延迟焦化装置简介及重点生产部位

　　(一)装置发展及类型

　　1．装置发展

　　延迟焦化装置是一种重质油热加工工艺，是炼油厂重质油轻质化、提高炼厂轻油收率的一种主要手段。1930年8月，世界上第一套延迟焦化装置在美国Whiting炼油厂投产。我国的第一套延迟焦化装置于1958年在抚顺石油二厂投产。据统计，到2000年年底，全国共有31套延迟集化装置，总加工能力约22Mt／a，其中石化集团公司20套，加工能力14．25Mt／a，单套装置规模也发展到1.2Mt／a。

　　2．装置工艺流程与单元组成及设备

　　(1)工艺流程

　　典型工艺流程见图2—20。

　　原料渣油从常减压装置(或罐区)进装置原料缓冲罐，由原料油泵抽出，经换热后进加热炉的对流段加热到330℃左右，分上、下两路进入分馏塔，上部进料与焦炭塔来的高温反应油气(410-430℃)接触换热，油气中的循环油被冷凝下来与原料油混合在一起落入塔底，然后经辐射进料泵送到加热炉的辐射段，在注水的作用下快速通过炉管，油品被加热到490—505℃，通过四通阀从底部进入焦炭塔进行焦化反应。反应产物焦炭聚集在塔内，其他产物均呈汽相从顶部逸出经挥发线进人分馏塔，与原料油换热后，经过分馏得到气体、汽油、柴油和蜡油。焦炭塔内的焦炭聚集到一定的高度(通常是控制一定的生焦时间)后，停止进料，切换到另一个已预热好的焦炭塔内继续生产。停止进料后的塔通过吹汽和冷焦，将焦炭冷却到安全温度以内，焦炭经水力除焦进入焦池，用行吊装车出厂。

　　(2)组成单元

　　①加热炉

　　加热炉是延迟焦化装置的核心部分，其操作的好坏、运行周期的长短，都对延迟焦化装置的技术经济指标起着决定性的作用。加热炉分辐射室和对流室，主要包括五个部分：焦化加热部分、原料预热部分、注水部分、过热蒸汽部分及烟气余热回收部分。辐射炉管一般是铬—钼合金管，辐射出口采用出口温度与炉膛膛温或燃料气(油)串级控制的方案。目前投用的焦化炉有三种型式。即：双面侧烧无焰炉、立式炉、双面辐射炉。

　　②焦炭塔及其冷焦和放空系统

　　焦炭塔是原料油进行焦化反应的场所，也是焦化反应后生成的焦炭的暂时储存器。早期的焦炭塔在中下部装有一个风动堵焦阀，以满足装置开、停工及焦炭塔预热的需要。对焦炭塔来说，它的生产是周期性的，在一个循环周期内要经过试压、预热、切换生产、冷焦、除焦等从常温到500℃左右的温度骤变的过程。

　　目前，随着焦化装置规模扩大，焦炭塔的尺寸亦逐步大型化，世界上最大直径的焦炭塔在加拿大的Syncor油砂加工厂的焦化装置，其直径为Φ12200mm。国内已投产的最大直径焦炭塔是上海金山的Φ8400mm焦炭塔。

　　冷焦和放空系统：当焦炭塔生焦到一定高度(或一定时间)以后，就要切换到另一个焦炭塔生产，原生产焦炭塔要进行冷焦处理。

　　该系统的主要设备有：冷焦给水泵、放空脱水塔、冷却器(冷却槽)以及污油回收设施。冷焦、放空及除焦产生的油气和污水是焦化装置环保方面的一个主要课题。多年来，陆续开发了冷焦和除焦水闭路循环使用、焦炭塔密闭式放空等技术，已在国内各炼厂得到了广泛的使用。

　　③分馏塔及换热单元

　　延迟焦化的分馏塔是把焦炭塔顶来的反应后的高温油气按各物料的沸点差，从上至下分离为富气、汽油、柴油、蜡油(或重蜡油)。一般焦化流程中，辐射进料(渣油+循环油)从分馏塔底抽出。为了增加高温位热量的回收和平衡全塔汽、液负荷，焦化分馏塔一般设2—3个循环回流。

