《延迟焦化讲课》PPT课件.ppt

1 延迟焦化工艺和参数 晁可绳2005年11月 2 延迟焦化工艺和参数 3 延迟焦化工艺和工程延迟焦化工艺流程延迟焦化基本参数加热炉长周期运行考虑焦化产品收率和质量预测延迟焦化工艺技术的发展几点看法 目录 4 一 延迟焦化工艺和工程 5 延迟焦化工艺在炼油厂重油深加工中作用延迟焦化工艺特点延迟焦化工艺和工程设计考虑 一 延迟焦化工艺和工程 6 1 延迟焦化工艺在炼油厂重油深加工中作用世界原油特性的趋势是变重 变劣 高硫 高残炭 高金属 高酸值原油比例逐步增加 随着重质燃料油需求不断减少 炼油厂的主要任务是将原油最大限度的转化为轻质运输燃料和石化原料延迟焦化工艺从30年代工业化以来 至今是应用最广的渣油深加工技术 尤其是对加工高硫 高沥青质的重质渣油据2003年美国SFA太平洋咨询公司统计 世界重油加工能力已超过8 64亿吨 年 约占原油一次加工能力的21 焦化约占重油加工总能力的30 裂化 减粘占26 重油催化裂化占24 重油加氢占17 溶剂脱沥青占3 一 延迟焦化工艺和工程 7 世界重油加工能力构成 一 延迟焦化工艺和工程 1 延迟焦化工艺在炼油厂重油深加工中作用 8 技术成熟 对原料适应性强产品的灵活性通过调节温度 压力和循环比等参数增加操作弹性 一 延迟焦化工艺和工程 2延迟焦化工艺特点 9 2 延迟焦化工艺特点 技术成熟 对原料适应性强能处理包括直馏渣油 裂解焦油 脱油沥青 煤焦油 澄清油 减粘渣油等多种重质 劣质原料处理原料康氏残炭为3 8m 45m API2 0 20的广泛油品随着烃类合成液体燃料和合成原油技术开发 也多用延迟焦化技术进行改质 如委内瑞拉利用焦化工艺和加氢工艺对奥利油进行改质生产 API16 32 S 0 1m 的合成油 一 延迟焦化工艺和工程 10 2 延迟焦化工艺特点 产品的灵活性焦炭塔压力及不同渣油焦化产品收率 一 延迟焦化工艺和工程 11 2 延迟焦化工艺特点 通过调节温度 压力和循环比等参数增加操作弹性炉出口温度增加5 6 瓦斯油收率增加1 0 1 2 循环比降低到0 05 0 15 可较大提高液收 但务必注意加热炉管结焦和分馏塔蒸发段超温问题馏份油循环 液收可增加2 0 2 5m 焦炭收率下降2 5 3 5m 并缓和炉管结焦缩短焦化循环周期 提高焦化处理能力 但焦化周期从24小时缩短到18小时 焦炭塔寿命损失25 而且焦炭VCM会增加约1 0m 一 延迟焦化工艺和工程 12 2 延迟焦化工艺特点 通过调节温度 压力和循环比等参数增加操作弹性不同循环比减渣焦化产品收率及柴汽比 一 延迟焦化工艺和工程 13 3 延迟焦化工艺和工程设计考虑 工艺设计适应当前和未来可能操作原料性质变化当加工低硫原料生产优质电极焦时 要优化工艺条件 达到馏份油和焦炭收率之间最佳平衡和经济的操作点加工重质劣质 四高 原料量 一般采用低压 高温和低循环比操作条件 以实现最大馏份油收率 但务必注意弹丸焦生成问题 调整循环比 在达到最大馏份油收率和处理量时 应满足对蜡油 HCGO 质量要求在采用低压操作时 务必考虑到焦炭塔内气速以及造成的设备 管线及系统压降 从而对气压机产生的影响优化分馏与换热流程 选择合理的工艺方案 节省投资和能耗 一 延迟焦化工艺和工程 14 3 延迟焦化工艺和工程设计考虑 加热炉设计采用双面辐射加热炉炉管热量分布更均匀 热强度周向不均匀系数低 降低了管壁峰值温度和最大局部热强度 但提高平均热强度 可减少总辐射面积约25 35 并延长了加热炉操作同期在加热炉系统中采用ESD联锁 减少并紧急处理非计划停工 起到加热炉作用在线清焦 on linespalling 一般1 5 2天 次 设计 延长加热炉连续运行时间采用多点注汽 双向烧焦技术以及 在线 烧焦 on linedecoking 技术正确选定辐射辐射段入口温度和适宜的炉膛体积热强度 短停留时间 427 40秒 采用中 小能量低NOx火嘴及扁长形炉膛尺寸和对称炉管布置恒定和升温梯度及良好的燃烧室热分布控制 一 延迟焦化工艺和工程 15 3 延迟焦化工艺和工程设计考虑 焦炭塔和框架结构设计中要充分考虑焦炭塔的加热 冷却之周期 保证焦塔寿命 优化焦炭塔设计 依据原料性质 如残炭 沥青质 密度 粘度等 处理量 循环比 温度 压力以及是否考虑注有效消泡剂来计算确定焦炭收率 焦炭塔允许气速 从而来决定焦炭塔数目和塔径 高度 显然要结合考虑到水力除焦设备的能力和投资缩短生焦周期 要考虑到塔壳体 裙座连接处应力 