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延迟焦化基本知识讲座目 录一、延迟焦化工艺简介1、焦化工艺简介2、焦化原料3、焦化产品二、*公司延迟焦化装置的建设背景三、*公司延迟焦化装置简介1、原料换热部分2、加热炉部分3、焦炭塔部分4、分馏塔部分5、焦炭塔的吹汽放空部分6、冷切焦水处理部分7、焦化富气的压缩吸收部分四、延迟焦化反应机理五、影响焦化热转化反应的因素1、原料性质2、循环比3、反应压力4、反应温度六、*公司延迟焦化装置新技术应用情况七、焦化工艺技术及特点一、延迟焦化工艺简介1、焦化工艺简介延迟焦化装置是以渣油或类似渣油的污油、原油为原料，通过加热炉快速加热到一定的温度（500OC左右）后进入焦炭塔，在塔内适宜的温度、压力条件下发生裂解、缩合反应，生成气体、汽油、柴油、蜡油、循环油组分和焦炭的工艺过程。延迟焦化是使焦化的结焦反应不在加热炉中进行，而是使之延迟到焦炭塔中进行。延迟焦化工艺由于其工艺简单、投资低、操作费用低等特点得到各石油化工公司的重视。一般情况下新建和扩建延迟焦化装置的主要目的是：（1）处理炼油厂过剩而无出路的减压渣油；（2）减少重油催化裂化的掺渣比例，提高催化汽油、柴油的质量；（3）提高作为优质乙烯裂解原料-焦化石脑油的产量；（4）增产高十六烷值柴油，提高炼油厂的柴汽比；（5）增加中间馏分焦化蜡油，为催化裂化及加氢裂化提供原料；（6）利用焦化干气作为制氢装置的原料；（7）提供冶金行业使用的石油焦。原料在加热炉加热后在焦炭塔反应，焦炭塔两个并联间断操作，一个在生焦，另一个则在除焦，一般1824小时切换一次。2、焦化原料 焦化装置的原料比较广泛，主要有减压渣油，常压渣油，沥青，催化油浆，乙烯裂化焦油和类似渣油的污油、原油等,是炼油厂最重的油品,很难通过其他装置进行加工。 焦化装置对原料的要求不太苛刻,通常要求焦化进料的含盐量1015ppm，含水量0.1%,小于500度的组分535）。表2 单程和低循环比对蜡油和炉进料油影响项目名称循 环 比0.00.10.20.4产品收率m%富气7.938.228.539.01汽油12.6013.8614.3115.70柴油24.0824.3125.6727.51蜡油28.3426.5522.5317.68焦炭26.5027.0628.9630.10蜡油性质密度d20 g/cm30.96120.95950.95930.9571粘度V100 mm2/s5.974.9074.9033.358康残 m%1.901.280.860.78干点 510484479465炉进料：密度d20 g/cm31.00000.99940.9963粘度V100 mm2/s273.6191.582.39康残 m%17.115.613.4沥青质 m%5.705.304.10 从表2可看出： （1）单程和低循环比下液收高，焦炭收率低,蜡油收率高，但柴油收率低、汽油收率略低。 （2）单程和低循环比下蜡油变重、变稠。（3）低循环比下焦化炉进料油性质变差，特别是康残和沥青质含量提高，必然会影响到焦化炉运行周期，2.2 大循环比（0.601.0）操作大循环比（0.601.0）操作，尽量提高焦炭塔进料中芳香烃含量和降低沥青质含量，降低残炭。当要求多产汽柴油和焦化蜡油无去路或原料中沥青质含量太高时，则应全循环或大循环比操作。表3 大循环比对蜡油和炉进料油影响项目名称循 环 比0.30.60.40.9产品收率m% 原料A原料B富气8.639.587.519.43汽油13.4415.7613.2316.67柴油34.1639.5235.2843.26蜡油16.086.7919.083.82焦炭27.6928.8524.926.82蜡油性质密度d20 g/cm30.97530.95281.0280.9705粘度V100 mm2/s8.454.076.805.85康残 m%1.760.380.60.4干点 500480490465炉进料性质密度d20 g/cm30.9983 0.99950.990粘度V100 mm2/s140.5 122.237.85康残 m%13.8 10.77.72沥青质 m%7.2 3.72.60由表3可见，大循环比操作时，蜡油收率下降较大，蜡油产品和加热炉进料均得到改善。