焦化年会论文-国外延迟焦化工程技术进展.doc

SEI第二届延迟焦化年会论文（1）国外延迟焦化工程技术进展XXX（中国石化工程建设公司，北京100101）摘 要：本文分析了当前延迟焦化工艺发展的格局和所处的环境，提出了当前延迟焦化工程技术进展主要集中在大型化、灵活性、操作性、安全性以及工艺设计的改进性。并介绍了延迟焦化工艺的经济性以及与相关主要渣油加工（RFCC和渣油加氢）的比较。关键词：延迟焦化 工程 设计 经济性 渣油加工1 概况1.1 世界焦化装置加工的统计据美国“OGJ”杂志2005年1月1日统计，全世界共有674个炼厂,其中147个炼厂设有焦化装置，其总加工能力为2.44亿t/a，比去年增长5.26%，约占世界原油蒸馏总加工能力的5.93%。在焦化装置总加工能力中，美国为1.29亿t/a，约占世界焦化装置总加工能力的52.70%，居世界首位，我国（不包括台湾省）焦化装置总加工能力为14.63Mt/a , 占世界焦化装置总加工能力的5.99%， 仅次于美国，位于世界第二。其次依次为印度、墨西哥、委内瑞拉和阿根廷等，其加工能力分别为9.33Mt/a、 8.53 Mt/a、7.97Mt/a和5.86Mt/a。各自分别占世界焦化装置总加工能力的3.82%、3.49%、3.26%和2.40%1。表1表示2004年世界前十位国家的焦化装置的加工能力。图-1表示各种焦化型式的比较。表1 2004年世界焦化装置排名前十位的国家，Mt/a1国名炼厂数蒸馏能力焦化能力焦化占蒸馏焦化占世界焦化能力美国132838.74128.7015.3452.70中国56232.4814.636.295.99印度17112.739.338.283.82墨西哥684.208.5310.133.49委内瑞拉564.117.9712.433.26阿根廷1031.255.8618.752.40德国16116.165.414.662.22日本32235.355.142.182.10巴西1396.014.744.941.94俄罗斯41271.644.671.721.91世界合计6744120.45244.215.93100.00：不包括台湾省在内 图1 各种焦化型式的比较15 由于延迟焦化装置工艺成熟，原料灵活性大和投资低等特点，对许多炼厂来说是优选的渣油加工方法。据美国EIA(Energy lnformation Ageney)统计，延迟焦化在世界渣油改质中约占136。据美国SRI报告，世界焦化能力在过去的15内年增长了70以上，世界炼厂中约有17的炼厂有焦化装置，美国炼厂中约有35的炼厂有焦化装置7。2000年，世界焦化加工能力中，按原料计，55的焦化能力在美国；按产量计，70的焦化能力在美国7。美国炼厂加工的原油质量逐渐变次变劣，1981年2001年加工的原油平均密度和含硫量分别从0.8517和0.88%提高到0.8684和1.41%，相应地加工装置构成也随之发生变化。1987年2001年间美国焦化加工能力增加56，加氢裂化加工能力增加37，催化裂化加工能力增加14，而同期原油蒸馏的加工能力增加8。1998年2001年间，美国共新建8套延迟焦化装置，加工能力增加14.85%Mt/a，主要目的是加工更多的渣油和降低残渣燃料油量。8,92003年，美国的141个炼厂中有56个炼厂拥有58套焦化装置，其中52套是延迟焦化装置，4套流化焦化装置和2套灵活焦化装置。美国Exxon Mobil公司的德克萨斯州的贝汤炼厂（Baytown）有231万t/a的延迟焦化装置和231万t/a的灵活焦化装置。美国Shell公司的加利福尼亚州的马丁内兹炼厂（Martinez）有143万t/a的延迟焦化装置和124万t/a的灵活焦化装置。美国10大炼油公司拥有的41套延迟焦化装置，占全美石油焦生产总量的784。有焦化装置的炼厂比一般炼厂更为复杂，其中80的炼厂至少有一套催化裂化装置，90的炼厂有产品精制装置7。在北美有焦化的炼厂约有一半的炼厂有加氢裂化装置，多用于加工焦化瓦斯油。非北美炼厂中，一般有焦化装置的炼厂约有25炼厂有加氢裂化装置，也是用于加工焦化瓦斯油。2004年在美国之外约有30Mt/a的延迟焦化装置的加工能力投产，主要加工加拿大油砂和委内瑞拉的Orincco重油7,10。此外，加工能力超过495万t/a的延迟焦化装置正在建设中11。1990年美国拥有全球焦化能力的2/3，随着委内瑞拉、墨西哥和加拿大重质、劣质原油进入美国市场，予计今后10年内，美国将为延迟焦化工艺投资70亿美元，其中30亿美元用于增加生产能力，10亿美元用于维持生产能力，30亿美元用于满足空气清洁修正案。