采用有限元分析法 减少应力焦炭塔框架设计便于操作 维修基础上优化高度 节省投资焦炭塔框架高度主要取决于焦炭塔溜槽 焦池 塔自身高度和甩油罐高度等要求 一 延迟焦化工艺和工程 16 典型的延迟焦化工艺流程放空系统流程焦炭处理系统流程 二 延迟焦化工艺流程 17 1 典型的延迟焦化工艺流程延迟焦化是一种主要的重油加工工艺 通过热裂化和缩合反应使重质烃类轻质化常规延迟焦化装置由焦化 分馏 有的包括气体回收 焦炭处理 放空系统和冷 切焦水处理等几个部分所组成世界上各大公司开发的焦化工艺 他们的焦化 分馏流程差别不大 主要在专有技术方面各有特色 形成各公司的专利 二 延迟焦化工艺流程 18 1 典型的延迟焦化工艺流程 二 延迟焦化工艺流程 19 1 典型的延迟焦化工艺流程 可调循环比焦化工艺流程 二 延迟焦化工艺流程 20 1 典型的延迟焦化工艺流程 可调循环比焦化工艺流程 可调循环比焦化工艺流程 的循环比是通过循环油泵抽出分馏塔底循环油 在流量控制下混入加热炉进料缓冲罐后实现的 这种流程的特点是 采用分馏塔底循环油 相当于重蜡油馏份 代替国内传统流程中的新鲜原料渣油在分馏塔底部换热段与来自焦碳塔的高温油气间进行换热循环油不仅可以用在分馏塔洗涤换热段的换热 洗涤 冷凝来自焦炭塔高温油气中的循环油 作为炉辐射进料 调节循环比 也可用蜡油 或柴油馏份 实现选择性馏份油循环由于采用塔底循环油经塔外换热器循环回流取热 可控制塔底温度不至于太高 减缓了塔底结焦和塔底泵抽空现象由于受到换热流程中热流温位的限制 使加热炉进料温度最高330 这样降低了加热炉进料泵苛刻度焦化新鲜原料渣油不进入分馏塔内与高温油气接触换热 对稳定和提高蜡油产品质量会有一定的好处 二 延迟焦化工艺流程 21 1 典型的延迟焦化工艺流程 可调循环比焦化工艺流程该流程相应的欠缺之处 循环油通过循环油泵来传送 而不是在分馏塔内经与原料油和 或蜡油馏份与来自焦碳塔顶的高温油气直接接触后冷凝流入塔底 然后一步用加热炉进料泵抽出 泵送流程经加热炉快速加到所需温度由于分馏塔内蜡油或重蜡油集油箱以下的换热洗涤段取热是通过泵送循环油在塔外流经原料换热器或蒸汽发生器后取走的 不是在塔内用蜡油馏份与高温油气直接接触取热 势必传热效果要差 导致加热炉进料温度较低 增加了加热炉的所需热负荷用分馏塔底含有焦粉的循环油作为分馏塔下冲洗涤换热段换热洗涤油使用 在同样操作负荷下会增加焦粉随上升油气夹带入柴 蜡油馏份中的份量含有大量焦粉的塔底循环油 若外送出装置 会对换热和冷却设备的正常使用和循环油的利用带来令人麻烦的问题若分馏塔底含焦粉的循环油不外送 从焦粉平衡的角度看 会增加塔底焦粉的沉积速率 并且会造成沥青态和焦态固体物的积聚 影响分馏塔和过滤器的正常运行 二 延迟焦化工艺流程 22 1 典型的延迟焦化工艺流程 CONOCO焦化零自然循环原则流程 二 延迟焦化工艺流程 23 2 放空系统流程焦化装置放空系统用于处理焦炭塔吹汽 冷焦过程中从焦炭塔排出的油气和蒸汽为控制污染和提高烃气体回收率 延迟焦化装置设有气体放空系统焦炭塔生焦完毕后 开始除焦之前 需泄压并向塔内吹蒸汽 然后再注水冷却此过程从焦炭中汽提出来的油气 蒸汽混合物排入放空系统的放空塔下部 用经过冷却的循环油从混合气体中回收重质烃 然后将之送回焦化主分馏塔放空塔顶排出的油气和蒸汽混合物经过冷凝 冷却后 在沉降分离罐内分离出污油和污水 分别送出装置沉降分离罐分出的轻烃气体经过压缩后送入燃料气系统 二 延迟焦化工艺流程 24 2 放空系统流程延迟焦化装置放空系统流程图 二 延迟焦化工艺流程 25 2 放空系统流程 美国ABBLunnns公司延迟焦化装置放空流程 二 延迟焦化工艺流程 塔顶冷凝水可去切焦水和 或冷焦水系统回用回收的污油可去分馏塔回用轻烃气体可密闭利用作燃料气 26 2 放空系统流程国内现已设计的全密闭放空系统在放空塔底增设塔釜温度控制的塔底油循环加热器 以保证塔釜油脱水和除焦粉 这种工艺流程具有如下特点 污油可回用 降低污油排放和污染酸性水去可切焦水或冷焦水罐回用轻烃气密闭利用 蜡油馏份可去分馏塔避免堵塞塔板 管线避免水入分馏塔突沸使塔顶和污油系统的蜡最小 二 延迟焦化工艺流程 27 3 焦炭处理系统流程 直接装车 二 延迟焦化工艺流程 焦炭直接装车系统图 28 3 焦炭处理系统流程 焦池装车 二 延迟焦化工艺流程 焦池装车系统流程图 29 3 焦炭处理系统流程 储焦坑装车 二 延迟焦化工艺流程 储焦坑装车系统流程图 30 3 