延迟焦化工艺的发展状况

延迟焦化工艺的发展状况

延迟焦化工艺随着原油价格的提高，原油的重新加工任务变得越来越重要。加工重质油特别是重质渣油已成为炼油行业亟待解决的问题。目前可供选用的渣油转化过程有多种,其中延迟焦化工艺作为一种成熟的重油热加工方法,无论在投资、操作费用,还是在技术可靠程度,原料的适应性和原料的转化深度方面都具有独特的优势。因此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。近年来,世界各国学者针对延迟焦化工艺技术进行研究和改进的方向主要集中在提高液体收率和减少焦炭及气体产率、优化操作和提高产品质量等方面。1流化焦化技术焦化主要形式有釜式、平炉、延迟、接触、流化和灵活焦化等6种。前面两种由于工艺技术落后,间歇生产,劳动条件差,耗钢材多和占地面积大等缺点,已基本被淘汰。接触焦化由于它的工艺及设备复杂,投资及维修费用高,技术不够成熟,而发展较少。流化焦化由于副产的流化焦用途不如延迟焦广泛,所以该技术推广得也较为缓慢。Exxon公司在流化焦化技术的基础上,进一步发展的灵活焦化,主要是把焦化生成的焦炭与空气和水蒸气反应形成低热值的水煤气,作为副产品送出装置,因此这种灵活焦化装置只生产极少量的焦炭。灵活焦化适合处理高硫、高氮及高金属含量的重质渣油,液体收率较高。由于流化焦化和灵活焦化的投资和操作费用都远高于延迟焦化,因而发展也十分缓慢。延迟焦化则由于工艺简单,操作方便,装置的灵活性大,开工率高及开工周期长等特点,发展较快。1.1焦化装置总生产能力截至2002年年底,全世界共有732个炼油厂,其中146个炼油厂设有焦化装置,其总加工能力为2.28亿吨/年,比2001年增长7.08%,约占世界原油蒸馏总加工能力的5.57%。在2002年焦化装置加工能力中,延迟焦化装置的加工能力最大,为1.83亿吨/年,占当年焦化装置总加工能力的81.83%。截至2005年底,世界已建成的焦化处理能力是2.53亿吨/年,比2002年增长10.96%。焦化装置总加工能力中,美国为1.26亿吨/年,约占世界焦化总加工能力的49.8%,居世界首位。世界焦化能力在过去的15年内增长了70%以上,世界炼油厂中约有17%的炼油厂有焦化装置。美国重油加工一直以焦化为主,约有35%的炼油厂有焦化装置,2000年以来新建的主要是焦化装置,预计到2010年将新增延迟焦化能力1200万吨/年到1600万吨/年。按原料计,55%的焦化能力在美国;按产量计,70%的焦化能力在美国。据专家预测,今后20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。1.2延迟焦化装置1964年由洛阳石化工程公司等设计单位联合设计,被誉为中国炼油“五朵金花之一”第一套连续生产的延迟焦化工业装置投产。由于原油加工的需要,20世纪90年代新建了14套延迟焦化装置,大部分装置进行了扩能改造,到2002年底,中国石化公司已建成20套延迟焦化装置。到2004年初,我国建成投产的焦化装置总加工能力已达3245万吨/年,仅最近10年间我国延迟焦化装置加工能力就增长了160.81%。1999-2007年间,我国延迟焦化能力净增248.5万吨/年,是我国延迟焦化能力占原油加工能力的比例达到14%以上。由2006年到2008年,中国焦化处理能力增长了36.3%。国内现已投产的延迟焦化装置约有68套,其总加工能力约为7290万吨/年。面对着原油重质化和劣质化,面对着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。延迟焦化装置已经成为许多炼厂处理高硫渣油首选方法。据预测,今后20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。2延长焦化工程的最新技术进展2.1焦炭塔的尺寸20世纪80年代初期,世界上最大的延迟焦化装置是美国Chevron公司的Pascagoula炼油厂的装置,加工能力为301万吨/年,采用三炉六塔流程。1993年,加拿大一炼油厂的延迟焦化装置,经改造后处理能力达503万吨/年。目前世界上最大的延迟焦化装置是印度一家公司炼油厂的加工能力为673万吨/年(尚未投产)装置,拟采用四炉八塔流程。1930年以前,焦炭塔直径通常小于3000mm。