最近，美国空军开始着手进行一项包括将煤浆液化进行延迟焦化的项目，PARC技术服务公司参与此项项目，将煤浆液化经焦化后所得到的含有较多芳烃的焦化馏分油再经加氢处理，生产热稳定性好的喷汽燃料12,13。2000年全球焦化能力增加约7000万t/a。据予测石油焦生产能力有望继续提高，大部分增长主要集中在美国以外的其他地区4。据预测，在今后20年焦化工艺仍将以每年7以上的速度逐步增长。在世界上，其生产能力远远领先于渣油加氢转化工艺，但这种工艺需要后加氢精制，才能得到优质的中馏分油14。图2表示世界焦化加工能力（1990年2004年），图3表示世界石油焦产量1975年2004年），图4表示石油焦按地区分配，图5表示美国焦化装置加工能力（1946年2004年），图6表示我国延迟焦化加工能力的增长（1990年2004年）。 图2 世界焦化装置加工能力13,1516图3 世界石油焦产量14,9,13,15,16图4 2004年石油焦按地区分配1图5 美国焦化装置加工能力1,15,16 图6 我国延迟焦化装置加工能力的增长15,17,181.2 近期建设和投产的延迟焦化装置1.2.1 近期投产的延迟焦化装置（1） 1998年，Sincor公司投资3.5亿美元，在委内瑞拉的Jose投产一座加工超重原油生产合成原油的炼厂（Zuata 原油 S 4.2m%, API 8, CCR 15m%） 常压蒸馏能力14.20Mt/a，其中延迟焦化装置的处理能力为4.90Mt/a，是目前世界上第二大的延迟焦化装置，采用“三炉六塔”型式，每个焦炭塔直径为28英尺（8.54m），总高120英尺（36.6m）循环周期为16小时，并设有1个100万t的贮焦池，该装置采用联锁和程序控制19。（2） 1998年美国泛美公司投资8亿美元，对路易斯安那炼厂进行加工含硫重质原油的改造，改造装置包括常压蒸馏、催化裂化、催化重整、烷基化和工厂系统工程，新建延迟焦化装置、二套硫磺回收装置以及从别的炼厂搬迁过来的一套150万t/a的减压瓦斯油的加氢处理装置。改造后炼厂的复杂系数将达到11。炼厂加工能力为1000万t/a，开工率将保持在97以上，炼厂利润为5美元桶原料，每年炼厂盈利27亿美元（付息、扣税、折旧前）。新建的延迟焦化装置加工能力为412万t/a，生产焦炭4000t/d。该装置是原有的减粘装置基础上建设的，增加了焦炭塔、分馏塔以及清焦和焦炭输送设备，并设置了焦化装置和常减压装置进行热联合。该项目由美国lummuns公司设计20。（3） 美国菲利浦斯石油公司和委内瑞拉国家石油公司（Pdvsa）联合于2000年8月完成了美国德克萨斯州的斯威尼炼厂改造，投资4.5亿美元新建一座3.20 Mt/a的延迟焦化装置。该装置从设计到建成共用时25个月。装置共有4座 f 9,000mm39,000mm，重476t的焦炭塔21。（4） 2001年10月初，美国独立的Marathon Ashlanet Petroleum LLC公司，在美国路易斯安那州的11.60Mt/a的Garyvill炼厂，投产了一套“一炉二塔”型式的延迟焦化装置，该装置加工能力为1.90Mt/a，设有直径30英尺 （9.14m） 的焦炭塔二座，采用Conoco-Bechtel公司的延迟焦化工艺技术22。（5） 2001年月末，美国Exxon-Mobil公司的加工玛耶原油的25.85Mt/a的贝汤炼厂，投产了一套处理能力为2.20Mt/a的延迟焦化装置，该装置采用“一炉二塔”型式的延迟焦化装置，焦炭塔直径为29.8英尺（9.10m），单塔处理能力已达1.10Mt/a。该装置的建成将为炼厂以低成本的重质原料油生产更多较高价值的清洁燃料。2002年年底前，在加勒比海沿岸，至少还有6座延迟焦化装置要投产。这些装置都是将廉价残渣燃料油转化成高产值的轻质产品和石油焦4。1.2.2 新近建设的延迟焦化装置（1） 2001年底， Hess公司和委内瑞拉PDV公司联合拥有的6.50Mt/a的Hovensa炼厂正在增建1套3.19Mt/a的延迟焦化装置。在委内瑞拉和巴西还有几套大型延迟焦化装置，用于加工该地区的超重质原油。（2） 美国Coastal销售公司投资2.5亿美元在美国科珀斯克里斯蒂新建一套加工委内瑞拉原油的3.00 Mt/a的延迟焦化装置4。（3） Cerro Negro公司投资5亿美元在委内瑞拉新建一套3.30Mt/a的延迟焦化装置4。（4） 2002年，美国Premcor公司的阿瑟港炼厂的440万t/a的延迟焦化装置（世界最大的延迟焦化装置之一），扩建为578万t/a，以便炼厂增加更多加工廉价的低劣质原油的能力和减少重质燃料油9。