SEI进一步发挥延迟焦化工艺技术的作用

1、进一步发挥延迟焦化工艺技术的作用 李出和 李 蕾 李 卓 （ 中国石化工程建设公司 ， 北京 100101）摘要：介绍了目前国内延迟焦化工艺技术现状，对比了延迟焦化工艺和其他渣油加工工艺的特点和对原料的适应性，提出了近期延迟焦化工艺仍具有不可替代的作用。为充分发挥现有延迟焦化装置的作用，提出了在提高加工劣质渣油能力、提高液体收率、降低能耗、提高安全水平和减少环境污染方面的优化措施。为保持焦化工艺技术的生命力，提出了开发新一代焦化技术的建议。关键词：延迟焦化 技术状况 优化和完善 新一代焦化技术1 、前言延迟焦化工艺是一种重油深度热裂化加工工艺，将重油在加热炉中迅速加热至所需温度（约500）后进

2、入焦炭塔，在焦炭塔内适宜的温度、压力及长时间停留后进行高温热裂化和缩合反应，反应生成干气、液化气、汽油、柴油、蜡油及焦炭等产品1。随着原油劣质化，环保法规对车用燃料质量和炼油厂排放的严格要求，石油炼制工业又面临着严峻的挑战，劣质原油的深度加工技术越来越受到重视。劣质原油的加工导致渣油产量快速增加，为合理加工炼油厂过剩的渣油以提高经济效益，大部分炼油厂都选择了工艺成熟、投资较低、操作费用较少和对原料适应强的延迟焦化工艺技术。目前国内以减压渣油或减压渣油掺合沥青及催化油浆为原料的延迟焦化装置约60余套，加工能力约7800万吨/年；以重质原油、重质燃料油或煤焦油为原料的延迟焦化装置也有近50套，其总

3、加工能力约3500万吨/年；2010年底，国内的延迟焦化总加工能力超过1.1亿吨/年，延迟焦化工艺已成为目前国内最主要的重油加工手段。2、国内现有延迟焦化技术状况国内的延迟焦化技术发展主要由中国石化股份有限公司、中国石油天然气股份有限公司和中国海洋石油股份有限公司推动，通过消化吸收、总结提炼和自主创新不断发展起来的。目前国内延迟焦化主要技术状况见表1。目前国内延迟焦化主要技术状况2 表1项 目2010年前延迟焦化主要技术状况原料劣质化程度残炭：26%，硫含量：6%，沥青质：16%装置加工规模一般：100-300万吨/年，最大：420万吨/年单系列加工规模一般：100-160万吨/年，最大：21

4、0万吨/年加热炉辐射传热个别单面辐射，大部分双面辐射，少数附墙燃烧加热炉炉管材质少数Cr5Mo，大多数Cr9Mo注水注汽技术少数用单点注水，大多数用多点注汽空气预热器热管式、板式、水热煤式都有采用加热炉炉管清焦蒸汽-空气烧焦、在线蒸汽剥焦、机械清焦均已采用加热炉热效率 少数为85-90%，大多数为91-92%，极少数93%以上焦炭塔直径一般：69米 最大：9.8米焦炭塔材质大部分为：1.0Cr0.5Mo或1.25Cr0.5Mo和只有上部复合0Cr13，没有全塔等壁厚和全塔复合0Cr13过渡短形式大部分采用堆焊，少数采用整体锻焊料位计普遍采用中子或-射线焦炭塔底盖机大部分装置已配置或正在配置自动

5、底盖机分馏塔直径一般：3.8-6.4米，最大：7.8米操作循环比 大部分为：0.1-0.3，少数大于0.4焦炭塔顶压力 0.13-0.17 MPa(g)加热炉出口温度490-500生焦时间18-24小时生焦系数一般：1.4-1.8，最低：1.30（生焦率/残炭值）装置能耗一般：20-30Kg标油/吨原料，最低16Kg标油/吨原料安全联锁系统大部分配置了加热炉、压缩机、水力除焦、顶/底盖机和泵入口联锁，加热炉和焦炭塔顺控联锁较少环保技术吹汽放空、冷焦水处理基本实现密闭掺炼技术具有了部分掺炼沥青、油浆、污油和污泥的经验装置运行周期大部分装置达到2-3年3、延迟焦化工艺仍具有不可替代的作用目前炼油厂

