延迟焦化工艺手册

第一部分工艺设计手册第一章、延迟焦化装置简介（一）装置概况延迟焦化技术是渣油热破坏加工常用的手段，其目的是从重质渣油中获得较多的轻质油品和石油焦。延迟焦化工艺是当今世界最常见的渣油加工技术之一，与其它渣油加工工艺相比，延迟焦化工艺不仅技术简单、操作方便、灵活性大、开工率高、运行周期长，而且投资较低、回报较高，是目前炼油行业纷纷采用的渣油加工技术。胜利炼油厂第三延迟焦化装置于2007年3月开始打桩，2007年12月建成投产。本装置总体设计由北京设计院承担，装置处理量为140万吨/年，系统配套及配管(一炉两塔除外)由三维公司设计，由齐鲁石化公司建设公司承担施工任务。北面为北变电站，南面为原油罐区，西侧为铁路编组站，东侧为第二常减压和低压锅炉房。装置南北长240米，东西最宽112米，东西最窄100米，占地面积为2.5692万平方米。装置布置分成三个区域，分别用检修马路隔开。装置的储焦池布置在装置的西侧，南北向布置，沉淀池在南端，焦炭采用管带运输，同时考虑了汽车运输的位置。焦池西侧的中间位置依次为焦炭塔构架，焦化加热炉。焦炭塔构架，焦化加热炉南侧布置了水处理部分及高压水泵房。焦炭塔、焦化加热炉构架北侧依次布置了放空部分、分馏部分、压缩机厂房、吸收稳定部分、液化气脱硫脱硫醇部分。平面中各设备区按条形布置，每个设备区的设备主要按流程顺序布置。装置的管廊为“T”型布置，主管廊南北向布置。管廊下布置机泵，操作温度高于或等于介质自燃点及操作温度高于或等于250℃的可燃介质泵、液态烃泵布置在管廊外。在装置东侧设有两处管廊与系统管廊相接，原料、产品及公用管道均从此处进出装置。压缩机采用背压式，布置在半敞开的厂房内，厂房内设吊车进行检修。高压水泵布置在厂房内，厂房内设手动单梁吊车进行检修。其它机泵均采用露天布置。换热器、回流罐等设备布置在地面及框架二、三层，空冷器布置在框架顶层及主管廊顶部。为便于设备的检修和消防，装置外设有环形马路，装置内设有东西方向两条检修和消防通道与装置外道路相连。为便于吊装空冷器等设备，在焦池的北侧设置了检修回车场地。装置的高低压配电间、控制室及办公楼布置在装置外南侧。仪表、电工槽架自焦池的南侧管架进入装置内。该装置采用一台加热炉、两台焦炭塔的工艺路线，装置设计循环比为0.25。设计年开工时间为8400小时（连续运转）。以孤岛高硫高酸混合原油的减压渣油为原料。主要产品有：净化干气、净化液化气、稳定汽油、柴油、蜡油、焦炭。其中，焦化干气脱硫后为净化干气去瓦斯管网；焦化稳定汽油至石脑油加氢装置；焦化柴油去新建260万吨/年柴油加氢装置；焦化蜡油作为VRDS装置原料；液化气脱硫脱硫醇后为净化液化气去储罐；焦炭外运至二化CFB炉作燃料或汽运外销。装置主要由焦化、稳脱两部分组成，焦化部分主要包括：原料预热部分、加热炉部分、焦碳塔部分、分馏部分、吹汽放空部分、冷切焦水处理部分、水力除焦部分。稳脱部分主要包括：富气的压缩和吸收稳定部分、焦化干气和液化气脱硫部分、液化气脱硫醇部分。本装置共有268台（座）设备。表1-1主要设备情况序号内容单位焦化部分稳脱部分1塔类台472容器台31253冷换设备台48264空冷器台3045机泵台57306压缩机套/17电梯台1/8加热炉台1/9蒸汽发生器台1010有井架水力除焦设备套2/小计17593表1-2本装置能耗情况序名称小时消耗量能耗指标能耗号单位数量单位数量104KJ/h焦化部分新鲜水t/h2.5KJ/t71201.78循环水t/h203.2KJ/t419085.14除盐水t/h5.82KJ/t9630056.05污水t/h12.0KJ/t3349040.19电kW2430.5KJ/kW.h118402877.71蒸汽3.5MPa(g)t/h2.4KJ/t3684000884.16蒸汽1.0MPa(g)t/h-1.19KJ/t3182000-378.66蒸汽凝结水t/h-1.0KJ/t320300-32.03燃料气kg/h3315KJ/kg4186813879.24热输出104Kcal/h-1003.2KJ/Kcal4.1868-4200.2小计13213.38吸收稳定部分3.5MPa蒸汽t/h30KJ/t368400011053.20产生1.0MPa蒸汽t/h-29.4KJ/t3182000-9355.08循环水t/h760KJ/t4190318.44电kw406.2KJ/Kw.h11840480.94热输入104Kcal/h536.89KJ/Kcal4.18682247.85热输出104Kcal/h-83.55KJ/Kcal4.1868-349.81小计4395.54脱硫、硫醇部分1.0MPa蒸汽t/h0.2KJ/t318200063.64蒸汽凝结水t/h-0.2KJ/t320300-6.41循环水t/h26KJ/t419010.89电kw163.2KJ/Kw.h11840193.23小计261.36共计小时能耗:17870.28单位能耗:25.26(104Kcal/t原料)（二）工艺技术特点加热炉加热炉采用双面辐射、多点注汽、在线清焦、高流速等新技术，以延长加热炉开工周期；同时采用空气预热器预热空气，提高加热炉的热效率；设置加热炉的余热回收系统及加热炉进料量和炉膛温度检测与燃料气控制联锁控制，保证加热炉系统的安全操作；火嘴采用偏平焰低NOx火嘴，以减少环境污染。焦炭塔采用“一炉两塔”的工艺技术,焦炭塔实现大型化，采用直径φ8800mm，焦炭塔顶设计采用椭圆型封头，在焦炭塔高度不变情况下，可增加塔的有效容积。焦炭塔锥体过渡段采用整体锻件设计，可以有效降低该部位冷热变换频繁及应力集中造成的疲劳损伤，大大地延长焦炭塔使用寿命。焦炭塔采用SEI首先开发的上进下出工艺流程，缩短了焦炭塔油气预热时间，避免过去由于焦炭塔中部开口预热的老方式所造成局部应力集中而造成的焦炭塔开裂。同时配设甩油罐，避免堵焦阀式预热甩油拿不净，切换四通阀而引起突沸的问题。焦炭塔顶至分馏塔油气管线注急冷油，减缓管线结焦、延长开工周期。焦炭塔设注消泡剂设施，能够从焦炭塔顶或塔底向焦炭塔内注入消泡剂，降低泡沫层高度减少焦粉夹带，提高焦炭塔有效利用率。分馏塔分馏塔采用高效浮阀塔板，塔板操作弹性大，对液体流动具有导向作用，避免塔板死区，能够减少雾沫夹带，优化分馏塔操作工况。蜡油下回流洗涤并与焦炭塔顶油气直接换热，以减少焦粉夹带和灵活调节循环比。分馏塔塔底采用特别设计以减少焦粉沉积。分馏塔底油部分热循环，通过过滤器过滤除去焦粉，减缓管线结焦、延长开工周期。焦炭塔密闭放空技术采用SEI开发的塔式油吸收密闭放空技术，减少焦炭塔吹汽对环境的污染，以利于油气分离，污油回炼。冷焦水旋流分离技术。冷焦水处理采用罐式隔油分离，过滤和水力旋流分离，密闭冷却工艺技术，减少占地和环境污染，冷焦后热水采用空冷器冷却。切焦水采用一级二级沉淀、水力旋流分离、罐式贮存等技术，减少占地和环境污染。全井架水力除焦技术（1）焦炭塔采用双塔单井架水力除焦技术，可节省约20%的钢材。（2）焦炭塔水力除焦系统采用先进的PLC安全自保系统。该技术可以保障水力除焦工作的顺利进行和安全操作。焦化富气压缩吸收技术焦化富气采用压缩和双塔吸收的工艺方案，为提高吸收效果，减少干气中的C3以上的含量，汽油吸收塔设一个中段回流；富气压缩机采用背压蒸汽透平驱动。采用先进的脱硫技术采用MDEA高效脱硫剂，脱除干气及液化气中的H2S。焦化液化气采用技术先进的纤维膜脱硫醇技术。安全本装置采用分散控制系统（简称DCS）和SIS紧急停车系统。焦炭塔设置放射性料位计，可准确测定塔内焦炭及泡沫层高度，水力除焦系统采用先进的PLC安全自保联锁控制系统，该技术可以有效地实现水力除焦工作顺利进行和安全操作。（三）延迟焦化、吸收稳定、脱硫（醇）工艺原理1.延迟焦化工艺过程延迟焦化工艺是焦炭化过程（简称焦化）主要的工业化形式，由于延迟焦化工艺技术简单，投资及操作费用较低，经济效益较好，因此，世界上85%以上的焦化处理装置都采用延迟焦化工艺。