延迟焦化反应部分

1、2021-7-61延迟焦化反应部分延迟焦化反应部分张鑫张鑫2021-7-62第一节第一节 概述概述 焦炭化(简称焦化)是深度热裂化过程，也是处理渣油的手段之一。它又是唯一能生产石油焦的工艺过程，是任何其他过程所无法代替的。尤其是某些行业对优质石油焦的特殊需求，致使焦化过程在炼油工业中一直占据着重要地位。2021-7-63 焦化是以贫氢重质残油(如减压渣油、裂化渣油以及沥青等)为原料，在高温(400500)下进行深度热裂化反应。 通过裂解反应，使渣油的一部分转化为气体烃和轻质油品；由于缩合反应，使渣油的另一部分转化为焦炭。 一方面由于原料重，含相当数量的芳烃，另一方面焦化的反应条件更加苛刻，因此

2、缩合反应占很大比重，生成焦炭多。2021-7-64炼油工业中曾经用过的焦化方法主要是釜式焦化、平炉焦化、接触焦化、延迟焦化、流化焦化和灵活焦化等。延迟焦化应用最广泛，是炼油厂提高轻质油收率和生产石油焦的主要手段，在我国炼油工业中将继续发挥重要作用。2021-7-65延迟焦化是一个成熟的减压渣油加工工艺，多年来一直作为一种重油深加工手段。近年来随着原油性质变差(指含硫量增加)、重质燃料油消费的减少和轻质油品需求的增加，焦化能力增加的趋势很快。延迟焦化装置目前已能处理包括直馏(减粘、加氢裂化)渣油、裂解焦油和循环油、焦油砂、沥青、脱沥青焦油、澄清油、以及煤的衍生物、催化裂化油浆、炼厂污油(泥)等6

3、0余种原料。处理原料油的康氏残炭为3845或以上，比重指数为2.20。 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。2021-7-66 延迟焦化装置的作用：将重质油馏分经裂解，聚合，生成油气、轻质油，中间馏分油和焦炭。 工作原理：由于重质油在管式炉中加热，采用高的流速(在炉管中注水)及高的热强度(炉出口温度500)，使油品在加热炉中短时间内达到焦化反应所需的温度，然后迅速进入焦炭塔，使焦化反应不在加热炉中而延迟到焦炭塔中去进行，因此，称之为延迟焦化。2021-7-67延迟焦化约生产70%的液体产品，其中：汽油10%20%；柴油25%3

4、5%；裂化原料（蜡油）25%35%；石油气6%8%；焦炭（也称石油焦）15%20%。焦化所得的气体烃和液体油品中含较多的烯烃，安定性较差，故往往作为其他装置的原料或经加氢精制等处理后成为产品。2021-7-68第二节第二节 工艺流程工艺流程2021-7-69一、焦化反应化学原理 焦化原料油所含烃类的分子很大，并有相当数量的芳烃。1.裂解反应：在高温(400550)条件下，大分子烃类裂解生成小分子烃类，使渣油转化为气体烃和轻质油品；2.缩合反应：烃类又发生缩合反应，使渣油转化成焦炭。 缩合反应：是指小分子烃类相互作用生成较大分 子的化合物，同时还生成其它小分子的化合物。2021-7-610各种烃

5、类在焦化过程中的反应是不相同的。烷烃在400600下易裂解为小分子的烷烃与烯烃。环烷烃可裂解成烯烃或脱氢转化为芳烃。裂解反应示例如下：1.断链2.裂环2021-7-6113.脱氢缩合反应示例如下：芳香烃不易裂解，而易发生缩合反应，成为大分子的多环或稠环烃，并可与烯烃缩合生成石油焦。石油焦的组成和普通焦炭相似，所以也叫焦炭。2021-7-612二、工艺流程延迟焦化装置的生产工艺分为焦化和除焦两部分，焦化为连续操作，除焦为间隙操作。由于工业装置一般设有两个或四个焦炭塔，所以整个生产过程仍为连续操作。延迟焦化装置的工艺流程有不同的类型，就生产规模而言，有一炉两塔（焦炭塔）流程、两炉四塔流程等。202

