国外延迟焦化工艺技术及发展情况

1、国外延迟焦化工艺技术及发展情况国外延迟焦化工艺技术及发展情况 申海平申海平 龙军龙军石油化工科学研究院石油化工科学研究院世界延迟焦化加工能力统计 地地 区区延迟焦化能力延迟焦化能力 （万吨（万吨/ /年）年）01020102的的增加量，增加量，% %98029802的的增加量，增加量，% %1/981/981/991/991/001/001/011/011/021/02美国美国8187.58187.58801.58801.59090909092619261953495342.952.9516.4416.44加拿大加拿大797981.581.582.582.582.582.582.582.50

2、04.434.43拉美拉美/ /加勒比地区加勒比地区1068.51068.51068.51068.51510151012701270127012700 018.8618.86西欧西欧1320132013621362136713671252125212371237-1.20-1.20-6.29-6.29独联体独联体/ /中东欧中东欧168016801523.51523.51521.51521.510651065106510650.000.00-36.61-36.61中东中东3913913913914334334334334334330.000.0010.7410.74非洲非洲82.582.582

3、.582.582.582.582.582.582.582.50.000.000 0亚太亚太1528.51528.516501650164916491563.51563.51718.51718.59.919.9112.4312.43合计合计143371433714960.514960.515735.515735.515009.515009.515422.515422.52.752.757.577.57世界渣油加工能力统计*(x104吨/年) 转化技术转化技术美国美国欧洲欧洲加拿大加拿大墨西哥墨西哥委内瑞拉委内瑞拉日本日本其它地其它地区区世界合世界合计计%分布分布热加工热加工 裂化裂化/减粘减粘2

4、2811752172112585022232326 焦化焦化116743500494534360792654131脱沥青脱沥青14722392038339023823加氢加氢 固定床固定床2595775156307354181202214 沸腾床沸腾床530411126912025525843 浆液床浆液床20200RFCC432135411461165495262049824合计合计2081020223977153923016586367100占原油能力占原油能力,%241530221920*截止截止2003年年3月所有运行和再建装置、月所有运行和再建装置、二、国外焦化工艺技术状况二、国外焦

5、化工艺技术状况 2.1 Foster Wheeler 选择收率的延迟焦化选择收率的延迟焦化工艺（工艺（SYDECTM）为得到最大的液体产品收率，FW建议增加加热炉注汽量、降低焦炭塔压力 ,焦炭塔的操作压力范围为103689kPa ；SYDECTM焦化加热炉可以是单面或双面辐射型式，加热炉负荷可以使焦炭塔的入口温度提高到510;；采用FW的在线清焦技术加热炉的运行周期达到一年以上 ；SYDECTM装置以超低循环比或零循环比操作以便提高液体收率，在超低循环比操作时，在分馏塔底使用一个喷淋洗涤室替代分馏塔盘或填料避免塔盘结焦。FW在焦炭塔底安装一个特殊的阀门缩短焦炭冷却和排水过程，加速除焦过程，使生

6、焦周期缩短到16小时；SYDECTM的另一个技术特点是有自动拆头盖机专利，操作工在与焦炭塔保持安全的距离下遥控液压设备升降焦炭塔底盖和斜槽，采用滑车组合可以安全地将底盖移开；FW延迟焦化在线咨询软件（FWDCOA）为操作人员提供在线指导，优化焦化操作避免事故发生，这些信息有助于提高焦化处理量、优化焦化换塔周期、指导消泡剂注入、缩短冷焦时间、减少分馏塔的波动、延长加热炉运行周期、预测设备的状态等，也可以避免焦炭塔冲塔、冷焦不充分和仪表故障。Foster Wheeler零循环操作示意图零循环操作示意图 ConocoPhillips和Bechtel于1994年结成合作伙伴共同开发延迟焦化技术，该技术

7、包括以下特征：l零或最小自然循环比l馏分油循环l优化焦炭塔压力l较高的焦炭塔操作温度l较短焦炭塔生焦时间（11小时和20小时焦化操作）l延长焦炭塔寿命2.2 ConocoPhillips/Bechtel馏分油循环馏分油循环ConocoPhilllips的馏分油循环焦化专利技术是在分馏塔底安装一个抽出盘，抽出所有的重焦化蜡油，降低进焦化反应塔中的重蜡油量，提高重蜡油的收率，最终结果是焦炭收率降低、液体产品收率增加；采用一种专利金属盘过滤器过滤直径大于25m的颗粒。分馏塔闪蒸区加装分馏塔盘、喷淋洗涤油降低焦化蜡油中固体夹带和重蜡油金属含量；Conoco-Bechtel完全零循环比工艺在新建和改造装

