延迟焦化工艺进展

延迟焦化工艺进展

1延迟焦化装置根据美国《ogj》杂志2003年1月1日的统计数据，世界上732个车间，其中146个车间配备了焦化厂，占总数的228吨。a，比2001年高7.08%，约占世界原油在世界上的5.57%。焦化装置总加工能力中,美国为123Mt/a,约占世界焦化总加工能力的54.07%,居世界首位。我国(不包括台湾省)焦化装置的加工能力为16.83Mt/a(我国统计约24.4Mt/a),仅次于美国,位居世界第二。其余依次为委内瑞拉、墨西哥、阿根廷和德国,其加工能力分别为7.97Mt/a、7.76Mt/a、6.08Mt/a和5.85Mt/a。据美国SRI报告,世界焦化能力在过去的15年内增长了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。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。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。在北美和世界其他地区有焦化装置的炼厂分别约有50%和25%有加氢裂化装置,用于加工焦化瓦斯油。世界和美国延迟焦化加工能力的增长见图1和图2。在2002年焦化装置加工能力中,延迟焦化装置的加工能力最大,为183Mt/a,占当年焦化装置总加工能力的81.83%。预计到2004年,在美国之外约有30Mt/a的延迟焦化能力投产,主要加工加拿大油砂和委内瑞拉的Orinoco重油。据预测,今后20年内,全球焦化工艺加工能力的年增长率为7%,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。我国由于原油加工的需要,20世纪90年代新建了14套延迟焦化装置,不少还进行了扩能改造,到2002年年底,Sinopec就有20套延迟焦化装置,总加工能力达16.35Mt/a(图3),并且还投产了一套目前国内最大的1.40Mt/a的装置。2原料、产品的化、灵活性、安全性及设计改进性近年来,延迟焦化工艺技术进展主要为: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。大部分的研究工作着重于延迟焦化装置的操作性和安全性。2.1大类型2.1.1延迟焦化装置20世纪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3.01Mt/a,采用三炉六塔流程。1993年,加拿大Suncor公司的FortMeMurray炼厂的延迟焦化装置,经改造后处理能力达5.03Mt/a。目前世界上最大的延迟焦化装置是印度Reliance公司炼厂的加工能力为6.73Mt/a(没投产)装置,采用四炉八塔流程。最近,美国Lummus公司承担设计的一个项目,经第一阶段工作后,装置处理能力为6.20Mt/a,该装置可处理接近9.90Mt/a的新鲜原料。20世纪60-70年代,我国延迟焦化装置一般为0.3～0.6Mt/a。1989年锦州石化投产了一座1.0Mt/a的“四炉二塔”式装置,2000年1月,上海金山石化投产了一座“一炉二塔”式的1.0Mt/a装置。2002年9月,上海高桥石化投产了我国目前最大的1.4Mt/a的装置。虽然大型化具有明显的投资省、劳动生产率高和生产费用低的优越性,但是,装置规模应该多大比较合适,这是个十分复杂的问题,它涉及炼厂类型、资源、产品去向、相关设备的制造能力和市场(尤其是焦炭市场)容量等因素。因此,美国Lummus公司认为延迟焦化装置的典型规模为0.75～2.75Mt/a比较合适。2.1.2延迟焦化装置1930年时,焦炭塔直径为ϕ3000mm。70年代由于水力除焦能力和技术的限制,焦炭塔尺寸一般在ϕ5400mm～ϕ7900mm时,操作较为平稳。80年代后一般为ϕ8200mm左右。90年代初期,最大的焦炭塔是美国Chevron公司Pascagoula炼厂的延迟焦化装置,焦炭塔ϕ8300mm×33500mm。1998年,该公司为印度设计的6.70Mt/a延迟焦化装置,有8个ϕ8840mm的焦炭塔。目前,该公司已完成5套装置18座ϕ8530mm的焦炭塔设计,预计相继在2002年前后投产。ϕ8840mm×36576mm的焦炭塔也正在建设中,ϕ9200mm×36600mm的焦炭塔已在运转,预计不久将要设计ϕ9750mm×42980mm的焦炭塔。