遼河石化原油延遲焦化裝置加工不同原料的工況分析及優(yōu)化

1、遼河石化原油延遲焦化裝置加工不同原料的工況分析及優(yōu)化張東明 張英（中國石油遼河石化分公司科技信息處，遼寧盤錦，124022）摘要：介紹遼河石化公司原油延遲焦化裝置投產(chǎn)后，加工遼河油田的超稠原油、減粘渣油以及常壓渣油等原料油的生產(chǎn)情況，通過對裝置運行狀況全面總結(jié)，與常規(guī)延遲焦化裝置相比較，重質(zhì)原油直接延遲焦化裝置在設(shè)計上和實際運行過程中表現(xiàn)突出，對原料的性質(zhì)和加工能力適應(yīng)能力較強，能夠加工性質(zhì)同原設(shè)計相差較大的多種重質(zhì)原油、渣油，且運行平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量合格，裝置運轉(zhuǎn)靈活，操作彈性大；文中對優(yōu)化原油焦化運行工況進行了初步探討。主題詞：遼河超稠原油 減粘渣油 常壓渣油 延遲焦化 1前言近年來，世界原油

2、的重質(zhì)化趨勢在明顯加快。在原油質(zhì)量變重、變差的同時，對發(fā)動機燃料和化工輕油的需求量卻逐年增加，而且對其質(zhì)量要求日趨苛刻，同時環(huán)境保護法規(guī)也在不斷強化。因此發(fā)展重質(zhì)、劣質(zhì)原油深度加工，增產(chǎn)優(yōu)質(zhì)輕質(zhì)石油產(chǎn)品，已成為全世界煉油工業(yè)，特別是我國煉油工業(yè)的重大課題。延遲焦化由于對原料適應(yīng)性強，可以加工各種高瀝青質(zhì)、高金屬含量的渣油，已成為煉廠重油輕質(zhì)化的重要手段，延遲焦化裝置因此也成為各個煉廠降低原油采購成本、提高經(jīng)濟效益的重要裝置。作為中國石油公司重油加工基地之一的遼河石化分公司對超稠油采用延遲焦化的加工工藝，并于2004年建成了1.0 mt/a的超稠油延遲焦化裝置，現(xiàn)在裝置已運行36個月，運行良好，

3、焦化車間對裝置加工不同原料的工藝參數(shù)進行了摸索、優(yōu)化，取得了可喜的成績。2重質(zhì)原油直接延遲焦化實驗2002年遼河石化以遼河超稠油為原料進行了重質(zhì)原油直接延遲焦化的中型試驗。原料油經(jīng)加熱爐加熱到500后進焦炭塔進行焦化反應(yīng)，焦炭塔壓力控制為0.17mpa。由于遼河超稠油的性質(zhì)太差，為緩解加熱爐爐管結(jié)焦，注水量從常規(guī)焦化的1.5%提高到2.0%，循環(huán)比選擇為0.92。延遲焦化工藝是一個相當(dāng)成熟的重油加工工藝，反應(yīng)溫度、操作壓力的操作彈性受到裝置設(shè)計及選用材質(zhì)的制約，不可能有大的變動，因而循環(huán)比就成為唯一的可以有較大變化的操作參數(shù)。另外，以遼河超稠油為原料進行延遲焦化所得蠟油性質(zhì)很差，很難選擇合適的

4、下游加工工藝，故試驗采用了大循環(huán)比。實驗結(jié)果見表1。表1重質(zhì)原油直接延遲焦化實驗產(chǎn)品分布表項目單位循環(huán)比0.92循環(huán)比0.4差值氣體w%9.437.511.92汽油w%16.6713.233.44柴油w%43.2635.287.98蠟油w%3.8219.08-15.26焦炭w%26.8224.91.92總液收w%63.7567.59-3.843遼河石化原料的性質(zhì)遼河石化從2001年起對遼河超稠油及其減壓渣油的性質(zhì)進行研究，遼河超稠油及其減壓渣油的性質(zhì)分別見表2和表3。20042007年對遼河大混合原油及其常壓渣油、大慶原油及其常壓渣油的性質(zhì)進行研究。從表2可以看出，遼河超稠油密度大、粘度大、酸