3、反应压力反应压力一般是指焦炭塔顶的压力,反应压力对焦化产品分布有一定影响,压力升高,反应的深度增加,气体和焦炭的收率增加,液体收率减少,焦炭的挥发份提高.反之压力降低,反应的深度减少,气体和焦炭的收率减少,液体收率增加,焦炭的挥发份降低.为了提高装置的经济效益,通常采用低压设计和操作. 采用低压操作可改善焦化产品分布，在国内外已普遍认可，国内焦炭塔顶操作压力一般为0.150.20Mpa，国外最低的达到0.10.15Mpa。压力降低一般可提高蜡油的收率，但是压力太低焦炭塔内泡沫层升高,焦粉易携带并易产生弹丸焦,另外增大了焦炭塔的气体体积流量，势必使焦炭塔的塔径加大，使分馏塔的塔径加大，使压缩机和塔顶冷凝系统的负荷增加,装置的投资增加，因此应综合设备投资、操作费用和产品分布等因素确定适宜的操作压力。表4 操作压力对焦化蜡油收率和质量影响名 称0.172MPa/循环比0.050.103MPa/循环比0.25变化收率 m%25.735.2增加干点 493571提高密度 d200.9430.9632变重康残 m%0.350.81.0增加Ni+V mg/g0.51.0增加当焦炭塔操作压力降低，虽然石油焦收率下降，蜡油收率增加，但是蜡油变重，蜡油残炭和重金属含量均增加。因此，降压操作时还应考虑蜡油质量。4、反应温度 反应温度一般是指加热炉辐射炉管的出口温度,这一温度的变化直接影响着焦炭塔内的反应温度和反应深度,从而影响到产品分布和产品质量。温度低,焦化反应深度不足,产品收率低,焦炭挥发份高。温度太高反应过深，使汽油和柴油继续裂化，降低汽油和柴油的收率，增加气体收率，焦炭变硬，使除焦困难。反应温度的确定一般和原料性质有关。提高焦化温度可增产液体产品收率，但基于焦化反应的特点，反应温度（炉出口温度控制）调整的幅度是很窄的，温度过高会导致提前结焦，堵塞炉管、转油线结焦，影响开工周期，同时易生成硬质石油焦，使除焦困难；温度过低导致热量不足反应深度不够，轻油收率降低，焦炭挥发分增大或产生焦油。一般情况下是根据原料性质确定最佳的操作温度，通常焦化炉出口温度为495505，为防止炉管结焦，芳烃含量和沥青质含量的比值较大时宜采用较高的炉出口温度，反之，宜采用较高的炉出口温度。焦炭塔顶温度、压力和循环比对产品收率的影响可定性的见图3：图3 焦炭塔顶温度、压力和循环比对产品收率的影响图六、*公司延迟焦化装置新技术应用情况超稠油延迟焦化装置自开工以来，通过对装置操作参数的不断摸索和优化，实现了装置长周期、平稳运行，保证了装置加工的原料和产品方案的灵活调节，并逐渐提高了装置的各项技术经济指标。在装置实际运行过程中既克服了辽河超稠油直接进行延迟焦化加工的难点，同时也突出了辽河超稠油直接进行延迟焦化技术的先进性。1、原料预处理和顶循回注技术辽河超稠油盐含量、钙含量很高，直接作为延迟焦化装置的原料不仅会影响焦炭的灰分指标，而且原油中钙盐、钠盐会在加热炉炉管内结垢影响装置的长周期运行，因此在焦化装置内设置电脱盐系统进行深度电脱盐、溶剂脱钙，脱除超稠油中的钙盐、钠盐。本套电脱盐系统由江苏长江（扬中）电脱盐设备公司设计制造，由两个卧罐串联组成，每个罐容积为244m3，规格为400018000。通过加注适量的脱钙剂和水，可以有效地脱除原油中的金属离子，使焦炭的灰分稳定在0.50.7%，焦炭质量在1B级以上。电脱盐系统在加注脱钙剂前后操作条件没有太大的变化，但焦炭质量有明显提高，这说明脱钙剂的加注对电脱盐系统运行效果影响较大，直接影响焦炭的质量。为提高原油脱盐和换热效果，采取将部分焦化顶循环油回注至电脱盐前原油中的措施，有效地降低原油的密度和粘度，提高了电脱盐系统的运行水平。2、大循环比操作装置设计循环比为0.74（相对于分馏进料），目的是通过对原料的稀释降低加热炉进料的残炭，减少炉管结焦，同时提高汽柴油的收率，降低蜡油的收率。在实际运行过程循环比控制在0.50.6。装置循环比为0.55时与循环比为0时相比，加热炉进料的残炭、胶质和沥青质含量明显降低，尤其是残炭的降低有效抑制了加热炉炉管的结焦倾向，实践也证明了加热炉炉管未发现结焦的迹象。