焦炭处理系统流程 脱水罐 二 延迟焦化工艺流程 泥浆式脱水罐系统流程图 31 原料性质操作温度操作压力循环比 焦化工艺参数优化 三 延迟焦化基本参数 32 影响延迟焦化过程的有关参数原料参数工艺参数工程参数 原料参数是影响装置设计和操作条件的主要参数有 原料的特性因素减压蒸馏程度 DegreeofReduction 残碳含硫量酸值和金属含量等原料因素往往是事先确定的客观先决条件 但对焦化过程有很大的影响 三 延迟焦化基本参数 33 1 原料性质高酸值高稠原油 可考虑用延迟焦化匹配原油予处理的联合工艺 作为轻质化加工手段普通高稠原油可按照 稀释 换热 深度电脱盐脱水 加热 闪馏 或初馏 焦化 流程进行加工塔河油常渣 辽河稠油渣油 沙轻减渣 伊朗油和科威特油减渣等高沥青质含量 高残炭 低热稳定性的焦化料 建议不要采用超低循环比操作条件 避免在加热炉管及主分馏塔底结焦 选用具有在线清焦技术的双面辐射炉型 在工艺设计中考虑选择性瓦斯油外循环流程 以增加产品方案灵活性和延长焦化炉运行周期 并且可以避免弹丸焦的生成 三 延迟焦化基本参数 34 2 操作温度操作温度是指焦化加热炉出口温度或焦炭塔温度在压力和循环比一定时 焦化温度每增加5 5 瓦斯油收率增加1 1 适当增加反应温度对焦化是有利的焦炭塔温度过高 容易造成泡沫夹带和促进弹丸焦的生成焦炭塔温度同时可以控制焦炭的可燃挥发物 VCM 在操作中用加热炉出口温度来控制焦炭的挥发分含量我国的延迟焦化装置加热炉出口温度一般均控制在495 500 范围之内 三 延迟焦化基本参数 35 3 操作压力操作压力是指焦炭塔顶压力 焦炭塔顶压力下限值是为克服焦化主分馏塔及后继系统压降所需的压力操作温度和循环比固定之后 提高操作压力将使塔内焦炭中滞留的重质烃类增多 使焦炭的产率增加 气体产率也略有增加 C5以上的液体产品产率下降 焦炭的挥发分含量也会略有增加延迟焦化工艺的发展趋势是降低操作压力 以提高液体产品的收率我国焦化装置的操作压力在0 15 0 20MPa之间以前 典型焦化装置的设计压力为0 25MPa左右新设计的焦化装置操作压力为0 1Mpa 低压操作设计应注意焦化部份的系统压力平衡 在老装置改造时会受一定限制 三 延迟焦化基本参数 36 3 操作压力延迟焦化装置操作压力对产品收率的影响 三 延迟焦化基本参数 37 3 操作压力 三 延迟焦化基本参数 焦炭塔压力对焦化馏出油产率的影响 38 4 循环比循环比是对装置处理能力 产品性质及其分布都有影响的重要操作参数延迟焦化循环比的定义有二种 循环比 循环油量 新鲜原料油量联合循环比 CFR 新鲜原料油量 循环油量 新鲜原料油量 1 循环比 通量循环比 TPR 和联合循环比 CFR 相同 延迟焦化工艺总的趋向是降低循环比 尤其是新建装置循环比由过去常规的1 2 降低到0 3 三 延迟焦化基本参数 39 4 循环比下述场合 也需要增加循环比 减少焦化蜡油 HCGO 产量改善焦炭质量保护下游较老或超负荷的加氢精制 或加氢裂化装置 避免弹丸焦 Shot coke 生成减少加热炉结焦 三 延迟焦化基本参数 40 4 循环比 三 延迟焦化基本参数 联合循环比 TPR 对焦化液体产品收率的影响 41 4 循环比 三 延迟焦化基本参数 联合循环比对大庆减压渣油焦化产品收率的影响 42 4 循环比循环比大小直接影响焦化蜡油的干点 在操作上 一般是通过提高焦化蜡油 HCGO 的干点来降低循环比循环比降低后 焦化加热炉辐射段进料性质将发生变化 表现为密度增加 CCR增加 沥青质增加 更接近焦化新鲜原料的性质 三 延迟焦化基本参数 43 4 循环比循环比降低后对蜡油和加热炉辐射段进料性质影响 三 延迟焦化基本参数 44 4 循环比单程和低循环比焦化液收高 焦炭收率低 反之蜡油收率高 但柴油收率低 汽油和富气收率略低 目前对国内现有焦化装置应 因地制宜 经过少量整改 通过降低循环比提高装置加工量和液收是主要增效措施单程和低循环比下蜡油变重 变稠 康氏残炭高达1 90m 这会影响到下游催化裂化的加工能力低循环比下焦化炉进料油性质变差 特别是残炭和沥青质含量提高 必然会影响到焦化炉运行周期 因此最好选用可以进行在线清焦的双面辐射炉炉型 并配以当炉管内介质温升速率达到某一 T 值时 分别在前后管段适当部位注入少量不同馏份油的技术 其原理是改变该高 T 管段介质的四组成结构 提高热稳定性 三 延迟焦化基本参数 45 4 循环比近年来延迟焦化工艺的发展趋向是尽量降低循环比 