課件：延遲焦化裝置.ppt

石油化工過程系統(tǒng)概論,1,2019/8/21,第四章 延遲焦化裝置,Delayed Coking Unit,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,2,第一節(jié) 概述,焦炭化(簡稱焦化)是深度熱裂化過程，也是處理渣油的手段之一。它又是唯一能生產(chǎn)石油焦的工藝過程，是任何其他過程所無法代替的。尤其是某些行業(yè)對優(yōu)質(zhì)石油焦的特殊需求，致使焦化過程在煉油工業(yè)中一直占據(jù)著重要地位。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,3,焦化是以貧氫重質(zhì)殘油(如減壓渣油、裂化渣油以及瀝青等)為原料，在高溫(400500)下進行深度熱裂化反應。 通過裂解反應，使渣油的一部分轉(zhuǎn)化為氣體烴和輕質(zhì)油品；由于縮合反應，使渣油的另一部分轉(zhuǎn)化為焦炭。 一方面由于原料重，含相當數(shù)量的芳烴，另一方面焦化的反應條件更加苛刻，因此縮合反應占很大比重，生成焦炭多。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,4,煉油工業(yè)中曾經(jīng)用過的焦化方法主要是釜式焦化、平爐焦化、接觸焦化、延遲焦化、流化焦化和靈活焦化等。 延遲焦化應用最廣泛，是煉油廠提高輕質(zhì)油收率和生產(chǎn)石油焦的主要手段，在我國煉油工業(yè)中將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,5,延遲焦化是一個成熟的減壓渣油加工工藝，多年來一直作為一種重油深加工手段。近年來隨著原油性質(zhì)變差(指含硫量增加)、重質(zhì)燃料油消費的減少和輕質(zhì)油品需求的增加，焦化能力增加的趨勢很快。 延遲焦化裝置目前已能處理包括直餾(減粘、加氫裂化)渣油、裂解焦油和循環(huán)油、焦油砂、瀝青、脫瀝青焦油、澄清油、以及煤的衍生物、催化裂化油漿、煉廠污油(泥)等60余種原料。處理原料油的康氏殘?zhí)繛?845或以上，比重指數(shù)為2.20。 正由于焦化裝置能處理煉廠各種殘渣物料被稱之為煉廠的“垃圾桶”，同時也是目前煉廠實現(xiàn)渣油零排放的重要裝置。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,6,延遲焦化裝置的作用：將重質(zhì)油餾分經(jīng)裂解，聚合，生成油氣、輕質(zhì)油，中間餾分油和焦炭。 工作原理：由于重質(zhì)油在管式爐中加熱，采用高的流速(在爐管中注水)及高的熱強度(爐出口溫度500)，使油品在加熱爐中短時間內(nèi)達到焦化反應所需的溫度，然后迅速進入焦炭塔，使焦化反應不在加熱爐中而延遲到焦炭塔中去進行，因此，稱之為延遲焦化。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,7,延遲焦化約生產(chǎn)70%的液體產(chǎn)品，其中： 汽油10%20%； 柴油25%35%； 裂化原料（蠟油）25%35%； 石油氣6%8%； 焦炭（也稱石油焦）15%20%。 焦化所得的氣體烴和液體油品中含較多的烯烴，安定性較差，故往往作為其他裝置的原料或經(jīng)加氫精制等處理后成為產(chǎn)品。,思考：焦炭是否是由碳元素形成的單質(zhì)？,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,8,第二節(jié) 工藝流程,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,9,一、焦化反應化學原理 焦化原料油所含烴類的分子很大，并有相當數(shù)量的芳烴。 1.裂解反應：在高溫(400550)條件下，大分子烴類裂解生成小分子烴類，使渣油轉(zhuǎn)化為氣體烴和輕質(zhì)油品； 2.縮合反應：烴類又發(fā)生縮合反應，使渣油轉(zhuǎn)化成焦炭。 縮合反應：是指小分子烴類相互作用生成較大分子的化合物，同時還生成其它小分子的化合物。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,10,各種烴類在焦化過程中的反應是不相同的。 烷烴在400600下易裂解為小分子的烷烴與烯烴。環(huán)烷烴可裂解成烯烴或脫氫轉(zhuǎn)化為芳烴。裂解反應示例如下： 1.斷鏈,2.裂環(huán),2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,11,3.脫氫,縮合反應示例如下：,芳香烴不易裂解，而易發(fā)生縮合反應，成為大分子的多環(huán)或稠環(huán)烴，并可與烯烴縮合生成石油焦。石油焦的組成和普通焦炭相似，所以也叫焦炭。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,12,二、工藝流程 延遲焦化裝置的生產(chǎn)工藝分為焦化和除焦兩部分，焦化為連續(xù)操作，除焦為間隙操作。由于工業(yè)裝置一般設有兩個或四個焦炭塔，所以整個生產(chǎn)過程仍為連續(xù)操作。 延遲焦化裝置的工藝流程有不同的類型，就生產(chǎn)規(guī)模而言，有一爐兩塔（焦炭塔）流程、兩爐四塔流程等。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,13,340350,500左右,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,14,1.