（5） 美国Texco公司和美国能源部签订了一份合同。建设一座Early Entrance Corpoduction(EECP)工厂，主要将石油和煤转化成优质运输燃料、电、热能。这将意味着延迟焦化工艺将用于烃合成液体燃料、电、热能的新纪元的开始13。2 延迟焦化工程技术进展延迟焦化装置的设计取决了装置的参数，其包括：原料参数、工艺参数和工程参数，如图7所示3。近年来，延迟焦化工程技术进展主要为：大型化、灵活性（原料、产品、产率、质量）、操作性、安全性以及设计改进性。大部分地研究工作着重于延迟焦化装置的操作性和安全性。特性因素硫含量原料参数康氏残炭深拔程度金属含量时间温度压力变化延迟焦化参数工艺参数循环比除焦因素间歇半连续连续操作工程参数加工能力和规模因素除焦设备焦炭处理、贮存、运输图7 延迟焦化参数2.1 大型化大型化是世界石油化工的必然发展趋势，大型化的根本优点为在充分利用资源条件下，以最低的投资和操作成本获取最大经济效益。延迟焦化装置也不例外。2.1.1 装置规模大型化80年代初期，世界上最大的延迟焦化装置是美国Chevron公司的Pascagoula炼厂的装置，加工能力为3.01 Mt/a，采用“三炉六塔”流程。1993年装置进行了改造，现该装置处理能力已达4.28 Mt/a。该时期内，委内瑞拉的Lagoven炼厂的延迟焦化装置加工能力为5.39 Mt/a（二个平行的装置），也是当时的大型化装置之一，但因种种原因该项目只停留在基础设计阶段1,2325。90年代初期，加拿大Syncor公司的生产合成原油的油砂加工厂的延迟焦化装置，处理能力为3.65 Mt/a，采用“四炉八塔”流程，因其焦炭塔为 f12,000mm30,000mm，也是当时世界上大型化装置之一26。1993年加拿大的Suncor公司的Fort Me Murray炼厂的延迟焦化装置经改造后处理能力达5.03 Mt/a。1998年印度Reliance公司建成目前世界上最大的延迟焦化装置，加工能力为6.73 Mt/a（没投产）采用“四炉八塔”流程，焦炭塔直径为29英尺（f 8534mm）27。最近， Lummus公司承担一项目的设计，经第一阶段工作后，装置处理能力为6.82 Mt/a，据该公司介绍，该装置可处理接近9.90 Mt/a的新鲜原料28,29。按照美国Flour公司在70年代对建设单系列25.00 Mt/a炼厂的可行性研究报告，炼厂配有原油蒸馏、催化裂化、加氢裂化、延迟焦化、催化重整、加氢精制、烷基化、制氢、硫回收等装置，除催化重整和制氢装置考虑用两套并列外，其余装置均为单系列，延迟焦化装置的配套处理能力为4.50 Mt/a，届时需配置 f 9,100mm的焦炭塔10台30。延迟焦化装置大型化之所以成为一种世界性地趋势，是因为大型化具有明显的投资省、劳动生产力高和生产费用低的优越性。但是，装置规模到底多大比较合适，这是一个十分复杂的问题，它涉及多种因素，如炼油厂本身的类型、资源条件、产品去向、相关配套设备的制造能力和市场（尤其是焦炭市场）容量等。一般延迟焦化装置的典型规模为0.75 Mt/a2.75 Mt/a较为合适16，23，25，2829。2.1.2 焦炭塔的大型化较大的焦炭塔的设计和操作能减少因配合特殊渣油加工所需要的焦炭塔个数，显著提高投资效益。自20世纪30年代以来，焦炭塔尺寸一直在加大。1930年时焦炭塔直径f3000mm，80年代后一般f 8200mm左右。目前，焦炭塔的标准直径为f 8,200mmf8,500mm。某些f 9,200mm36,600mm的焦炭塔已在运转11，16，25，2829。10年前，由于水力除焦能力和技术的限制，焦炭塔直径一般为 f 7,900mm，操作较为平稳。目前世界上最大的焦炭塔是加拿大的Syncor油砂加工厂的延迟焦化装置，焦炭塔分为四组八塔，每个焦炭塔为 f 12,200mm30,000mm，结焦时间为2124小时26。美国的焦炭塔一般直径为 f 8,000mm左右。美国的Foster Wheeler公司为美国Chevron公司所属的Pascagoula炼厂设计的延迟焦化装置的焦炭塔为 f 8,30033,500mm，是90年代初期最大的焦炭塔。随后，该公司又设计和建设了一个延迟焦化装置，采用二组四塔，每个焦炭塔为 f 8,534mm36,576mm25。1998年，该公司为印度设计的6.70 Mt/a 延迟焦化装置，有8个直径为f 8840mm的焦炭塔27。目前，该公司已完成5套装置18座 f 8,530mm的焦炭塔设计，予计相继在2002年前后投产，f 8,840mm36,576mm的焦炭塔也正在建设中。