如果下游加工焦化蜡油的装置能够忍受较高的干点 金属含量和高残炭 例如总流程中配置有焦化蜡油加氢精制装置 则新设计中就可以采用 超低循环比 假如和降压操作一起进行 焦化蜡油CGO收率有很大提高 当然由于蜡油性质变差 焦化主分馏塔设计应作一定改进 三 延迟焦化基本参数 46 4 循环比不同操作条件下的焦化蜡油产率和质量 三 延迟焦化基本参数 47 5 焦化工艺参数优化各种循环比下焦化蜡油的干点 三 延迟焦化基本参数 48 5 焦化工艺参数优化焦化蜡油 HCGO 干点和中沸点变化情况 三 延迟焦化基本参数 49 5 焦化工艺参数优化为循环比和焦炭增量的关系 产能1 23Mt a 三 延迟焦化基本参数 50 5 焦化工艺参数优化焦化装置 能力1 375Mt a 采用低循环比后燃料成本的变化 三 延迟焦化基本参数 51 5 焦化工艺参数优化延迟焦化产品收率及焦化重瓦斯油的质量比较 三 延迟焦化基本参数 52 5 焦化工艺参数优化生产加氢裂化原料的延迟焦化装置产品收率 三 延迟焦化基本参数 53 5 焦化工艺参数优化 福斯特 惠勒公司 F W 超低循环比方案焦化装置循环油来自以下三部分 注入的急冷油 通常是焦化蜡油 可减少焦炭塔顶大油气管线内结焦焦炭塔顶大油气管线热量损失产生的冷凝液分馏塔下部内回流 最好是焦化蜡油返塔的洗涤油 三 延迟焦化基本参数 54 5 焦化工艺参数优化 福斯特 惠勒公司 F W 超低循环比方案超低循环比的焦化分馏塔下部设计 三 延迟焦化基本参数 55 5 焦化工艺参数优化 福斯特 惠勒公司 F W 最新技术 零循环比方案投资最小的零循环比改造流程 三 延迟焦化基本参数 56 5 焦化工艺参数优化 福斯特 惠勒公司 F W 最新技术 零循环比方案零循环比方案和超低循环比方案焦化收率比较 三 延迟焦化基本参数 57 5 焦化工艺参数优化 福斯特 惠勒公司 F W 最新技术 零循环比方案零循环比方案和超低循环比方案焦化蜡油性质比较 三 延迟焦化基本参数 58 5 焦化工艺参数优化 福斯特 惠勒公司 F W 最新技术 零循环比方案超重焦化蜡油 XHCGO 的出路假如炼厂下游加工工艺装置能够很经济地解决质量变差的问题 XHCGO就可以和HCGO重新混合起来 这种情况时 不用关心这二种产品之间的分馏问题 所增加的焦粉可以用焦化装置的过滤系统或改进加氢精制装置的过滤器来解决XHCGO也可以作为单独的产品加以回收 用作为催化裂化和加氢精制装置原料假如焦化装置扩能改造后操作压力有了提高 其质量问题可得到缓和XHCGO能用作为重燃料油的调和料 如能代替馏分油如煤油等则是非常有吸引力的 三 延迟焦化基本参数 59 5 焦化工艺参数优化 Conocophillips公司的低循环比 馏分油循环方案下表是常规的自然循环 循环比1 05 和Conocophillips的零循环 20 LCGO 168 343 馏分油循环的经济效益比较由表可以看出 在本案例中 效益是非常好年增效益1350万美元 投资回收率3 6个月内 三 延迟焦化基本参数 60 5 焦化工艺参数优化 Conocophillips公司的低循环比 馏分油循环方案常规自然循环和Conocophillips零循环 20 LCGO馏分油循环效益比较 三 延迟焦化基本参数 61 5 焦化工艺参数优化 多产轻油的大循环比方案三种焦化原料多产汽油时的物料平衡 三 延迟焦化基本参数 62 影响加热炉长周期运行的因素焦化原料性质的影响加热炉进料和燃烧系统的联锁控制及缓和结焦的工艺措施良好的加热炉工艺和结构设计 四 加热炉长周期运行考虑 63 影响加热炉长周期运行的因素归纳起来主要有以下三方面 焦化原料 特别是加热炉进料的性质加热炉进料和燃烧系统的 本安型 工艺联锁控制及缓和结焦的工艺措施良好的加热炉工艺和结构设计 四 加热炉长周期运行考虑 1 影响加热炉长周期运行的因素 64 焦化原料的性质变化不仅会影响到焦化产品的分布和性质变化 而且会要求主要操作参数如 炉出口温度进行调整 并且影响加热炉连续运行时间 使之被迫炉管烧焦 四 加热炉长周期运行考虑 2 焦化原料性质的影响 65 焦化原料如渣油中含盐会诱发成焦先兆体的快速增加导致炉管结垢 为之要求控制钠盐含量 50ppm 一般在25ppm时就会发现炉管结焦 这就要求上游常减压装置有良好电脱盐设施 使脱盐率在95 以上 原料中含有非溶解性固体杂质 如催化剂粉末同样会诱发 加速高温介质在炉管内产生结焦现象 在考虑回炼催化澄清油 生产优质石油焦时 