随着机械设计和水力除焦技术的进步,该公司有可能设计ϕ12192mm的焦炭塔。由美国Bechtel公司承包,采用Conoco公司技术建设并投产的Sweeny炼厂的延迟焦化装置为二炉四塔,每座焦炭塔为ϕ9000mm×39000mm,重476t。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,焦炭塔为四炉八塔,每个焦炭塔为ϕ12200mm×30000mm。虽然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,但其寿命受到限制。因此,美国Lummuns公司建议焦炭塔的尺寸为ϕ8200mm～ϕ8500mm较为合适。20世纪50-80年代,我国延迟焦化装置的焦炭塔基本上为ϕ5400mm左右,1989年锦州石化1.0Mt/a延迟焦化装置的焦炭塔为ϕ6100mm。2000年上海金山石化1.0Mt/a延迟焦化装置的焦炭塔为ϕ8400mm×33881mm,2002年上海高桥石化1.40Mt/a延迟焦化装置的焦炭塔达到ϕ8800mm×35387mm,是目前我国已投产的最大的焦炭塔。2.2应对原料、产率和质量变化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焦化装置的设计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60余种原料。处理原料油的康氏残炭质量分数为3.8%～45%或以上,重度2～20°API。因此,焦化装置是目前炼厂实现渣油零排放的重要装置之一。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工艺和加氢处理工艺对Orinoco的原油进行改质,生产重度为16～32°API,硫质量分数小于0.1%的合成油。2.2.2能力1.10mpa/a延迟焦化工艺的产品种类和产率都可以通过调节操作参数进行调整。在产率中,中间馏分油质量产率占总产率的30%～65%左右,在当今多产中间馏分油需求下显得尤为重要,延迟焦化装置典型产率见表1。美国Lummuns公司对延迟焦化装置加工能力1.10Mt/a时的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,如果原料相同,设计合理,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1.375Mt/a的原料。美国FosterWheeler公司和Conoco公司为了提高液收,降低焦炭产率,在新设计的装置上通常采用低压(表压0.103MPa)、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。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CCR小于1%,Ni与V总量小于2μg/g,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。2.3采用在线清焦技术,根据刑罚压力和压力下的工况率,一般可把焦化蜡油作为一种塔延迟焦化装置操作目的是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。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0.007～0.014MPa(表压)。焦炭塔典型低压操作的压力为0.105MPa(表压)。装置设计采用双面辐射加热炉。具有在线清焦技术和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必将会减少或消除焦粉携带到蜡油产品中。美国USR公司开发了“优化焦化(opticoking)”的专利技术。该技术就是将循环的焦化轻蜡油或焦化汽油从分馏塔返回到高温正在生焦的焦炭塔顶,额外加入的油气瞬时气化,使操作者能够稳定焦炭塔压力,从而提高装置的操作性、可靠性和安全性。2.4工艺设计阶段由于延迟焦化装置具有间歇-连续、高温操作的独特性,设计时一定要考虑装置的安全性。在工艺设计阶段,要准备工艺危险分析文档、确定装置布置、足够的维护和安全通道、工艺装置有关安全要求,等等。