6、加工渣油的主要工业化装置有：延迟焦化、灵活焦化、减粘裂化、渣油催化裂化、渣油加氢裂化和溶剂脱沥青装置等。采用哪一种渣油加工工艺主要取决于原料性质、产品要求、产品收率、产品市场、建设投资、操作费用、安全环保要求等。每一种加工工艺，都有其特点和适用范围。几种不同渣油加工工艺对原料的常规要求见表2。几种不同渣油加工工艺对原料的常规要求 表2 渣油加工工艺残炭 m%沥青质m%碱氮ug/g硫m%镍+钒ug/g铁ug/g钠ug/g延迟焦化4520/10灵活焦化50 /减粘裂化 3015/10渣油催化1021000/ 251010渣油加氢158/1601510溶剂脱沥青/溶剂脱沥青是一个物理萃取过程，可加工

7、不同性质的原料，原料性质对脱沥青油的收率、沥青质量和装置的技术经济指标影响较大，由于溶剂脱油沥青的能耗较大以及脱油沥青的出路受市场限制，因此，溶剂脱沥青装置不能作为加工渣油的主要装置。渣油加氢裂化装置的转化率高，但是存在投资高、操作费用高、对原料的金属及残炭含量要求高和氢气的费用高等问题，目前没有大量采用渣油加氢裂化加工减压渣油特别是加工劣质渣油。渣油催化裂化的液化气和汽油收率高，但由于烧焦量大，能耗高，对原料的重金属及残炭含量有要求，只有低碱氮含量、低硫含量、低残炭和低重金属含量的减压渣油适合采用催化裂化加工，虽然近期新建炼油厂采用加氢处理对催化原料进行脱硫、脱氮、脱金属和脱残炭处理，但是由

8、于加氢处理深度不足，催化产品和烟气仍然需要进一步的脱硫处理，大大增加了建设投资和操作费用。减粘裂化属于渣油浅度热裂化，主要目的是利用渣油生产重质燃料油的同时减少轻质油的混兑比例，由于热裂化深度浅、装置的轻油收率低和重质燃料油的附加值不高等原因，在中国和美国采用减粘裂化工艺加工渣油的装置不多。灵活焦化与延迟焦化相比生焦率低的多（一般为原料的1%左右），连续性强，环境污染小，对原料的适应性强，且约4%的硫和99%的金属富集到焦炭中，但是投资较大，操作复杂，石油焦和蒸汽、空气反应生成的水煤气（H2、CO、CO2和惰性气体）的热值低，在炼油厂利用较为困难，目前国内还没有灵活焦化装置，在国外也仅有几套装

9、置连续运行。延迟焦化装置虽然具有连续性差、除焦系统的密闭性差、对环境存在看的见的污染和焦炭市场波动性强的不利因素，但是，由于延迟焦化装置对原料的适应性特别强，可加工高硫、高残炭和高重金属含量的减压渣油，是深度热裂化装置，轻油收率较高，投资和操作费用相对较低，能够生产优质乙烯裂解原料-焦化石脑油，增产高十六烷值柴油，增加中间馏分焦化重瓦斯油，为催化裂化及加氢裂化提供原料和提供冶金行业使用的石油焦。并且沥青、催化油浆、污泥、废胺液和污油等也可掺炼到焦化装置中去进行处理，因此，目前延迟焦化工艺仍具有不可替代的作用。4、优化和完善现有延迟焦化装置充分发挥其作用 国内现有延迟焦化装置加工总量大和装置套数

10、多，虽然单装置平均规模小、技术水平落后和存在一定的环保问题，但是不可能一夜之间被其他渣油加工工艺所替代，也不可能一夜之间全部拆除建设新的大型化装置，对现有延迟焦化装置优化和完善充分发挥其作用是近一段时间内延迟焦化技术改进的主要任务。针对现有延迟焦化装置进一步优化的主要目标是加工劣质渣油、提高液体收率、降低能耗、提高安全水平和减少环境污染。（1）加工劣质渣油 随着重质化和劣质化原油的增加及减压深拔技术的发展，延迟焦化原料更加劣质化，主要体现在高硫或高酸、比重大、粘度大、残炭高、沥青质含量高、重金属含量高等，影响了延迟焦化装置的操作，主要是产生弹丸焦、炉管结焦、分馏塔结焦、腐蚀加重、运行周期缩短等