务需注意这一点 否则不仅增加石油焦中灰分含量 而且会加速炉管内结焦现象要对焦化原料进行予处理如对澄清油进行静电除尘或自动反冲洗的机械过滤除去催化剂粉末 希望催化剂粉末 100ppm 四 加热炉长周期运行考虑 2 焦化原料性质的影响 原料含盐和固体杂质 66 临界分解范围 四 加热炉长周期运行考虑 2 焦化原料性质的影响 原料的特性因数 67 四 加热炉长周期运行考虑 稳定因子与三组成的残炭的关系式是 SF A R S CR 4 1 A 芳烃R 胶质S 饱和烃CR 残炭而沥青与残炭的关系式是 As A CR BC 4 2 As 沥青质A B 不同渣油修正系数 2 焦化原料性质的影响 原料的特性因数 68 四 加热炉长周期运行考虑 稳定蜡性因子是反映蜡含量对热稳定性影响的重要指标之一WF H2 103 n 100 4 3 H2 氢含量 密度n 500 馏份之含量 WF 蜡性因子 2 焦化原料性质的影响 原料的特性因数 69 四 加热炉长周期运行考虑 残炭与焦炭收率的关系 2 焦化原料性质的影响 原料的特性因数 70 四 加热炉长周期运行考虑 350 馏份转化率与稳定因子或残炭的关系式 A B A R S CR C D CR E 104C 4 4 在进行焦化加热炉及焦炭塔设计时必须认真地收集 分析焦化原料的性质 如密度 粘度 馏程 残炭 四组成 C5不溶物 硫 盐含量等性质 2 焦化原料性质的影响 原料的特性因数 71 为了防止由于暂时停电 喘振抽空等原因造成的流量过低或中断 以及由于炉管破裂等原因造成的紧急停工 在加热炉进料设计中应考虑低流量报警 低 低流量联锁自动熄灭 停泵 紧急吹气等一整套逻辑控制措施 以防止炉管结焦以及炉膛着火燃烧 四 加热炉长周期运行考虑 3 炉进料和燃烧系统的联锁控制及缓和结焦的工艺措施 加热炉进料报警联锁设计 72 为了保证加热炉平稳 有效地长周期运行 在燃烧系统设计中考虑燃料气与风的比例控制 引风机入口温度 烟道挡板前温度的高报警 高 高温度联锁自动熄火 停泵 停风机 紧急吹汽等一整套逻辑控制措施 以防止空气过剩系数过大 降低炉热效率和炉管氧化剥皮现象 以及炉膛着火烧坏炉子和引风机 也就是说在焦化加热炉设计时 应该考虑 本安型 的ESD紧急联锁系统设计方案 四 加热炉长周期运行考虑 3 炉进料和燃烧系统的联锁控制及缓和结焦的工艺措施 燃烧系统报警联锁设计 73 根据对作为介质不同四组成比例结构函数的稳定因子和蜡含量分析 显而易见 随着热裂解介质在炉管内的停留时间增加 从进口到出口其介质的热稳定性会下降 那么如何来缓和介质的结焦速率呢 同样可以看出 当炉管内介质温升速率达到某一 t 值时可以考虑注入含芳烃较高的不同馏程范围的油品 增加其热稳定性和胶溶性 以缓和结焦趋势对于底火焰燃烧上进下出结构的加热炉 若前段部分炉管 t 值超高 则注入LGO为宜 若后段部分炉管 t 值超高则注入HGO为宜 四 加热炉长周期运行考虑 3 炉进料和燃烧系统的联锁控制及缓和结焦的工艺措施 注缓和结焦馏份的设计 74 在线清焦顾名思义就是在不停加热炉的条件下对多管程加热炉中的某一列管程进行通蒸汽清焦 通过改变蒸汽量和管壁温度使焦炭剥落 达到清焦目的在线清焦技术特别适用于加工低热稳定性的重质原料以及消除扩能瓶颈的低循环比工况操作条件 采用在线清焦技术可以延长加热炉的连续运行时间 缩短停炉烧焦次数及停工检修次数 从而提高全装置以至于全厂经济效益 四 加热炉长周期运行考虑 3 炉进料和燃烧系统的联锁控制及缓和结焦的工艺措施 在线清焦技术设计 75 根据FW设计的LaondellCitgo炼厂焦化介绍 在线清焦的效果是 炉管表面温度降低125 F 51 7 炉管压降基本回复正常 开工前压降 清焦后燃料节省约10 15 单炉可连续运行三年以上 即二年以上才用蒸汽和空气烧焦1次 上海石化的100万吨 年焦化装置 首次在国内采用双面辐射的焦化加热炉 并具有在线清焦技术 大大地提高了我国延迟焦化工艺水平 四 加热炉长周期运行考虑 3 炉进料和燃烧系统的联锁控制及缓和结焦的工艺措施 在线清焦技术设计 76 针对某一已知的焦化原料 尤其是加热炉进料性质 及加热炉应提供的有效热负荷 被加热介质进出口温度 出口压力或气化率等工艺条件再结合炉用燃料的特性来设计出良好的加热炉 四 加热炉长周期运行考虑 4 良好的加热炉工艺和结构设计 77 良好的加热炉设计应该是 高管内流速 1 83 2m sec 短停留时间 特别是介质426 