原油預熱階段：焦化原料(減壓渣油)先進入原料緩沖罐，再用泵送入加熱爐對流段升溫至340350 左右。 2.經(jīng)預熱后的原油進入分餾塔底，與焦炭塔產(chǎn)出的油氣在分餾塔內(nèi)（塔底溫度不超過400）換熱。 作用：一方面把原料中的輕質(zhì)油蒸出來，同時又加熱了原料（至390395 左右）。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,15,3.原料油和循環(huán)油一起從分餾塔底抽出，用熱油泵打進加熱爐輻射段，加熱到焦化反應所需的溫度（500 左右），再通過四通閥由下部進入焦炭塔，進行焦化反應。 為防止油在爐管內(nèi)反應結(jié)焦，需向爐管內(nèi)注水，以加大管內(nèi)流速（一般為2m/s以上），縮短油在管內(nèi)的停留時間，注水量約為原料油的2%左右。 進入焦炭塔的高壓渣油，需在塔內(nèi)停留足夠時間，以便進行充分反應。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,16,4.原料在焦炭塔內(nèi)反應生成焦炭聚積在焦炭塔內(nèi)，油氣從焦炭塔頂出來進入分餾塔，與原料油換熱后，經(jīng)過分餾得到氣體、汽油、柴油和蠟油。塔底循環(huán)油和原料一起再進行焦化反應。 焦化生成的焦炭留在焦炭塔內(nèi)，通過水力除焦從塔內(nèi)排出。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,17,焦炭塔是兩臺一組。 每套延遲焦化裝置中有的是一組(兩臺)，有的是兩組(四臺)焦炭塔。 兩組塔既可單獨操作，又可并聯(lián)操作，在每組塔中，一臺塔在反應生焦時，另一臺則處于除焦階段。即當一臺塔內(nèi)焦炭積聚到一定高度時（一般為塔高的2/3左右高度時）進行切換，切換后通入蒸氣除去輕質(zhì)烴類并注水冷卻，然后除焦。 每臺塔的切換周期一般為48小時，其中結(jié)焦24小時，除焦及其它輔助操作24小時。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,18,延遲焦化裝置所產(chǎn)氣體、汽油，分別用氣體壓縮機和泵送入吸收穩(wěn)定部分進行分離得到干氣及液化氣，并使汽油的蒸汽壓合格；柴油需要加氫精制；蠟油可作為催化裂化原料或燃料油。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,19,延遲焦化裝置的主要矛盾在于：使用的原料為重質(zhì)油，容易結(jié)焦，但希望它在焦炭塔中結(jié)焦，而不希望它在加熱爐、轉(zhuǎn)油線、焦炭塔餾出線和分餾塔底等處結(jié)焦。這個矛盾解決了，就可以操作平穩(wěn)，延長開工周期。 為了解決這個矛盾，在流程設計上就要考慮采取措施。如： 在原料油進加熱爐輻射管之前，注入蒸汽或軟化水，以加大原料油在爐管中的流速； 在分餾塔底設循環(huán)油泵，并在泵入口加過濾器，濾掉焦炭塔油氣帶來的粉焦。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,20,主分餾塔 Main fractionator,進料 Fresh feed,粗汽油 raw gasoline,氣體 gas,柴油 diesel oil,蠟油 wax oil,焦炭塔 coke tower,焦碳coke,流程框圖,2019/8/21,21,可編輯,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,22,焦炭塔是用厚鍋爐鋼板制成的空筒，是進行焦化反應的場所。 一般焦炭塔的高度在30米以下為宜。太高則操作時易產(chǎn)生振動或損壞塔壁，又浪費鋼材。,三、延遲焦化過程的主要設備 （一）焦炭塔,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,23,塔的頂部設有除焦口、油氣出口； 塔側(cè)設有料面指示計口： 延遲焦化的化學反應主要是在焦炭塔內(nèi)進行，生成的焦炭也都積存在此塔內(nèi)。隨著油料的不斷引入，焦層逐漸升高；為了防止泡沫層沖出塔頂而引起油氣管線及分餾塔的結(jié)焦，在焦炭塔的不同高度位置，裝有能監(jiān)測焦炭高度的料位計。 塔底部為錐形，錐體底端為排焦口，正常生產(chǎn)時用法蘭蓋封死，排焦時打開。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,24,在運轉(zhuǎn)中，分餾塔有時也會出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，為此需控制塔底溫度不超過400，并采用塔底油循環(huán)過濾的方法濾去焦粉和加強液體的流動來加以防止。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,25,（二）水力除焦設備 焦炭塔是輪換使用的，即當一個塔內(nèi)焦炭聚結(jié)到一定高度時，通過四通閥將原料切換到另一個焦炭塔聚結(jié)焦炭的焦炭塔先用蒸汽冷卻，然后進行水力除焦。,目前的除焦設備都已采用高壓水力除焦法。 除焦用水力除焦法，即采用118MPa高壓水除焦。余下的焦炭落入焦池，同時用橋式起重抓斗送到別處存放或裝車外運。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,26,除焦原理： 由高壓水泵輸送的高壓水，經(jīng)過水龍帶、鉆桿到水力切焦器的噴嘴，從水力切焦器噴嘴噴出的高壓水形成高壓射流，借高壓射流的強大沖擊力將石油焦切割下來，使之與水一起由塔底流出。 