予计不久将来要设计 f 9,750mm42,672mm（总高）的焦炭塔。随着机械设计方面的改进和水力除焦技术的进步，该公司有可能设计f 12,192mm（40）的焦炭塔25。美国Bechtel公司承包，采用Conoco公司技术建设的Sweeny炼厂的延迟焦化装置为二组四塔，每个焦炭塔为 f 9,000mm39,000mm，重476t21。图8表示历史上的焦炭塔直径的变化。图8 焦炭塔直径的变化1,2,25图9和图10分别表示塔径和塔高（TT）与安装年份的关系。从图9和图10可见，据美国API的统计，1965年1970年间世界性的焦炭塔塔径位于 f 6,096mmf 7,620mm（2025）之间，最大 f 7,925mm （26） 。塔高（TT）在21,336mm（70）左右。1995年焦炭塔的塔径达到 f 8,534mm（28），塔高（TT）约为27,737mm（91）31。图9 焦炭塔的直径和安装年份的关系31 图10 焦炭塔的塔高（TT）和安装年份的关系312.2 灵活性 延迟焦化装置的灵活性表现在延迟焦化的工艺技术有能力去应对原料、产品、产率和质量的变化。有能力应对下游加工装置（馏分油加氢处理、催化裂化和加氢裂化）的原料、流率、产品和质量的变化。2.2.1 原料 延迟焦化装置目前已能处理约60种原料，包括直馏渣油、减粘后渣油、加氢裂化后渣油、裂解焦油和循环油、焦油砂、沥青、脱沥青焦油、澄清油、溶剂精制后的煤以及从煤衍生物、催化裂化的油浆、炼厂污油和污泥等等。处理的原料油性质范围广，一般康氏残炭3.8w%45w%，API重度220API8，28，29。正由于焦化装置能处理炼厂各种残渣物料被称之为炼厂的“垃圾桶”，同时也是目前炼厂实现渣油零排放的重要装置。随着原油质量的变差变劣，重质、含硫、含酸、高金属、高残炭等原油的增加，延迟焦化更显得愈来愈重要。目前，随着烃类合成液体燃料和合成原油技术的开发，也多用延迟焦化工艺进行改质。最近委内瑞拉就利用延迟焦化和加氢处理工艺对Orinoco的原油进行改质生产 API 1632，S0.1m%的合成油项目14。 表2 委内瑞拉策略联盟的四个项目14SincorHamacaPetrozuata*Cerro Hegro原生原油产量，桶/天212,000220,000132,000129,000合成原油产量，桶/天180,000208,000112,000116,000合成原油API32262216.5基建投资，亿美元5742.543.723.6改质设施费，亿美元2721.718.311.5 * 加工Zuata原油（API8，S 4.2m%，CCR 15m%） * 改质设施包括：脱盐、减压蒸馏、延迟焦化和加氢处理由于所有融资机构均要求实施的改质工艺必须是经工业化证实的技术，而上述联盟至所以选用延迟焦化工艺正是由于该工艺的技术成熟性。将延迟焦化工艺作为改质工艺，并对延迟焦化产品进行各种加氢精制，合成原油的质量将取决于延迟焦化馏分油的质量和其加氢处理的苛刻度。 2.2.2 产品 延迟焦化工艺生产LPG、石脑油、中间馏分油和焦炭。根据原料性质不同，生产的焦炭可以为燃料焦或电极焦。延迟焦化工艺可生产的石脑油、柴油馏分和蜡油馏分必须进一步加氢处理才可作为下游装置原料或作为产品（柴油）出厂。在延迟焦化工艺中产品种类和产品产率都可以通过调节操作参数进行调整。在产率中尤以中间馏分油产率占总产率的30w%65w%左右，在当今多产中间馏分油需求下显得尤为重要 28，29。图11 延迟焦化工艺 图-11 延迟焦化工艺流程 （1）美国Lummus公司 由于延迟焦化装置为间歇生产、焦炭塔周期性操作。装置的灵活性就是要求优化工艺操作参数（如温度、压力和循环比）。应针对不同的原料，优化工艺条件，实现适宜的馏分油与焦炭产率之间的物料平衡，从而实现最大的经济效益。表3表示延迟焦化装置的典型产率（以原料w%计）。该表说明原料和操作条件对装置产率的影响。对高康氏残炭的减压渣油方案，在低压、低循环比、24小时操作周期的条件下，如果延迟焦化装置加工能力为1.10 Mt/a，在原料相同，设计合理，如果略提高操作压力，再将操作周期改为18小时，则该装置可以加工1.375 Mt/a的原料28，29。 表3 延迟焦化装置典型的产率28，29项 目减压渣油低CCR减压渣油高CCR减压渣油高CCR焦炭塔压力低低高产品产率,w%气体8.09.09.4石脑油14.011.711.3轻蜡油26.227.226.3重蜡油29.719.418.7焦炭22.132.734.3 （2） Foster wheeler/UOPLLC公司过去五年，大多数的新建和改造的延迟焦化装置均加工高硫、高金属渣油，最大量地生产液体燃料和石油焦。