8、置上均可实施；该工艺的焦炭收率降低大约10左右，除了循环部分的馏分油收率降低之外，其它馏分油收率增加，这就使炼厂能灵活地调节它们的产品分布；该工艺提供一个更安全的除焦系统，采用敞开口的斜槽替代传统的箱式斜槽，这样在石油焦发生塌陷时有助于及时消除石油焦的冲击，使石油焦迅速流入焦炭池中。ABB Lummus延迟焦化专利技术已在60多个装置上应用，装置的规模在75200万吨/年之间。其延迟焦化技术不断改进以期达到以下目的：l最大的液体产品收率和空冷；l最小的焦炭收率和水冷；l优化能量回收、焦炭塔设计和原料预热。焦化操作参数选择是满足以上目的的关键因素。焦炭塔低压操作可以提高馏分油收率、降低石油焦收率

9、，但增加了焦炭塔油气线速，使处理量降低。焦炭塔的压力范围为103620kPa, 压力越低、效果越明显。2.3 ABB Lummus 中等压力 低压 干气液化气 基准 4.3% 石脑油 基准 3.5% LCGO 基准 3.4% HCGO 基准 3.7% 石油焦 基准 4.7% 焦炭塔压力对焦化产品分布影响（高残炭原料）焦炭塔压力对焦化产品分布影响（高残炭原料） Lummus焦化工艺采用较高的加热炉出口温度：482510。在线清焦 ：向部分炉管注入蒸汽或冷凝介质进行除焦时，其它炉管仍在生产，装置不需要停工检修。随着加热炉管的快速升温冷却，在线清焦的加热炉管内部的焦剥落被随后蒸汽吹扫到焦炭塔中。焦化

10、循环比可以在0100变化。低循环比有利于提高液体产品收率、降低焦炭收率；低循环比操作时增加分馏塔洗涤段塔盘，这些塔盘用于除去液体产品中的焦粉，使重焦化蜡油适合下游装置加工。Lummus也提供先进过程控制技术软件包用于调整操作条件、保证产品质量和优化产品收率。该控制系统包括一个焦化模型去预测产品收率和焦炭塔生焦速度。技术特征 操作好处 大量的工业和中试数据；预测模型 优化操作条件和产品分布 API 污油处理技术 污油处理能力 专利焦池/焦炭塔框架设计 降低投资和维护费用 环境友好设计 减少气体和废物排放 最新的焦炭塔机械设计 延长各种规模焦炭塔寿命 更加可靠的联锁和自动化技术 增加操作的安全性

11、Lummus的焦化技术特征的焦化技术特征 KBR延迟焦化技术可以适合不同的工艺条件，焦炭塔压力可以维持在103kPa，加热炉出口温度最高可达510和零循环比；KBR的自动头盖拆卸系统有条件使生焦周期缩短； KBR提供两种操作压力的延迟焦化技术，高压172 kPa，低压设计103kPa。装置降压的主要限制因素是分馏塔顶富气压缩机结构和驱动设备功率。如果装置在103kPa操作时，为减少压力降，焦炭塔顶油气管线直径通常不小于0.61米。2.4 Kellogg Brown & Root（KBR）三、延迟焦化技术进展延迟焦化技术进展 芝加哥Bridge Iron公司提出新的焦炭塔设计概念，即钢板

12、的长边径向布置，避免了环绕焦炭塔柱体焊缝；这一技术既可以用于新塔制造，也可以用于旧塔改造。这种新型焦炭塔在2000年已得到工业应用，BP公司有四个旧塔改造也选用了该技术。 3.1 新的焦炭塔设计新的焦炭塔设计 3.2 旋流分离器旋流分离器 Krebs公司研制的旋流分离器用于延迟焦化的水处理系统，脱除水中的固体和焦粉，减少对切焦水泵、阀门及管线的腐蚀。进料物流产生的离心力使固体颗粒甩向旋流器的外壁，经过分离后的水循环使用。3.3 焦化先进控制系统焦化先进控制系统 开 发 商 系 统 /目 标 控 制 特 征 经 济 性 应 用情 况 ABB Sim c on 先 进 控 制 系 统 /最大 处