鉆桿不斷地升降和轉(zhuǎn)動，直到把焦炭塔內(nèi)石油焦全部除凈為止。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,27,水力除焦裝置有兩種形式：有井架除焦裝置和無井架除焦裝置。,清潔水從進水管進入高位貯水罐，由高壓水泵輸送的高壓水經(jīng)泵出口管到焦炭塔的頂部，用水龍帶送到水龍頭，進入空心的鉆桿和切焦器。 高壓水經(jīng)切焦器上的噴嘴噴到焦炭塔里，約11.8MPa的高壓水將塔中焦炭切割破碎，水和切割下來的焦炭一同落到焦炭塔底，經(jīng)28溜槽進入貯焦場。 焦場的水經(jīng)過幾道柵欄流入吸水井，而落入焦場的石油焦用橋氏吊車抓走分開堆放。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,28,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,29,（三）無焰燃燒爐 焦化加熱爐是本裝置的核心設備，其作用是將爐內(nèi)迅速流動的渣油加熱至500左右的高溫。因此，要求爐內(nèi)有較高的傳熱速率以保證在短時間內(nèi)給油提供足夠的熱量，同時要求提供均勻的熱場，防止局部過熱引起爐管結(jié)焦。為此，延遲焦化通常采用無焰爐。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,30,延遲焦化過程的產(chǎn)品包括氣體、汽油、柴油、蠟油和石油焦。 焦化產(chǎn)品的主要性質(zhì)如下： 氣體 焦化氣體中含有2035%的不飽和烴和30左右的甲烷，是化工和制氫的很好原料，也可作為燃料。 汽油 焦化汽油含有較多的烯輕組分，性能很不安定，辛烷值也很低，質(zhì)量較差，不能直接作為商品汽油出廠，必須經(jīng)酸堿洗滌再蒸餾，或經(jīng)過加氫精制，才能作為出廠商品汽油的調(diào)合組分。 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。可和蠟油混煉作為催化裂化原料，也可作催化加氫的原料，進一步生產(chǎn)其它優(yōu)質(zhì)燃料油。,四、延遲焦化過程的產(chǎn)品,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,31,蠟油 焦化蠟油可供其它二次加工裝置做原料，很少直接出廠。亦可和其它渣油調(diào)合作為鍋爐燃料。 石油焦 石油焦是焦化裝置的獨有產(chǎn)品，其數(shù)量和質(zhì)量是延遲焦化裝置的主要控制指標。 石油焦的用途不同，對石油焦產(chǎn)品質(zhì)量的要求也不同。一級焦用做冶煉鋼和鋁的工業(yè)電極焦，它的質(zhì)量要求最為嚴格；二級焦用做一般電極和絕緣材料，一些主要指標同于一級焦標準，但是不如一級焦那么嚴格；三級焦作為冶金工業(yè)的燃料，它的質(zhì)量要求不高，在一般的延遲焦化工藝條件下都能生產(chǎn)；等外焦則多用于煅燒和民用燃料，無過高質(zhì)量要求，只控制揮發(fā)分不大于16(揮發(fā)分與原料的含鹽量有關(guān))。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,32,石油焦的質(zhì)量標準,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,33,第二節(jié) 焦炭塔的塔體變形、開裂及可能產(chǎn)生的腐蝕,一、焦炭塔塔體變形 焦炭塔塔體由于長期處于冷、熱交變的操作下，受熱應力影響，易發(fā)生塔體鼓脹變形，經(jīng)對國內(nèi)八家煉廠的焦炭塔進行調(diào)查(88年秋)有5家有明顯變形，變形部位多在塔體下部，塔壁徑向鼓凸，呈糖葫蘆狀。塔壁的鼓凸變形過程如下圖。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,34,焦炭塔塔壁變形示意圖,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,35,勝利煉油廠3號焦炭塔塔壁變形的 檢查結(jié)果,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,36,塔體變形的規(guī)律,一般規(guī)律是環(huán)縫處直徑小，而環(huán)縫之間直徑大，中下部變化大，頂部較?。恢邢虏繓|西直徑大，南北直徑小，成為橢圓形狀 (1)塔體下封頭筒體環(huán)焊縫以上第二至第四道圈板之間變形最大。 (2)塔體環(huán)焊縫處變形較小，多年來基本無變化。 (3)塔體變形量達一定數(shù)值后，漸趨緩慢。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,37,二、焦炭塔塔體焊縫裂紋,1裙座焊縫開裂 通過對國內(nèi)八個煉油廠焦炭塔裙座焊縫的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，發(fā)生裂紋最多的位置是裙座焊縫開裂。,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,38,裙座焊縫裂紋示意圖,2019/8/21,石油化工過程系統(tǒng)概論,39,2堵焦閥接管焊縫開裂 有四個煉廠，堵焦閥接管焊縫開裂，有的接管內(nèi)壁焊縫開裂為縱向裂紋一直延伸至母材長20到2