在完成工艺配管和设备简图后,应启动HAZOP(危险的可操作性分析)分析,焦炭塔和加热炉区域必须进行HAZOP分析。2.4.1塔的操作周期卸盖系统自动化即实行遥控以保证焦炭塔操作安全性和缩短焦炭塔的操作周期。它由卸盖设施及相应的水力系统和控制器组成。而顶盖不像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卸盖系统,顶盖系统在切焦平台操作台遥控操作。2.4.2设计对象的确定延迟焦化装置的设计也特别强调环境保护设计。在美国和世界各国的装置设计应符合美国EPA(环境保护署)和该国或该地区的环保法规、OSHA(职业安全和健康)及地方、客户等等的种种标准规范。美国Lummus公司延迟焦化实施的环境保护设计见表2。3水管理/焦炭回收系统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公司延迟焦化装置关键的设计特点见表3。3.1焦炭质量方案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,每个焦炭塔切换操作时相应的流率、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料。具体的设计考虑为:适应现在和未来操作原料性质的变化;加工低硫轻质原料生产电极焦时,优化工艺条件以达到馏分油和焦炭产率之间的最佳平衡和经济操作点;加工重质含硫原料,采用低压、高温和低循环比操作以达到最大馏分油产率;加工重质原料,调整循环周期抑制弹丸焦的生成;改变(增加)装置压力,以降低焦炭塔内气相表观速度,提高处理量;调整装置循环比,在达到最大馏分油产率的同时,满足蜡油质量要求。3.2焦炭塔的设计焦炭塔的设计中要充分考虑焦炭塔的加热/冷却周期,保证焦炭塔的寿命。过去焦炭塔典型的操作周期是24小时。美国Lummus公司综合考虑了降低焦炭塔的投资,采用当今焦炭塔在工业可利用的最大尺寸的技术以及未来装置加工能力的提高和更多劣质焦炭的产生等的因素下,设计的焦炭塔操作周期为小于或等于18小时。缩短焦炭塔的生焦周期,要考虑到焦炭塔壳体/裙座连接处的应力,采用有限元分析方法,将应力减至最小。焦炭塔的设计还应包括保温热盒(heatbox),采用全焊透、自补强的开口,不要补强圈。按API调查,钼铬钢焦炭塔的寿命为12年,碳钼钢为8年,碳钢只有7年。焦炭塔的框架设计一是要方便操作和维修,其次要优化高度。焦炭塔框架高度主要取决于焦炭塔的基础(基础底面-顶面)高度、焦化冷凝罐的高度和焦炭塔本身的高度。3.3加热炉的运行维护美国Lummus公司采用的双面辐射加热炉可以使炉管热量分布更均匀,降低峰值温度,降低最大热强度,提高平均热强度并可减少总的辐射面积,从而延长加热炉操作周期。设计中采用的安全联锁,可以使加热炉在工艺操作紊乱或仪表故障而造成非计划停工时起到保护加热炉的作用。此外,在线清焦和在线剥焦(pigging)设计的应用也可延长加热炉操作周期。3.4焦池的回收焦炭处理系统设计要考虑投资、设备维修、平面布置以及由装置输出焦炭的方法等因素。一般该系统有:将焦炭直接排放到斗式合瓣吊车的焦池以回收焦炭的铁路装载法;直接将焦炭排至有前部装车的焦池或焦台系统以及水力仓(Hydrobin)系统,即在铁路装载法的污水坑和澄清系统之间,增加一个水力仓系统进一步进行焦炭脱水。4主要渣油加工装置的比较由于原油质量日趋变劣,使得原油加工方案中的馏分油和渣油质量也不断变差,人们关注的焦点就是在尽量利用投资条件下,选择更好的渣油加工方案。表4为美国KelloggBrownRoon公司对主要渣油加工装置投资成本的比较。表5为美国斯坦福研究所(SRI)的3种渣油转化工艺的固定成本的比较。如上所示,3种渣油转化工艺的固定成本费用中,如果以延迟焦化工艺为1.0(基准)计算,则RFCC为1.3,加氢裂化最高为2.1。5每次1000公里5.1延迟焦化装置①延迟焦化装置的典型规模为:0.75～2.75Mt/a。②焦炭塔的标准直径为:ϕ8200mm～ϕ8500mm。③延迟焦化装置建设周期为:24个月(从基础设计到正式投产)。④延迟焦化装置设计特点为:在线计算机控制、自动化的卸盖系统、双面辐射加热炉、现代化的焦炭塔设备设计和革新的水管理/焦炭回收系统。5.2焦化加工能力增长情况延迟焦化工艺因其工艺技术成熟,