3、优化加热炉操作超稠油延迟焦化装置加热炉采用的是国内先进的多管程双面辐射、高流速、高表面平均热强度炉型，采用多点注汽技术，注汽的优点是不易发生汽阻，提高注入点温度，减少辐射热负荷，降低辐射管表面平均热强度，提高进料线速，减少加热炉炉管结焦；加热炉火嘴采用扁平焰低NO火嘴减少环境污染。采用在线清焦及双面烧焦技术，可实现不停工清焦。 加热炉是延迟焦化装置的关键设备之一，其运转的好坏，直接影响到装置的开工周期。因此延长加热炉的运行周期和提高加热炉的热效率非常重要。影响加热炉运行周期的主要因素是加热炉炉管结焦问题。注汽量和原油脱盐效果是影响焦化加热炉结焦的关键，通过注汽量的摸索和优化，最终确定对流室入口、辐射室入口和辐射室的注汽比例是8：9：8，总注汽量占原料的1.5%，同时加强电脱盐系统的操作，保证脱盐的效果。燃料气手阀全部打开，主要通过DCS压控阀和四路温控阀来控制加热炉温度，增加了加热炉操作平稳率，提高了加热炉热效率。通过八个多月的运行，加热炉各主要控制指标都很好，炉膛温度和炉管压降没有明显上升态势，蒸汽过热和冷风预热温度保持在较高的水平，热效率保持在9091.5（设计90）。现场128套火嘴和长明灯全部燃烧，各火嘴燃烧状况良好，短火焰、齐火苗，火焰呈淡蓝色，未出现火嘴结焦、火焰舔炉管或者炉墙等不正常现象。4、防止油气大管线和分馏塔底结焦在常规延迟焦化装置中，油气大管线和分馏塔底也是常常发生结焦的部位。为了减轻油气大管线和分馏塔底的结焦，辽河石化超稠油延迟焦化装置在设计时采用分馏塔蜡油下回流洗涤和循环油上、下喷淋洗涤技术，减少蜡油中焦粉含量；分馏塔底油采用部分循环技术及在线过滤除焦粉技术，减少塔底结焦；焦炭塔顶到分馏塔油气管线采用中段回流油作急冷油，防止管线结焦。在实际运行过程中还采取了分馏塔低温度和低液位控制，降低油品停留时间，预防分馏塔底和加热炉炉管结焦；小吹汽时降低吹汽用量，提高吹汽时间，在达到同一效果的情况下，尽量降低塔内气速，避免大量焦粉携带到分馏塔内等措施。通过上述措施的实施，从2004年9月份至今油气大管线只在2005年3月份清焦一次，目前运行状态良好，焦炭塔顶与分馏塔顶压差没有上升，至今未发现分馏塔底有结焦的现象。5、焦炭塔焦炭塔采用顶部为椭圆封头的设计，在不增加焦炭塔法兰面高度的条件下尽量增加切线高度，提高焦炭塔容积。焦炭塔锥体段采用整体锻件结构，可以为缩短生焦周期创造良好条件；焦炭塔顶到分馏塔的大油气管线采用注急冷油技术，防止管线结焦；焦炭塔采用无堵焦阀暖塔工艺流程，可缩短焦炭塔的预热时间；焦炭塔在必要时使用消泡剂，以提高焦炭塔的利用率；加工不同种原料，生焦率会有所不同，在处理量过大或者原料生焦率较高时，焦炭塔空高会下降，焦炭塔内泡沫层的有效控制就显得尤为重要，因为过高泡沫层会导致焦炭塔顶油汽线的结焦倾向加大，过高的泡沫层还会造成油气中的固体物含量较多，导致分馏塔底及塔内油品中固体物含量较多，会造成加热炉辐射炉管及分馏塔底部高温段塔盘的结焦，从而影响装置长周期安全运行。通过充分利用焦炭塔内的r料位计，实现在线观测塔内料位情况，及时调节消泡剂注入量控制泡沫层高度，有效防止上述问题的发生，保证了装置长周期运行。6、设备防腐蚀措施的应用辽河焦化装置加工的辽河超稠原油酸值含量高，最高在12.8mgKOH/g以上。原油中所含有的酸大约95%左右为环烷酸，因此焦化装置设备的环烷酸腐蚀严重。环烷酸是十分复杂的高沸点羧酸混合物的总称，其通式为CnH2n-1COOH。环烷酸在低温时腐蚀不剧烈，一旦沸腾，在高温无水环境中，特别是在气液相转变部位腐蚀最激烈，环烷酸的腐蚀温度范围在220400，在220270温度区间，腐蚀逐步加剧，270280腐蚀达到最高峰，当温度高于280时，腐蚀速率开始下降，但是当温度达到350400时，又出现第二个腐蚀高峰。根据环烷酸腐蚀理论及我公司多年加工高酸值辽河原油防腐经验，焦化装置主要设备设备防腐蚀措施如下：A、由于焦化分馏塔操作温度在115420之间，覆盖两个环烷酸腐蚀剧烈的区域，壳体材质选用20R+317L，塔内件材质全部选用316L。B、放空塔操作温度在200420，间歇操作，壳体材质选用20R，内件选用316L。C、原料油缓冲罐操作温度为246，材质选用20R+316L。