180万吨每年延迟焦化装置工程设计图文

1、 学号： 10014020499 毕业设计说明书180万吨/年延迟焦化装置工程设计（i）1.8 million tons / year delayed coking unit engineering design（i） 学院 化学工程学院 专业 化学工程与工艺 班级 化工10-4 学生 谢谢 指导教师（职称） 周锡堂教授 完成时间 2014 年 3 月 10 日至 2014 年 6 月 10 日广东石油化工学院本科毕业设计（论文）诚信承诺保证书本人郑重承诺： 180万吨/年延迟焦化装置工程设计（i）毕业设计（论文）的内容真实、可靠，是本人在 周锡堂 指导教师的指导下，独立进行研究所完成。毕业设

2、计（论文）中引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处，如果存在弄虚作假、抄袭、剽窃的情况，本人愿承担全部责任。 学生签名： 年 月 日 专业负责人批准日期 毕 业 设 计 任 务 书院（系）： 化学工程学院 专业 化学工程与工艺 班 级： 化工10-4 学生： 22 学号：100140204222一、毕业设计课题 180万吨/年延迟焦化装置工程设计 二、毕业论文工作自 2014 年 3 月 10 日起至 2014 年 6 月 10 日止三、毕业论文进行地点 现场+校内 四、毕业论文的内容要求(一) 设计之原始数据： 装置年运行时间8000小时。原料及产出物料见下表序号 名

3、 称收率 w%加 料 或 出 料kg/ht/dkt/a一原料1减压渣油100225000540018002小 计10022500054001800二产品1富气7.5168754051352汽油11.5258756212073柴油27.26075014584864蜡油20.34612511073695甩油2.65625135456焦炭30.46862516475497损失0.511252798小计100.022500054001800(二) 设计任务及设计主要内容：（1）了解并综述国内外延迟焦化工艺基本技术和经济特征。（2）选择工艺，确定主要装置。（3）提供相关图纸（2#）至少2幅。（4）编写设

4、计说明书，（包括2万字以上文字，含英文摘要）。 （5）科技译文3000字以上。指导教师 接受论文任务开始执行日期 2014 年 3 月 10 日学生签名 附注：1、此任务书应附于所完成的毕业设计说明书中。2、编写设计说明书要求：（1）编写格式：参照设计任务书规定的内容和顺序，进行设计及说明书编写，说明书前应附有目录，后面应有参考资料及文献一览表，以及本人对设计的总结及评价。（2）文字表达部分：要求说明书一律用计算机打印，纸张采用学校统规格尺寸，文字说明力求条理清楚，图文并茂，绘制的草图不允许徒手进行，必须用绘图工具绘制。（3）设计计算要求：所采用的公式、数据、图的来源等必须交待清楚，单位符号尽

5、量统一，标注要说明，计算过程应条理分明，力求直观、筒单明暸、计算结果准确、符号交待清楚，计算数据有汇总分析，重要计算内容附有必要的插图和表格归纳。（4）软件编程部分：软件总体架构、编程方法、技术要点需表述清楚。软件界面应亲切友好，方便实用，相关技术标准应进行说明。编写软件使用指南。（5）绘图要求：所绘制的图纸应符合国家标准，各视图反映正确、齐全，图面整洁、布置合理、比例准确。图中标题栏填写准确得当，技术要求符合有关技术标准，且设计者必须全面了解图纸技术要求的内容和规定。摘要 延迟焦化一种热裂化工艺。其主要目的是将高残碳的残油转化为轻质油。所用装置可进行循环操作，即将重油的焦化馏出油中较重的馏分

6、作为循环油，且在装置中停留时间较长。它是石油深度加工的工艺之一，是廉价的渣油轻质化过程。它对原料的操作要求低，适应性大，而且工程投资较少，收益较高。 随着原油的劣质化、重质化的不断加剧和市场对液体产品的需求不断加深，迫使炼油厂加快提高延迟焦化装置的加工能力，提高加工深度，改善工艺流程，得到合理的合适的工艺方案，并且减少排放物做成的污染，保护环境。目前，我国延迟焦化工艺较为成熟，但与世界发达国家相比，还是存在很大的差距。本文主要是180万吨/年延迟焦化装置工程设计，了解并综述国内外延迟焦化工艺基本技术和经济特征，根据国内外已有的技术和经验，确定设计工艺流程方案和主要设备，以达到投资少，污染低，绿

