焦炭塔工艺设计应考虑的几个问题

1焦炭塔工艺设计应考虑的几个问题1.概述延迟焦化装置的主要设备有加热炉、焦炭塔、分馏塔、放空塔、加热炉进料泵、水力除焦机械等，其中加热炉被认为是焦化装置的关键设备，而焦炭塔则是焦化装置的核心设备。因为焦炭塔是焦化装置的反应器，加热炉、分馏塔、放空系统、冷切焦水处理系统、水力除焦系统等的设计均与之有关。虽然焦炭塔是一个空筒设备，但它的设计涉及到几乎全装置的工艺过程，因此在焦炭塔的工艺设计不仅要考虑焦炭塔的规格尺寸设计，还应考虑与之相关系统的设计。2.焦炭塔直径和高度的确定焦炭塔的直径和高度主要取决于装置的处理量、原料性质、操作温度、操作压力和循环比。装置的处理量是决定焦炭塔大小的主要参数，焦炭塔的单塔处理量越大，要求的焦炭塔直径越大，这主要是由焦炭塔塔内的允许气速决定的。原料进入焦炭塔，在塔内适宜的压力、温度和停留时间的条件下发生裂解和缩合反应，裂解反应产生气体及轻质及中质油品，缩合反应生成焦炭并停留在塔内。在焦炭层以上为主要反应区，即泡沫层。泡沫层分轻相泡沫及重相泡沫，轻相泡沫在上部，其密度约为30~100kg/m3，重相泡沫在焦层以上，其密度约为100~700kg/m3，泡沫层温度一般为460~480℃。热态的焦炭层高度一般高于冷态的焦炭高度。随着原料的不断进入，产生的焦炭量增加，焦炭层高度增加，泡沫层也随之连续升由于泡沫层为反应区，一般不希望泡沫被油气夹带到焦炭塔出口的油气管线和分馏塔，导致管线结焦和分馏塔内结焦影响正常操作和产品质量，因此应考虑焦炭塔内油气的适宜气速，适宜气速应该是泡沫夹带的临界气速乘上一个安全系数。据资料报导，国外在焦炭塔内不注入消泡剂时，设计焦炭塔内油气气速一般为0.11~0.17m/s。在使用消泡剂时，由于泡沫层密度变大，设计焦炭塔内油气速度一般为0.12~0.21m/s。根据适宜的油气速度和焦炭塔内的实际油气流量来考虑焦炭塔的直径，为减少泡沫夹带，新设计焦炭塔建议采用低的油气速度，国111门处理焦炭塔大吹汽时吹出的油汽和给水冷焦时产生的含油蒸汽。目前国内的吹汽放空系统一般设计为密闭的油吸收式放空系统，该系统是用蜡油吸收油汽中的污油，用空冷器或水冷器冷凝未被吸收的蒸汽及轻质油气，该系统不仅减少了环境污染，而且回收了大量的污油和污水。放空塔的设计和大吹汽的蒸汽流量有关，最大空塔气速以吸收油品不被蒸汽夹带为原则，放空塔塔径根据蒸汽及油气流量和允许空塔气速确定，吸收及换热挡板根据入口蒸汽中含油量和换热量确定。国内外一般采用挡板作为吸收换热板，挡板数量为8~16层。在确定焦炭塔直径的同时应考虑放空塔直径和放空系统的冷凝冷却器的设计。大直径的焦炭塔和短的生焦时间，需要的汽提蒸汽量大，配套的放空塔及冷凝冷却器也应该加大。3.2给水冷焦及冷焦水处理系统在焦炭塔拆卸塔顶底盖以前，必须把焦炭塔冷却到焦炭的自燃点以下或更低，避免打开塔顶底盖后发生焦炭自燃和大量油汽外出影响环境。通常是向塔内通入少量的水(约10~30t/h)，水在塔内汽化吸热冷却焦炭，产生的蒸汽排至放空系统进行处理，再向塔内大量给水(200~400t/h)，使焦炭塔充满并溢流，冷却焦炭至100℃以下，然后自底部排水至冷焦水处理系统。焦炭塔的设计应考虑给水冷焦，给水冷焦的操作条件又决定着冷焦水处理系统的设计。焦炭塔直径越大，径向焦层厚度增加，塔壁处焦炭不易被冷却，另外焦炭塔体积增大，充满焦炭塔需要的一次冷却水量增加，因此冷焦水的给水量和冷却时间应适当延长。冷焦水处理系统应该考虑加大冷焦水热水和冷水的贮罐或贮水池，满足一次冷焦使用，冷焦水冷水泵和热水泵也应考虑选用大流量泵，保证能在规定的时间内充满焦炭塔。冷焦水处理系统的旋流除油器、冷却器可以考虑延长操作时间，不一定按焦炭塔塔径的增加而选用的太大。焦炭塔的给水线特别是放水线应加大直径，避免放水时间太长。