延迟焦化装置已发展成为中国石化第一位的重油深度加工装置

-1-延迟焦化装置已发展成为中国石化第一位的重油深度加工装置[摘要]本文对国内外延迟焦化的技术发展情况进行了简要分析；从2003年起延迟焦化装置已发展成为中国石化第一位的重油深度加工装置；通过对近几年中国石化延迟焦化生产中存在问题的分析，提出了采用先进技术、优化操作、搞好高硫焦利用、改善环境保护、提高工艺技术水平等多项提高生产技术水平的措施意见。[关键词]延迟焦化工艺技术环境保护重油深度加工1焦化是世界炼油工业中第一位的重油转化技术世界石油产品需求结构是，重油需求量继续下降，汽煤柴油等液体发动机燃料需求量增加，同时重质原油和超重原油的开采增加，如委内瑞拉奥里诺科（Orinoco）重油带开采的重油，其API度在8－14之间。因此，进入21世纪，重油深度加工技术更是当今世界炼油工业发展的重点。提高重油转化深度、增加轻质油品产量的主要技术，仍然是焦化、渣油催化裂化和渣油加氢处理等，而焦化则是第一位的重油-2-转化技术。1.1世界焦化能力持续增长据美国《油气杂志》报道，2004年末世界焦化能力为2.44亿吨/年，占原油蒸馏能力41.2亿吨/年的5.9%，比2001年末的2.13亿吨增加了3100万吨焦化能力，增长率为11.46%。美国的焦化能力最大，2004年末达到1.29亿吨/年，占世界焦化总能力的一半以上，达52.9%。1.2世界焦化发展仍以延迟焦化为主焦化除延迟焦化外，还有流化焦化（包括灵活焦化），釜式焦化则早已淘汰。据Exxon公司报道，自日本川崎炼油厂于1976年建成第一套125万吨/年灵活焦化以来，迄今建有7套工业装置，总能力1750万吨/年。2004年美国流化焦化占焦化总能力的8.2%，91.8％均是延迟焦化。因此当今世界炼油工业中以发展延迟焦化为主。1.3世界延迟焦化技术发展趋势1.3.1装置趋向大型化虽然Lummus公司认为延迟焦化装置规模一般在82.5万吨/年到275万吨/年，但是最近建设的装置许多超过了这一规模，究其原因与奥里诺科等重质原油的开发加工有很大关系。例如，委内瑞拉Sincor公司采用Fosterwheeler选择收率延迟焦化（Sydec）工艺，于1998年在委内瑞拉Jose建设了一套三炉六塔规模为490万吨/年的延迟焦化装置；-3-ConocoPhillips公司与委内瑞拉国家石油公司（PVSDA）合资在德州Sweeny炼厂于2000年建设了一套357.5万吨/年的延迟焦化装置，加工委内瑞拉重质原油；同样美国Coastal公司与PVSDA合资在Corpuscristi炼厂建设一套320万吨/年延迟焦化装置，加工委内瑞拉重质原油；委内瑞拉的Hovensa炼厂则由Conoco/Bechtel公司设计于2002年建成一套320万吨年的延迟焦化装置；最近Lummus公司正在设计一套新的焦化装置，第一阶段规模为682万吨/年，以后将发展到990万吨/年等。1.3.2发展大型延迟焦化的配套设备延迟焦化装置基本单元是一炉两塔，大型化装置由多炉多塔组成，焦炭塔、加热炉、出焦系统是延迟焦化的关键设备。（1）焦炭塔焦炭塔的直径一般标准为8.2~8.5米，但由于技术和机械设计的改进，直径超过9米的焦炭塔已设计采用。Conocophillips的320万吨/年装置采用2炉4塔，焦炭塔直径9米，切线高度39米。美国FosterWheeler公司正在考虑设计直径为9.75米、切线高度42.672米的大型焦炭塔，甚至是直径为12米的大型焦炭塔。为缩短焦化塔操作循环周期和提高安全，焦炭塔的底盖、顶盖实现自动卸盖安装，进行远程控制。（2）加热炉大型焦化装置的加热炉采用双面辐射炉管。炉管的热强-4-度已达到42000－46500w/m2，约为单面辐射炉管的1.5倍，辐射管周向不均匀系数1.25，由于热强度提高原料在管内可实现短停留时间（427℃≯40秒），同时采用多点注气，冷油流速大于1.8米/秒，降低生焦倾向，还设置在线清焦，延长加热炉开工周期，加热炉热效率90%，能耗降低。