7、色环保，且经济收益较高的目的。关键词：延迟焦化 工程设计 设备选型abstract a thermal cracking process delayed coking. its main purpose is to high residual carbon residue into light oil. the cycle of operation can be performed with the device, about to heavy coker distillate fraction as the heavier cycle oils, and long residence tim

8、e in the apparatus. it is one of the processes of deep processing of oil, residual oil is inexpensive lightweight process. operation requires its raw material is low, adaptability, and less engineering investment, higher income.with the poor quality of the crude oil, heavy of the growing demand for

9、liquid products and market deepening, forcing refineries to accelerate improvements in delayed coking unit of processing capacity, improve the processing depth and improve the process, the appropriate process to get a reasonable solution and reduce pollution caused by emissions and protect the envir

10、onment.at present, china's delayed coking process is more mature, but compared with developed countries, there is still a big gap. this article is 1.8 million tons / year delayed coking unit engineering design, understand and review of delayed coking process at home and abroad, technical and eco

11、nomic characteristics, according to the existing technology and experience both at home and abroad, to determine the design process scheme and main equipment, in order to achieve less investment, low pollution, green environmental protection, and high economic benefits.keywords: delayed coking ；engi

12、neering design； equipment selection1目录目录前言9第一章 文献综述101.1国内外延迟焦化技术的对比101.1.1焦化原料101.1.2工艺流程101.1.3主要操作条件111.1.4主要设备121.2 延迟焦化概述131.2.1 延迟焦化工艺的技术进展131.2.2 延迟焦化的反应机理151.2.3 延迟焦化工艺流程171.2.4 延迟焦化产品性质及收率201.2.5 延迟焦化的影响因素211.3延迟焦化产品、产品用途及市场开拓221.3.1延迟焦化产品221.3.2产品用途及市场开拓22第二章 延迟焦化装置设计概况232.1装置物料平衡表242.2装置原

13、材料及产品质量指标242.2.1减压渣油质量指标242.2.2富气质量指标252.2.3汽油质量指标252.2.4柴油质量指标252.2.5蜡油质量指标262.2.6焦炭质量指标272.3 主要设备的设计272.3.1 板式塔概述272.3.2分馏塔282.3.3板式塔的设计计算292.3.5塔板负荷性能图342.3.4焦炭塔372.3.5加热炉37第三章 工艺技术方案的选择393.1国内外工艺技术归纳393.1.1目前国外技术状况归纳起来有如下特点：393.1.2目前国内技术状况归纳起来有如下特点：393.2设备材质选择403.3装置管道器材选用原则4033.4装置的主要操作参数40第四章

14、装置自动化控制部分424.1自动化控制水平424.2主要的控制方案424.3主要仪表选型42第五章 总结43参考文献441前言 前言 石油是一种宝贵的不可再生资源，充分利用石油资源具有很大的现实意义，其中重油的二次加工显得尤为重要。世界上石油的储量是一定的，据有关部门预测，在今后的 20 年内，世界范围内石油的需求量将以每年 2%的幅度逐步增长，也就是说在不久的将来，石油资源会越来越少直至枯竭。当今世界，原油中的金属、硫含量、残炭、酸值在原油中的比例逐步增加，变重、变劣是世界原油的主要变化趋势；重质原料油在现代工业中的需求量在不断地减少，目前炼厂的首要任务是将原油最大限度的转化为轻质交通运输燃