6、1-7-613340350500左右2021-7-6141.原油预热阶段：焦化原料(减压渣油)先进入原料缓冲罐，再用泵送入加热炉对流段升温至340350 左右。2.经预热后的原油进入分馏塔底，与焦炭塔产出的油气在分馏塔内（塔底温度不超过400）换热。作用：一方面把原料中的轻质油蒸出来，同时又加热了原料（至390395 左右）。2021-7-615 3.原料油和循环油一起从分馏塔底抽出，用热油泵打进加热炉辐射段，加热到焦化反应所需的温度（500 左右），再通过四通阀由下部进入焦炭塔，进行焦化反应。 为防止油在炉管内反应结焦，需向炉管内注水，以加大管内流速（一般为2m/s以上），缩短油在管内的停留

7、时间，注水量约为原料油的2%左右。 进入焦炭塔的高压渣油，需在塔内停留足够时间，以便进行充分反应。2021-7-6164.原料在焦炭塔内反应生成焦炭聚积在焦炭塔内，油气从焦炭塔顶出来进入分馏塔，与原料油换热后，经过分馏得到气体、汽油、柴油和蜡油。塔底循环油和原料一起再进行焦化反应。焦化生成的焦炭留在焦炭塔内，通过水力除焦从塔内排出。2021-7-617焦炭塔是两台一组。每套延迟焦化装置中有的是一组(两台)，有的是两组(四台)焦炭塔。两组塔既可单独操作，又可并联操作，在每组塔中，一台塔在反应生焦时，另一台则处于除焦阶段。即当一台塔内焦炭积聚到一定高度时（一般为塔高的2/3左右高度时）进行切换，切

8、换后通入蒸气除去轻质烃类并注水冷却，然后除焦。每台塔的切换周期一般为48小时，其中结焦24小时，除焦及其它辅助操作24小时。2021-7-618延迟焦化装置所产气体、汽油，分别用气体压缩机和泵送入吸收稳定部分进行分离得到干气及液化气，并使汽油的蒸汽压合格；柴油需要加氢精制；蜡油可作为催化裂化原料或燃料油。2021-7-619延迟焦化装置的主要矛盾在于：使用的原料为重质油，容易结焦，但希望它在焦炭塔中结焦，而不希望它在加热炉、转油线、焦炭塔馏出线和分馏塔底等处结焦。这个矛盾解决了，就可以操作平稳，延长开工周期。为了解决这个矛盾，在流程设计上就要考虑采取措施。如：在原料油进加热炉辐射管之前，注入蒸

9、汽或软化水，以加大原料油在炉管中的流速；在分馏塔底设循环油泵，并在泵入口加过滤器，滤掉焦炭塔油气带来的粉焦。2021-7-620主分馏塔主分馏塔Mainfractionator进料进料Freshfeed粗汽油粗汽油 raw gasoline气体气体gas柴油柴油diesel oil 蜡油蜡油wax oil焦炭塔焦炭塔coketower焦碳焦碳coke流程框图流程框图2021-7-621焦炭塔是用厚锅炉钢板制成的空筒，是进行焦化反应的场所。一般焦炭塔的高度在30米以下为宜。太高则操作时易产生振动或损坏塔壁，又浪费钢材。三、延迟焦化过程的主要设备三、延迟焦化过程的主要设备2021-7-622 塔的

10、顶部设有除焦口、油气出口； 塔侧设有料面指示计口： 延迟焦化的化学反应主要是在焦炭塔内进行，生成的焦炭也都积存在此塔内。随着油料的不断引入，焦层逐渐升高；为了防止泡沫层冲出塔顶而引起油气管线及分馏塔的结焦，在焦炭塔的不同高度位置，装有能监测焦炭高度的料位计。 塔底部为锥形，锥体底端为排焦口，正常生产时用法兰盖封死，排焦时打开。2021-7-623 在运转中，分馏塔有时也会出现结焦现象，为此需控制塔底温度不超过400，并采用塔底油循环过滤的方法滤去焦粉和加强液体的流动来加以防止。生产周期：（1）新塔准备：赶空气试压脱水、放瓦斯、油气预热、。（2）切换焦炭塔（3）老塔处理：汽提（少量吃汽）、大量吹