（3）高压水泵高压水泵是水力切焦系统的关键，其性能与焦炭塔直径、焦层厚度以及焦炭质量（挥发份含量）等有关。例如，直径8.4米的焦炭塔需用流量255m3/h、扬程2850m的高压水泵；直径9.4米的焦炭塔需用扬程3300m、流量300m3/h的高压水泵，加上必需的汽蚀余量（NPSHR），水泵出口压力将提高到42MPa。1.3.3延迟焦化工艺技术进展延迟焦化工艺技术创新发展的重点是提高装置处理能力，增加液体产品收率，降低焦炭产率，提高产品质量，包括生产高功率电极用的针状焦等，以及扩大原料适应性，处理重质、高硫渣油等。下面就近几年美国NPRA年会上发表的延迟焦化技术，列举几项供参考。（1）超低循环比和零循环比技术[1]FosterWheeler公司为提高液体产品收率，提出了延迟焦化超低循环比（0.05）和零循环比操作工艺。当循环比从低循环比0.1降到0.05时即为超低循环比。两种操作的收率比较如表1。表1两种操作的收率比较低循环比操作超低循环比操作-5-循环比0.10.05气体v%5.595.24LPGv%8.798.34总液收v％72.2073.79焦炭w％30.0428.69两者比较，超低循环比操作液收增加1.58个体积百分点，焦炭降低1.35个重量百分点。由于液收增加、焦炭降低以及产能提高，经济效益明显提高。在超低循环比操作中，循环的液体主要来自焦炭塔的汽相物的冷凝液，即塔顶管线降低生焦的急冷油、塔顶管线保温不良产生的凝液、分流塔底HCGO洗涤液等。为使凝液降至最少，塔顶油管线采用雾化喷嘴和温差控制，并在分馏塔底使用一个喷淋洗涤室取代塔盘或填料。真正的零循环比操作就是一次通过操作，所有急冷油和洗涤油作为重焦化瓦斯油不进行循环，另行处理。表2两种操作的收率比较超低循环比零循环比干气v％5.805.78C3/C4v％7.277.07石脑油v％13.3412.41LCGOv％32.5230.48HCGOv％24.0227.83焦炭w％32.7331.43两者相比，零循环比操作比超低循环比操作液收率增加0.82个体积百分比，焦炭降低1.3个重量百分点。但是重焦化蜡油HCGO质量有所下降，主要是残炭从0.53%提高到2.43%，C7不溶物从432μg/g提高到2000μg/g。为此，需根据HCGO后处理工艺决定采用那种循环比方式。（2）闪蒸区蜡油（FlashzoneGasoilFZGO）抽出技-6-术[2]常规焦化将焦化塔吹气的重质冷凝液送到分馏塔底和新鲜进料混合达到自然循环，而ConocoPhillips公司的FZGO技术是在分馏塔底部专门设计一个抽出塔盘，将重质冷凝液从自然循环中分离抽出作为闪蒸区蜡油FZGO，可直接用作催化裂化装置进料，从而提高C5＋液收，降低烃类收率，增加处理能力。（3）优化焦化技术（Opticokingtechnology）[3]延迟焦化既是间歇又是连续的循环操作工艺，会带来焦炭塔压力不稳，造成焦炭塔泡沫层控制不好，焦炭塔损失生焦空间，缩短运转周期，甚至出现停工检修等问题。URS公司的优化焦化技术是在当焦炭塔进行暖塔和四通阀切换期间将轻焦化蜡油（轻蜡油）或焦化石脑油于热态下在线注入塔顶，以稳定塔压，避免发泡和冲塔，提高焦炭塔生焦空间，增加焦化进料，延长操作周期，降低消泡剂用量，节省费用等，设备改造费用很小，主要是在塔顶增加一套压力控制和液体注入系统，已有多个炼厂应用，效益较好。例如，一套200万吨/年的焦化装置，塔顶油气管线为18吋，塔压2.76kg/cm2，塔顶温度432℃，注入的LGO或石脑油量为100和150加仑/分。（4）最大焦化技术（Maxcoking）[4]美国Cokertech公司最大焦化技术（Maxcoking）的原理类似上述的优化焦化技术，该技术也是在焦化塔预热和切换期间，控制地注入轻质瓦斯油/石脑油，以减少压力波动。-7-该技术在美国德州Crowcentral炼厂能力为68.8万吨/年两塔延迟焦化装置上应用，每年可得到1220万美元的效益。