D、冷换设备中在环烷酸腐蚀温度区间的柴油原料油换热器、蜡油原料油换热器及循环油原料油换热器壳体采用16MnR+316，管束采用316L；循环油蒸汽发生器管束采用316L；中段油蒸汽发生器及蜡油蒸汽发生器管束选用渗铝管束。上述设备目前运行良好，未发生腐蚀内漏现象E、原料自E-59104/3，4出口至E-59109/3，4入口选用Cr5Mo材质，阀门阀体材质选用Cr5Mo，密封面硬质合金；原料自E-59109/3，4出口至加热炉入口选用316L材质，阀门阀体材质选用316L，密封面司太立合金；加热炉炉管选用A213T9和A213TP316L；加热炉出口至焦碳塔管线材质选用Cr5Mo。F、焦化高温甩油管线、焦化蜡油管线自分馏塔抽出至ER102入口选用Cr5Mo材质，阀门阀体材质选用Cr5Mo，密封面硬质合金。G、焦化循环油抽出和返塔管线选用316L材质，阀门阀体材质选用316L，密封面司太立合金。7、国产关键设备的运行情况最大限度地利用国产设备，在整套延迟焦化装置中只有一台加热炉进料泵（泵头）和六台高温阀门采用进口设备，其余设备全部实现了国产化，在目前运用过程中效果良好。七、焦化工艺技术及特点1、国外焦化工艺技术特点 国外的延迟焦化技术主要以美国的技术为代表，在二十世纪八十年代和九十年代发展较快，主要体现在工艺流程的合理性、操作的灵活性、设备的先进性、节能增效、减少环境污染等方面，归纳起来有如下几点：1)提高焦化反应温度增产液体产品，即在保证石油焦不太硬，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。2)降低焦炭塔的操作压力以改善产品分布，常规设计焦炭塔操作压力为0.175MPa(g)，低压设计操作压力为0.11 MPa(g)。设计压力的降低可减少焦炭收率，但分馏设备及压缩机的投资将增加。3)降低循环比提高液体产品收率，目前国外装置较多的倾向于低循环化，有的装置接近“0”循环化操作，即单程操作，最大限度的减少石油焦的产率。4)采用不同沸点范围的馏分油替代全部或部分普通循环，由于馏分油的循环，可增加相临馏分的产品收率，因此为改变产品分布提供了操作的灵活性。5)对焦化原料进行预处理，如原油的深度脱盐、减压深拔、减粘裂化加氢处理等，改善焦化装置的产品质量。在焦化原料中掺炼FCC澄清油来降低石油焦产率。焦化进料炉前混氢来改善产品分布和质量。6)利用催化澄清油或其它重质油生产优质的针状焦技术，在国外已成熟的应用于工业化装置。7)焦炭塔的大型化设计应用技术，采用一炉二塔单系列规模达到160万吨/年以上，焦炭塔的直径一般在8.84米左右。最大直径达12.2m。8)采用短的生焦时间，具资料介绍，美国焦化装置焦炭塔的生焦时间一般为1024小时，最常用的是18小时。采用短的生焦时间是以增加维护费用和缩短装置使用寿命为代价来减少一次性投资。该技术对现有装置扩能改造十分有用。9)焦炭塔采用注消泡剂措施，减少焦粉夹带，改善焦化产品的质量。焦炭塔采用中子料位计，检测塔内的焦层及泡沫层，实现焦炭塔的安全操作，提高塔的利用率。10)焦炭塔系统操作的自动化技术，主要包括吹汽、放空、给水、放水油气预热以及四通阀的切换工序的联锁自动控制。塔底盖装卸的自动化也在许多炼油广泛应用。11)利用焦化装置吹汽放空系统的过剩热量处理炼油厂的含水污油技术。12)双火焰双面辐射焦化加热炉的设计技术，焦化加热炉的在线除焦技术，加热炉管的多点注汽技术以及双向烧焦技术。上述技术可以进一步延长加热炉的连续运行周期。13)先进控制技术，采用多参数的先进过程控制软件包，适用不同的操作摸式，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APC优化操作。14)采用封闭式吹汽放空排放技术，封闭的除焦和焦炭输送技术，冷、切焦水的密闭处理循环回用技术，加热炉觜采用低NOx偏平焰火嘴技术等，均有利于减少环境污染。2、国内焦化工艺技术状况国内的延迟焦化装置自1957年第一套试验装置在抚顺石油二厂建成以来，至今已相继建设了近四十套，我国的延迟焦化技术也有了长足的进步和发展，主要体现在如下几个方面：1)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，该技术可以缩短焦炭塔的油气预热时间，避免焦