在考虑设计基础基础方案时，必须确定最佳操作条件，以得到最大的液化并能适合下游加工的HCGO,美国FWUOP LLC公司开发的SYDECTM(Selective Yield Delayed coking)工艺以最高液体产品收率方案操作，表4表示SYDECTM的原料性质和产品产率32,33。表4 SYDECTM的原性性质和产品产率原料， 来源委内瑞拉南非 类型减压渣油减压渣油澄清油 重度,API2.615.2-0.7 硫,wt%4.40.70.5 CCR,wt%23.316.7/ 操作方案最大馏分油阳极焦针焦产品产率，wt%气体8.77.79.8石脑油10.019.98.4瓦斯油50.346.041.6焦炭31.026.440.2 （3）美国Foster wheeler公司和Conoco公司25,34 美国Foster wheeler公司和Conoco公司大大改进延迟焦化技术，新设计的焦化装置为了提高液收，降低焦炭产率，通常采用低压（0.103MPa表压）、低循环（而不是零循环）的工艺设计。因为真正的零循环虽然可进一步减少焦炭产率，稍微增加液收，但增收的HCGO质量价值不高，表5给出了超低循环和真正零循环的产率比较。表6表示真正零循环操作上的HCGO的性质。 表5 超低循环和真正零循环操作的产率比较项目超低循环真正零循环增加值干气，lv（FOE）5.805.78+0.02C3/C4，lv7.277.07+0.20石脑油，lv13.3412.41+0.93LCGO，lv32.5430.48+2.04HCGO，lv24.0227.83-3.81焦炭，m%32.7331.43+1.30 ：1、真正零循环操作中HCGO增加的产率被其他液体产品收率的降低部分抵消了。 2、真正零循环操作中的总液收仅增加0.6LV%。 表6 超低循环和真正零循环操作所得到的重瓦斯油性质比较超低循环真正零循环增加的重瓦斯油馏分比重，API12.7811.554.35S，m%2.582.552.37N，wppm530350873806CCR，m%0.532.4313.70C7不溶物，m%432200011300Ni+V1.03.820.4馏程， 10，v387390体积平均沸点 50，v462478579 EP，578616/ watson K值11.1311.1211.07 由表5可见该油很重，杂质含量高，几乎和原料相当。因此在考虑用哪种循环操作时应考虑下游接受HCGO的加工装置要求。特别对于加氢裂化型的炼厂，由于加氢裂化对原料有严格的要求，如CCR1m%，Ni+V2wppm，尤其是在C7不溶物也有要求的情况下应慎重考虑采用哪种循环比的操作。 （4）三种渣油加工工艺的产率 总之，对延迟焦化装置，在焦炭有市场的情况下，延迟焦化工艺有技术优势，现在在加工减压渣油时，总液收可为57。 渣油催化裂化工艺，在以马达燃料（特别是汽油）为主要产品时，该工艺有技术优势。但渣油催化裂化工艺的原料CCR一般限制在约10m%左右。但在使用常渣时的总液收约为70（油浆不循环），如果包括烷基化和聚合用气时，则总液收可达到83。 渣油加氢裂化的总液收最高，可达87（多产中间馏分油）。 表7 三种渣油加工工艺的产率比较35工艺产率，v备注延迟焦化57加工减压渣油渣油催化裂化7083加工常压渣油，油浆不循环包括烷基化和聚合用气体渣油加氢裂化87多产中间馏分油2.3 操作性延迟焦化装置设计的主要方法目的为：得到最大的液体产品，最少的焦炭，生产的焦化重蜡油的质量要符合下游加工装置的要求。优化焦炭塔的数目和尺寸，能量回收原料加热炉系统和加热炉负荷。最大可能的利用空冷，将水冷（如有需要减至最小）。仔细选择关键的操作参数包括焦炭塔压力、温度和循环比等等。2.3.1 美国Lummus公司的操作条件 低压、高温和低循环比有利于提高液体产率和降低焦炭产率。但是压力的降低又受到系统的压力降，焦炭塔内油气速度和设备尺寸与费用增加的限制。美国Lummus公司的设计是通过控制位于焦化分馏塔塔顶分离器的压力控制器来控制焦炭塔顶压力，从而达到低压操作。一般将压缩机入口处压力设定为0.070.14kg/cm2（0.0070.014MPa）。焦炭塔典型低压操作的压力为1.05kg/cm2（0.105MPa）。装置设计采用双面辐射加热炉。具有在线清焦技巧可以提高加热炉燃烧温度，从而提高焦炭塔塔顶温度，增加产品收率，降低焦炭产率，同时可以延长加热炉的运转周期。