煤焦油延迟焦化及加氢改质技术

1、煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 煤焦油延迟焦化及加氢技术煤焦油延迟焦化及加氢技术 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 内蒙古建丰煤化工有限责任公司内蒙古建丰煤化工有限责任公司 t 50万吨万吨/年煤焦油加氢项目简介年煤焦油加氢项目简介 内蒙古建丰煤化工有限责任公司的50万吨/年 煤焦油加氢项目是年产16亿立方米煤制合成气项煤制合成气项 目配套原料分质清洁高效利用工程的子项目目配套原料分质清洁高效利用工程的子项目，包 括煤焦油预处理装置、50万吨/年煤焦油延迟焦化煤焦油延迟焦化 装置、溶剂再生装置、40万吨/年馏分油加氢改质馏分油加氢改质 装置装置、酸性水气提装置酸性水气提装置、装置对应产品和煤焦油 罐

2、区、装卸车设施、管廊（架）和相应的公辅工 程如10KV变配电室、装置中控室、装置分析室等。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 本项目煤焦油轻质化工艺技术煤焦油轻质化工艺技术采用由陕西煤业化 工集团神木天元化工有限公司开发的煤焦油延迟煤焦油延迟 焦化焦化、加氢改质工艺包加氢改质工艺包技术，装置工艺过程主要 包括煤焦油延迟焦化部分煤焦油延迟焦化部分和加氢部分加氢部分。本项目利 用煤的固体热载体快速热解技术提取的煤焦油煤的固体热载体快速热解技术提取的煤焦油50 万吨万吨/年经延迟焦化和馏分油加氢改质生产轻质燃年经延迟焦化和馏分油加氢改质生产轻质燃 料油料油1#、轻质燃料油、轻质燃料油2#、蜡油和沥青焦等

3、产品、蜡油和沥青焦等产品。 延迟焦化装置产能为汽油3.4万吨/年，酚油3.2万 吨/年，焦化柴油29.91万吨/年，蜡油2.68万吨/年， 沥青焦7.4万吨/年，净化富气3.3万吨/年；馏分油馏分油 加氢改质装置产能为轻质燃料油1#25.6万吨/年,轻 质燃料油2#12万吨/年。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 延迟焦化的必要性 从目前煤焦油的提炼方式来看，煤焦油混合物不 经加工仅作为燃料油、炭黑原料油或防腐油以及 直接或简单加工后的应用价值不是很大。国内外 普遍看好的是其深加工精制产品的应用。 传统的煤焦油加工工艺通常是6种基本化工单元操 作的有机组合，即蒸馏、结晶、萃取、催化聚合、蒸馏、结晶

4、、萃取、催化聚合、 热缩聚和氧化热缩聚和氧化。该工艺技术成熟可靠，但缺点也 很明显：生产流程长、过程复杂、投资大。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 随着经济和技术的发展，不仅传统的煤焦油加工产品开发 出了新的用途，而且应用新技术如加氢裂化、延迟焦化等 进一步加工出的煤焦油馏分产品更具市场竞争力。 煤焦油是煤在干馏和气化过程中得到的液体产物。根据干 馏温度和过程不同，可以得到以下几种焦油：低温焦油， 干馏温度在450-600 ；中温焦油，干馏温度在700-900 ；高温焦油，干馏温度900-1100 。 中、低温煤焦油除含有较多的酚类外，烷烃和环烷烃含量中、低温煤焦油除含有较多的酚类外，烷烃和环烷

5、烃含量 较多而芳烃含量较少，是人造石油的重要来源之一。较多而芳烃含量较少，是人造石油的重要来源之一。中、 低温煤焦油具有巨大的经济价值，但在我国没有得到充分 利用，反而造成环境污染。 因此，选择合适的工艺加工中低温煤焦油，从煤焦油中提 取市场急需的各类燃料油产品，不仅实现了资源综合利用， 提高了产品附加值，而且经济效益、环境效益、社会效益 明显。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 加氢裂化技术：加氢裂化技术： 可以对全馏分高温煤焦油进行了加氢改 质，获得优质的汽油、柴油调和组分或燃 料油，加氢尾油可以作为优质的催化裂化 或加氢裂化掺炼原料。但加氢裂化需要采 用苛刻的操作条件，且催化剂价格昂贵， 装