　　延迟焦化是个热量过剩的装置，其热量一般首先用来预热原料渣油，以减轻炉负荷、降低燃料消耗，其余热量可用于发生蒸汽，也有的直接以热物料的方式供下游装置，还有的用于低温热回收。

　　④水力除焦系统

　　最早的水力除焦实现于1938年，水力除焦的出现，大大促进了延迟焦化的发展。除焦系统的主要设备有高压水泵、钻机、钻机绞车(或水龙带绞车)、切焦器、储水罐等。

　　水力除焦型式分有井架、半井架、无井架三种。与有井架相比，无井架水力除焦使用水龙带绞车代替井架和钻杆，因此，它的钢材耗量少、一次投资小。不足的是除焦时间稍长、水龙带因质量问题寿命短，因此操作费用高。半井架介于二者之间，我国只有石油一厂的焦化装置使用半井架技术。

　　高压水泵是水力除焦系统的主要设备，其出口压力视焦炭塔塔径而变化，一般要求是塔径每增加1000mm，高压水泵的出口压力约需增加2．72MPa。

　　水力除焦的关键部件就是钻头和切焦器。过去均使用单一钻头，先用钻头进行钻孔，再将钻具提出塔外更换切焦器。近年来，我国自行开发的全自动的钻孔—联合切焦器已在不少厂家使用，它的特点是可在塔内利用水压的变化完成两者之间的切换，因而可有效地减少除焦时间和劳动工作量。还有一种半自动的钻孔—联合切焦器，它的特点是钻孔器与切焦器合为一体，转换时仍需将其提出塔外人工进行切换。

　　⑤富气压缩—吸收系统

　　该系统的主要设备有富气压缩机、与压缩机配套的动力透平或电机以及用于富气吸收的吸收塔等设备。它的作用是将焦化富气压缩，脱除C₄以上组分并冷却后送下道工序。

　　(二)延迟焦化工艺及操作特点

　　延迟焦化和其他形式的焦化共同之点是采用加热裂解，使渣油深度反应转化为气体、汽油、柴油、蜡油和焦炭的过程。延迟焦化与其他焦化方法不同的是渣油以高的流速流过加热炉的炉管，加热到反应所需的温度，然后进入焦炭塔，在焦炭塔里靠自身带人的热量进行裂化与缩合反应。

　　虽然热渣油在离开炉管前就达到了反应温度，但由于渣油的流速很快，停留时间很短，还来不及发生反应就离开了加热炉，把反应推迟到焦炭塔里进行，所以称为延迟焦化。 热渣油在焦炭塔里处于高温状态，不但压力大大减小，而且有足够的反应停留时间。因此，反应能很好地进行。

　　为了避免炉管结焦，在工艺上采用炉管注水(或蒸汽)，以增大流速，缩短停留时间。工艺流程上采用的是一个加热炉配二个焦炭塔。热渣油进入其中的一个，一定时间(或一定高度)后，将进料切换到另一个焦炭塔去。对于加热炉和分馏塔等系统来说，是连续操作，而对于焦炭塔来说就要进行新塔准备、切换、老塔处理、除焦等间歇操作。所以，延迟焦化是既连续又间歇的生产过程，由于焦炭塔操作的周期性，不可避免地给分馏塔及加热炉的操作带来周期性的波动，只要及时调节，认真操作，完全可以保证生产平稳和产品质量的合格。

　　(三)主要操作条件及其分析

　　(1)主要操作条件见表2—60。

　　 (2)操作条件分析

　　①加热炉出口温度

　　加热炉出口温度是焦化装置的重要工艺指标。它在产品分布上的影响是：对于同一种原料，加热炉出口温度升高，反应深度和反应速度增加，焦化蜡油在焦炭塔里再次裂解，气体、汽油、柴油产率上升，而蜡油产率降低，由于加热炉出口温度升高，焦炭中的挥发分降低，因此，焦炭产率下降。在产品质量方面，焦炭挥发分降低，液体产品中不饱和烃含量增加。此外，加热炉出口温度还影响到焦炭塔泡沫层的高度，泡沫层本身就是反应不彻底的产物，从焦化反应的热效应来看，提高炉出口温度，有利于泡沫层的进一步反应。因此，加热炉出口温度越高，泡沫层就越低。

