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1、延迟焦化装置的设计考虑晁可绳中国石化工程建设公司（北京市 100011）摘要： 随着原油品质日趋恶化，许多炼油厂都选择延迟焦化工艺作为重油深度加工的方法。目前，延迟焦化工艺已在最大馏份油生产、安全、环保、焦炭处理、和设计灵活性方面有了显著改进。本文讨论了对我国延迟焦化装置的设计考虑，如：原料的多样化、产品要求、焦化加热炉的长周期运行、焦炭塔大型化、分馏塔结构、水力除焦、连锁控制、焦化污油和炼厂的油浆利用等。并提出了将来设计的考虑趋势。关键词： 延迟焦化 设计 加热炉 焦炭塔 分馏塔 原料 产品 环境保护 连锁控制 延迟焦化工艺是高脱碳率的轻质化加工手段，具有对原料适应性强、转化率高、工程投资较
2、低、经济效益回报率较高等优点，所以至今仍是全世界广泛采用的主要深加工手段，比较适合于我国当前发展中的经济现状。美国石油时代杂志指出：新一代炼油工艺包括三项内容，即渣油催化裂化、延迟焦化和灵活焦化、渣油加氢。由于延迟焦化工艺过程因为技术成熟、原料适应性强、产品灵活性大、操作可靠性高、投资和操作费用相对较低，在21世纪将得到进一步发展和应用。由于我国加工的原油来源于国内外不同地区，其中进口原油的比例逐年递增，出现加工原油日趋变重、变劣及多样化的态势。作为主要重油改质工艺的延迟焦化正面临着新的课题和挑战。如何针对不同的原料、产品要求和适应市场经济效益变化的形势，设计高适应性的延迟焦化装置？如何设计出
3、在安全、环保、先兆工艺控制、长周期运行、最大液收或轻油收率等方面具有显著特点的延迟焦化装置？以下从不同的角度谈谈延迟焦化工艺设计中应考虑的趋势，以供商榷和参考。1. 对原料多样化的设计考虑由于我国延迟焦化装置原料性质的多样化、多变性以及延迟焦化装置在炼油厂的地位由“垃圾桶”向实现“零液体排放”的“废料加工厂”转变，迫使延迟焦化装置在工艺方案、过程参数控制自动化、机械和设备选型、“三废”处理和利用以及防腐措施等各方面，都应“对症下药”、“量体裁衣”地进行优化设计，以满足装置清洁、安全、高效的市场要求，使装置实现“长、满、优、稳、省”的良好生产。 对不同的焦化原料性质和产品分布的要求，应采用不同的
4、焦化工艺控制流程和操作参数，相应地在机械、设备和加热炉的设计中采用不同的结构和型式，实现选择性优化设计。1.1 不同原料的性质差异原料的特性因数不同，则它的临界分解温度范围也不同，特性因数增大，则临界分解温度降低。实质上反映出成胶体悬浮状相平衡的四组成比例结构不同，而在焦化料流经焦化加热炉和焦炭塔过程中，在给定的循环比下，随着温度和停留时间增加，随着反应中烃分压的变化，导致焦化料的四组成比例结构发生迅速变化，造成固有的和随着操作条件变化而产生的介质稳定因子SF发生变化。根据胶状溶液理论和三相平衡图，用稳定因子SF来描述与介质四组成和康氏残炭的关系式是： SF=A+R/SCR ( 1 ) As=
5、CR+CR2 ( 2 )其中： A芳烃,m% R胶质,m% S饱和烃,m%CR康氏残炭,m% AS沥青质,m%、不同渣油修正系数公式（1）和（2）说明：焦化原料的热稳定性与其四组成的比例结构和残炭值有关，当沥青质和饱和烃（尤其是蜡含量）比例增加，则使介质热稳定性下降，反之当芳烃和胶质比例增加、沥青质和饱和烃比例下降，则使介质热稳定性上升。而反映蜡含量对热稳定性影响的主要指标之一是蜡性因子WF，它主要取决于重油中石蜡环烷烃含量和与芳烃的比例。 WF=（H2103/）-（n/100） （3） 其中： H2氢含量 m%15.6密度 kg/m3 n 500馏份含量 v%WF 12则石蜡环烷烃高，热稳定
6、性低。所以在减粘裂化和焦化加热炉设计前，最好应有原料的四组成及氢含量和 500馏份含量数据。1 表-1 几种国内外焦化原料油性质名 称沙轻减渣胜利减渣辽河减渣管输减渣辽河稠油塔河常渣大庆减渣中原减渣伊朗减渣科威特减渣苏丹混合油减渣20 g/cm31.00310.96980.97170.96951.00141.01410.92930.94240.99991.01480.9381V100 mm2/s406.5861.7549.9305700.71290106717.5康残 m%18.213.914.014.014.119.88.813.316.218.89.89元素 m%C/H85.0/10.39