6、置投资较高。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 延迟焦化技术的优点延迟焦化技术的优点 延迟焦化技术可加工各类含沥青质、硫和金属的重质渣各类含沥青质、硫和金属的重质渣 油，最大量的生产馏分油产品油，最大量的生产馏分油产品，已经成为世界各国重质油 轻质化的重要手段，并得到了迅速发展，是石油化工行业 比较成熟的技术，在重油深度加工方面发挥越来越重要的 作用。 与加氢裂化工艺相比所具有的优点： 延迟焦化具有设备投资少、工艺简单、技术成熟的特点， 利用煤焦油延迟焦化得到的产品有焦化汽油、焦化柴油、 焦化蜡油、焦炭和气体，经济效益十分明显，是加工煤焦 油的一种新的理想工艺。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 延迟

7、焦化的基本概念 延迟焦化延迟焦化（Delayed Coking）工作原理：由于煤焦油在 管式炉中加热，采用高的流速(在炉管中注水)及高的热强 度(炉出口温度500)，使煤焦油在加热炉中短时间内达 到焦化反应所需的温度，然后迅速进入焦炭塔，使焦化反 应不在加热炉中而延迟到焦炭塔中去进行，因此，称之为 延迟焦化。但焦化所得的气体烃和液体油品中含较多的烯 烃，安定性较差，故往往作为其他装置的原料或经加氢精 制等处理后成为产品。 其自身的优点：其自身的优点： 过去是用单独釜，在釜中加热并就地焦化和清焦，只能 一釜一釜地间断进行和手工作业，而延迟焦化则可以大规 模连续生产。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术

8、 延迟焦化工艺 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 一、焦化反应化学原理焦化反应化学原理 焦化原料油所含烃类的分子很大，并有相当数 量的芳烃。 1.裂解反应：在高温(400550)条件下，大分 子烃类裂解生成小分子烃类，使渣油转化为气体 烃和轻质油品； 2.缩合反应：烃类又发生缩合反应，使渣油转化 成焦炭。 缩合反应：是指小分子烃类相互作用生成较大分 子的化合物，同时还生成其它小分子的化合物。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 各种烃类在焦化过程中的反应是不相同的各种烃类在焦化过程中的反应是不相同的 烷烃在400600下易裂解为小分子的烷 烃与烯烃。环烷烃可裂解成烯烃或脱氢转化为芳 烃。裂解反应示例如下

9、： 1.断链 2.裂环 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 3.脱氢 缩合反应示例如下： 芳香烃不易裂解，而易发生缩合反应，成为大 分子的多环或稠环烃，并可与烯烃缩合生成石油焦。 石油焦的组成和普通焦炭相似，所以也叫焦炭。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 二、工艺流程 延迟焦化装置的生产工艺分为焦化和除焦两 部分，焦化为连续操作，除焦为间隙操作。由于 工业装置一般设有两个或四个焦炭塔，所以整个 生产过程仍为连续操作。 延迟焦化装置的工艺流程有不同的类型，就 生产规模而言，有一炉两塔（焦炭塔）流程、两 炉四塔流程等。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 340350 500左右 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术

10、1.原油预热阶段： 左右 左右） 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 3.原料油和循环油一起从分馏塔底抽出，用热油泵打进加 热炉辐射段，加热到焦化反应所需的温度（500 左 右），再通过四通阀由下部进入焦炭塔，进行焦化反应。 为防止油在炉管内反应结焦，需向炉管内注水，以加大管 内流速（一般为2m/s以上），缩短油在管内的停留时间， 注水量约为原料油的2%左右。 进入焦炭塔的高压渣油，需在塔内停留足够时间，以便进 行充分反应。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 4.原料在焦炭塔内反应生成焦炭聚积在焦炭塔内， 油气从焦炭塔顶出来进入分馏塔，与原料油换热 后，经过分馏得到气体、汽油、柴油和蜡油。塔 底循环油和