在冷焦操作时，经常出现大吹汽后小给水时，焦炭未硬结塌落，导致给水不畅通，有的炼油厂采用先大给水使通道的焦炭固化，再由小给水过渡到大给水，效果比较明显。焦炭塔的最大操作荷重应考虑冷焦操作，因为冷焦操作时焦炭塔内充满水，水中有焦炭，焦炭的真比重大于水，最大操作荷重为水的重量加焦炭的重量。23.3水力除焦及冷切焦水处理水力除焦及切焦水处理系统主要包括高压水泵、控制阀、高压胶管、钻杆、切焦器、钻机绞车、塔底盖装卸机、焦炭抓斗、切焦水沉淀池、切焦水贮水罐(或贮水池)等。上述设备的设计及选型应和焦炭塔的设计相配套。高压水泵的压力和流量和焦炭塔内的生焦量、焦炭塔直径、焦炭硬度和切焦时间有关，一般情况下生焦量大、切焦时间要求的短、焦炭硬、焦炭塔直径大要求的切焦水的压力和流量就大。焦炭塔直径增加，切焦水流量和压力也应加大。高压胶管、控制阀、钻杆、切焦器的设计压力应按高压水泵最高出口压力考虑，目前国产的该类设备的设计压力有32Mpa和42Mpa两种。钻机绞车、控制阀、高压水泵、高压水切断阀等的联锁控制操作也是焦炭塔辅助系统设计的内容之一，该系统采用PLC测定钻杆位置、钻杆转速、除焦水压力、钢丝绳拉力等并显示其数值，通过程序控制实现除焦过程的安全操作。塔底盖装卸机和焦炭塔下出焦口的高度及大小有关，目前国内φ5400~φ6800的焦炭塔下出焦口为φ1600，φ8400~φ8800的焦炭塔下出焦口为φ1800。为缩短塔顶底盖的拆装时间、降低劳动强度，应逐步考虑采用自动卸盖机，国外已有成熟的技术，国内正在研究开发当中。焦炭抓斗的大小和除焦速度有关，大直径焦炭生焦量多，同样的除焦时间，单位时间内除焦量大，抓斗应及时把除下的焦炭抓走，因此应考虑选用抓吊量大的抓斗吊车。切焦水沉淀池的设计和切焦水的流速及停留时间相关，切焦水流量增加，达到同样的处理效果应延长停留时间，因此应考虑适当加大切焦水沉淀池或设切焦水过滤器。切焦水贮罐是高压水泵的进料缓冲罐，其大小应满足一次切焦用水的要求，高压水泵需要的汽蚀余量(NPSHR)，对该罐的设计也有影响，焦炭塔直径越大，一次切焦水耗量越多，高压水泵流量越大，泵的汽蚀余量越大，因此设计切焦水贮罐时应考虑适当加大直径和增加高度。大给水冷焦水的流量和焦炭塔直径、焦炭产量和冷焦时间有关，给水冷焦时径向的冷却速度约为：2.4米/时，当水蔓过焦层时应侵泡2小时或塔满后溢流13小时方能把φ9400塔内的焦炭冷却，在确定焦炭塔直径时应充分考虑冷焦时间和冷焦水的流量。3.4焦炭塔的油气预热系统焦炭塔在切换新的进料以前，必须进行蒸汽试压和油气预热，通常预热到300℃以上。其主要目的是使塔体逐渐预热升温，防止塔体由于温差太大、疲劳寿命减少使塔体变形和防止由于巨大的塔体吸热、降低初始反应温度而产生出较软的焦炭。焦炭塔的预热时间和焦炭塔的大小及预热油气量有关，焦炭塔越大，在一定的时间内完成塔体预热需要的油气量越多。焦炭塔的油气预热是把生产塔的油气通过焦炭塔顶出口油气线引至预热塔，被冷凝冷却的油气混合物自塔底转油线进入甩油罐(气液分离罐)，未凝油气返回分馏塔，凝缩油的温度、流量和组成随着预热的时间进程而变化，前期温度低、含水较多，后期温度较高、油品较重。炼油厂通常把含水的凝缩油(<120℃)经冷却后送至污油罐，而把高温的凝缩油(≥120℃)直接送到分馏塔下部回炼。在焦炭塔设计时应考虑油气预热系统设备及阀门的大小。一般而言，焦炭塔直径越大，油气线上的阀门越大，甩油罐及甩油泵越大，焦炭塔的油气预热对分馏塔热平衡及物料平衡的影响也越大。油气管线上的电动环阀应可调节，平衡两路气体的压力，控制适宜的预热速4.小结焦炭塔是焦化装置的核心设备，在设计时不仅应考虑影响焦炭塔本身结构尺寸的因素，而且还应考虑焦炭塔的结构尺寸对其相关系统的影响。因此焦炭塔设