7、85.5/11.687.54/11.5585.6/11.186.03/10.7186.77/12.8185.62/10.1285.62/10.4583.97/10.1286.98/12.47S/N3.68/0.351.35/0.850.31/0.600.98/0.610.41/0.663.12/0.16/0.381.13/0.533.22/0.495.05/0.310.08/0.27重金属ppmNi/V16.4/1.4446/2.283/1.538.1/5.051/3.6510/0.1510.3/7.056.2/18227.3/95.314.1/0.9氢碳分子比1.441.621.61.551
8、.4941.771.651.451.43四组成m%饱和烃21.021.429.221.824.326.236.734.523.315.745.95芳香烃54.731.336.431.025.135.633.438.951.255.630.55胶 质18.545.734.446.246.721.629.926.621.122.623.00沥青质5.81.601.063.916.60240）和低温相变部位的防腐问题要特别注意。从生产实践反映来看，当温度高于240OC时，采用Ni-P镀防腐效果不理想。在此强调指出，要防止异种钢材的焊接。 （3）因为塔河油、辽河稠油及苏丹油都很重、粘度也高，并且酸值较
9、高，所以可以采用高稠原油直接进延迟焦化装置的组合工艺流程，但必须考虑相应措施。l 为了使焦化部分进料含盐1015ppm，所以首先对新鲜原料进行二级电脱盐脱水处理。l 对像塔河油这样的含硫油原料，在流程的各相应部位要采取“三注”防腐措施。l 新鲜原料在进焦化部分前，可先经换热和/或加热到380以上后入一个常压塔或闪蒸罐，以减轻焦化炉和焦化分馏塔的负荷，也有利于缓和或消除环烷酸对整个焦化分馏部分造成的酸腐蚀。l 对于酸值大于5.0mgKOH/g的苏丹原油、辽河稠油直接焦化时，产生的汽油和柴油应分别进行碱水洗涤沉降脱出所含酸性物。 （4）对于像塔河油常渣、辽河稠油渣油、沙轻减渣、伊朗油和科威特油减渣
10、等高沥青质含量、高残炭、低热稳定性的焦化料，最好不要采用超低循环比操作条件，最好选用具有在线清焦技巧的双面辐射炉型。在工艺设计中考虑选择性瓦斯油外循环流程，以增加产品方案灵活性和延长焦化炉运行周期，并且可以避免弹丸焦的生成。（5）适当降低焦化炉辐射出口温度，和/或末期升温操作，并采用多点注汽技术。2. 含盐和固体杂质及环烷酸原料考虑运转周期恒定炉出口温度LogNa+0 -1图-1 原料含Na+对焦化运转周期影响从所周知，焦化原料中含盐和催化剂粉末等固体杂质会诱发成焦先兆体的快速增加和结垢，加快炉管内结垢速度，尤其是原料中含盐，logNa+增加值与加热炉运行周期的倒数值成线性关系。所以应对这种原
11、料进行预处理，如对于直接以稠油为原料的焦化装置，必须设置二级电脱盐设施，控制钠盐含量在1520ppm以下。而对于混兑催化油浆的焦化原料，一则要控制掺和的油浆量，二则最好对催化油浆进行沉淀和/或静电除尘或反冲洗机械过滤，以除去催化剂粉末，希望催化剂粉末含量100ppm。对于高含酸原料，当酸值1.0mgKOH/g时，在设计中应考虑注防腐剂、缓蚀剂。由于环烷酸的腐蚀主要位于280380的温度范围，所以处于该温度范围内原料和分馏侧线馏份的管线、设备和部件可考虑采用316L不锈钢材料。3. 不同产品要求的设计考虑 由于原料性质的不同，如残炭、含硫量高低不同；由于各炼油厂现有加工流程的不同；或由于市场对产
12、品需求量的变化，均会要求调整相应的焦化操作参数、修改适宜的工艺流程和设备。3.1 高含硫石油焦生产工况由于含硫大于1.5m%的焦化原料，产生的焦化石油焦含硫会高于作为制铝业煅烧焦的最高指标2.02.5%，故这种高硫焦只能作燃料级焦炭销售，为此，势必受到价格和环保的制约，所以应该采用低循环比、低压条件下操作，以尽可能地减少高硫焦的产量。其循环比降低的幅度受到焦化蜡油质量变差的制约，即应考虑到下游对焦化蜡油二次加工的工艺如催化裂化、加氢裂化等工艺技术上和能力上的制约。此时，在流程上应考虑有重蜡油抽出线。其重蜡油抽出量决定于该循环比下轻蜡的质量要求，如残炭值、重金属含量、碱氮等。3.1.1 降低压力 表-2为操作压力