11、原料一起再进行焦化反应。 焦化生成的焦炭留在焦炭塔内，通过水力除焦从 塔内排出。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 焦炭塔是两台一组。 每套延迟焦化装置中有的是一组(两台)，有的是 两组(四台)焦炭塔。 两组塔既可单独操作，又可并联操作，在每组塔 中，一台塔在反应生焦时，另一台则处于除焦阶 段。即当一台塔内焦炭积聚到一定高度时（一般 为塔高的2/3左右高度时）进行切换，切换后通入 蒸气除去轻质烃类并注水冷却，然后除焦。 每台塔的切换周期一般为48小时，其中结焦24小 时，除焦及其它辅助操作24小时。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 延迟焦化装置所产气体、汽油，分别用气体压缩 机和泵送入吸收稳定部分进

12、行分离得到干气及液 化气，并使汽油的蒸汽压合格；柴油需要加氢精 制；蜡油可作为催化裂化原料或燃料油。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 延迟焦化装置的主要矛盾在于：使用的原料为重 质油，容易结焦，但希望它在焦炭塔中结焦，而 不希望它在加热炉、转油线、焦炭塔馏出线和分 馏塔底等处结焦。这个矛盾解决了，就可以操作 平稳，延长开工周期。 为了解决这个矛盾，在流程设计上就要考虑采取 措施。如： 在原料油进加热炉辐射管之前，注入蒸汽或在原料油进加热炉辐射管之前，注入蒸汽或 软化水，以加大原料油在炉管中的流速；软化水，以加大原料油在炉管中的流速； 在分馏塔底设循环油泵，并在泵入口加过滤在分馏塔底设循环油泵，并

13、在泵入口加过滤 器，滤掉焦炭塔油气带来的粉焦。器，滤掉焦炭塔油气带来的粉焦。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 主分馏塔主分馏塔 Mainfractionator 进料进料 Freshfeed 粗汽油粗汽油 raw gasoline 气体气体gas 柴油柴油 diesel oil 蜡油蜡油 wax oil 焦炭塔焦炭塔 coketower 焦碳焦碳coke 流程框图流程框图 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 焦炭塔是用厚锅炉钢板 制成的空筒，是进行焦 化反应的场所。 一般焦炭塔的高度在30 米以下为宜。太高则操 作时易产生振动或损坏 塔壁，又浪费钢材。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 塔的顶部设有除焦口

14、、油气出 口； 塔侧设有料面指示计口： 延迟焦化的化学反应主要是在 焦炭塔内进行，生成的焦炭也 都积存在此塔内。随着油料的 不断引入，焦层逐渐升高；为 了防止泡沫层冲出塔顶而引起 油气管线及分馏塔的结焦，在 焦炭塔的不同高度位置，装有 能监测焦炭高度的料位计。 塔底部为锥形，锥体底端为排 焦口，正常生产时用法兰盖封 死，排焦时打开。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 在运转中，分馏塔有时也会出现结焦现象， 为此需控制塔底温度不超过400，并采用 塔底油循环过滤的方法滤去焦粉和加强液 体的流动来加以防止。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 （二）水力除焦设备 焦炭塔是轮换使用的，即当一个塔内焦炭聚结到一

15、定 高度时，通过四通阀将原料切换到另一个焦炭塔聚 结焦炭的焦炭塔先用蒸汽冷却，然后进行水力除焦。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 除焦原理： 由高压水泵输送的高压水， 经过水龙带、钻杆到水力切焦 器的喷嘴，从水力切焦器喷嘴 喷出的高压水形成高压射流， 借高压射流的强大冲击力将石 油焦切割下来，使之与水一起 由塔底流出。 钻杆不断地升降和转动， 直到把焦炭塔内石油焦全部除 净为止。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 水力除焦装置有两种形式：有井架除焦装置和无水力除焦装置有两种形式：有井架除焦装置和无 井架除焦装置。井架除焦装置。 清洁水从进水管进入高位贮水 罐，由高压水泵输送的高压水经 泵出口管到焦炭