15、料和石化化工原料。因此，充分挖掘石油深度加工的潜力，采用更加先进的手段对重油进行处理，重油及渣油的轻质化显得越来越重要。目前，渣油的深度加工主要通过加氢与脱碳两个途径来实现，加氢具有产品质量好、灵活性高等优点，但其操作费用高、对设备及催化剂要求苛刻。在我国炼厂，脱碳技术因其投资及操作费用比较低而得到了广泛的应用。如今，我国的脱碳技术比较成熟，延迟焦化工艺是主要的脱碳手段之一。延迟焦化工艺可用于加工高硫、高沥青质的重质渣油，能够深度脱硫脱碳，技术成熟，对原料的适应性强，能够处理包括原料 api 指数在 2.020、康氏残炭在 3.8m%45m%的直馏渣油、减粘渣油、煤焦油、裂解焦油等多种劣质重质

16、原料。因其具有操作弹性大、原料灵活性好，柴汽比高等特点，在国内外受到广泛的应用。据预测，世界上延迟焦化装置的加工能力在今后 10 年内将增长 30%。我国的延迟焦化能力与世界发达国家相比还有一定的差距，目前主要有两种途径来提高延迟焦化的加工能力：一是实现延迟焦化装置的规模化、大型化，采用国内外的先进技术；二是对现有延迟焦化装置进行优化比较，找出制约装置加工能力的瓶颈，通过技术手段对延迟焦化装置进行扩能改造。3文献综述第一章 文献综述1.1国内外延迟焦化技术的对比11.1.1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

17、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 1.05 g/cm3，残炭为16% 30%，硫质量分数为2%

18、6%，高酸原油的酸值为0.5 13.0mgkoh/g。1.1.2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

19、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

20、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

21、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。1.1.3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1-1。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。表1-1 国内外延迟焦化过程主要操作条件主要操作条件中国美国加热炉出口温度/490500500510循环比0.150.600.15焦炭塔顶

22、压力/ mpa0.150.180.100.15焦炭塔顶出口管线温度/415420430440生焦时间/ h18241218压缩机出口压力/ mpa1.21.41.41.5烧焦或清焦周期1.52年停工或分炉膛烧结一次3个月在线清焦一次，23年机械清焦一次1.1.4主要设备（1）加热炉 国内应使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

23、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) 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-0.5

24、mo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，复合层一般采用即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：堆焊结构，焊缝内外表面都必须打磨圆滑；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5 503 次，整体锻件的疲劳寿命为

25、14 508 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。(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

26、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。1.2 延迟焦化概述2延迟焦化是一种利用渣油在 500-550的高温下进行深度热裂化和缩合反应的一热加工过程。延迟焦化过程的产品主要有：焦化富气、焦化汽油、焦化柴油、焦化蜡油及焦炭。目前，针对含硫含碳及金属含量高的劣质重质渣油，延迟焦化作为一种应用广泛的深加工手段，越来越受到炼厂的重视。据统计，世界渣油加工的三分之一用于延迟焦化，延迟焦化是目前重油加工发展最快的工艺技术。1.2.1 延迟焦化工艺的技术进展31.2.1.1 国外延迟焦化的进展自上世纪三十年代第一套延迟焦化装置开

27、始投产运行以来，延迟焦化技术取得了长足的发展，现已成为渣油加工的主要工艺。据统计，1991年全世界范围内延迟加工总能力为172 mt/a，1999年加工能力增加到227 mt/a，上世纪90年代延迟焦化焦化能力增长了54.87 mt/a。 截止到2005年初，据美国“ogj”杂志统计，全世界147个炼厂延迟焦化总加工能力达244mt/a，与2004年同期相比增长了5.26个百分点。2004年世界延迟焦化装置加工能力排名前十位的国家如表1-1所示。表 1-1 2004 年世界延迟焦化装置加工能力，mt/a 编号 国别 焦化 蒸馏 焦化/蒸馏 占世界焦化总能力 1 美国 128.70 838.74

28、 15.34 52.702 中国 14.63 232.48 6.29 5.993 印度 9.33 112.73 8.28 3.824 墨西哥 8.53 84.20 10.13 3.495 委内瑞拉 7.97 64.11 12.43 3.266 阿根廷 5.86 31.25 18.75 2.407 德国 5.41 116.16 4.66 2.228 日本 5.14 235.35 2.18 2.109 巴西 4.74 96.01 4.94 1.9410 俄罗斯 4.67 271.64 1.72 1.91合计 244.21 4120.45 5.93 100.00 据 sri 报告显示，全世界所有炼厂

