延迟焦化的应用结论研究

第二届延迟焦化年会论文大型延迟焦化装置工程设计总结中国石化洛阳石油化工工程公司1延迟焦化的应用结论研究1．前言延迟焦化是将渣油经热裂化转化为气体、轻质、中质馏份油及焦炭的加工过程，它是一项加工渣油，特别是劣质减压渣油的成熟的炼油工艺技术。它的投资低，能加工各种高硫、高沥青质的减压渣油，它的原料范围甚至可以包括沥青和油砂。它可根据炼油厂的不同原料和操作条件，调节产品收率，如多产汽油、柴油或多产裂化原料的重质馏份油或多产焦炭。焦化汽油经过加氢后，是较好的乙烯裂解料，焦化柴油具有较高的十六烷值，焦化干气和富气是制氢的好原料。因此，延迟焦化装置自1937年实现工业化以来一直是加工劣质渣油的首选工艺装置。美国是世界上焦化能力最大的国家，延迟焦化是美国渣油加工最主要的手段。由于原油不断重质化，同时为了深度加工的经济效益和石油资源的充分利用，90年代以来，美国新建和改扩建了大量的延迟焦化装置，焦化加工能力由1996年的9844.6万吨/年增加到2004年的12870万吨/年，8年间净增了3025.4万吨/年，焦化能力已占到原油加工能力的15.34%，新增加的焦化能力全部为延迟焦化装置。我国从60年代开始建设延迟焦化装置以来，延迟焦化技术和装置建设得到了较快的发展，成为了世界上延迟焦化能力占第二位的国家。特别是90年代以来，延迟焦化更是得到了飞速的发展，在1996年到2004年的8年间，延迟焦化能力净增了1747万吨/年。到2004年底，我国延迟焦化的加工能力已达3724万吨/年，使我国延迟焦化能力占原油加工能力的比例达到了10%以上，另外，全国正在兴建的焦化装置能力有1260万吨/年。我国近几年延迟焦化装置能力的增加，主要是通过对已有装置进行大型化改造或建设新的大型化装置来实现的（见表－1）。这些装置加工能力都在100万吨/年以上，单套最大加工能力已达160万吨/年（扬子、金陵）。采用了一些当代较先进的技术，如双面幅射式加热炉，改进型水力除焦技术，大型焦炭塔技术，降低循环比技术、环境保护技术等。扬子和金陵160万吨/年延迟焦化装置的投产，表明我国大型化延迟焦化工程技术，已经取得了长足的进步。本文主要针对大型化延迟焦化装置工程设计的有关问题，进行分析和总结。表－1我国大型延迟焦化装置基本情况第二届延迟焦化年会论文大型延迟焦化装置工程设计总结中国石化洛阳石油化工工程公司2序号装置名称能力万吨/年主要特征投产日期焦炭塔配置加热炉形式一已投产的大型装置1上海石化公司100一炉两塔双面辐射20002长岭分公司120一炉两塔双面辐射20013高桥分公司140一炉两塔双面辐射20024吉林石化公司100一炉两塔双面辐射20025齐鲁分公司（II）140一炉两塔双面辐射20046茂名分公司（II）100一炉两塔双面辐射20047金陵分公司（III）160一炉两塔双面辐射20048辽河石化公司100一炉两塔双面辐射20049扬子分公司（II）160一炉两塔双面辐射200410塔河分公司120两炉四塔双面辐射200411克拉玛依石化公司120一炉两塔单面辐射200412镇海炼化公司（II）100一炉两塔双面辐射200513大港石化分公司100一炉两塔双面辐射200514兰州石化分公司120一炉两塔双面辐射2005二正在建设的大型装置1燕山石化公司140一炉两塔双面辐射20052茂名分公司（I）100一炉两塔双面辐射20063九江石化分公司100一炉两塔双面辐射20064广州分公司100一炉两塔双面辐射20065大庆石化公司120一炉两塔双面辐射20066山东东明100一炉两塔双面面辐射20067独山子石化分公司120一炉两塔双面辐射20078山东日照岚桥100一炉两塔单面辐射20072．扬子160万吨/年大型化焦化装置设计简介2.1装置规模装置规模为160万吨/年，循环比0.25，生焦周期24小时，年开工时间8000小时。装置实际连续生产时间可达3年。