16、塔的顶部，用水 龙带送到水龙头，进入空心的钻 杆和切焦器。 高压水经切焦器上的喷嘴喷到 焦炭塔里，约11.8MPa的高压 水将塔中焦炭切割破碎，水和切 割下来的焦炭一同落到焦炭塔底， 经28溜槽进入贮焦场。 焦场的水经过几道栅栏流入吸 水井，而落入焦场的石油焦用桥 氏吊车抓走分开堆放。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 （三）无焰燃烧炉 焦化加热炉是本装 置的核心设备，其作用 是将炉内迅速流动的渣 油加热至500左右的 高温。因此，要求炉内 有较高的传热速率以保 证在短时间内给油提供 足够的热量，同时要求 提供均匀的热场，防止 局部过热引起炉管结焦。 为此，延迟焦化通

17、常采 用无焰炉。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 焦炭塔的塔体变形、开裂及可能产焦炭塔的塔体变形、开裂及可能产 生的腐蚀生的腐蚀 一、焦炭塔塔体变形 焦炭塔塔体由于长期处于冷、热交变的操 作下，受热应力影响，易发生塔体鼓胀变 形，经对国内八家炼厂的焦炭塔进行调查 (88年秋)有5家有明显变形，变形部位多在 塔体下部，塔壁径向鼓凸，呈糖葫芦状。 塔壁的鼓凸变形过程如下图。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 焦炭塔塔壁变形示意图焦炭塔塔壁变形示意图 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 塔体变形的规律 一般规律是环缝处直径小，而环缝之间直 径大，中下部变化大，顶部较小；中下部 东西直径大，南北直径小，成为椭圆形

18、状 (1)塔体下封头筒体环焊缝以上第二至第四 道圈板之间变形最大。 (2)塔体环焊缝处变形较小，多年来基本无 变化。 (3)塔体变形量达一定数值后，渐趋缓慢。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 焦炭塔塔体焊缝裂纹焦炭塔塔体焊缝裂纹 1裙座焊缝开裂：裙座焊缝开裂： 通过对相关焦炭塔 裙座焊缝的调查发 现，发生裂纹最多 的位置是裙座焊缝 开裂。 裙座焊缝裂纹示意图 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 2.堵焦阀接管焊缝开裂堵焦阀接管焊缝开裂 有四个炼厂，堵焦阀接管焊缝开裂，有的 接管内壁焊缝开裂为纵向裂纹一直延伸至 母材长20到200mm。有的为接管外壁加强 板角焊缝开裂，环向裂纹长度接近一周。 煤焦油延迟

19、焦化及加氢改质技术 加 氢 技 术 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 加氢工艺技术通常涉及加氢精制、加氢处理和加 氢裂化三个概念; 加氢精制：加氢精制：一般是指对某些不能满足使用要求的 石油产品通过加氢工艺进行再加工，使之达到规 定的性能指标； 加氢处理：加氢处理：是指对于那些劣质的重油或渣油利用 加氢技术进行预处理，主要为了得到易于进行其 他二次加工过程的原料，同时获得部分较高质量 的轻质油品(这一过程也可叫作加氢精制)； 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 加氢裂化：加氢裂化：工艺是重要的重油轻质化加工 手段，它是以重油或渣油为原料，在一定 的温度、压力和有氢气存在的条件下进行 加氢裂化反应，获得最

20、大数量(转化率可达 90以上)和较高质量的轻质油品; 日常习惯的说法并不很严格，有时将三种工艺 过程统称为催化加氢，甚至简称为“加氢”。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 加氢精制装置加氢精制装置 Hydrogen Refining Unit 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 加氢精制工艺概念：加氢精制工艺概念： 是各种油品在氢压力下进行催化改质的一个统称。它 是指在一定的温度和压力、有催化剂和氢气存在的条件下， 使油品中的各类非烃化合物发生氢解反应，进而从油品中 脱除，以达到精制油品的目的。 加氢精制主要用于油品的精制，其主要目的是通过精制来通过精制来 改善油品的使用性能。改善油品的使用性能。 煤焦