11、。进一步改善延迟焦化装置的设计和操作，使之适应加工劣质渣油，随着渣油加氢技术的不断进步，延迟焦化工艺只有加工更劣质的原料才有出路，才能不被淘汰。针对加工劣质渣油所出现的问题应逐一进行研究并寻找处理措施。改进焦炭塔系统的设计和操作，避免产生弹丸焦时焦炭塔冷焦振动、除焦塌方卡钻和放水管道堵塞等。采用高效强适应性延迟焦化加热炉，减缓炉管结焦和方便炉管清焦。分馏塔采用内部塔底搅拌、喷淋洗涤和加强外部过滤等措施，防止因分馏塔底结焦而停工。关键高温腐蚀部位增加腐蚀余量、采用在线腐蚀检测和定期测厚等，减少因腐蚀穿孔导致的着火事故。（2）提高液体收率 提高液体收率降低焦炭产率始终是延迟焦化技术发展的最大目标，

12、为提高馏分油收率降低焦炭产率，建议根据原料特性提高炉出口温度增加给热量提高裂化深度；降低压力操作（0.11-0.13MPag），减少焦炭挥发分；寻找重蜡油出路，采用超低循环比(0.05)或零循环比操作。加热炉采用了防止炉管结焦和快速清焦的改进措施，高压水泵出口压力相对有余量，基本具备提高出口温度的条件。焦炭塔采用了防焦器、中子料位计和注消泡剂等防止夹带泡沫焦的措施，如果压缩机的负荷和管道压力降有一定的余量，完全可以考虑采用降压操作以提高液体收率。低压操作要注意压力平衡，低压操作的压力分布一般为：压缩机入口压力0.02MPa（g）、分馏塔顶冷凝器及管道压降0.03MPa、分馏塔内件压降0.025

13、MPa、焦炭塔出口管道压降0.025MPa。随着渣油加氢处理装置的不断增加，为重蜡油找到了出路，也有条件实现超低循环比操作。提温、降压和减少循环比，当原料中沥青质含量高时容易产生弹丸焦，虽然给生产带来许多麻烦，但是弹丸焦的出现意味着焦化操作处于最经济条件下。（3）降低能耗 降低能量消耗明显提高装置的经济效益，节能主要从节省燃料消耗、蒸汽消耗、电耗、水的消耗和提高热利用率等方面着手。加热炉燃料气消耗占装置总能耗的比例最大，节省燃料气对装置节能尤为重要，采用的措施主要有：通过提高加热炉入口温度和降低循环比等来减少被加热介质所需有效热量；通过采用高效空气预热器降低排烟温度、采用隔热性能良好的耐火内衬

14、材料减少散热损失、选用高效火嘴使其在低过剩空气系数条件下有效燃烧和定期在管内清焦和管外除灰等措施，提高炉效率以节省燃料消耗。减少蒸汽消耗有两个方面，一是降低用汽量，主要是减少加热炉注汽、焦炭塔吹汽、阀门汽封、蒸汽往复泵用汽、汽轮机用汽、设备管线伴热及设备管线吹扫用汽；二是增加产汽量，优化焦化分馏塔的操作，在保证产品质量的前提下，增加蜡油及中段油高温位热量的取热比例，除加热渣油外用于产生蒸汽。焦化装置用电主要是工艺机泵、空冷器和除焦机械，准确计算确定设备、管道和管件的阻力以及流体的流量是选好机泵的基础，在正常操作中，泵的流量或扬程变化较大时，采用变频电机驱动，分馏塔顶空冷器和放空塔顶空冷器的电机

15、应部分采用变频驱动，除焦部分用电主要是高压水泵，根据焦炭塔直径和焦炭性质确定合理的高压水泵的流量和扬程，选用高效切焦器,减少切焦时间。节水措施主要有：冷焦水和切焦水密闭处理循环利用、尽量使用空冷器减少水冷器、机泵冷却水采用部分回用部分排放的冷却方式、装置内污水实行清污分流处理和甩油及放空塔底冷却器的冷却水采用二次利用的循环水等。提高分馏塔高温位取热比例，优化换热流程；增加低温位热水换热器，加强低温热回收；增加冷焦热水换热器和放空塔顶/底热水换热器回收焦炭热量等均可降低装置能耗。（4）提高安全水平提高装置的安全水平主要是通过改进工艺、设备和仪表消除装置的安全隐患。设备、管道、阀门、仪表等的选择应