也有部分国外炼油厂（如美国）采用流化焦化工艺，这种工艺使焦化过程连续化，解决了除焦问题，而且焦炭产率降低，液体产率提高；另外，由于该工艺加热炉只起到预热原料的作用，炉出口温度较低，从而避免了加热炉管结焦的问题，所以该工艺在原料的选择范围上比延迟焦化有更大的灵活性，但是该工艺由于技术复杂，投资和操作费用较高，且焦炭只能作为一般燃料利用，故流化焦化技术没有得到太广泛的应用。近年来还有一种焦化工艺叫灵活焦化，这种工艺不生产石油焦，但是除了生产焦化气体、液体外，还副产难处理的空气煤气，加之其技术复杂、投资费用高，该工艺也未被广泛采用。而其它比较早的焦化工艺（如釜式焦化等）基本被淘汰。延迟焦化工艺基本原理就是以渣油为原料，经加热炉加热到高温（500℃左右），迅速转移到焦炭塔中进行深度热裂化反应，即把焦化反应延迟到焦炭塔中进行，减轻炉管结焦程度，延长装置运行周期。焦化过程产生的油气从焦炭塔顶部到分馏塔中进行分馏，可获得焦化干气、汽油、柴油、蜡油、重蜡油产品；留在焦炭塔中的焦炭经除焦系统处理，可获得焦炭产品（也称石油焦）。表2-1例举了两种减压渣油进行焦化所得产物的产率分布。表2-2例举了焦化气体的组成。表1-3延迟焦化的产率分布项目大庆减压渣油胜利减压渣油相对密度，20℃残碳（质量分数），%产品分布（质量分数），%：气体汽油柴油蜡油焦炭液体收率0.92218.88.315.736.325.714.077.70.969813.96.814.735.619.023.969.3表1-4焦化气体组成组分氢甲烷乙烷乙烯丙烷丙烯丁烷丁烯含量（体积分数），%5.4047.8013.601.828.264.003.443.70组分戊烷戊烯六碳烃硫化氢二氧化碳一氧化碳氮+氧-含量（体积分数），%2.662.200.584.140.320.810.25-减压渣油经焦化过程可以得到70%～80%的馏分油。焦化汽油和焦化柴油中不饱和烃含量高，而且含硫、含氮等非烃类化合物的含量也高。因此，它们的安定性很差，必须经过加氢精制等精制过程加工后才能作为发动机燃料。焦化蜡油主要是作为加氢裂化或催化裂化的原料，有时也用于调和燃料油。焦炭（也称石油焦）除了可用作燃料外，还可用作高炉炼铁之用，如果焦化原料及生产方法选择适当，石油焦经煅烧及石墨化后，可用于制造炼铝、炼钢的电极等。焦化气体含有较多的甲烷、乙烷以及少量的丙烯、丁烯等，它可用作燃料或用作制氢原料等石油化工原料。从焦化过程的原料和产品可以看到焦化过程是一种渣油轻质化过程。作为轻质化过程，焦化过程的主要优点是它可以加工残碳值及重金属含量很高的各种劣质渣油，而且过程比较简单、投资和操作费用较低。它的主要缺点是焦炭产率高及液体产物的质量差。焦炭产率一般为原料残碳值的1.4～2倍，数量较大。但焦炭在多数情况下只能作为普通固体燃料出售，售价还很低。尽管焦化过程尚不是一个很理想的渣油轻质化过程，但在现代炼油工业中，通过合理地配置石油资源和优化装置结构，它仍然是一个十分重要的提高轻质油收率的有效途径。近年来，对用于制造冶金用电极，特别是超高功率电极的优质石油焦的需求不断增长，对某些炼油厂，生产优质石油焦已成为焦化过程的重要目的之一。2.延迟焦化反应机理渣油在热的作用下主要发生两类反应：一类是热裂解反应，它是吸热反应；另一类是缩合反应，它是放热反应。总体来讲，焦化反应在宏观上表现为吸热反应。而异构化反应几乎不发生。渣油的热反应可以用自由基链反应机理来解释。一般认为烃类热反应的自由基链反应大体有如下三个阶段：链的引发，链的增长和链的终止。链的引发烃分子分解为自由基是由于键C—C的均裂，而不是C—H键，因后者的键能较大，并且主要断裂在碳链的中部，如：C16H342CH3(CH2)6CH2链的增长这是一种由一个自由基转化为另一个自由基，使自由价继续传递下去的过程。在此过程中，较小的自由基如H·、CH3·、C2H5·能在短时间内独立存在；而较大的自由基则比较活泼和不稳定，只能在瞬间存在，因