尽可能的采用低循环比以得到最大液体产率的同时，生产的焦化蜡油符合下游加氢裂化加工的要求。增加焦化分馏塔内洗涤段塔板。塔内件和选择合适的洗涤流率也将会减少的消除焦粉携带到蜡油产品中25，28，29，35。2.3.2 美国URS公司的优化焦化技术延迟的工艺是现代炼厂唯一采用间歇连续式操作的主要工艺。加热炉的操作是连续的，焦化分馏塔的操作也是连续的,而焦炭塔的操作是切换操作,一个焦炭塔在线处理原料,而另一个焦炭塔进行吹汽、冷却、除焦、暖塔。这种循环操作容易产生压力波动操作不稳定等。为了减少这些操作不稳定性，提高装置的可操作性，除了在加热炉进料系统，燃料系统和余热回收系统实现RMS和ESD报警，自动联锁设计外，美国URS公司开发了在焦炭塔顶压力控制下注入瓦斯油或石脑油的“优化焦化（opticoking）”的专利技术36。 图12 焦炭塔压力控制系统36优化焦化稳定焦炭塔压力的方法就是将循环的轻焦化蜡油（LGO，以100150加仑分流率）或焦化汽油从分馏塔返回到正在生焦的高温焦炭塔塔顶，轻焦化蜡油或焦化汽油在注入高温焦炭塔时被迅速气化。额外加入的油气流使操作者能够稳定焦炭塔压力，维持一个上升的压力过程。而用于稳定压力的物流不会冷凝成液体，焦炭质量也不会受到影响。因此，采用URS公司的优化焦化技术，使操作者实现在切换四通阀和暖塔期间减缓压力波动，避免发泡和冲塔现象。可以控制焦炭塔压力波动，并使焦化分馏塔塔顶压力不受焦炭塔波动的影响。更重要的是在延迟焦化装置的焦炭塔暖塔和换塔时稳定压力，从而可以提高装置的操作性、可靠性和安全性。该技术的优点可增加焦化装置加工能力，提高液收，降低消泡剂用量，稳定装置操作。该技术在每种工况下均低于10万美元，其效益取决于炼厂流程配置和焦化装置设计。现已有好几个炼厂采用此技术均达到予期效益36,37。2.3.3 美国Cokertech公司的最大焦技术美国Cokertech公司的最大焦化（Maxicoking）技术集成了所有用于改进延迟焦化装置操作的稳定性、可靠性和效益性的专有控制方法的专利技术，该技术在焦炭塔顶予热和切换期间，控制地注入轻、重瓦斯油石脑油来减少压力波动（图13）。该技术是在焦化周期的予热和切换阶段，将来自分馏塔的轻重瓦斯油或焦化石脑油产品循环返回热的在线焦炭塔顶。轻瓦斯油（LGO）或石脑油在被注入热焦炭塔时即闪蒸,增加了在线焦炭塔中生成的热油气体积。增加的油气允许操作员稳定焦炭塔压力，并保持上升的压力分布。在压力控制所需的流量下，不会有LGO或石脑油冷凝，因此不会降低焦炭质量。图13 Maxicoking专利技术的焦炭塔压力控制系统38该技术在美国德克萨斯州的Crow Central的加工能力68.8万t/a的二塔延迟焦化装置，焦炭塔操作周期为18小时，平均塔空高7.01m，日产阳极焦约350千吨。采用Maxicoking专利技术效益见表8所示。采用Maxicoking技术之后，可以提高装置加工能力，液体产品产率，减少焦炭产率，抗泡剂用量，更重要的是提高装置的可靠性，操作性和安全性。以上例Crow Central的延迟焦化装置每年可得到12百万美元的利润38。表8 Crown Centnal焦化装置比较数据项 目基准Maxicoking差值原料密度，API13.114.4+1.3加工能力，桶日1235612510+153液收，桶日8853(71.6%)10566(84.5%)+1713(+13%) 石脑油14411780+339 瓦斯油68488087+1239循环比1.171.01-0.16(-85%)加热炉燃料气，百万Btu/时6756.3-10.7(-14.5%)硅注入量，加仑塔123-9(-75%)塔高空，英尺（塔高60英尺）2132+11(+34%)焦炭塔压力，磅英寸2（表）3124-7(-22.5%)焦炭， 吨塔352296-56(-16%)分馏塔顶油气分离罐压力，磅英寸2（表）1710-7(-41%)2.3.3 循环周期缩短延迟焦化循环周期是提高延迟焦化加工能力的有效方法。一般，焦化循环周期为24小时分为7个步骤。目前几乎所有的新建延迟焦化装置均采用现代化的短循环操作方式，即对每对焦炭塔而言为1820小时。通常，将循环周期从24小时降到20小时，装置处理量可提高20。工业上把循环周期从24小时缩短到2018小时可以较容易做到。实施一个中等的消除瓶颈就可完成把循环周期缩短到1816小时，16小时以下较困难。但是，如果在设计中认真考虑包括焦炭处理、急冷和切焦过程中的供水和水的回收，放空系统以及冷凝油回用系统等保安系统，则今天在一些老装置中实施14小时的焦化循环周期已不少见。