2 国外延迟焦化工程技术进展

121SEI第二届延迟焦化年会论文（1）国外延迟焦化工程技术进展胡德铭（中国石化工程建设公司，北京100101）摘要：本文分析了当前延迟焦化工艺发展的格局和所处的环境，提出了当前延迟焦化工程技术进展主要集中在大型化、灵活性、操作性、安全性以及工艺设计的改进性。并介绍了延迟焦化工艺的经济性以及与相关主要渣油加工（RFCC和渣油加氢）的比较。关键词：延迟焦化工程设计经济性渣油加工1概况1.1世界焦化装置加工的统计据美国“OGJ”杂志2005年1月1日统计，全世界共有674个炼厂,其中147个炼厂设有焦化装置，其总加工能力为2.44亿t/a，比去年增长5.26%，约占世界原油蒸馏总加工能力的5.93%。在焦化装置总加工能力中，美国为1.29亿t/a，约占世界焦化装置总加工能力的52.70%，居世界首位，我国（不包括台湾省）焦化装置总加工能力为14.63Mt/a,占世界焦化装置总加工能力的5.99%，仅次于美国，位于世界第二。其次依次为印度、墨西哥、委内瑞拉和阿根廷等，其加工能力分别为9.33Mt/a、8.53Mt/a、7.97Mt/a和5.86Mt/a。各自分别占世界焦化装置总加工能力的3.82%、3.49%、3.26%和2.40%[1]。表－1表示2004年世界前十位国家的焦化装置的加工能力。图-1表示各种焦化型式的比较。表－12004年世界焦化装置排名前十位的国家，Mt/a[1]国名炼厂数蒸馏能力焦化能力焦化占蒸馏％焦化占世界焦化能力％美国132838.74128.7015.3452.70中国＊56232.4814.636.295.99印度17112.739.338.283.82122墨西哥684.208.5310.133.49委内瑞拉564.117.9712.433.26阿根廷1031.255.8618.752.40德国16116.165.414.662.22日本32235.355.142.182.10巴西1396.014.744.941.94俄罗斯41271.644.671.721.91世界合计6744120.45244.215.93100.00＊：不包括台湾省在内图－1各种焦化型式的比较[1～5]由于延迟焦化装置工艺成熟，原料灵活性大和投资低等特点，对许多炼厂来说是优选的渣油加工方法。据美国EIA(EnergylnformationAgeney)统计，延迟焦化在世界渣油改质中约占1／3[6]。据美国SRI报告，世界焦化能力在过去的15内年增长了70％以上，世界炼厂中约有17％的炼厂有焦化装置，美国炼厂中约有35％的炼厂有焦化装置[7]。2000年，世界焦化加工能力中，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[7]。美国炼厂加工的原油质量逐渐变次变劣，1981年－2001年加工的原油平均密度和含硫量分别从0.8517和0.88%提高到0.8684和1.41%，相应地加工装置构成050100150200250Mt/a1975年1998年2001年2002年2004年焦炭形式其它流化焦化延迟焦化123也随之发生变化。1987年－2001年间美国焦化加工能力增加56％，加氢裂化加工能力增加37％，催化裂化加工能力增加14％，而同期原油蒸馏的加工能力增加8％。1998年－2001年间，美国共新建8套延迟焦化装置，加工能力增加14.85%Mt/a，主要目的是加工更多的渣油和降低残渣燃料油量。[8,9]2003年，美国的141个炼厂中有56个炼厂拥有58套焦化装置，其中52套是延迟焦化装置，4套流化焦化装置和2套灵活焦化装置。美国ExxonMobil公司的德克萨斯州的贝汤炼厂（Baytown）有231万t/a的延迟焦化装置和231万t/a的灵活焦化装置。美国Shell公司的加利福尼亚州的马丁内兹炼厂（Martinez）有143万t/a的延迟焦化装置和124万t/a的灵活焦化装置。