以上段的停留时间稳定的温升梯度炉内合理对称布置和配管较合理的平均热强度及炉管热强度周向不均匀系数小每管程多点注汽 但小的注汽 或水 量正确的对流转辐射处介质设计温度中 小型能量的低NO火嘴及扁长形炉膛尺寸适宜的炉膛体积热强度 四 加热炉长周期运行考虑 4 良好的加热炉工艺和结构设计 78 四 加热炉长周期运行考虑 4 良好的加热炉工艺和结构设计 典型加热炉炉管的分析 79 内膜温度与结焦速度关系 四 加热炉长周期运行考虑 4 良好的加热炉工艺和结构设计 多点注汽 80 比表面积与管径的关系 四 加热炉长周期运行考虑 4 良好的加热炉工艺和结构设计 管径和管间距 81 管心距与炉管圆周方向热强度不均匀系数之关系 四 加热炉长周期运行考虑 4 良好的加热炉工艺和结构设计 管径和管间距 1 双排 靠墙三角形排列2 双排 双面等量辐射 排间距 2直径3 单排 靠墙4 单排 双面等量辐射 82 Conoco Bechtel公司设计的焦化炉在考虑炉管尺寸和排列方式时 以尽可能保证426 以上管段的生焦因子和停留时间最小为出发点 为此 近炉管出口处调整炉管直径 不在局部热强度区安排炉管以及调整炉管出口温控点位置 提高炉出口温度与燃料气压力 或流量 串接控制的灵敏度等设计措施当然 焦化炉辐射室的炉膛尺寸和单位燃烧热容积 炉管直径和长度 管间距和管墙距 火嘴距和火嘴管心距等结构参数均与采用的火嘴型式 能量大小及燃料性质都有密切关系 四 加热炉长周期运行考虑 4 良好的加热炉工艺和结构设计 火嘴和炉管布置 83 康氏残炭对焦化产品收率的影响硫含量和氮含量在产品中分配 五 焦化产品收率和质量预测 84 1 康氏残炭对焦化产品收率的影响根据15种不同原油的无数次试验 得出康氏残炭 CCR 与氢 碳原子比 NH NC 关联式 由阿拉伯重油数据提出氢含量和康残关联式 氢 m 12 19 0 084 CCR由28个阿拉伯重油的氮含量和康残数据提出氮含量和康残关联式 氮 m 0 05 0 016 CCR氢 碳原子比越小表明所含芳香结构份额越多 芳香环系稠合程度越高 其生焦倾向也越大 从上二关联式说明可以通过加氢或脱硫两种途径来降低残炭 五 焦化产品收率和质量预测 85 1 康氏残炭对焦化产品收率的影响JamesH Gary提出焦化产品分布和原料康残的关联式 焦炭收率m 1 6 CCR气体 C4 收率m 7 8 0 144 CCR石脑油收率m 11 29 0 343 CCR柴油收率m 0 648 瓦斯油收率蜡油收率m 0 35 瓦斯油收率该关联式条件为d 0 9465的直馏减渣 焦炭塔顶压力 0 15 0 20MPa g 汽油干点 200 蜡油干点 475 495 五 焦化产品收率和质量预测 86 2 硫含量和氮含量在产品中分配Baid推荐焦化产品中硫 氮含量估算如下 石脑油 C5 204 Sm 0 14 VR中S Nm 0 01 VR中N 柴油 204 343 Sm 0 45 VR中S Nm 0 24 VR中N 蜡油 343 510 Sm 0 82 VR中S Nm 0 63 VR中N 密度 0 528 VR密度 0 4053溴价 283 270 密度上式适用于焦化操作条件为 焦炭塔压力 0 24 0 31MPa 焦化温度 430 440 循环比 0 1 五 焦化产品收率和质量预测 87 提高焦化液体产品收率提高焦化装置的灵活性 提高装置处理量 生产优质焦降低能耗APC先进过程控制 六 延迟焦化工艺技术的发展 88 延迟焦化装置应在保证产品质量 开工周期等前提下 尽量提高液体产品收率 降低焦炭的产率为实现这一目标可采取的措施有 降低循环比 降低操作压力 提高操作温度和减压蒸馏采取渣油深拔操作等措施采用馏分油循环流程也可以降低焦炭收率 提高液体产品收率提高馏分油收率 尤其是提高焦化蜡油收率 HCGO 可提供更多的裂化 催化裂化或加氢裂化 原料油 也是提高炼厂轻油产量的有效措施要注意的是 提高焦化蜡油产率可能带来焦化蜡油质量下降的结果 六 延迟焦化工艺技术的发展 1 提高焦化液体产品收率 89 六 延迟焦化工艺技术的发展 1 提高焦化液体产品收率 降低循环比 为了提高液体产品收率 生产燃料焦的焦化装置以采用低循环比为好合理的低循环比应以主分馏塔洗涤段能否有效洗涤来自焦炭塔的油气为极限 还应考虑焦化重瓦斯油的质量随着循环比的降低 焦化重瓦斯油的 HCGO 干点 残炭值 硫及其他杂质含量均有所增高 RIPP开发了单程操作延迟焦化 进行了循环比为0的试验 