11、汽改放空、给水及放水（4）水冷（5）除焦2021-7-625（二）水力除焦设备 焦炭塔是轮换使用的，即当一个塔内焦炭聚结到一定高度时，通过四通阀将原料切换到另一个焦炭塔聚结焦炭的焦炭塔先用蒸汽冷却，然后进行水力除焦。目前的除焦设备都已采用高压水力除焦法。除焦用水力除焦法，即采用118MPa高压水除焦。余下的焦炭落入焦池，同时用桥式起重抓斗送到别处存放或装车外运。2021-7-626除焦原理：由高压水泵输送的高压水，经过水龙带、钻杆到水力切焦器的喷嘴，从水力切焦器喷嘴喷出的高压水形成高压射流，借高压射流的强大冲击力将石油焦切割下来，使之与水一起由塔底流出。钻杆不断地升降和转动，直到把焦炭塔内石油

12、焦全部除净为止。2021-7-627 水力除焦装置有两种形式：有井架除焦装置和无井架除焦装置。清洁水从进水管进入高位贮水罐，由高压水泵输送的高压水经泵出口管到焦炭塔的顶部，用水龙带送到水龙头，进入空心的钻杆和切焦器。高压水经切焦器上的喷嘴喷到焦炭塔里，约11.8MPa的高压水将塔中焦炭切割破碎，水和切割下来的焦炭一同落到焦炭塔底，经28溜槽进入贮焦场。焦场的水经过几道栅栏流入吸水井，而落入焦场的石油焦用桥氏吊车抓走分开堆放。2021-7-6282021-7-629（三）无焰燃烧炉焦化加热炉是本装置的核心设备，其作用是将炉内迅速流动的渣油加热至500左右的高温。因此，要求炉内有较高的传热速率以保

13、证在短时间内给油提供足够的热量，同时要求提供均匀的热场，防止局部过热引起炉管结焦。焦化加热炉的要求：焦化加热炉的要求：（1）辐射室炉管热强度周向不均匀系数小，火焰对炉管保）辐射室炉管热强度周向不均匀系数小，火焰对炉管保持均匀加热；持均匀加热；（2）有适宜而均匀的热强度与停留时间，要求）有适宜而均匀的热强度与停留时间，要求427以上以上油品停留时间油品停留时间30s；（3）较高的油器冷油流速（）较高的油器冷油流速（1.83m/s）；）；（4）具备多点注汽（或水）、在线清焦功能；）具备多点注汽（或水）、在线清焦功能；（5）炉效率高（）炉效率高（90%）；）；（6）连续运行时间应在一年以上。）连续运

14、行时间应在一年以上。加热炉组件：加热炉组件：辐射室：燃烧室，辐射传热，内有炉管（横排），炉管两段辐射室：燃烧室，辐射传热，内有炉管（横排），炉管两段由管板、固定吊架支撑。由管板、固定吊架支撑。对流室：辐射室上方，主要是对流传热；设置有油加热管、对流室：辐射室上方，主要是对流传热；设置有油加热管、过热蒸汽管与注水预热管；过热蒸汽管与注水预热管；燃烧器：又名火嘴，有气火嘴、油火嘴、油气联合火嘴；燃烧器：又名火嘴，有气火嘴、油火嘴、油气联合火嘴；烟道及烟囱：排烟通道，提供烟气抽力；烟道及烟囱：排烟通道，提供烟气抽力；弯头及弯头箱：弯头为炉管之间的连接件，多组弯头集中安弯头及弯头箱：弯头为炉管之间的连

15、接件，多组弯头集中安放在长方形弯头箱内；放在长方形弯头箱内；炉墙及钢架：炉墙由耐火砖砌成，超保温密封作用，钢架用炉墙及钢架：炉墙由耐火砖砌成，超保温密封作用，钢架用来吊挂、支撑炉管。来吊挂、支撑炉管。无焰炉火嘴：以燃料气为燃料，在炉墙的数万个小孔里燃无焰炉火嘴：以燃料气为燃料，在炉墙的数万个小孔里燃烧，形成极短的火焰（近似无焰），把火嘴砖加热烧约，烧，形成极短的火焰（近似无焰），把火嘴砖加热烧约，形成均匀的发热面。形成均匀的发热面。立式炉火嘴：沿炉底面炉膛两侧均匀分布、炉中间有挡墙。立式炉火嘴：沿炉底面炉膛两侧均匀分布、炉中间有挡墙。立式炉优点：金属耗量小、结构紧凑，占地面积小，投资少，立式炉