美国10大炼油公司拥有的41套延迟焦化装置，占全美石油焦生产总量的78％[4]。有焦化装置的炼厂比一般炼厂更为复杂，其中80％的炼厂至少有一套催化裂化装置，90％的炼厂有产品精制装置[7]。在北美有焦化的炼厂约有一半的炼厂有加氢裂化装置，多用于加工焦化瓦斯油。非北美炼厂中，一般有焦化装置的炼厂约有25％炼厂有加氢裂化装置，也是用于加工焦化瓦斯油。2004年在美国之外约有30Mt/a的延迟焦化装置的加工能力投产，主要加工加拿大油砂和委内瑞拉的Orincco重油[7,10]。此外，加工能力超过495万t/a的延迟焦化装置正在建设中[11]。1990年美国拥有全球焦化能力的2/3，随着委内瑞拉、墨西哥和加拿大重质、劣质原油进入美国市场，予计今后10年内，美国将为延迟焦化工艺投资70亿美元，其中30亿美元用于增加生产能力，10亿美元用于维持生产能力，30亿美元用于满足空气清洁修正案。最近，美国空军开始着手进行一项包括将煤浆液化进行延迟焦化的项目，PARC技术服务公司参与此项项目，将煤浆液化经焦化后所得到的含有较多芳烃的焦化馏分油再经加氢处理，生产热稳定性好的喷汽燃料[12,13]。2000年全球焦化能力增加约7000万t/a。据予测石油焦生产能力有望继续提高，大部分增长主要集中在美国以外的其他地区[4]。据预测，在今后20年焦化工艺仍将以每年7％以上的速度逐步增长。在世界上，其生产能力远远领先于渣油加氢转化工艺，但这种工艺需要后加氢精制，才能得到优质的中馏分油[14]。124图－2表示世界焦化加工能力（1990年－2004年），图－3表示世界石油焦产量1975年－2004年），图－4表示石油焦按地区分配，图－5表示美国焦化装置加工能力（1946年－2004年），图－6表示我国延迟焦化加工能力的增长（1990年－2004年）。图－2世界焦化装置加工能力[1～3,15～16]图－3世界石油焦产量[1～4,9,13,15,16]世界焦化150160170180190200210220199019921994199619982000200220042006年Mt/a世界焦炭010203040506070801975198019851990199520002005年Mt/a美国其他国家合计125图－42004年石油焦按地区分配[1]图－5美国焦化装置加工能力[1,15,16]焦炭分布非洲1%亚洲10%东欧6%北美64%南美11%西欧6%中东2%US焦化（128.70）02040608010012014019401950196019701980199020002010年Mt/a中国焦化5001000150020002500300035001990199520002005年万t/a126图－6我国延迟焦化装置加工能力的增长[15,17,18]1.2近期建设和投产的延迟焦化装置1.2.1近期投产的延迟焦化装置（1）1998年，Sincor公司投资3.5亿美元，在委内瑞拉的Jose投产一座加工超重原油生产合成原油的炼厂（Zuata原油S4.2m%,API8,CCR15m%）常压蒸馏能力14.20Mt/a，其中延迟焦化装置的处理能力为4.90Mt/a，是目前世界上第二大的延迟焦化装置，采用“三炉六塔”型式，每个焦炭塔直径为28英尺（8.54m），总高120英尺（36.6m）循环周期为16小时，并设有1个100万t的贮焦池，该装置采用联锁和程序控制[19]。（2）1998年美国泛美公司投资8亿美元，对路易斯安那炼厂进行加工含硫重质原油的改造，改造装置包括常压蒸馏、催化裂化、催化重整、烷基化和工厂系统工程，新建延迟焦化装置、二套硫磺回收装置以及从别的炼厂搬迁过来的一套150万t/a的减压瓦斯油的加氢处理装置。改造后炼厂的复杂系数将达到11。炼厂加工能力为1000万t/a，开工率将保持在97％以上，炼厂利润为5美元／桶原料，每年炼厂盈利27亿美元（付息、扣税、折旧前）。新建的延迟焦化装置加工能力为412万t/a，生产焦炭4000t/d。