16、充分考虑耐温耐压、耐腐蚀、耐磨蚀、耐冲蚀和抗疲劳等，避免泄漏着火和爆炸。进一步完善现有加热炉、压缩机、水力除焦、泵进口阀门等系统的安全联锁。增加焦炭塔的安全联锁和顺序控制系统，实现小吹汽、大吹汽、小给水、大给水、放水、蒸汽赶空气试压、油气预热以及四通阀切换等步骤的安全操作。增加加热炉的开停工顺序控制系统，实现燃料气试压、开鼓引风机、点火和蒸汽吹扫等步骤的安全操作，减少因人工误操作和设备故障导致的安全事故发生。增加焦炭塔顶/底自动卸盖机，提高自动化水平、降低劳动强度和提高操作的安全性，特别是提高产生弹丸焦时卸盖操作的安全性。将主要的除焦操作设置在高压水泵房或中央控制室，辅以电视监控系统和丰富的智

17、能传感器对整个除焦状态进行检测，实现远程地面手动或自动除焦，避免传统除焦对除焦人员的伤害。设备及管道设置必要的安全阀，满足各种事故情况下的安全泄放和安全阀检修。（5）减少环境污染国内通过采用密闭吹汽放空和密闭冷焦水处理使装置污染大大减少，但是石油焦还露天堆放，因此应开发密闭除焦、密闭输送、密闭仓储技术。烧焦对环境造成一定的影响，国内已经有专用机械清焦设备并成立了清焦队伍，建议尽量取消蒸汽-空气烧焦，不仅减少环境污染，而且降低炉管损伤和操作工劳动强度。水力除焦过程中,焦炭塔底的溜槽处会排放一定量的油气、硫化物和蒸汽的混合物，其中的硫化物会导致装置恶臭增加，影响操作人员的健康，应增加回收脱硫系统，

18、减少废气的排放。吹汽放空产生的含油、含焦粉和含硫化物等杂质的污水，送至污水汽提装置由于其含油和含焦粉而影响污水汽提装置的正常操作，送至装置内的冷焦水处理系统，由于其含油量较多而影响冷焦水的质量，进而影响到冷焦和切焦操作，开发单独的吹汽放空污水处理系统以实现装置内回用是十分必要的。焦化加热炉对流出口烟气脱硫技术在国外已有采用，建议国内也要进行研究和应用，它不仅降低烟气中的硫含量减少污染，而且可以使排烟温度进一步降低，提高加热炉热效率。5、开发新一代的焦化技术 （1）利用延迟焦化工艺加工沥青 以减渣为原料的脱沥青技术可以生产约40-50%的脱沥青油，比采用减压深拔技术从渣油中获得的中间馏分要多。脱

19、沥青油通过加氢处理后到催化裂化，但是脱油沥青的出路存在问题，如果延迟焦化工艺能够加工脱油沥青，采用脱沥青-延迟焦化-加氢处理-催化裂化组合工艺的渣油加工路线，使加氢处理和催化裂化的原料比直接加工减渣优质化，使延迟焦化原料更劣质化，该组合工艺可以降低渣油加工成本，提高炼厂轻质油收率和经济效益。由于脱油沥青的残炭、沥青质、金属含量和硫含量高，产生弹丸焦和生焦率提高将不可避免，现有的延迟焦化装置只能掺炼10-30%脱油沥青, 针对100%的脱油沥青很难适应，应开发以脱油沥青为原料的延迟焦化技术。（2）开发连续密闭式延迟焦化工艺 目前的延迟焦化工艺属于炼油厂唯一的半连续-半间歇-半密闭操作的工艺技术。操作的间歇性导致阀门频繁开关，机泵频繁启停，冷换设备频繁切换、管道频繁吹扫、设备操作温度和压力频繁波动等，使设备事故率增加，产品质量不稳定、操作难度和劳动强度增加，误操作概率增加，危险性加大等。焦炭产品的半密闭化处理，使冷切焦水处理、水力除焦过程和焦炭的储存及运输只能半密闭，排放的废气和焦粉不可避免的对环境造成污染。开发连续延迟焦化工艺，设置反应器、分馏塔、急冷塔和脱水罐或离心分离机等设备。反应器内反应生成的油气连续由顶部流出进入分馏塔，反应生成的高温液体焦炭在反应器内经蒸汽汽提并停