　　对于不同性质的原料，应选择不同的加热炉出口温度。原料越重，残炭越高，炉出口温度就可低一些。炉出口温度的提高受到加热炉负荷的限制，同时，提高加热炉出口温度会加快炉管内结焦速度及造成炉管局部过热而变形，不利于炉子的开工周期。

　　②系统压力

　　系统压力直接影响到焦炭塔的操作压力，是影响焦化装置运转的最重要因素之一。系统压力降低，可以使液相油品宜于蒸发，也缩短了油气在焦炭塔内的停留时间，因而可以提高液收，降低焦炭产率。但是，降低压力也意味着富气压缩机的压比提高，从而增大压缩机的功率和消耗。同时也要注意由于压力的降低，焦炭塔内油气线速上升后可能造成的泡沫层和焦分携带。

　　以前设计的老装置，焦炭塔操作压力通常是0．172—0．206MPa，而新设计和改造的焦化

　　装置操作压力是”0．103-0．137MPa。

　　③循环比

　　循环比二(辐射进料量—新鲜进料量)／新鲜进料量。也有用循环系数或联合循环比表示的，两者的关系是：循环系数二循环比+1。

　　循环比对产品分布的影响通常与压力相同。即当循环比增大时，焦炭和气体产率增加，而戊烷以上的液体产品产率减少。循环比对装置加工能力的影响最为明显，从循环比的计算公式可看出，当加热炉辐射进料量一定时，降低循环比可大幅提高装置处理能力。因此，循环比是现有装置调控加工量的一个主要手段。

　　新近开发的灵活循环比焦化流程，几乎可使装置在任意循环比下运行，并能实现真正意义的零循环操作(即单程焦化)。该流程己在国内某炼厂得到应用。

　　④生焦周期

　　生焦周期又称生焦时间。即一个焦炭塔从切换生产到切换处理所用的时间。生焦周期的长短，在一定程度上影响焦炭的挥发分。延长生焦时间，实质就是使生焦过程加长，反应进一步深化，焦床处于高温状态时间加长，焦床中未反应的重质油进一步参与反应，所以能降低焦炭挥发分。

　　生焦周期最大的影响体现在装置的加工能力方面。一般装置生焦周期为24h，若将装置生焦周期从24h降到18h，装置处理能力可提高25%，工业上把生焦周期从24h降到20—18h比较容易，国内曾有装置排出过16h的生焦时间。缩短生焦时间的基础在于是否有充分和合理的辅助生产时间，也就是焦炭塔的冷焦、除焦和预热等工序均能压缩在合理的时间范围内。短的生焦时间虽然能提高装置处理能力，但它是以降低操作效率、增加维护费用和缩短装置使用寿命为代价的。有资料报道，如果焦化生焦周期从21h缩短到18h，焦炭塔寿命便会损失25%

　　缩短生焦时间还有两个制约条件。一是加热炉的负荷能力，如果加热炉负荷能力有限，那么，缩短生焦时间也就没有必要；二是焦炭塔内油气线速，线速过大，易产生泡沫携带，不利于装置的长周期运行。

　　(四)原料及产品性质(见表2—61)

 

　　(五)延迟焦化新技术的应用

　　1．污泥回炼

　　由于焦化装置对加工原料的适应性强，从而在炼油工艺总体流程中占据越来越重要的位置。它除了可对重油、催化油浆进行深度加工外，还在“三泥”处理、污油利用等方面发挥重要的作用。有的炼厂的焦化装置采取从焦炭塔顶以直接注入的方式来解决炼厂污水处理“三泥”的出路问题，已取得了较多的环保效益和经济效益。

　　2．在线清焦技术

　　在线清焦(On Line Spaling)可以使加热炉在不停工的条件下进行炉管清焦。其物理机理是利用焦层与炉管不同的温度膨胀系数，通过不断的冷却和升温循环，造成焦层和炉管管壁的分离。在线清焦对延长加热炉运行周期有非常明显的作用，但在线清焦的效果逐次递减，最终还是实行空气—蒸汽烧焦。