13、理 量 和 液 收 l 专 有 焦 化 模 型 根 据 原 料 性 质 和操 作 条 件 预 测 焦 化 产 品 收 率 . l 神 经 网 络 模 型 推 测 各 馏 分 质 量 l 多 变 量 预 测 模 型 调 节 操 作 变 量 对 于 150 万吨 /年 装 置 , 50 150万美 元 /年 . 已 有几 家使 用 Aspen Tec hnology, Inc 多 变 量 控 制 /改 进产 品 产 量 和 质 量 ,提 高 处 理 量 l 控 制 加 热 炉 、 焦 炭 塔 、 分 馏 塔及 气 体 回 收 l 40 个 操 纵 变 量 、10 个 前 馈 变 量和 80 个 控

14、 制 变 量 每 桶 获 利15 30美分 30 套装 置 C.F. Pic ou Assoc iates 先 进 控 制 / 提 高装 置 稳 定 性 和 产品 质 量 ,提 高 处 理量 l 基 于 原 料 性 质 及 操 作 变 量 预 测焦 炭 塔 液 位 l 加 热 炉 约 束 条 件 控 制 l 主 分 馏 控 制 产 品 产 量 和 干 点 液 收 增 加1 2 ， 处理 量 增 加 5 。 8套装 置 Honeyw ell 严 格 的 多 变 量 预测 控 制 系 统 /稳 定产 品 质 量 、 优 化 热量 回 收 、 提 高 处 理量 l 使 用 在 线 分 析 仪 和 操

15、 作 变 量 预测 产 品 质 量 l 加 热 炉 进 料 最 大 化 l 采 用 动 力 学 模 型 每 桶 效 益10 25 美 分 ,处 理 量 提高 15% 17 套装 置 3.4 提高处理量和液收技术提高处理量和液收技术 增加馏分油收率和减压渣油处理量是提高延迟焦化装置效益的两个关键因素，延迟焦化处理量经常受油气线速制约或焦炭产量制约；在油气线速制约的情形下，提高馏分油收率与提高处理量发生矛盾。为了使装置的效益最大化，必须调整操作参数优化馏分油收率和石油焦产量；压力、温度和循环比是影响馏分油和石油焦收率的三个因素；焦化加工能力可以通过改进除焦操作、缩短焦化生焦周期来增加。缩短老塔处理

16、时间的一个办法就是缩短焦炭塔预热时间、也可以通过加快水冷过程以及试压过程；其它常用的方法还有加快头盖自动拆卸系统，另外一种可能的办法是省去排水过程，在焦炭塔装满水的情况下直接拆除头盖。 操作参数改变操作参数改变 装置调整装置调整产品收率影响产品收率影响馏分油馏分油石油焦石油焦焦炭塔温度升焦炭塔温度升高高 升高加热炉出口温度。通过加热升高加热炉出口温度。通过加热炉材质升级或使用在线清焦技炉材质升级或使用在线清焦技术保证加热炉运转周期。术保证加热炉运转周期。增加增加焦炭挥发分降低、石油焦收率焦炭挥发分降低、石油焦收率降低。除焦操作中焦粉量降低。除焦操作中焦粉量增加。促进弹丸焦形成和增加。促进弹丸焦

17、形成和加剧焦炭塔泡沫夹带。加剧焦炭塔泡沫夹带。操作压力升高操作压力升高 油气线速制约的脱瓶颈措施：油气线速制约的脱瓶颈措施：1.分馏塔内安装低压降气液接触设分馏塔内安装低压降气液接触设备。备。2.增加分馏塔顶冷却负荷，降低压增加分馏塔顶冷却负荷，降低压缩机负荷。缩机负荷。降低降低增加焦炭收率。增加焦炭收率。抑制弹丸焦生成，延缓泡沫形抑制弹丸焦生成，延缓泡沫形成和夹带。成和夹带。降低重质焦化降低重质焦化蜡油循环蜡油循环量量在分馏塔下部有足够的液体洗涤焦在分馏塔下部有足够的液体洗涤焦化油气，或采用特殊的塔盘及化油气，或采用特殊的塔盘及喷淋设施的情况下尽可能降低喷淋设施的情况下尽可能降低循环比。循环