29、中有 17%的炼厂建有延迟焦化装置，过去 15年内世界延迟焦化装置生产能力增长了 70%以上。近年来，国外延迟焦化技术的发展趋势主要体现了以下几个方面：1. 生焦周期变短。生焦周期最短可以达 12 小时。2. 降低焦炭塔反应压力。操作压力的降低使总液收增加，但导致焦炭和气体的产率下降、设备费用增加。目前，焦化塔的设计压力普遍偏低，典型的低压为 0.205mpa。3. 循环比降低，提高总液收。4. 焦炭塔大型化，焦炭塔直径增加，直径大于 9m的焦炭塔已在国外有应用。5. 水力除焦和多点注汽及在线清焦技术。6. 自动化水平高，减小污染物的排放。7. 应用计算机软件进行控制。1.2.1.2 国内延迟

30、焦化技术的进展我国的延迟焦化技术起步较晚，自上世纪 60 年代我国延迟焦化实现工业化以来，延迟焦化技术在我国得到了迅速地发展。当今，我国的延迟焦化加工能力已排在第二位，仅次于美国。经历了半个世纪的发展，我国延迟焦化技术水平得到了显著的提高，主要体现在以下几个方面：1. 装置规模的大型化焦炭塔的大型化是延迟焦化降低能耗、提高经济效益的重要手段。在上世纪，我国延迟焦化工业中焦炭塔最大塔径仅为 6.1m，规模上与国外的焦化塔相差比较大。半个世纪来，我国在延迟焦化装置规模大型化方面取得了显著的成效。2000年，第一套国内自行研制的直径为 8.4m 的焦炭塔在上海石化正式投入使用，该焦炭塔在直径和高度上

31、相比于以往国内的焦炭塔都有很大的提高，标志着我国焦炭塔在规模大型化上取得了重大的进步。2004 年以后，我国相继有数十台大塔径的焦炭塔投入使用。扬子石化投产的焦炭塔塔径达 9.4m，是目前世界上塔径最大的焦炭塔。2. 操作条件的灵活性提高延迟焦化装置液收一直是延迟焦化发展的重点，循环比是影响延迟焦化液收的一个主要重要因素。近几年，随着我国延迟焦化技术的不断发展，针对提高延迟焦化的液收也做了大量研究，并取得了显著的成果。洛阳石化工程公司提出的可灵活调节循环比工艺技术，可有效的调节延迟焦化装置的循环比，能够有效地提高延迟焦化装置的液收率。3. 焦化组合工艺的开发(1) 催化裂化-延迟焦化联合工艺该

32、工艺采用石科院开发的 dncc 技术，作为焦化进料的催化裂化原料可在不出渣油产品的情况下全部转化，该组合工艺目前已经在镇海炼化等七家炼厂投入使用。(2) 减粘-焦化联合工艺该工艺利用减粘后的减压渣油作为焦化装置的原料，可有效提高液体收率。目前已经在安庆、茂名等炼厂得到应用。经标定表明：该工艺能使焦炭收率降低 6.17%，轻油收率提高 3.52%。(3) 延迟焦化-溶剂精制-加氢裂化联合工艺该工艺由洛阳石化工程公司炼制所与辽阳石化化纤公司炼厂联合开发，采用溶剂精制工艺技术，将加氢裂化与延迟焦化优化组合。(4) 延迟焦化-溶剂精制-催化裂化组合工艺该工艺以焦化蜡油拔头处理后得到的轻馏分作为柴油调合

