国内外延迟焦化技术对比

PETROLEUMPROCESSINGANDPETROCHEMICALS2010年第41卷第1期--国内外延迟焦化技术对比李出和（中国石化工程建设公司，北京100101）收稿日期：2009-07-23；修改稿收到日期：2009-08-31。作者简介：李出和，男，高级工程师，1984年毕业于大庆石油学院石油加工专业，从事炼油化工装置的工艺设计和焦化技术的研究工作，发表论文2篇，获中国石化及中国石油优秀工程设计二等奖各1项，申请发明专利2项。1前言自1930年美国第一套延迟焦化装置投产和1938年第一套水力除焦的延迟焦化装置诞生以来，以美国为首的延迟焦化技术得到快速发展。目前主要有Foster-Wheeler公司的可选择液体收率SYDEC技术、ConocoPhillips公司的馏分油循环ThruPlus技术、ABB-Lummus公司的低压低循环比设计技术等。我国第一套300kt/a延迟焦化装置于1963年在抚顺石油二厂建成投产，随着原油加工量的增加和重质原油比例的提高，导致渣油过剩。因此，近几年国内新建和扩建了多套延迟焦化装置，使国内焦化总加工能力快速提高。目前国内已有和在建的延迟焦化装置估计超过90套，总加工能力超过90Mt/a，焦化装置已经成为中国最主要的渣油加工装置。随着加工能力的增加，国内延迟焦化技术在原料的适应性、工艺流程、大型化、操作条件、安全环保等方面都有所改进，但是与国外的先进技术相比还存在一定的差距。本文对国内外延迟焦化装置的原料、操作条件、工艺流程、主要设备和安全环保设计等进行了对比，提出了国内延迟焦化技术改进的建议。2国内外延迟焦化技术对比2.1焦化原料国外焦化装置加工的原料包括直馏常压渣油及减压渣油、减粘渣油、加氢裂化尾油、热裂解焦油、油砂、煤的衍生物、催化裂化油浆、沥青、乙烯裂化焦油、炼厂污油(泥)等60余种原料。原料油的康氏残炭为3.8%～45.0%，°API为2～20。目前加工较多的是减压深拔后的减压渣油等更重和更劣质的渣油。国内焦化装置加工的原料主要有减压渣油、常压渣油、超稠原油、减粘渣油、重质燃料油等。沥青、催化裂化油浆和污油掺炼比例一般为5%～30%。乙烯裂化焦油掺炼后发现结焦严重，目前不推荐掺炼。深拔减压渣油只有部分炼油厂加工。由于国内生产弹丸焦还存在一些未解决的问题，因此通常对原料进行调合及调整操作条件，尽量避免产生弹丸焦。国内常规焦化原料的密度为0.95～1.05g/cm3，残炭为16%～30%，硫质量分数为2%～6%，高酸原油的酸值为0.5～13.0mgKOH/g。2.2焦化产品延迟焦化的产品主要有气体、液化气、石脑油、轻瓦斯油、重瓦斯油和焦炭。国外的焦化装置操作循环比较低，一般在0.05左右，为保证焦化蜡油的残炭、氮含量和重金属含量满足加氢裂化或催化裂化装置的要求，通常抽出重蜡油，该重蜡油可作为燃料油调合组分或者返回减压塔重新蒸馏。国内劣质的焦化重蜡油没有合适的去处，大部分装置通过适当提高循环比使重蜡油回炼来保证轻蜡油的质量。延迟焦化生产的石油焦为生焦，根据原料和操作条件的不同，生产的石油焦又分为海绵焦、弹丸焦和针状焦，国内外普遍生产海绵摘要对国内外延迟焦化装置的原料、操作条件、工艺流程、主要设备和安全环保设计等进行了对比，总结了国内目前延迟焦化存在的问题，提出了对国内延迟焦化技术的改进建议，诸如最大限度提高馏分油收率，采用降低循环比和缩短生焦时间的措施提高处理能力，采用馏分油循环技术改善产品分布，提高加工劣质渣油的适应性等。关键词：延迟焦化技术措施述评加工工艺2010年第41卷第1期--焦。国内尽量避免生产弹丸焦，而国外许多装置按照生产弹丸焦来设计。目前国内生产石油针状焦的只有锦州石化公司，年产约40kt针状焦。针对焦化甩油和污油等问题，通常在装置内回炼。2.3工艺流程国外焦化装置在开工时没有单独的焦炭塔预热线，而是利用加热炉出口到大油气管线的气化油气预热，具体流程是高温油气自塔顶进入并自上而下通过焦炭塔进入甩油罐，甩油罐顶气体去放空塔，液体由泵抽送去分馏塔。