20世纪70年代由于水力除焦能力和技术的限制,焦炭塔尺寸一般在5400-7900mm时,操作较为平稳;80年代一般为小于8200mm左右;90年代初期,最大的焦炭塔是美国一炼油厂的延迟焦化装置,焦炭塔8300mm×33500mm.目前世界上最大的焦炭塔是加拿大的Syncor油砂加工厂的延迟焦化装置,焦炭塔为四炉八塔,每个焦炭塔为12200mm×30000mm.虽然较大焦炭塔的设计和操作能减少因配合特殊渣油加工所需要的焦炭塔个数,显著提高投资效益,但其寿命受到限制。因此,美国Lummus公司建议焦炭塔的尺寸为8200mm-8500mm较为合适。20世纪50-80年代,我国延迟焦化装置的焦炭塔基本上为5400mm左右,1989年锦州石化1.0Mt/a延迟焦化装置的焦炭塔为6100mm。2002年上海高桥石化1.40Mt/a延迟焦化装置的焦炭塔达到8800mm×35387mm。2003年洛阳石油化工工程公司为中石化金陵分公司设计的延迟焦化装置的焦炭塔直径为9400mm。2008年,中海油惠州炼油厂投产的延迟焦化装置焦炭塔直径为9800mm,是我国现有的最大焦炭塔,该套装置自投产至今,操作稳定。虽然装置大型化具有明显的节省投资,劳动生产率高和产品的生产费用低等优越性。但是,装置的规模不应盲目的求大,因为它涉及到炼厂的类型、资源、产品的去向,以及相关设备的处理能力和产品市场消费能力的影响。延迟焦化的典型装置的规模为:0.75-2.75Mt/a,焦炭塔的标准直径为:ϕ8200mm-ϕ8500mm。2.2调节循环比流程延迟焦化循环比主要用来控制重蜡油的干点和残炭,循环比大,柴油收率高,蜡油收率低,蜡油质量好;循环比小,柴油收率低,蜡油收率高,蜡油质量差。2002年中国石化公司长岭分公司炼油厂对原有的延迟焦化进行扩能改造,采用先进的工艺技术和大型化设备,使单台焦炭塔的处理能力由原来的60万吨/年提高到120万吨/年.这次改造中采用了可灵活调节循环比工艺流程。可灵活调节循环比工艺流程与传统工艺流程的主要区别在于焦化原料油不进分馏塔,而分馏塔的底部改为焦化重蜡油循环取热及焦化重蜡油(原循环油)抽出,从而实现了循环比不受分馏塔塔底温度的限制,可灵活调节.该流程有以下优点:(1)循环比调节灵活,可实现低循环比.当降低循环比操作后,部分和全部焦化重蜡油出装置再加工,从而扩大了延迟焦化装置的处理能力,也使得装置有较宽的操作弹性;(2)分馏塔底的焦化重蜡油温度可灵活调节,一般控制在340-370℃,避免了塔底结焦;(3)装置的原料油不和焦化生成的高温(420℃左右)﹑高速(30-40m/s)油气直接混合,有利于控制分馏塔上部的产品质量;(4)降低了核心设备辐射进料泵的操作温度有利于装置的长周期运转;(5)实现了加热炉进料从对流段直接转到辐射段加热,避免对流段与辐射段加热负荷可能出现的不匹配问题,有利于稳定操作。2.3催化裂化装置组合工艺的优点目前,随着原油重质化、劣质化趋势加快,渣油的深度加工、利用也越来越受到重视,尽管至今已发展了多种渣油转化技术.但每种工艺都存在一定的局限性.为了更好地发挥重油催化裂化技术的作用,研究开发了催化裂化与延迟焦化、溶剂脱沥青、减粘裂化等工艺优化组合,提出采用催化裂化-延迟焦化组合工艺不但能提高催化裂化装置能力,而且能使催化裂化装置加工较差的原料或掺炼更多的渣油。此外,还能提高轻质油收率,并副产一部分优质针状焦。广州石化总厂采用催化裂化-延迟焦化组合工艺,将催化油浆部分或全部甩出,焦化装置掺炼油浆,焦化蜡油送催化装置回炼。采用此组合工艺,催化装置可提高处理量,并能适应更差的原料或掺炼更多的渣油,提高总体轻油收率,焦化装置又能生产针状焦。通过生产流程的产值比较,发现在不采用优化组合工艺流程时,减压渣油先经过延迟焦化装置处理所产生的经济效益,要比减压渣油先经过溶剂脱沥青装置处理所产生的经济效益大。而采用催化裂化-溶剂脱沥青-延迟焦化组合工艺加工流程所产生的经济效益要比单独采用焦化加工流程或单独采用溶剂脱沥青加工流程所产生的经济效益大。该厂通过对重油加工装置各种组合工艺流程经济效益进行对比分析,得出催化裂化-溶剂脱沥青-延迟焦化组合工艺是目前炼油工艺最佳的重油加工组合工艺流程。其组合工艺示意流程见图1。2.4延迟焦化装置缩短延迟焦化循环周期是提高装置加工能力的有效方法。