21、油延迟焦化及加氢改质技术 加氢精制的优点是： （1）原料的范围广，产品灵活性大。可处理 一次加工或二次加工得到的汽油、喷气燃料、柴 油等，也可处理催化裂化原料、重油或渣油等。 （2）液体产品收率高，质量好（安定性好、 无腐蚀性）。 因此，加氢精制已成为油品中广泛采用的加 工过程，也正在取代其他类型的油品精制方法。 此外，由于催化重整工艺的发展，可提供大 量的副产氢气，为发展加氢精制加氢精制工艺创造了有利 条件。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 目前我国加氢精制技术主要用于： 二次加工汽油和柴油的精制：二次加工汽油和柴油的精制：例如用于改善焦 化柴油的颜色和安定性；提高渣油催化裂化柴 油的安定性和

22、十六烷值；从焦化汽油制取乙烯 原料或催化重整原料。 某些原油直馏产品的改质和劣质渣油的预处理：某些原油直馏产品的改质和劣质渣油的预处理： 如直馏喷气燃料通过加氢精制提高烟点；减压 渣油经加氢预处理，脱除大部分的沥青质和金 属，可直接作为催化裂化原料。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 加氢精制的主要化学反应 通过加氢精制可使原料油品中烯烃饱和，并 脱除其中硫、氧、氮及金属杂质等有害组分。其 主要反应包括： 1.脱硫生成硫化氢，如： RSR+2H22RH+H2S 2.脱氮，生成氨(NH3)，如： 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 3.脱氧，生成H2O，如： 4.烯烃加氢饱和：在各类烃中，烷烃和环烷烃很少

23、 发生反应，而烯烃、二烯烃加氢后生成烷烃。 5.加氢脱金属： 几乎所有的金属有机化合物在加氢 精制条件下都被加氢和分解，生成的金属沉积在 催化剂表面上，会造成催化剂的活性下降，并导 致床层压降升高。所以加氢精制催化剂要周期性 地进行更换。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 （一）反应操作温度 加氢反应是放热反应，需通过限制最高反应温度以限 制催化剂上的结焦量和防止产生裂化反应。 在正常情况下为：在正常情况下为： 处理直馏汽油馏分和中间馏分油为340370； 处理裂化原料油和重馏油为380420； 处理润滑油为300350。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 （二）反应操作压力 根据原料油性质，催化剂性

24、能和对生成油的要求 不同，压力可在很大范围内变动。 目前氢分压多数情况约为637MPa，折换成装 置操作压力(指反应器内)约为785MPa。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 氢气的来源与质量要求 加氢精制装置需要供给氢气。氢气来源一 般有两种：一是利用催化重整的副产物氢 气，二是采用制氢装置生产的氢气。加氢精制 工艺耗氢量要比同样规模的加氢裂化少。 在加氢精制装置中有大量的氢气进行循环 使用，叫做循环氢。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 氢的纯度越高，对加氢反应越有利；同时可 减少催化剂上的积炭，延长催化剂的使用期限。 因此，一般要求循环氢的纯度不小于65(体)， 新氢的纯度不小于70。 氢气中常

25、含有少量的杂质气体，如氧、氯、 一氧化碳、二氧化碳以及甲烷等，它们对加氢精 制反应和催化剂是不利的，必须限制其含量。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 加氢精制工艺流程加氢精制工艺流程 加氢精制的工艺过程多种多样，按加工原料的轻重 和目的产品的不同，可分为汽油、煤油、柴油和润 滑油等馏分油的加氢精制，其中包括直馏馏分和二 次加工产物，此外，还有渣油的加氢脱硫。 加氢精制的工艺流程虽因原料不同和加工目的不同 而有所区别，但其化学反应的基本原理是相同的。 因此，各种油馏分加氢精制的原理、工艺流程原则 上没有明显的区别。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 加氢精制的工艺流程一般包括反应系统、生成油 换热、冷却、分离系统和循环氢系统三部分。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 一、反应系统 原料油与新氢、循环氢混合，并与反应产物换热后， 以气液混相状态进入加热炉（这种方式称炉前混氢），炉前混氢）， 加热至反应温度进入反应器。 煤焦油延迟焦化及加氢改质技术 反应器进料可以是气相(精制汽油时)，也可