33、组分，利用溶剂精制的手段对拔头油进行处理，并将拔头油用于催化裂化的掺兑原料，可以有效地改善催化原料性质。该工艺在锦西石化得到了工业应用，经济效益明显。(5) 延迟焦化-加氢精制-催化裂化组合工艺该工艺在中石化镇海炼化得到了工业应用，产品分布与产品质量得到了很好的改善，提高了经济效益。另外，我国焦化装置在清洁生产、装置节能、自动化水平等方面也取得了很大进步。 总之，经过几十年的发展，我国的延迟焦化工艺技术得到了较快的发展。但与国外先进水平相比，存在较大的差距。主要体现在焦炭塔处理能力低、生焦周期长、加热炉操作周期短及自动化水平低等一系列问题。1.2.2 延迟焦化的反应机理4烃类在焦炭塔内渣油主要

34、发生两类反应：裂解反应和缩合反应。其中裂解反应属于吸热反应，缩合反应属于放热反应。烃类的热转化反应可以用自由基理论来解释。烃分子在高温下容易断裂成键能相对较弱的自由基，自由基之间相互碰撞结合，发生一系列连锁反应，主要的热转化有烷烃的热转化和芳烃的热转化两种。1. 烷烃的热转化反应(1) 烃类大分子断裂成两个自由基：c16h342c8h17·(2) 自由基进一步断裂成更小的自由基和烯烃：c8h17c4h8+c4h9·c4h9c2h4+c2h5·c4h9c2h3+c2h6·c2h5c2h4+h·(3) 小自由基与其他分子之间的碰撞，重新组合，形成新

35、的烃分子和自由基，新的自由基进一步断裂成小的自由基和烯烃： ch3·+c16h34ch4+c16h33·h·+c16h34h2+c16h33·c16h33·c8h16+c8h17·(4) 自由基之间相互结合，反应终止：h·+h·h2ch·+h·ch4c8h17·+h·c8h18c8h1+ch3c9h202. 芳烃的热转化反应芳烃的热转化反应类似于烷烃的热转化反应，其自由基反应如下：(1) 芳烃分子的侧链分裂：c6h15c10h21c6h5c2h4·+c8h17

36、83;(2) 自由基进一步分裂成更小的自由基：c6h5c2h4·c2h4+c6h5·(3) 自由基的缩合：2c6h5·（c6h5）2延迟焦化主要加工重质渣油，其组成复杂，原料中除含有各种烃类之外，还有其他的杂质，如胶质、沥青质、重金属及碱金属等。焦炭塔中生焦机理如图 1-1 所示。对于延迟焦化工艺而言，焦化反应机理复杂，通常认为渣油的热转化分为三步来进行：首先，焦化原料在经过高温炉管时，少量的焦化原料在高温下在加热炉内发生裂化反应；其次，自加热炉加热进入焦炭塔的原料，在焦炭塔内发生裂化反应；最后，焦炭塔内的液相重质烃在焦炭塔发生裂化、缩合反应，直至生产气态烃与焦炭

37、为止。1.2.3 延迟焦化工艺流程5延迟焦化装置由焦化、分馏（包括气体回收）、焦炭处理和放空系统几个部分组成。世界各国的焦化-分馏流程差别不大，主要在专有技术方面各有特色，形成各公司的专利。我国的焦化-分馏流程主要有三种：典型的延迟焦化工艺流程，改进之后的延迟焦化流程及洛阳石化工程公司开发的可灵活调节循环比工艺流程。下面对这三种工艺流程作简要介绍。1.2.3.1 传统的延迟焦化工艺流程 传统的延迟焦化工艺如图1-2所示。焦化原料油流经换热器，然后进入加热炉对流室，在加热炉对流室中被加热到340-350后，再进入延迟焦化主分馏塔的脱过热段，在脱过热段与来自焦炭塔顶部的高温油气进行接触换热。来自焦

38、炭塔的高温油气中的焦粉被淋洗脱除，焦化原料油中的轻组分蒸发随高温油气一起进入上层塔板进行分离。塔底的原料油和循环油一起由热泵抽出，经加热炉辐射段加热，快速升温至大约500后进入焦炭塔发生焦化反应。自加热炉而来的焦化原料在焦炭塔内发生裂化和缩合反应，生产烃类油气和焦炭。高温油气由焦炭塔顶部逸出进入主分馏塔底部，经分馏塔分离之后形成富气、焦化汽油、焦化柴油、焦化蜡油和循环油26。焦炭塔有生焦、除焦两个过程，为半连续过程。在实际生产过程中，一般需要有两组（2台或4台）焦炭塔进行轮换操作，即一组焦炭塔为生焦过程，另一组为除焦过程。 该工艺流程是国内常用的焦化换热流程，具有以下两个方面的优点27： 一是