18、比。增加增加重焦化蜡油的干点、残炭和金重焦化蜡油的干点、残炭和金属含量升高。属含量升高。加工劣质原料有可能形成弹丸加工劣质原料有可能形成弹丸焦（加芳烃组分可以避免焦（加芳烃组分可以避免）馏分油循环替馏分油循环替代自然循代自然循环油环油从焦化分馏塔抽出过滤凝缩重焦化从焦化分馏塔抽出过滤凝缩重焦化蜡油，循环沸点较低的石脑油蜡油，循环沸点较低的石脑油或馏分油去加热炉。或馏分油去加热炉。增加增加降低焦炭收率。降低焦炭收率。操作参数对焦化产品收率的影响操作参数对焦化产品收率的影响 焦化装置加工炼厂废油（水处理厂来的污油），一般是在冷焦过程中加入。在生焦过程中加入污油，如果污油的水含量大于5，容易造成泡沫

19、夹带和塔盘损坏，因此加工污油必须采取措施，例如离心分离尽可能除去污油中的水分，脱水过程同时除去水中的氯化物，避免分馏塔的腐蚀，一项专利脱水方法就是在冷焦开始阶段将含水污油注入到焦炭塔内；Agip Petroli 在Gela炼厂焦化装置处理过废油。在除焦的初始阶段，将废油从焦炭塔顶注入到430焦层顶部，轻油和水挥发、而重渣留在焦炭上。石油焦的质量未受影响，同时没有带来任何环境问题。3.5 掺炼污油和掺炼污油和FCC油浆油浆 有些炼厂在焦化原料中掺入部分催化裂化澄清油，可以提高石油焦的各向异性，使其接近海绵焦或针状焦，避免弹丸焦形成；焦炭塔注入油浆量大约在1020；掺炼油浆带来的一些问题 ：l如果

20、催化剂粉末没有除去，焦化加热炉的运行周期可能会缩短，石油焦的灰分超过顾客所要求的指标；l掺炼油浆可能导致循环物料的可裂化性能降低，使部分油浆在加氢处理、催化裂化和焦化装置中循环，导致炼厂加工能力降低。 弹丸焦是由于原料中沥青质含量过高从液体原料沉淀分离快速结焦形成的,弹丸焦一般是25mm小球，这些小球比较松散的粘结在一起形成直径在25cm的大球；弹丸焦的形成主要是由原料性质所决定，具有高残炭（22%）、高沥青质（15%）和较低胶质含量的原料易于形成弹丸焦。原料中杂原子、金属含量以及产地与弹丸焦形成密切相关；加入FCC油浆增加沥青质的溶解性有助于减少沥青质的沉淀；操作条件也会影响弹丸焦形成。降低

21、加热炉出口温度有利于减缓弹丸焦形成；循环比和焦炭塔压力增加阻止原料的快速气化，降低了弹丸焦前躯体在液体中的浓度及反应速度，不利的是这些改变都会增加焦炭产量降低液体收率。3.6 弹丸焦形成及影响弹丸焦形成及影响 弹丸焦形成引起的问题：l在除焦的冷焦阶段，急冷水从弹丸焦的孔隙中穿过，在焦炭塔内形成“热点”（hot spot），在钻孔时冷水和这些热点接触造成焦层焦炭的过热蒸汽喷发。为避免此问题，焦炭塔充满水后浸泡一段时间；l由于弹丸焦比较松散的结构，在钻孔阶段焦炭容易塌陷损坏钻头及钻杆。由于焦层塌陷堵塞排水孔，焦层塌陷还会造成焦炭处理设备损坏。这些问题可以通过增加焦炭塔底部焦炭的密度进行避免；也可以

22、通过掺炼部分油浆或换塔后降低焦化加热炉出口温度解决。3.7 延长焦化加热炉运行周期延长焦化加热炉运行周期影响加热炉运行周期因素影响加热炉运行周期因素 炼厂炼厂典型运行周期典型运行周期影响因素影响因素采取措施采取措施Lyondell9个月个月由于进料泵产生气由于进料泵产生气蚀造成进料波动。蚀造成进料波动。降低原料中轻组分含降低原料中轻组分含量。量。Marathon Oil两套装置：一套是两套装置：一套是6个月；二套是个月；二套是10 个月对重质原料。个月对重质原料。原料质量。原料质量。炉管表面热强度不炉管表面热强度不均。均。降低热强度。降低热强度。调节蒸汽速度。调节蒸汽速度。使用抗垢剂（特殊溶使