2.2装置组成装置由焦化部分、分馏部分、吹汽放空部分、水力除焦部分、切焦水和冷焦水部分组成。第二届延迟焦化年会论文大型延迟焦化装置工程设计总结中国石化洛阳石油化工工程公司32.3生产方案以常减压装置来的减压渣油为原料，生产富气、汽油、柴油、蜡油组分以及焦炭副产品。2.4原料装置原料为两套常减压装置的减压渣油，其中II套常减压装置减压渣油105万吨/年；I套常减压装置减压渣油55万吨/年。原料性质见表－2。表－2原料的性质性质单位Ⅱ套减压渣油Ⅰ套减压渣油混合原料比重（d20/4）1.02950.98441.0140含硫m%4.512.063.67残炭m%24.0414.620.8氮含量m%0.350.910.54灰分m%凝点℃粘度80℃mm2/s粘度100℃mm2/s5464721.42160金属含量V+Nippm158.374.5129.52.5物料平衡装置物料平衡见表－3。表－3装置物料平衡序物料收率流率号名称m%×104t/at/dkg/h一原料1减压渣油100.0160.04800.0200000二产品1富气8.814.08422.4176002汽油14.823.68710.4296003柴油23.036.801104.0460004蜡油25.040.001200.0500005焦炭28.144.961348.8562006损失0.30.4814.46007合计100.01604800.02000002.6装置设计主要特点2.6.1采用大型化设计方案采用“一炉两塔”工艺流程，大型化焦炭塔和加热炉，焦炭塔直径为Φ9400mm，第二届延迟焦化年会论文大型延迟焦化装置工程设计总结中国石化洛阳石油化工工程公司4加热炉设计负荷达到60MW。2.6.2国产化的新型双面辐射加热炉，提高焦化炉的连续运行周期（1）加热炉采用三室六程双面辐射炉型，以提高其平均热强度，降低峰值热强度，降低最大油膜厚度、管壁温度、物料停留时间。该炉型与单面辐射炉型相比，热强度的分布不均匀度减少30%以上。（2）采用在线烧焦技术，实现在不停焦化加热炉的条件下，对多管程加热炉中的某一炉进行空气-蒸汽烧焦，延长焦化炉的连续运行时间，提高装置的经济效益。（3）采用多点注汽技术，根据管内介质不同的加热阶段，在管路系统不同部位分别注入不同比例的蒸汽，减缓减压渣油在炉管中的结焦，延长焦化炉的运行周期。（4）提高炉管材质等级，加热炉炉管选用Cr9Mo，提高炉管表面允许温度，延长使用寿命。（5）采用新型燃烧器，根据辐射炉膛结构、炉管布置型式等，采用小能量和相对扁长形及低NO×燃烧器，以保证在提供工艺所需热量相匹配的炉膛单位燃烧热容积下，炉膛内热强度分布的均匀性和环保法规的要求。2.6.3采用大型化焦炭塔（1）焦炭塔直径Φ9400mm，切线高度21000mm。（2）从经济型、合理性、长周期操作使用、维修及炼制高硫油腐蚀等方面综合考虑焦炭塔设计材料选择铬钼钢15CrMoR，上部选用15CrMoR+复合板。2.6.4采用改进型水力除焦技术（1）除焦高压水流量为320m3/h，扬程为3300m。（2）采用程序控制除焦技术，可对除焦的各种操作进行显示和控制，实现安全联锁，并对钻具位置进行动态模拟数字显示。（3）采用改进型的除焦钻杆、除焦器、水力马达等除焦设备。自动切换联合钻孔切焦器，在除焦过程中无论除焦器在塔内任何位置，只要除焦控制阀开关一次，除焦器就会改变一次除焦状态。不需要提出塔口换钻具或堵喷嘴。自动切换除焦器采用流线型喷嘴，射流集中，除焦效率高。2.6.5采用“可灵活调节循环比”工艺技术，实现小循环比操作增加循环油抽出设施，循环比的调节直接采用循环油与减压渣油混合的方式，反应油气热量采用循环油中段回流方式取走，避免分馏塔底结焦，实现小循环比操作。2.6.6采用“冷焦水密闭处理技术”，减少对环境的污染第二届延迟焦化年会论文大型延迟焦化装置工程设计总结中国石化洛阳石油化工工程公司5（1）采用旋流除油器技术，在冷焦水进空冷器前先进入旋流除油器，然后再进入空冷器进行冷却。