39、焦化柴油中不饱和烃的含量较少，加氢装置的氢耗可有效降低； 二是焦化产品中的汽柴油等直馏馏分的拔出率较高，降低了加热炉的负荷。对于加工高酸重油时，常规换热流程存在脱酸不彻底的缺点。另外，焦化原料在主分馏塔塔底脱过热段取热较低，焦化原料经过脱过热段换热后温度一般升高3550左右，加热炉负荷较大。1.2.3.2 改进后的延迟焦化工艺流程图 1-3 为改进后的延迟焦化工艺流程，该技术在上海石化得到了成功应用，不同于常规的延迟焦化换热流程，焦化原料经换热器换热后直接进入焦化主分馏塔底部，焦化原料并没有直接进焦化炉。通过对常规流程的改进，延迟焦化主分馏塔塔底的热量得到了充分利用。焦化原料在分馏塔塔底脱过热

40、段换热后温度升高 7580，而常规延迟焦化流程的塔底取热量一般为 355028。相比于常规的焦化换热流程，该流程有以下几个方面的优点：(1) 能够缓解分馏塔的过热程度，有利于分馏塔的操作，可有效降低分馏塔各侧线的焦粉携带；(2) 焦化原料在分馏塔中换热量的增加可以有效地减小加热炉的热负荷，节省加热炉中燃料气的用量；(3) 可以减小加热炉对分馏塔的影响，使分馏塔操作更加稳定；(4) 该换热流程可以方便地实现在线清焦技术。改进后的换热流程与常规延迟焦化换热流程相比，汽柴油等直馏分油拔出率较低，对于加工高酸重油，也存在脱酸不彻底等缺点271.2.3.3 可灵活调节循环比延迟焦化工艺流程可灵活调节循环

41、比流程是中石化洛阳工程公司针对国内焦化装置不能实现低循环比（小于 0.2）操作而开发的一种新的焦化换热工艺，该工艺的流程图如图 1-4 所示。与常规焦化-分馏流程相比，可灵活调节循环比工艺的区别在于焦化原料不进分馏塔，而是直接与来自分馏塔的循环油一起进入加热炉加热。分馏塔底部脱过热段采用循环油与反应油气接触换热，循环比的调节是通过调节经换热后的冷循环油的流量来控制，可以灵活调节循环比。循环比一直是延迟焦化分馏塔讨论的重点，降低装置的循环比可以提高焦化装置的液收。对于常规焦化换热流程，当循环比小于 0.2 时，由于主分馏塔塔底原料上入口的进料量减少，在脱过热段与大量高温反应油气进行接触换热时易结

42、焦，从而堵塞塔盘，并影响蜡油质量。可灵活调节循环比工艺克服了常规焦化流程不能在低循环比下操作的缺点，具有以下几个方面的优点：1. 循环比可以在01.0之间灵活调节，能够实现低循环比操作，有利于提高装置的液收。2. 塔底循环油经循环油泵抽出塔外，并与换热器换热降温后返回塔底，通过这种方式对塔底进行取热，可以很好地控制塔底温度，不至于使塔底温度过高，可有效地减小塔底结焦现象。3.由于受到换热流程中热流温位的限制，加热炉对流室最高进料温度为330，从而降低核心设备辐射进料泵操作条件的苛刻度。4. 焦化新鲜原料渣油不直接进入分馏塔内与高温油气接触换热，有利于延迟焦化主分馏塔的稳定操作和改善上部蜡油产品