在进料流程上采取了主分馏塔底重油在塔内循环 渣油直接进加热炉 实现了单程操作单程操作的液体收率可提高5 6 气体和焦炭收率均可下降2 4 90 六 延迟焦化工艺技术的发展 1 提高焦化液体产品收率 降低循环比有循环比和单程操作的收率比较 91 六 延迟焦化工艺技术的发展 提高焦碳塔顶温度可增加焦化石脑油收率 降低焦炭产率 但是这样都会带来一些操作方面的困难当焦化原料性质固定以后 为改善焦化产品收率需要提高焦化反应温度时要综合考虑多方面因数 焦化加热炉的运转周期 焦炭塔清焦和焦炭质量等 所以可调节幅度很小 1 提高焦化液体产品收率 提高操作温度 92 六 延迟焦化工艺技术的发展 焦化原料预处理一般包括 原料电脱盐减压蒸馏按深拔方案操作和加氢处理在生产电极焦和燃料焦时应特别注意原料含盐 固体杂质和环烷酸问题 1 提高焦化液体产品收率 焦化原料预处理 93 六 延迟焦化工艺技术的发展 1 提高焦化液体产品收率 降低焦化操作压力 延迟焦化工艺的发展趋势之一是降低操作压力以达到提高液体收率和降低焦炭产率的目的高硫石油焦是一种低值产品 降低焦炭收率有利于改善焦化装置的经济效益20世纪90年代初以来 新延迟焦化的设计和操作均朝着降低压力和降低循环比方向发展焦炭塔压力为0 105 0 141MPa 或更低 循环比降至0 05 使液体产品收率提高了约3 左右 焦炭收率则约可降低2 Lummus公司典型的低压操作焦炭塔压力为1 05kg cm2左右 94 六 延迟焦化工艺技术的发展 1 提高焦化液体产品收率 降低焦化操作压力 延迟焦化降低压力和循环比对产品收率的影响 进料渣油残炭值为20 5 95 六 延迟焦化工艺技术的发展 1 提高焦化液体产品收率 降低焦化操作压力 无论新建延迟焦化装置或改建旧焦化装置 操作压力均应该根据实际情况确定尽管0 1MPa的操作压力是适宜的 但是影响装置经济性的因素甚多 必需综合考虑后再做决定应指出 焦化操作压力低于0 1MPa 在工业上是不适宜的 96 六 延迟焦化工艺技术的发展 1 提高焦化液体产品收率 馏分油循环 采用焦化轻馏分油循环来代替重油循环可减少焦炭收率 提高液体产品收率和延长操作周期的目的焦化石脑油 柴油或重瓦斯油馏分均可用作循环油 但效果不同根据对焦化产品种类的要求和后继加工装置的能力大小确定采用循环馏分的馏程范围 97 六 延迟焦化工艺技术的发展 1 提高焦化液体产品收率 馏分油循环 与常规循环流程相比 馏分油循环可以降低焦炭收率 提高液体产品收率随着所采用馏分油馏程的不同 各类液体产品收率的变化也不同例如 用343 427 馏分作循环油时 重瓦斯油收率比用168 343 的循环油要少 而柴油收率则多于后者所以 应按照炼厂实际需要的产品结构和炼油厂现有的后继加工装置能力来选择循环油的品种可见 采用馏分油循环技术对于新建或改建的焦化装置有很大的吸引力 98 六 延迟焦化工艺技术的发展 1 提高焦化液体产品收率 馏分油循环 延迟焦化馏分油循环方案的产品收率 99 六 延迟焦化工艺技术的发展 1 提高焦化液体产品收率 馏分油循环 调整 改变循环油馏程就可以改变产品的种类结构 更好地利用已有的加工能力实现最佳的效益 馏分油循环既适用于新建焦化装置也适用于旧装置的改 扩建 是焦化装置值得推广的一项技术 采用馏分油循环技术不仅改善了产品收率 并且提供了加大装置处理量的机会对于旧装置改造 消除瓶颈有实际意义当旧装置由于焦炭塔限制了处理量时 采用馏分油循环使焦炭产率降低8 或更多 也就是可以相应提高处理量8 若因下游配套装置能力制约了焦化处理能力的提高 通过改变循环馏分油切割点来调整焦化产品产率将有助于缓解下游配套装置能力的瓶颈 100 六 延迟焦化工艺技术的发展 1 提高焦化液体产品收率 馏分油循环 对于新建焦化装置 工艺设计中按20 馏分油循环操作考虑是明智的选择 因为 馏分油循环方案的创收效益及投资偿还率均比较好焦化装置对选择原料油和适应季节变化均有较好的灵活性今后炼厂扩大生产能力时 有利于消除焦化装置的瓶颈 101 2 提高焦化装置的灵活性 不同原料的设计考虑 延迟焦化装置灵活性的案例研究 六 延迟焦化工艺技术的发展 102 2 提高焦化装置的灵活性延迟焦化装置的灵活性 既能满足目前需要 又能符合未来石油工业可能发生的变化 例如原料品种 质量及产品结构和标准的变化等延迟焦化装置的灵活性包括以下几点 能加工多种原料油处理能力有一定弹性能最大量地生产馏分油或最大量生产优质焦能处理炼油厂废渣和不合格油有时还要求焦化装置具有适应炼油厂总流程变化的灵活性 