16、优点：金属耗量小、结构紧凑，占地面积小，投资少，操作方便，容易调节；操作方便，容易调节；无焰炉优点：结构简单、省钢材、占地面积小，效率高、无噪无焰炉优点：结构简单、省钢材、占地面积小，效率高、无噪音、操作方便、调节灵活。音、操作方便、调节灵活。加热炉操作加热炉操作（1）烘炉：除去炉墙中）烘炉：除去炉墙中的水分，避免炉墙中存在的水分，避免炉墙中存在水而导致高温下水份气化、水而导致高温下水份气化、破坏炉壁。烘炉需要严格破坏炉壁。烘炉需要严格执行升温曲线，防止超温执行升温曲线，防止超温超压。超压。烘炉结束后要检查是否存烘炉结束后要检查是否存在耐火墙破损。在耐火墙破损。（2）点火：做好燃料气、）点火：

17、做好燃料气、油、风的配合。油、风的配合。（3）正常操作，注意观）正常操作，注意观察火焰与炉管，及时调节察火焰与炉管，及时调节延长焦化炉运行周期的方法：延长焦化炉运行周期的方法：（1）改进炉管材质，炉管采用）改进炉管材质，炉管采用Cr9Mo管材，提高炉管允许管材，提高炉管允许使用温度；使用温度；（2）加强焦化原料管理：限制原料中高密度、高沥青质含）加强焦化原料管理：限制原料中高密度、高沥青质含量成分，以防止严重结焦，控制原料中钠含量（量成分，以防止严重结焦，控制原料中钠含量（10ug/g），抑制结垢。），抑制结垢。（3）加热炉进料与燃烧系统联锁报警：防止低原料流量导）加热炉进料与燃烧系统联锁报警

18、：防止低原料流量导致的炉管过度受热而结焦；致的炉管过度受热而结焦；（4）及时烧焦及在线清焦）及时烧焦及在线清焦加热炉正常炉管结焦厚度约加热炉正常炉管结焦厚度约7-8mm，当炉管结焦达，当炉管结焦达4mm以上以上时，应付导致炉膛温度显著上升。对于时，应付导致炉膛温度显著上升。对于Cr5Mo炉管，当结焦炉管，当结焦厚度超过厚度超过10mm时，会导致炉管弯曲变形。时，会导致炉管弯曲变形。一般要求炉膛温度不超过一般要求炉膛温度不超过800850，炉管压降低于，炉管压降低于2MPa。当炉管结焦严重时，需要停炉烧焦：空气蒸汽烧焦。高温当炉管结焦严重时，需要停炉烧焦：空气蒸汽烧焦。高温下空气与焦炭接触燃烧，

19、利用蒸汽控制烧焦速度并带走多余下空气与焦炭接触燃烧，利用蒸汽控制烧焦速度并带走多余热量，防止局部过热。气体在炉管内高速流动，可以将崩裂、热量，防止局部过热。气体在炉管内高速流动，可以将崩裂、破碎的焦粉与盐垢带出炉管。破碎的焦粉与盐垢带出炉管。在线清焦：在线清焦：不停炉条件下对多加热炉中某一管程进行通蒸汽不停炉条件下对多加热炉中某一管程进行通蒸汽清焦，通过改变蒸汽量和管壁温度使焦炭剥落，达到清焦目清焦，通过改变蒸汽量和管壁温度使焦炭剥落，达到清焦目的。的。在线清焦效果：可使炉管表面温度降低在线清焦效果：可使炉管表面温度降低55，炉管压降正常，炉管压降正常，节省燃料节省燃料10%15%，延长加热炉

20、操作周期，每两年以下才用，延长加热炉操作周期，每两年以下才用空气与蒸气烧焦一次。空气与蒸气烧焦一次。2021-7-639延迟焦化过程的产品包括气体、汽油、柴油、蜡油和石油焦。焦化产品的主要性质如下： 气体 焦化气体中含有2035%的不饱和烃和30左右的甲烷，是化工和制氢的很好原料，也可作为燃料。 汽油 焦化汽油含有较多的烯轻组分，性能很不安定，辛烷值也很低，质量较差，不能直接作为商品汽油出厂，必须经酸碱洗涤再蒸馏，或经过加氢精制，才能作为出厂商品汽油的调合组分。 柴油 焦化柴油也因其安定性能不好，亦需再次加工才能使用。可和蜡油混炼作为催化裂化原料，也可作催化加氢的原料，进一步生产其它优质燃料油