43、质量。当然，可灵活调节循环比工艺也存在以下几个方面的问题：1.分馏塔脱过热段取热是利用循环油经循环油泵抽出后，在塔外流经原料换热器或蒸汽发生器换热后取走，不同于常规流程中原料油直接与高温油气换热，传热效果不如常规流程，增加了加热炉的热负荷。2.塔底循环油中有大量的焦粉存在，在操作过程中，会对换热设备及循环油的利用带来麻烦。3.由于循环油中含有大量焦粉，在与高温油气进行换热时，有一部分焦粉会随上升的油气进入蜡油集油箱以上，增加了焦化柴油、焦化蜡油中的焦粉含量，影响产品质量。4. 分馏塔底含焦粉的循环油不外送，从焦粉平衡的角度看，会增加塔底焦粉的沉积速率，并且会造成沥青态和焦态固体物的积聚，影响分

44、馏塔和过滤器的正常运行。1.2.4 延迟焦化产品性质及收率延迟焦化装置的产品主要有：焦化气体、焦化汽油、焦化柴油、焦化蜡油及焦炭，焦化产品的性质与焦化原料性质及操作条件有关。1. 焦化气体自主分馏塔塔顶出来的焦化气体去吸收系统。焦化气体一般用作燃料气或者制氢原料，延迟焦化装置的焦化气体收率一般为 7%-10%。2. 焦化汽油焦化汽油由于烯烃含量较高，辛烷值低，稳定性差，只能作为半成品，可以通过加氢精制来改善焦化汽油的安定性，作为蒸汽裂解制乙烯的原料，或者作为催化重整的掺和组分。焦化汽油的收率一般为 8%15%。3. 焦化柴油焦化柴油含有一定的烯烃，稳定性较差，由于焦化原料中含有 s、n 以及金

45、属元素段，等杂质从而导致焦化柴油中也含有此类杂质，安定性较差，需精制之后才能作为才柴油的调和组分。延迟焦化装置焦化柴油收率一般为 26%-36%。4. 焦化蜡油焦化蜡油一般是指馏程在 350-500之间的焦化馏出油。相比于同一原油的直馏减压瓦斯油（vgo），焦化蜡油中的 s、n、芳烃、胶质及残炭均较高。焦化蜡油中多环芳烃含量较高、饱和烃含量较低，性质不稳定，焦化蜡油需要经过加氢处理才能作为催化裂化原料，延迟焦化装置焦化蜡油收率一般为 20%-30%。5. 焦炭石油焦广泛应用于原子能、冶金及宇宙科学等领域，延迟焦化装置焦炭的产率因焦化原料的不同而存在差异。据统计：国内原油的焦炭产率一般在 16%

46、-23%之间；中东原油的焦炭产率一般在 23%-35%之间；东南亚原油在 17%-18%之间。1.2.5 延迟焦化的影响因素影响延迟焦化工艺的主要因素有原料性质及工艺操作条件。在现实生产中，工艺操作条件主要是指循环比、焦化塔操作压力和操作温度。1.2.5.1 焦化原料对延迟焦化工艺的影响残炭、硫含量和密度是衡量焦化原料性质的重要指标。残炭含量的多少直接关系到焦化反应的生焦倾向。残炭含量越低，则焦化反应的焦炭和气体的收率就会降低，液收会增加。硫含量也对焦化产品的质量有影响，硫含量越高对后续分离装置的要求就越高。原料的密度对焦化反应影响与残炭含量对焦化反应的影响趋势相一致。延迟焦化装置产品的分布以

47、及产品性质很大程度上取决于焦化原料的性质，焦化原料性质的变化对延迟焦化的主要操作参数都有影响，并且影响加热炉的运行周期。由于原料的差异性，针对不同的焦化原料，进行延迟焦化装置设计时应考虑不同的工艺控制流程，设计不同的工艺操作参数，从而实现设计优化。1.2.5.2 循环比对延迟焦化工艺的影响循环比是一个影响焦化装置的重要操作参数，焦化产品分布以及装置的处理量都受循环比的影响。目前，国内的延迟焦化装置朝着降低循环比提高液收率的方向发展。循环比的定义如下：循环比=循环油/新鲜原料油联合循环比=（新鲜原料油量+循环油）/新鲜原料油量 =1+循环比对于同一焦化装置，增大循环比可以使焦化装置轻油（焦化汽油