有几个炼厂为加工重质原料，改（扩）建时增加了第三焦炭塔，采用12小时的焦化循环周期17。表9表示典型的生焦周期内16小时和12小时的6塔操作时间的分配，但在12小时的除焦周期内有几段是重叠的，这部分需要额外的放空和焦炭处理设备39。表9 16，12小时生焦周期焦炭塔循环时间分配操作步骤16小时生焦周期12小时生焦周期生焦1612小吹气0.750.5大吹气0.250.25冷焦和注水54.5排水21拆卸头盖10.25除焦32安装头盖试压11暖塔3.52.5合计3224短循环周期虽然能提高装置处理能力，但是以降低操作效率，增加维护费用和缩短装置使用寿命为代价。焦化循环周期由21小时缩短到18小时，焦炭塔寿命损失25。因此，英国BP公司认为：焦化循环周期的长短取决于许多因素，是可以改变的。对新设计的延迟焦化装置建议采用20小时的循环周期，然后通过缩短焦炭塔空塔时间把循环周期从20小时减少到1816小时。目前，美国有套延迟焦炭装置通过采用先进工艺技术和操作技巧把原设计为20小时的循环周期缩短到16小时，又在加强管理的基础上，进一步缩短到14小时，使原设计的装置加工能力增加40左右。目前，新设计的循环周期一般为1820小时，对于较老的装置，1214小时的循环周期也不少见。美国Lummus公司设计的焦塔操作周期是18小时，该公司认为这种设计具有在低循环比的条件下增加加工能力的操作灵活性。图14表示美国API 1966年组织的调查的54份报告的生焦周期的分布，从图中可见，生焦周期为16小时的有15份，占总数的27.7约1/3左右，生焦周期为18小时的占20.4。图14 生焦周期时间31虽然短循环操作可以扩大装置处理量，但是也可以不选择短循环操作而是选择在现有一对焦炭塔基础上增加一个焦炭塔，形成三塔操作。图15表示三个焦炭塔的操作程序图25。三塔改造通常在现存的二塔基础上新增一个新塔，新塔和框架建在旧塔临近处，并可利用旧塔原有的焦炭处理设施。现有的加热炉要服务三个焦炭塔，一般操作包括每个塔依次充焦和双倍时间除焦，而生焦时间可缩短。如：9或10小时的生焦和18或20小时除焦的三塔焦化流程，比12小时生焦周期操作的双塔焦化流程则更有的加工能力。这种改造方式适用于进料显著变重或存在焦化循环周期不能大幅缩短的时工况下39。当需要将生焦周期由14小时减少到12小时，处理量可提高17的处理量。新增一对焦炭塔，不需要严格控制生焦周期，就可大大提高处理量39。 1 2 3SSQQQQQQQQQQHTHTSSQQQQQQQQQQSSQQQQQQQQQQAT标记 小时生焦12S吹汽2Q急冷和充塔7D排液2U卸盖1除焦5HT上盖和试压1暖塔636图15 三个焦塔的操作程序图焦炭塔生焦时间，12小时25，392.3.4 焦化分馏塔为适应装置处理能力的提高和降低操作压力及超低循环比操作要求，美国Foster wheeler公司对焦化分馏塔作了相应的改造，即在塔内采用一个敞开式的洗涤喷淋室，在喷淋室的下面接触区，采用若干排鸭嘴型的“热屏蔽”环形挡板，以防止因液体流率太小而引起塔板结焦或堵塞。其次在分馏塔油气进口下方设置热防护罩，进口为下弯管结构，管端在塔底液面下面，以防止进料飞溅。在实施零循环比焦化装置设计改造时，原分馏塔处理能力显能太小，则FW公司的改造设计是通过直接急冷焦炭塔塔顶油气管线共同冷凝重焦化蜡油和超重焦化蜡油产物，作为塔底产品回收。此外，为保护加热炉稳定操作，塔底设有在线除焦系统25,33,34。在分馏塔的改造设计中，FW公司推荐用填料代替中段回流段塔板。美国Gllitsch公司曾在委内瑞拉的一个加工能力为1.0Mt/a的延迟焦化装置中曾成功地用Gempack填料代替20层浮阀塔板，并更换了液体分布系统，压力降低了6.89Kpa33。美国Shell公司的高通量塔盘（Shell Calming SectionTM/HiFiTM）与规整填料相比具有投资低、耐腐蚀、易操作和维修等特点，在分馏塔改造设计中，应在分馏段负荷最大部分的HGO循环处和轻蜡油（LGO）抽出线以下部分换上高通量塔盘。洗涤段采用挡板塔盘，上面带有喷雾段。气液分离器可采用Shell公司的叶片入口设备34。2.4 安全性由于延迟焦化装置是间歇连续操作，又是高温操作。在设计时则要用现行、最新技术和设计准则以便提供装置的安全性。在工艺设计阶段，要准备工艺危险分析文档、确定装置布局、足够的防护通道和维修通道、确定工艺装置有关安全要求如：紧急隔离阀、焦炭塔和加热炉连锁装置以及自动拆卸头盖的方法等。在完成工艺配管和设备简图后，应启动HAZ0P（危险的可操作性分析）分析，焦炭塔和加热炉区域要进行完全的HAZ0P分析28,29。