21、。四、延迟焦化过程的产品四、延迟焦化过程的产品2021-7-640 蜡油 焦化蜡油可供其它二次加工装置做原料，很少直接出厂。亦可和其它渣油调合作为锅炉燃料。 石油焦 石油焦是焦化装置的独有产品，其数量和质量是延迟焦化装置的主要控制指标。2021-7-6石油化工过程系统概论41第二节第二节 焦炭塔的塔体变形、开裂及可焦炭塔的塔体变形、开裂及可能产生的腐蚀能产生的腐蚀一、焦炭塔塔体变形 焦炭塔塔体由于长期处于冷、热交变的操作下，受热应力影响，易发生塔体鼓胀变形，经对国内八家炼厂的焦炭塔进行调查(88年秋)有5家有明显变形，变形部位多在塔体下部，塔壁径向鼓凸，呈糖葫芦状。塔壁的鼓凸变形过程如下图。2

22、021-7-6石油化工过程系统概论42焦炭塔塔壁变形示意图2021-7-6石油化工过程系统概论43胜利炼油厂3号焦炭塔塔壁变形的检查结果2021-7-6石油化工过程系统概论44塔体变形的规律(1)一般规律是环缝处直径小，而环缝之间直径大，中下部变化大，顶部较小；中下部东西直径大，南北直径小，成为椭圆形状(2)塔体下封头筒体环焊缝以上第二至第四道圈板之间变形最大。(3)塔体环焊缝处变形较小，多年来基本无变化。(4)塔体变形量达一定数值后，渐趋缓慢。2021-7-6石油化工过程系统概论45本章重点 1.延迟焦化的作用是什么？ 2.延迟焦化的工作原理 3.工艺流程图中加入软化水的作用是什么？反应压力

23、对焦化产品的分布有什么影响？反应压力对焦化产品的分布有什么影响？ 反应压力一般指焦炭塔塔顶的操作压力。反应压力一般指焦炭塔塔顶的操作压力。压力升高，反应深度加大，气体和焦炭收率压力升高，反应深度加大，气体和焦炭收率增加，液体收率下降。压力太低，不能克服增加，液体收率下降。压力太低，不能克服分馏塔及后路系统的阻力。因此原则上在克分馏塔及后路系统的阻力。因此原则上在克服系统阻力的条件下，尽可能采用低的反应服系统阻力的条件下，尽可能采用低的反应压力，通常为压力，通常为0.150.17MPa(表表).什么是循环比？它对焦化产品的分什么是循环比？它对焦化产品的分布有什么影响？布有什么影响？ 循环比是指分

24、馏塔内一部分比焦化蜡油循环比是指分馏塔内一部分比焦化蜡油重的的循环油量与原料油量的比值，也有用重的的循环油量与原料油量的比值，也有用加热炉进料量与原料油量的比值称作联合循加热炉进料量与原料油量的比值称作联合循环比来表示循环量的大小。环比来表示循环量的大小。 循环比增加，反应深度加大，焦化汽、循环比增加，反应深度加大，焦化汽、柴油液体收率随之增加，而焦化蜡油收率减柴油液体收率随之增加，而焦化蜡油收率减少，焦炭和焦化气体收率增加少，焦炭和焦化气体收率增加.焦炭塔使用要求有哪些？焦炭塔使用要求有哪些？ 控制油气泡沫不带出塔，焦炭及泡沫层控制油气泡沫不带出塔，焦炭及泡沫层高在高在2/33/4之间，安全

25、开、关阀门，防火之间，安全开、关阀门，防火防爆，保证顶、底盖不漏，做好顶底盖热紧，防爆，保证顶、底盖不漏，做好顶底盖热紧，保证除焦干净，经常检查并消除瓦斯管内结保证除焦干净，经常检查并消除瓦斯管内结焦，经常检查塔裙焊缝和基础情况的变化有焦，经常检查塔裙焊缝和基础情况的变化有无问题。无问题。焦炭塔预热时，对分馏操作有何影焦炭塔预热时，对分馏操作有何影响？响？ 焦炭塔（新塔）预热时，大量油气进焦焦炭塔（新塔）预热时，大量油气进焦炭塔，热量被焦炭塔吸收或被拿油（塔底油）炭塔，热量被焦炭塔吸收或被拿油（塔底油）带出，使分馏塔进料温度下降，同时，使分带出，使分馏塔进料温度下降，同时，使分馏塔油气减少，造成物料不平衡，影响汽油、馏塔油气减少，造成物料不平衡，影响汽油、柴油、蜡