国内焦化装置在开工时设有单独的焦炭塔预热线，具体流程是加热炉出口油品全部沿开工线到焦炭塔顶，高温油品自上而下通过焦炭塔进入甩油罐，气体在焦炭塔内闪蒸去分馏塔，液体流到甩油罐再由泵抽送去水箱冷却器。国内流程与国外流程相比，焦炭塔预热温度高、预热速度慢、甩油温度高、甩油量大、分馏塔底升温速度慢，开工时经常由于甩油泵超负荷和温度高而导致泵的损坏，另外甩油管线的振动也经常发生。国外通常采用泡焦冷焦工艺，国内一般采用溢流冷焦工艺。泡焦冷焦工艺是当大量给水达到一定的高度时停止给水，打开塔顶带有联锁和消音器的放空阀，通过水汽化冷焦。溢流冷焦工艺是大量给水到焦炭塔装满后再继续给水一段时间，塔顶溢流水进入冷焦水溢流水罐。国外的泡焦冷焦工艺流程简单，但是存在塔顶汽化蒸汽的污染。国内溢流冷焦工艺流程复杂，电耗较高、冷焦水溢流水罐顶部也存在蒸汽污染。国外大部分焦化装置的冷焦水和切焦水处理为一套系统，即冷焦放水和切焦水均先进入焦池，经过逐级沉降和过滤后由泵提升到储水罐，冷焦水和切焦水均自该罐抽出，储水罐的焦粉经过搅拌可以自压到焦池。国内焦化装置的切焦水处理流程和国外的基本一样，但冷焦水通常采用罐式密闭处理，即冷焦放水和溢流水首先去热储水罐，再由泵抽出经除油、除焦和冷却后去冷储水罐。国内流程比国外流程复杂、占地面积大、操作费用和投资高、冷焦水罐带油和焦粉多，但水的蒸发量少，放水时焦池污染少。为保证柴油和蜡油的闪点、提高产品分离度、降低分馏塔的高度，国外焦化分馏塔通常设置柴油汽提塔和蜡油汽提塔，而国内流程很少设置两个汽提塔，大部分装置不设汽提塔，少部分装置仅设置蜡油汽提塔。国外的分馏塔通常不设置塔顶循环回流和中段回流，用汽油回流控制塔顶温度，用柴油下回流控制柴油干点。其特点是：简化了分馏系统的流程，减少了分馏系统设备台数和占地，减少了分馏塔的塔板数量，降低了分馏塔顶部塔板结盐的可能性。国外的工艺流程考虑更加细致，在安全、环保等方面更加全面。流程中采用的安全联锁比国内的多，焦炭塔高温油气管道的阀门大部分采用双阀，轻重污油的排放全部密闭化，重污油在蒸汽吹扫前先用轻柴油冲洗，为减少水耗，最大可能地利用空冷器冷却等。2.4主要操作条件国内外延迟焦化过程的主要操作条件对比见表1。美国的延迟焦化以追求最大液体收率为目标，中国的延迟焦化以平稳运行和降低能耗为主要目的，所以国内的操作条件相对缓和。2.5大型化2.5.1装置规模大型化国外的延迟焦化装置加工能力一般为2.0～6.0Mt/a，最大达到8.0Mt/a，单系列最大规模约为2.5Mt/a。国内的延迟焦化装置加工能力一般为1.0～3.0Mt/a，最大规模达到4.2Mt/a，单系列最大规模约为2.1Mt/a。我国自行设计的青岛炼化公司延迟焦化装置最大规模为2.5Mt/a；中海油惠州石化公司延迟焦化装置最大规模为4.20Mt/a，由FW公司提供工艺包，国内完成工程设计，该装置采用“两炉四塔”流程，目前属于国内最大规模。2.5.2焦炭塔大型化1998年FW公司为印度公司设计的延迟焦化装置的8个焦炭塔直径为Ф8.84m。项目中国美国加热炉出口温度/℃490～500500～510循环比0.15～0.600～0.15焦炭塔顶压力/MPa0.15～0.180.10～0.15焦炭塔顶出口管线温度/℃415～420430～440生焦时间/h18～2412～18压缩机出口压力/MPa1.2～1.41.4～1.5烧焦或清焦周期1～1.5年停工或分炉膛烧焦一次3个月在线清焦一次，2～3年机械清焦一次表1国内外延迟焦化过程主要操作条件2010,Vol.41,No.1--李出和.国内外延迟焦化技术对比由美国Bechtel公司承包、采用Conoco公司技术建设的Sweeny炼油厂的延迟焦化装置为“两炉四塔”，每个焦炭塔为Ф9.0m。2000年后FW公司设计多个直径为Ф9.75m的焦炭塔[1]。2000年，中国石化工程建设公司(SEI)为上海石化公司设计的焦炭塔直径为Ф8.4m。