（5）Lummus近期设计延迟焦化的工艺技术特点[5]Lummus延迟焦化技术在60多套装置上应用，焦化技术不断创新改进，最近总结现代工业化设计的工艺技术特点和早期设计的比较可供参考。表3早期和最近工业化设计的工艺技术特点项目早期的焦化设计最近的焦化设计操作压力25-35psig(0.17-0.25MPa)15psig(0.1MPa)卸盖系统手动自动四通阀手动旋转阀电动球阀蒸汽次扫阀楔形旋塞阀/手动球阀/楔形旋塞阀/楔形闸阀/手动或自动焦化加热炉单面辐射双面辐射/在线清焦焦炭塔直径最大27英尺（8.23米）可达30英尺（9.14米）焦炭塔安全连锁无广泛采用安全特征80年代广泛改进环境保护80年代标准，轻质污油排到污水系统满足最近标准，重质污油设置于空塔，轻质污油分离系统焦炭塔暖塔/切换现场控制室（6）缩短循环周期，提高焦化处理能力[6]缩短延迟焦化循环周期可大幅度提高焦化处理能力，Fosterwheeler认为将18小时焦化循环周期降到15小时左右，瓶颈消除不太难，装置处理能力可提高20％；如将焦化周期降低到12小时，则处理能力可提高50％，但需用大量设备和进行系统瓶颈消除。现在新一代设计的延迟焦化装置，整个循环操作周期多为32到36小时，当双塔操作一个塔的生焦周期为16小时，另一塔的除焦周期为16小时。Fosterwheeler提出焦炭塔-8-32小时循环周期的时间分配如表4。表4Fosterwheeler的焦炭塔32小时循环周期时间分配操作步骤时间分配（时）生焦16小吹气至分馏塔0.75大吹气放空0.25急冷和注水5排水2卸头盖1除焦3安装头盖及试压1暖塔3.5合计322我国延迟焦化发展现状2.1延迟焦化能力迅速扩展2001年我国延迟焦化能力为2164万吨/年，2004年已增到3725万吨/年，仅2003年到2004年一年期间，焦化能力就增加了960万吨，增长率高达35％。2003年，中国石油、中国石化两大集团焦化加工量约为2430万吨/年，而催化裂化掺炼重油折合为减渣油2800万吨，焦化处理量略低于重油催化的掺渣量；2004年，两大集团焦化加工量约为3200万吨，与重油催化裂化掺渣量基本持平；预计2005年焦化处理能力将超过重油催化的掺渣量，上升为我国重油深度加工第一位装置。中国石化集团公司2003年的焦化加工量就超过当年重油催化裂化掺渣量，2004年焦化加工能力为2245万吨/年，比上年的1695万吨/年增加了550万吨，焦化实际加工量达-9-到了1877万吨，比重油催化掺渣量（折合VR）1493万吨高出了384万吨，延迟焦化加工的渣油继续超过重油催化裂化，成为中国石化第一位的重油深度加工装置。预计今后焦化能力将持续增长。2.2延迟焦化技术创新发展取得较大进展2.2.1掌握了焦化大型化设计技术上海石化股份公司于1999年建成了一套100万吨/年处理高硫渣油的延迟焦化装置，采用一炉两塔，其主要技术特点是加热炉采用双面辐射、低NOX扁平焰燃烧器、多点注汽、双向烧焦和在线清焦技术，热效率达到91％；焦炭塔实行大型化，直径为Φ8400mm，切线高度21000mm，焦炭塔采用密闭放空、浸泡式冷焦工艺，控制环境污染；分馏塔采用槽形喷淋式换热板和增设HCGO抽出线，减轻油品中焦粉夹带；水力出焦系统采用PLC安全联锁系统；换热流程采用原料油逐级与分馏塔侧线换热等，该装置于2000年1月一次投产成功，为我国延迟焦化向大型化发展奠定了基础。之后，高桥石化公司建设了一套一炉两塔的140万吨/年延迟焦化装置，焦炭塔直径为Φ8800mm。扬子石化公司于2004年建成投产的160万吨/年一炉两塔延迟焦化装置，焦炭塔直径到达Φ9400mm。到2005年6月止，中国石化25套焦化装置已有7套实现了设备大型化。2.2.2焦化工艺技术的创新发展近几年，由于大型化焦化装置的发展，提升了相应的焦化工艺技术，同时设计科研部门及各企业在焦化技术创新上-10-也取得了很多重大成果。（1）可灵活调节循环比的工艺