一般,焦化循环周期为24h,分为七个步骤,包括切换和吹汽,冷焦,放水,卸头盖和出焦,装头盖和试压,暖塔,预备。目前几乎所有的新建延迟焦化装置均采用较先进的短循环操作方式,即将焦炭塔的循环周期缩短为18-20h。通常,将循环周期从24h降到20h,装置处理量可提高20%.工业上把循环周期从24h缩短到20-18h可以较容易做到.消除一个中等的“瓶颈”就可把循环周期缩短到18-16h,再缩短就较困难。但是,如果在设计中认真考虑焦炭处理、急冷和切焦过程供水和水的回收,在放空以及冷凝油回收等过程中采用自控系统,则能实现循环周期14h。这种情况已不少见,目前已有炼油厂为加工重质原料,改(扩)建时增加了第三焦炭塔,采用的焦化循环周期为12h。3分析焦化厂生产中存在的问题3.1设备腐蚀问题近年来,由于高硫原油加工量大幅增加,中国石油化工集团公司1999—2001年高硫原油的加工量以平均每年约205%的速度递增。焦化装置进料的硫含量也随着原油硫含量的提高而逐年增加,部分沿海和沿江企业这一问题更为突出。据了解,沿海某企业焦化装置设计原料硫含量不大于1.5%,但装置进料1997年的平均硫含量达到2.03%,1998年达到2.24%,1999年达到2.52%,2000年上半年达到2.67%。从装置的硫腐蚀情况来看,腐蚀多集中在高温部位。由于设备腐蚀泄漏,近年部分沿海及沿江企业的延迟焦化装置多次发生设备故障和着火事故。造成事故的主要原因是设备和管道的材质不合适,高温腐蚀穿孔部位一直使用碳钢;其次是防腐蚀措施不落实。在加工含硫原油的情况下,设备防腐蚀工作已成为当前延迟焦化装置“安、稳、长”运行的首要问题。3.2水循环使用,系统运行压力大,污水外排放首先是冷焦水和切焦水的污染问题。目前大部分企业因冷焦水处理仍采用露天逐级沉降的方法,对装置区的大气污染仍较严重,气味较大;个别企业冷焦水和切焦水合并使用,造成切焦水的油含量较高,影响切焦设备的正常运行;部分企业的冷焦水和切焦水系统运行状况较差,水未循环使用,污水大量外排,给全厂的污水处理系统造成很大压力。其次是固体粉渣的污染问题。由于国内石油焦的储存、运输、装车等过程全部为敞开式操作,焦油的挥发和焦粉的飞扬造成装置区的环境污染较严重。3.3工艺及设备落后考虑到焦化过程的特点,如何有效利用装置的低温余热是焦化装置降低能耗的关键。目前因能量系统综合优化考虑不够,我国的延迟焦化装置设计能耗普遍偏高,平均达1200MJ/t原料以上,综合分析归纳,装置在用能方面存在的问题主要包括:(1)大多焦化装置处理量偏小,工艺相对落后、柔性较差,操作循环比普遍偏高(一般高于0.3),造成装置工艺总用能偏大;(2)分馏塔取热普遍不合理,高温位蜡油循环、中段回流取热偏低,而低温位顶循回流取热偏高,使得分馏过程火用损耗大;(3)换热网络设计与运行未能优化,存在大量的低温热排弃,如分馏塔顶油气、顶循等低温余热未加利用,而是通过空冷或水冷方式排弃;(4)单元过程或设备技术相对落后,如双面辐射、高效燃烧、强化传热等先进技术较少应用,造成加热炉过剩空气系数及排烟温度相对偏高,炉效率普遍较低;(5)焦化过程能量系统优化考虑不够,普遍缺乏与厂内其它工艺装置、蒸汽动力系统及储运等辅助系统的热联合。4关于发展的建议4.1装置挖潜增效建议从原油加工量的增长预测和原油深度加工的实际要求看,今后几年延迟焦化装置将维持较高的加工负荷。为此,建议进行以下方面的工作,在保证装置满负荷运行的条件下,实现装置的挖潜增效:(1)现有装置的扩能改造,考虑现有设备利旧,以降低改造投资;(2)充分挖掘现有装置潜力,找出装置生产“瓶颈”,并提出相应的脱瓶颈措施,以降低生产消耗;(3)先进焦化工艺流程的开发应用。4.2加强施工过程的管理(1)随着原料油硫含量的逐渐增加,设备的腐蚀与防护问题应予以高度重视。同时严格执行国家有关规定,强化设计、施工过程中的管理,杜绝错用材质情况。(2)重视重油高温部位工艺管道的材质升级工作。对于原设计中采用碳钢的高温蜡油管道、分馏塔中段回流管道、焦炭塔顶油气管道等,考虑根据目前加工原料的硫含量及管道腐蚀状况有计划进行材质升级。4.3冷焦水回收技术焦化装置是石油加工过程中环境较差的装置之一,为实现生产过程清洁化,考虑开发高效分离技术或手段,实现冷焦水的油、水分离;此外,尽可能减少和消除石油焦在储存、装车、运输等环节中的粉末固体