2002年，SEI为高桥石化公司设计的焦炭塔直径为Ф8.8m。2005年，中国石化洛阳石油化工工程公司(LPEC)为扬子石化公司设计的焦炭塔直径为Ф9.4m。2008年，SEI为惠州炼化设计的焦炭塔直径为Ф9.8m，目前属于国内最大。2.5.3加热炉的单炉加工规模2000年在引进国外双面辐射加热炉型后，国内单炉加工规模提高到1.0Mt/a，随着焦化装置建设规模的不断增大，单炉加工规模逐步提高到1.2,1.4,1.6Mt/a。国内单炉最大加工规模为2.1Mt/a，采用了六管程六炉膛双面辐射炉型。单炉加工规模的提高一般是通过增加辐射炉膛数量和管程数量来实现，1.0～1.4Mt/a装置一般采用双辐射室四管程，1.6Mt/a装置采用三辐射室六管程，国内一个管程的加工规模达到250～350kt/a，国外一个管程的加工规模最高达到400kt/a，即六管程的加热炉加工能力达到2.4Mt/a。2.6主要设备2.6.1加热炉国内应用较多的加热炉是单面辐射立式炉和双面辐射箱式炉，国外应用较多的加热炉是双面辐射箱式炉和双面辐射阶梯炉。由于附墙燃烧器使辐射室沿管排高度的热强度分布更均匀，目前国内外开始在部分焦化炉上采用。国内外都采用热管式、列管式或板式空气预热器，提高换热效率。目前国内主要采用热管式空气预热器。采用多点注汽技术可明显减少注汽量及炉管压降，国内外已经普遍采用。在线清焦是在不停炉情况下对炉管内结焦进行清除的过程，采用该技术后焦化炉操作周期可延长至2年以上，国外普遍采用该技术，国内应用较少。多个辐射室的焦化加热炉可以分离出其中一个辐射室进行蒸汽、空气烧焦，国内部分装置经常采用，国外没有此项技术。机械清焦方法是一种与炉管规格匹配的专用清焦器，该清焦器放入炉管内，以水为动力使清焦器沿炉管向出口方向进行螺旋运动，可以最大程度清除管内结焦并且对炉管的损伤较小，国内采用烧焦的较多，国外采用机械清焦的较多。2.6.2焦炭塔国内焦炭塔通常是用碳钢、1Cr-0.5Mo或1.25Cr-0.5Mo钢制造,因为1.25Cr-0.5Mo钢和1Cr-0.5Mo钢相比，许用应力高，对缺口敏感性小，耐热性更好[2]，1.25Cr-0.5Mo钢更适合焦炭塔的操作工况，国外普遍采用1.25Cr-0.5Mo钢，个别还采用2.25Cr-0.5Mo钢。为减少高温油气和泡沫层腐蚀，国内焦炭塔上部通常采用复合板，复合层一般采用0Cr13(即410S)，而国外全塔采用0Cr13复合板。裙座与塔体的连接部位最容易产生焊缝开裂，此部位的结构常用以下两种型式：①堆焊结构，焊缝内外表面都必须打磨圆滑；②采用大型锻件，裙座与壳体和封头连接为锻焊结构，这两种结构都有成熟的经验。在同样试验条件下，堆焊结构的疲劳寿命为5503次，整体锻件的疲劳寿命为14508次，锻焊结构可提供焦炭塔无裂纹寿命，但是由于制造、运输和投资的限制，目前国内外只有部分炼油厂的焦炭塔采用整体锻件结构。2.6.3水力除焦机械目前国内新建装置一般不采用无井架水力除焦而采用有井架除焦。国内在钻孔和切焦过程中以水力马达或水涡轮为主，风动水龙头为辅，这种设计结构可减少噪音和保证钻杆的平稳性。水力除焦切焦器，从钻孔状态到切焦状态或从切焦状态到钻孔状态，实现在焦炭塔内自动切换，不需要将切焦器提出塔口，保证了安全操作。采用塔顶/底自动卸盖机进行除焦是在密闭系统中进行，作业更安全，而且可减轻操作人员的劳动强度。国外的水力除焦技术进步较快，部分装置实现了密闭除焦，取消了焦池，减少了污染；部分装置通过提高水力除焦的自动化水平，实现了在地面进行除焦操作，降低了除焦的劳动强度，提高了除焦操作的安全性。2.7安全环保由于延迟焦化装置具有高温、油重、易凝、易结焦、间歇操作、高压水除焦、固体运输等操作特点，焦化装置的安全环保有其独特性。国内外焦化装置环保处理措施见表2，安全处理措施见表3。3国内延迟焦化技术改进建议3.1最大限度提高馏分油收率由于原油价格的增长、焦炭和馏分油价格差距的增