从旋流除油器分出的油相，进一步进入沉降罐进行脱油。（2）采用空冷间接冷却，避免传统敞开式冷焦水流程中凉水塔冷却过程敞开通大气，减少冷焦水中硫化物挥发到周围大气中对环境的影响（3）采用沉降罐进行隔油和储存冷焦水。从焦炭塔排出的冷焦水，先进缓冲罐，然后再进行隔油和冷却，处理后的冷焦水储存在罐中，使整个系统达到完全密闭。（4）污油回炼从旋流除油器中分出的油相含有10%(wt)的水，需进一步沉降脱水。因此，采用沉降罐增加油水分离时间的方法进行脱水，污油送到污油罐，由污油泵打到焦炭塔进行回炼。装置其它部分的污油也可以送到污油罐。2.6.7采用优化的换热流程通过优化原料的换热流程，尽可能减少蒸汽发生量，提高原料的换热终温，换热温度达到300C，同时发生0.35MPa低压蒸汽量约8.2t/h，降低装置能耗。2.6.8设计结构合理的分馏塔内件（1）适当增加塔盘数，塔盘数由常规的25-34层，增加到38层，增加柴油和蜡油的分离精度，提高柴油收率。（2）采用进料分布器，降低高速油气进塔时的能量，使油气有一个良好的分布，减少焦粉夹带。（3）为提高产品的分馏精度，采用国内先进成熟可靠的塔盘技术，避免传统圆浮阀在操作过程中由于旋转而引起的磨损、脱落。2.6.9采用密闭吹气放空系统采用密闭吹气放空系统，实现焦炭塔吹气放空过程无废气排放。2.6.10采用无堵焦阀的焦炭塔预热流程采用无堵焦阀的焦炭塔预热流程，延长焦炭塔的使用寿命。2.6.11严格按加工高硫原油有关标准选用主要设备、管道材质由于装置加工高含硫减压渣油，原料硫含量高（3.67%wt），为保证装置的长周期安全运行，本设计严格按《加工高硫原油重点装置主要设备设计选材导则》SH/T3096-2001中的规定，选用相应的抗腐蚀材料。（1）从经济性、合理性、长周期操作使用、维修及炼制高硫油腐蚀等方面综合考虑焦炭塔设计材料选择铬钼钢15CrMoR，上部选用15CrMoR+复合板。第二届延迟焦化年会论文大型延迟焦化装置工程设计总结中国石化洛阳石油化工工程公司6（2）分馏塔柴油抽出以下与高温介质所接触的部位，高温换热器采用Cr5Mo材质提高设备的抗腐蚀能力。（3）加热炉对流段炉管和辐射炉管选用Cr9Mo，提高加热炉炉管的抗硫腐蚀和高温氧化能力。（4）针对装置加工高含硫油的实际情况，为了防止管道的露点腐蚀和高温硫腐蚀，管道设计时在以下部位采用铬钼钢无缝管道：辐射进料泵的出入口管道；焦化炉进料管道和出口管道,以及与四通阀相联接的管道；焦炭塔进料管道和出口油气管道及部分甩油管道；分馏塔进料管道和出口油气管道及进空冷的油气管道；分馏塔底蜡油循环线以及温度大于250℃的蜡油和重蜡油线。2.6.12主要关键机械设备和阀门采用进口设备对于装置内主要关键机械设备和阀门如辐射进料泵、高压水泵、四通阀和大口径的高温球阀采用进口设备。2.6.13焦炭塔设置注消泡剂接口和中子料位计措施，减少焦粉夹带为减小焦炭塔泡沫层高度，提高装置的安全性，采取向焦炭塔注消泡剂措施。同时为准确检测焦炭塔内焦炭层高度，焦炭塔安装中子料位计。2.6.14装置自动化程度高装置除采用DCS、ESD控制外，还采用LPEC开发的除焦程序控系统，塔顶盖自动装卸系统，实现了除焦过程和塔顶盖装卸的自动化。不仅提高除焦速度，还减轻劳动强度和提高操作安全性。2.7装置能耗装置在无低温冷源回收余热的条件下，设计能耗为19.4千克标油/吨原料。2.8装置占地装置占地面积15769.9m2。2.9主要操作条件装置主要操作条件见表－4。第二届延迟焦化年会论文大型延迟焦化装置工程设计总结中国石化洛阳石油化工工程公司7表－4装置主要操作条件项目单位数值反应压力（焦炭塔顶）MPa（G）0.16加热炉出口温度℃495~505循环比（设计点）0.25生焦周期h24加热炉入口温度℃300焦炭塔顶温度℃40~460变化焦炭塔底温度℃40~505变化反应油气入分馏塔温度℃4153．大型化装置设计考虑的因素3.1装置大型化的意义炼油装置的大型化是降低投资、减少消