稳定相同，新建一套与装置2 8 0 万吨年加 工量配套的脱硫系统。四个方案干气、液化石油气塔设备相同见表2 9 。 第二章抚顺石油二厂延迟焦化装置改造技术方案选择 2 4 3 冷焦水处理系统改造 原装置冷焦水系统为敞开式工艺流程，从焦炭塔放出的热冷焦水会挥发大量 的有毒、有害气体，对装置周围大气造成较为严重的污染，影响了操作人员的身 体健康和安全。因此，本次改造采用目前国内先进的冷焦水密闭处理流程，利用 旋流除油技术以及配套的罐式密闭流程，将冷焦水全部密闭在设备中进行处理， 该技术目前在国内应用较为成熟，已在多套焦化装置实现了工业化生产。 四个方案冷焦水处理系统流程相同。 2 4 4 工艺流程的改造 原装置焦化工艺流程是6 0 年代较为传统的工艺，