23、用抗垢剂（特殊溶液）。液）。Star Enterprise在线清焦间隔是在线清焦间隔是46个月。使用炉个月。使用炉管清理器的检修周管清理器的检修周期为期为4年。年。-维持加热炉管的高线维持加热炉管的高线速。速。Texco14个月个月加热炉蒸汽量太低、加热炉蒸汽量太低、原油的饱和烃含量原油的饱和烃含量过高。过高。降低原料中的饱和烃降低原料中的饱和烃含量。含量。清管器清理加热炉管技术是使用带有钢支撑橡皮球在1020巴（表压）水压下沿管内来回运行；与在线清焦不同，清管器清理炉管可以将一些盐垢同时除去。一些炼厂由使用蒸汽和空气清焦改为清焦器除焦后，可以将加热炉管内所有的无机盐沉积物全部除去，再开工时压

24、降明显降低，加热炉进料处理量可以增大，加热炉连续运行14个月；Texaco使用内孔表面检查仪确认炉管内部清洁且没有损伤。Husky尝试了使用清管器、蒸汽空气以及机械涡轮清焦后发现，蒸汽空气清理不干净，机械涡轮清理效果也不好且造成炉管内壁损伤，所以Husky一直使用清管器，效果良好。3.8 焦化加热炉管清理技术焦化加热炉管清理技术 几乎所有延迟焦化装置都使用消泡剂（通常是硅油）抑制焦炭塔的泡沫层高度，增加最大的焦炭容量；消泡剂一般与焦化蜡油或焦化柴油混合后由泵送到焦炭塔顶以避免泡沫形成；为了得到良好消泡效果，消泡剂一般要和稀释油混合。消泡剂注入口应尽可能远离焦炭塔顶油气出口，以防消泡剂夹带到分馏

25、塔；同时消泡剂注入口应与焦炭塔壁保持0.51米距离，避免消泡剂沿壁流下过程中分解；工业使用的消泡剂主要是60k,100k和600k厘沱二甲基硅氧烷。如果消泡剂被油气夹带量过大，使用低粘度消泡剂有利于降低成本。如果消泡剂能完全到达泡沫层，使用高粘度消泡剂可以保持较好的消泡效果。3.9 消泡剂使用消泡剂使用 在焦化主分馏塔使用结构规整填料可以提高处理量、降低压降。现有分馏塔改造成规整填料，处理量可以提高1530；传统塔盘换成填料，压降降低0.71kPa；工业上使用规整填料可以减少焦化蜡油中焦粉含量；在重蜡油回流段使用规整填料可以增加分馏塔处理能力；如果对焦化产品有严格的质量要求，使用栅格填料可能是

26、最佳选择。由于栅格填料机械性能好，不受分馏塔结垢影响。但对产品质量要求不高，且采用零循环比操作；在焦炭塔底采用喷淋室结构更好。如果塔底塔盘没有足够湿润，容易造成塔盘结垢，规整填料和栅格很难完好无损地清理干净。3.10 焦化分馏塔使用填料焦化分馏塔使用填料 控制原料的沥青质和残炭含量是避免焦化装置大面积结垢、延长加热炉操作周期的关键；降低焦化原料沥青质含量的技术就是对原料进行溶剂脱沥青处理，是否脱沥青取决于沥青是否有合适的用途。一般脱油沥青可以用来调制燃料油或用来生产氢气以及发电；加工高残炭原料容易引起泡沫层过高、加热炉结焦以及形成弹丸焦。3.11 渣油原料的沥青质和残炭含量渣油原料的沥青质和残

27、炭含量 3.12 焦炭颗粒物的污染焦炭颗粒物的污染 在石油焦储藏、处理、运输过程中，石油焦的细粉都会对环在石油焦储藏、处理、运输过程中，石油焦的细粉都会对环境造成破坏。可采取以下措施降低石油焦对环境的污染。境造成破坏。可采取以下措施降低石油焦对环境的污染。 石油焦处理 储存 运输 l 轨道车直接装运。 l 使用管道密闭传送带。 l 在焦炭传送带上喷洒含化学添加剂的水。 l 洒水使焦炭保持湿润。 l 将石油焦密闭储存。 l 密闭装卸系统。 l 使用袋式集尘室回收装卸时的灰尘。 l 用帆布覆盖运焦车。 l 往石油焦上洒水。 3.13 焦化装置结垢和腐蚀经验焦化装置结垢和腐蚀经验 公司公司问题问题地点地点原因原因解决措施解决措施Betz Dearborn氯化铵沉氯化铵沉积腐蚀积腐蚀分馏塔顶冷凝分馏塔顶冷凝系统系统塔顶温度太低塔顶温度太低无无缩合反应缩合反应结垢结垢分馏塔分馏塔向分馏塔送原油、向分馏