该装置是原有的减粘装置基础上建设的，增加了焦炭塔、分馏塔以及清焦和焦炭输送设备，并设置了焦化装置和常减压装置进行热联合。该项目由美国lummuns公司设计[20]。（3）美国菲利浦斯石油公司和委内瑞拉国家石油公司（Pdvsa）联合于2000年8月完成了美国德克萨斯州的斯威尼炼厂改造，投资4.5亿美元新建一座3.20Mt/a的延迟焦化装置。该装置从设计到建成共用时25个月。装置共有4座9,000mm×39,000mm，重476t的焦炭塔[21]。（4）2001年10月初，美国独立的MarathonAshlanetPetroleumLLC公司，在美国路易斯安那州的11.60Mt/a的Garyvill炼厂，投产了一套“一炉二塔”型式的延迟焦化装置，该装置加工能力为1.90Mt/a，设有直径30英尺（9.14m）的焦炭塔二座，采用Conoco-Bechtel公司的延迟焦化工艺技术[22]。（5）2001年月末，美国Exxon-Mobil公司的加工玛耶原油的25.85Mt/a的贝汤炼厂，投产了一套处理能力为2.20Mt/a的延迟焦化装置，该装置采用“一炉二塔”型式的延127迟焦化装置，焦炭塔直径为29.8英尺（9.10m），单塔处理能力已达1.10Mt/a。该装置的建成将为炼厂以低成本的重质原料油生产更多较高价值的清洁燃料。2002年年底前，在加勒比海沿岸，至少还有6座延迟焦化装置要投产。这些装置都是将廉价残渣燃料油转化成高产值的轻质产品和石油焦[4]。1.2.2新近建设的延迟焦化装置（1）2001年底，Hess公司和委内瑞拉PDV公司联合拥有的6.50Mt/a的Hovensa炼厂正在增建1套3.19Mt/a的延迟焦化装置。在委内瑞拉和巴西还有几套大型延迟焦化装置，用于加工该地区的超重质原油。（2）美国Coastal销售公司投资2.5亿美元在美国科珀斯克里斯蒂新建一套加工委内瑞拉原油的3.00Mt/a的延迟焦化装置[4]。（3）CerroNegro公司投资5亿美元在委内瑞拉新建一套3.30Mt/a的延迟焦化装置[4]。（4）2002年，美国Premcor公司的阿瑟港炼厂的440万t/a的延迟焦化装置（世界最大的延迟焦化装置之一），扩建为578万t/a，以便炼厂增加更多加工廉价的低劣质原油的能力和减少重质燃料油[9]。（5）美国Texco公司和美国能源部签订了一份合同。建设一座EarlyEntranceCorpoduction(EECP)工厂，主要将石油和煤转化成优质运输燃料、电、热能。这将意味着延迟焦化工艺将用于烃合成液体燃料、电、热能的新纪元的开始[13]。2延迟焦化工程技术进展延迟焦化装置的设计取决了装置的参数，其包括：原料参数、工艺参数和工程参数，如图－7所示[3]。近年来，延迟焦化工程技术进展主要为：大型化、灵活性（原料、产品、产率、质量）、操作性、安全性以及设计改进性。大部分地研究工作着重于延迟焦化装置的操作性和安全性。128特性因素硫含量原料参数康氏残炭深拔程度金属含量时间－温度－压力变化延迟焦化参数工艺参数循环比除焦因素间歇－半连续－连续操作工程参数加工能力和规模因素除焦设备焦炭处理、贮存、运输图－7延迟焦化参数2.1大型化大型化是世界石油化工的必然发展趋势，大型化的根本优点为在充分利用资源条件下，以最低的投资和操作成本获取最大经济效益。延迟焦化装置也不例外。2.1.1装置规模大型化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炼厂的装置，加工能力为3.01Mt/a，采用“三炉六塔”流程。1993年装置进行了改造，现该装置处理能力已达4.28Mt/a。该时期内，委内瑞拉的Lagoven炼厂的延迟焦化装置加工能力为5.39Mt/a（二个平行的装置），也是当时的大型化装置之一，但因种种原因该项目只停留在基础设计阶段[1,23～25]。90年代初期，加拿大Syncor公司的生产合成原油的油砂加工厂的延迟焦化装置，处理能力为3.65Mt/a，采用“四炉八塔”流程，因其焦炭塔为12,