　　3．中子料位计和消泡剂的应用

　　中子料位计的工作原理是：安装在焦炭塔外壁的中子源发出的快中子穿过塔壁，与塔壁内的原子核相互作用。通过弹性散射，快中子很快损失自己的能量，逐步被慢化。这些被慢化的中子有一定几率扩散到塔壁之外，被安装在对面外壁的探测器接收。该探测器只对慢中子灵敏，这样接收到的慢中子通量与塔内物料密度有很强相关关系。测量这些慢中子通量及其随时间的相对变化，则可有效地确定塔内物料相对密度的大小及其变化，判定物料状态是气体、泡沫、还是焦炭。一座焦炭塔通常设置2—3个检测点，泡沫上沿高度信号是根据这几个点的检测信号及塔底进料信号的时间关系，在假定泡沫是匀速增长的条件下推算的。需注明的是中子料位计只能测量某一个点的物料密度变化情况，系统给出的泡沫上沿高度值在检测点处是准确的，在其他高度处，给出值仅供参考。

　　目前，中子料位计的使用在安全上是非常可靠的。国内生产的241Am—Be中子源活度1．85X10⁹Bg，是国外同类产品的十分之一，在无任何屏蔽条件下，距源点1m处辐射总剂≤1．3μSV／h。消泡剂通常是一些表面张力和溶解度很低的物质，当消泡剂微粒接触气泡表面时，会降低接触点上液膜的表面张力，使液膜变薄，同时使气泡之间合并，最终导致破裂。同时消泡剂的疏液性不会形成泡沫稳定的定向排列，而是不均匀的吸附在液膜上或顶替汽液界面上的发泡基因，使汽液界面张力局部下降，达到消泡的目的。

　　一般情况下，消泡剂的使用需与焦炭塔料位检测计同步投用，否则，泡沫上沿值仍是一个未知数。料位计和消泡剂特别适用于焦炭塔空高不大形成生产瓶颈的装置。

　　二、重点生产部位

　　(一)加热炉系统

　　加热炉为焦化反应提供所需的热量。主要问题是如何减缓炉管的结焦速度，延长加热炉的运转周期。正常操作时，要对炉出口温度、炉膛温度及膛温差、炉出人口压力、注水量、辐射量、对流量、瓦斯量、炉管使用情况、炉火燃烧状况及炉子泄漏情况等作认真检查。注水及进料中断、炉管局部过热是造成炉管结焦的主要原因。若该系统设备出现较大故障，如辐射管穿孔、注水管泄漏等，应立即停炉处理。

　　(二)焦炭塔系统

　　焦炭塔因是间断生产，轮流切换，焦炭塔底盖、顶盖装卸频繁，加之该系统自动化程度相对较低，极易出现操作程序上的错误，由此而带来灾难性的后果。针对焦炭塔顶部、底部容易发生的泄漏，首先要以预防为主，除焦后焦炭塔顶底盖法兰要清理干净，安好垫片，上紧螺丝，技工艺要求试压，并仔细检查。预热和生产中发生漏油，应及时汇报，并用蒸汽掩护，做好热紧工作。当漏油严重着火时，争取立即换塔，然后老塔改放空，如无法换塔，可；降温循环。如刚换新塔漏油着火，在条件许可情况下，再换回老塔，待问题处理完后再切换；过来。如果泄漏严重，无法控制，作紧急停工处理。在正常操作时，要对焦炭塔顶、底部压力及温度、急冷油温度、新塔预热情况、老塔处理情况、法兰垫片材质和安装及设备泄露等；情况作详细检查。

　　(三)辐射泵系统

　　辐射泵的作用是输送温度为360℃左右的减压渣油作为加热炉辐射段进料，辐射泵的运行对装置安全生产至关重要，俗有装置心脏之称。因其出口压力较高，易引起密封泄漏。在辐射泵开车前要对其所属设备、润滑油、封油、冷却水等系统进行安全检查。对备用泵预热并盘车，正常操作时要按规定进行巡回检查并记录好运行参数，在操作中应摸清各阀门开度和流量压力之间的关系。按润滑油制度要求，定期化验和更换润滑油，对封油罐要脱水，防止封油带水造成辐射泵抽空。