2.4.1 焦炭塔塔底（顶）法兰的自动卸盖系统卸盖系统是指焦炭塔底底（顶 ）盖的自动卸盖系统，实行遥控以达到保护操作人员的安全。而顶盖不向底盖那样有着温度梯度和热焦、高温水问题，目前顶盖也采用自动化的卸盖系统。自动卸盖系统包括卸盖设施及相应的水力系统和控制器组成。主要有法兰拆装系统，进行管线切断及对直系统、套管溜槽、操作车和水力装置等部分23。顶盖系统在切焦平台操作台遥控操作。卸盖系统自动化保证了焦炭塔操作安全性和减少焦炭塔的操作周期28,29。2.4.2 环境保护生态环境是人类生存和发展的基本条件。装置建设也需要考虑保护和建设好生态环境，延迟焦化装置也不例外。延迟焦化装置的主要污染源仍可分为气体、液体、固体和噪音四大类。表10列出了延迟焦化装置四大污染源。 表10 延迟焦化装置的污染源28,29类型污染源气体加热炉的燃料气安全阀和工艺控制阀的排放气短时排放焦炭处理过程的焦粉污染液体分馏塔顶的含硫污水焦炭塔吹气和冷却的水和污油，焦炭塔切割水设备冲洗排放的重轻质污油含油污水排放焦池排放水不合格产品地表水固体焦粉噪音加热炉、气体压缩机、焦炭切割泵、空冷及控制阀 目前延迟焦化装置的设计特别要考虑到环境保护，在美国和其他国家的环境保护设计应符合美国EPA（环境保护署）和其他国家和地区的环保法规，此外还要符合OSHA（职业安全和健康）及地方、客户等等的种种标规范。在职业健康和安全方面，分别要进行工作危害分析（JHA），工艺危险的可操作分析（HAZOP）和安全检查（SCL）分析等。目前国外将最有效的控制技术（BACT）也应用到延迟焦化装置的环境保护。在污水治理方面，收集的含硫污水循环至净水罐，然后再利用于焦塔的冷却和清焦，在焦炭塔加热期间的冷凝水送至卸焦板，最终也循环至净水罐；冷切焦水利用完全循环原理降至最小化，废水自循环和被再利用；蒸汽发生器间歇排放的废水经急冷之后循环至卸焦板，作为冷切焦水的补充水。废气处理方面，加热炉烟气的控制应采用低NOx喷嘴或选择催化还原技术。短时排放可利用湿式除尘系统；蒸汽除焦期间产生的蒸汽或回收或经加热炉烟囱排至大气；为提高油气收率，在焦炭塔吹汽前30分钟，将塔顶混合油气排入分馏塔，后1小时的混合油气排入放空系统处理。焦粉污染的治理，采用焦炭直接装入铁路槽车系统，封闭式传送带输送系统和湿粉尘的抑制系统以及在工艺过程中在分馏塔和放空塔设置过滤器，后可使最小经的焦粉积泵在工艺设备，然后人工运输和加入到焦炭产品中，净水罐要定期排空至迷宫网，用过滤器脱除工艺废液中的焦炭粉后送到焦池。表11表示美国Lummus公司关于延迟焦化装置实施的环境保护设计。 表11 延迟焦化装置实施的环境保护设计28,29污染源解决办法流出物污油循环或送至装置边界线之外酸性水处理和循环焦化装置废水装置内循环烃类液体洗涤排放最大量地回收油在装置内循环重污油系统轻污油系统含烃液体至含油污水减少油类排放焦粉至含油污水固体液体分离器放空塔气体送至火炬或压缩机入口处加热炉污染高效率的加热炉低NOx喷嘴在线清焦在离线除焦期应注入急冷水加热炉的机械清焦切焦时塔顶气相通风从顶部冷却泄漏污染减少泄漏源双端面机械密封过滤流体焦粉污染从工艺过程中脱除焦粉减少焦炭处理尽量采用密闭式焦炭处理系统润湿焦炭以防止焦粉飞扬3. 延迟焦化工艺设计的改进延迟焦化工艺的主要（关键）设计特点包括在线计算机控制、自动化的卸盖系统、双面辐射加热炉、现代化的焦炭塔机械设计和革新的水管理焦炭回收系统。美国Lummus公司给出的延迟焦化装置关键设计特点如表12所示。表12 Lummus公司延迟焦化装置关键的设计特点28,29项 目早期的设计目前的设计操作压力2535psig(0.170.25MPa)15psig(0.1MPa)焦炭塔卸盖系统手动自动四通阀手动旋塞阀电动球阀蒸汽吹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炭塔和结构布置好有所改进，降低投资焦化加热炉单面辐射加热炉双面辐射加热炉焦炭塔直径最大27英尺（8.23米）可高至30英尺（9.14米）焦炭塔安全联锁无广泛应用安全设计80年代广泛应用环境保护轻重焦化蜡油符合80年符合最近的燃料标准 代标准设置放空塔污油至含油污水系统轻重污油分离系统平面布置好已改进，更好实现维修方便和安全操作通道焦炭塔暖塔切换就地控制室3.1 工艺设计延迟焦化装置因其特殊性，在进行工艺设计时除一般装置设计需考虑的因素外，还要确定焦炭塔的操作周期，由不同原料停工每一操作步骤与每个焦炭塔操作步骤相应的流率、温度和压力曲线，确定与平面布置有关的焦炭脱水，焦炭处理，焦炭装载和运输等资