六 延迟焦化工艺技术的发展 103 2 提高焦化装置的灵活性 不同原料的设计考虑相对比较不稳定的苏丹混合油减渣 大庆减渣 伊朗减渣 辽河稠油 中原减渣及塔河常渣含硫量较高的塔河油 胜利油及沙特油 伊朗油 阿曼油和科威特油等进口油重质 粘度高 酸值较高的塔河油 辽河稠油及苏丹油 塔河油常渣 辽河稠油渣油 沙轻减渣 伊朗油和科威特油减渣等高沥青质含量 高残炭 低热稳定性的焦化料适当降低焦化炉辐射出口温度和 或 末期升温操作应特别注意原料含盐 固体杂质和环烷酸问题在设计中应考虑注防腐剂 缓蚀剂 六 延迟焦化工艺技术的发展 104 例 1 加工轻质低硫原油时 渣油的沥青质 硫 金属含量均较低 可生产电极焦焦化装置设计应既能按馏分油产量最大 又能按焦炭产率最高的工艺条件运转最大馏分油生产方案要求的操作条件是较低的操作压力 较高的反应温度和低循环比 而最高焦炭生产方案是为了生产电极焦 其操作条件是提高压力 降低温度和提高循环比因此焦化装置必需具有较大的操作范围变化的适应能力以满足不同操作方案的需要 六 延迟焦化工艺技术的发展 2 提高焦化装置的灵活性 延迟焦化装置灵活性的案例研究 105 2 提高焦化装置的灵活性 延迟焦化装置灵活性的案例研究能适应未来加工重质原油的需要 包括更大量的减压渣油和更高残炭值的渣油 有时需要考虑装置在不同时期的生产能力 此时 焦化装置的设计处理能力可有三种选择方案 方案1 按目前需要能力设计 不为后期扩建预投资 这样 初始投资最低 但将来扩建时装置和炼油厂就需要停工 某些设备可能需要更换方案2 初期建设中为后期扩建预投资 预投资的设备及设施应满足当前和未来生产的需要方案3 按最终能力设计 所需的初始投资高 其优点是不需要再扩建 六 延迟焦化工艺技术的发展 例 2 106 为使扩建时减少停工时间 设计中应考虑 可在装置运转中安装新增的设备首次设计中预留管线接头平面设计考虑了增加设备的位置 甚至做好地基处理对将来安装设备的基础预投资为将来的管线 电缆预留空间 六 延迟焦化工艺技术的发展 2 提高焦化装置的灵活性 延迟焦化装置灵活性的案例研究 方案2 107 方案3 按最终能力设计 所需的初始投资高 其优点是不需要再扩建一部分投资在多年内不能获得经济效益 按经济评价的标准衡量是不可取的若炼油厂已有减粘裂化装置 可选择把减粘裂化改造为延迟焦化的方案或在原有减粘裂化外另建一套延迟焦化改为按减粘 焦化联合运转后一种方案可比减压渣油直接焦化提高液体收率 降低焦炭收率 六 延迟焦化工艺技术的发展 2 提高焦化装置的灵活性 延迟焦化装置灵活性的案例研究 方案3 108 延长运转周期可以提高装置的处理能力采用具有在线清焦技巧的双面辐射加热炉和提高炉管材料等级可使加热炉的连续运转周期超过3年 改进操作也是提高生产能力有效的措施 例如降低循环比 减压蒸馏深拔均意味着提高现有焦化装置的渣油处理量焦炭塔卸盖和除焦冷却自动化有助于提高安全度和缩短焦炭塔操作周期 焦炭塔缩短生焦周期 从24小时减少到18小时 减少空高 充分利用焦炭塔高度等措施 可以在充分利用其他设备能力下 一定程度上提高处理能力 六 延迟焦化工艺技术的发展 3 提高装置处理量 109 美国延迟焦化装置消除 瓶颈 增量改造主要措施有 降低循环比 如采用循环比为0 05 0 15的超低循环比方案缩短切焦周期 由24小时减少到16小时改造 瓶颈 设备 调整操作参数适当增加一些关键设备 六 延迟焦化工艺技术的发展 3 提高装置处理量 110 4 生产优质焦 选择好原料油 改变操作条件 六 延迟焦化工艺技术的发展 111 4 生产优质焦延迟焦化有两种操作方案 一种是以提高液体收率为主的装置只能生产普通燃料焦一种是以生产优质石油焦为主的装置 液体产品收率有一定的下降对于优质焦的生产工艺主要应注意以下二点 选择好原料油改变操作条件 六 延迟焦化工艺技术的发展 112 4 生产优质焦 选择好原料油生产优质焦和针状焦对原料油质量有较严格要求用石蜡基渣油生产的焦炭密度低 无法作电极焦 只能通过调节操作参数 如提高焦化温度11 28 和焦炭煅烧来改善其密度用高沥青质 高杂质含量的渣油生产的焦炭质量也不合格 只能作燃料级焦炭使用生产优质焦原料的硫含量 灰分含量应分别小于0 5 质 和0 1 质 高硫渣油需考虑加氢脱硫处理生产针状焦要求使用高芳烃含量的渣油 催化裂化澄清油应预过滤除去机械杂质以满足灰分要求 六 延迟焦化工艺技术的发展 113 4 生产优质焦