48、和焦化柴油）收率、气体及焦炭的收率增加，焦化蜡油的收率减小。但增加循环比的同时，会增大加热炉的处理量，对于处理量一定的加热炉而言，循环油的增加会导致焦化装置的处理量减小，整个焦化装置的总液收减小，操作费用增加。降低循环比，可以提高焦化装置的处理能力。1.2.5.3 焦化塔操作压力对延迟焦化工艺的影响在循环比和操作温度一定的情况下，提高焦炭塔操作压力，焦化反应深度增大，焦炭的收率增加，焦化气体的产率略有增加，液体产品收率下降。焦炭塔的压力降低，目前，通过降低焦化塔操作压力来提高延迟焦化装置的液收率已成为延迟焦化装置的一种发展趋势。1.2.5.4 操作温度对延迟焦化工艺的影响操作温度是指焦炭塔内的

49、反应温度或者加热炉的出口温度。当循环比及焦炭塔操作压力一定时，操作温度升高会导致重柴油的收率下降，其它产品的收率增加38。但温度过高，会导致炉管与转油线提前结焦堵塞，促使弹丸焦的生成，不利于焦化装置的长周期运转。适当地增加焦炭塔的反应温度有利于焦化反应，我国的焦化装置操作温度一般控制在 495500之间。1.3延迟焦化产品、产品用途及市场开拓1.3.1延迟焦化产品 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

50、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4万吨 针状焦。针对焦化甩油和污油等问题，通常在装置内回炼。1.3.2产品用途及市场开拓 八十年前，国内焦化的目的产品是汽油和柴油，分布经过精制作为低牌号的商品燃料油调合料，焦化蜡油初少量掺和催化原料意外，大部分作为燃料。石油焦主要是用作燃料和电极

51、原料，还有少量用作电石厂、颜料厂原料。进入九十年代，由于焦化工艺的不断发展和渣油催化裂化、加氢催化及技术的发展，也迫使焦化产品面临市场开拓的新机遇。现今中石化的焦化产品去向基本相同。焦化富气作炼油厂燃料，焦化脱硫干气大部分作为炼油厂燃料，少部分作为化肥原料或制氢。焦化汽油经过精制后作为连续重整，乙烯裂解原料，焦化柴油经过精制后作为商品燃料出售，焦化柴油的调人可较大提高商品柴油的十六烷值。焦化蜡油作为催化裂化和回氢裂解的原料，进一步提高炼油厂轻质油的收率。低硫石油焦大部分作为炼铝和炼钢的电极原料，少部分出口到日本、美国及欧洲，高硫焦用于煤电厂燃料，历史水泥窑燃料，以及硫2.53.0m%出口到美国

52、，镇海 石化高硫焦（硫2.0m%）c.f.b（循环流化床）的燃料发电，实现汽电联产。由于焦化是热解和缩合反应，同时进行脱碳、脱硫过程，必然产生富含甲烷、氢气的富气，生产不饱和和成份高的不稳定汽油和柴油，同时产生含硫的石油焦。为此，焦化轻油产品满足商品燃料油规格要求，必须经过加氢精制。由于富气含甲烷和氢气的成份较高，所以经过压缩吸收稳定和脱硫后是加氢精制及化肥的原料。固体产品石油焦由于c/h比值高是石墨碳素行业、碳纤维行业及化工行业的原料，国外在九十年代已经实现高硫石油焦气化、产氢、产汽发电联产过程。35延迟焦化装置设计概况第2章 延迟焦化装置设计概况2.1装置物料平衡表装置的处理能力为180万吨/年，装置年运行时间8000小时。原料及产出物料见表2-1。表2-1装置物料平衡表序号 名 称收率 w%加 料 或 出 料kg/ht/dkt/a一原料1减压渣油100225000540018002小 计10022500054001800二产品1富气7.5168754051352汽油11.5258756212073柴油27.26075014584864蜡油20.346125