5、值高、氮含量高、重金屬含量高；輕質(zhì)油收率低，其中汽油餾分收率為0，60cw%88.98hw%9.83h/c（原子比）1.1sw%0.49nw%0.83飽和烴w%芳烴w%膠質(zhì)w%57.9瀝青質(zhì)w%5.2nig/g123vg/g2.3nag/g20.4alg/g6.5feg/g73cug/g0.3cag/g400表4其它原料油性質(zhì)；條 件實際值項 目單 位遼河大混合原油蒸餾渣油大慶原油蒸餾渣油遼河大混合油密度，20kg/m3964.9906.8935.4運動粘度80mm2/s885.547.0183.21運動粘度100mm2/s225.8222.97閃點（開口）208226184殘?zhí)縲%12.98

6、5.2210.39水分w%痕跡痕跡痕跡酸值mgkoh/g1.4640.32.88凝點28408灰分w%0.110.0050.05sw%0.266410.33000.1813族組成飽和烴w%41.7862.9芳烴w%27.4319.75膠質(zhì)+瀝青質(zhì)w%26.86+3.2116.49+0.8617.39+4.58金屬nimg/kg101.116.784.8namg/kg23.39.311.7femg/kg28.110.125.1camg/kg45.31.44.6餾程初餾點277.52055%380.310%414.138150%588.3526大混合原油與超稠原油相比較，密度為935.4 kg/m

7、3（20），較超稠原油小，粘度為403.7 mm2/s（50），較超稠原油小，凝點為8，較超稠原油的低很多，酸值為2.88mgkoh/g，較超稠原油的5.50mgkoh/g低，金屬ni含量為84.8g/g，較超稠原油的80.3g/g高，硫含量為1813g/g，較超稠原油的3698g/g低，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量略高，殘?zhí)柯愿?，金屬fe含量略高，na含量略低，按原油關(guān)鍵餾分分類，該原油屬于環(huán)烷-中間基原油。從原油性質(zhì)可以看出，該原油不宜進入我公司瀝青生產(chǎn)系統(tǒng)。焦化加工時，反應(yīng)溫度比加工超稠油時略高。大混合原油常壓渣油與大慶原油蒸餾常壓渣油相比較，密度大，為964.9kg/m3（20），粘度大，為885

8、.5 mm2/s（80），硫、氮含量略高，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量高，分別為26.86m%、3.21m%，飽和烴含量低，為41.78%，殘?zhí)亢扛?，?2.98%，灰分含量高，為0.11%，金屬fe、ni、na含量高，分別為28.1g/g、101.1g/g、23.3g/g。從性質(zhì)分析可以看出，大混合原油常壓渣油不宜作為催化裂化原料，考慮作為焦化原料加工。4超稠油延遲焦化裝置加工不同油品運行情況遼河石化100萬噸/年重質(zhì)原油直接延遲焦化裝置及系統(tǒng)配套工程由中國石化工程建設(shè)公司設(shè)計，中國石油天然氣第一建設(shè)公司承建，2002年11月份開始項目設(shè)計，2003年7月份破土動工，2004年7月20日進行中交，20

9、04年9月20日一次投料開車成功，9月22日第一塔石油焦順利出爐，并且實現(xiàn)了無泄漏運行。重質(zhì)原油直接延遲焦化裝置由電脫鹽系統(tǒng)、焦化系統(tǒng)和壓縮吸收脫硫系統(tǒng)組成。電脫鹽系統(tǒng)主要包括原油換熱部分、電脫鹽部分、化學(xué)藥劑配置部分；焦化系統(tǒng)主要包括原料油換熱部分、加熱爐部分、焦炭塔部分、分餾塔及換熱部分、冷切焦水處理部分、焦炭塔的密閉放空部分、高壓水泵及水力除焦部分、焦炭的裝運部分；壓縮吸收脫硫系統(tǒng)主要包括焦化富氣的壓縮部分、柴油吸收部分、干氣脫硫部分。延遲焦化主要設(shè)備包括加熱爐、焦炭塔、分餾塔、壓縮機和除焦系統(tǒng)。圖1為重質(zhì)原油直接延遲焦化裝置原則流程圖。 重質(zhì)原油直接延遲焦化裝置實現(xiàn)了長周期、平穩(wěn)運行，

10、保證了裝置加工的原料和產(chǎn)品方案的靈活調(diào)節(jié)。在裝置實際運行過程中既克服了遼河超稠油直接進行延遲焦化加工的難點，同時也突出了重質(zhì)原油直接延遲焦化技術(shù)的先進性。4.1主要操作條件及優(yōu)化探討4.1.1大循環(huán)比操作重質(zhì)原油直接延遲焦化裝置設(shè)計循環(huán)比為0.74（相對于分餾進料），目的是通過對原料的稀釋降低加熱爐進料的殘?zhí)俊r青質(zhì)和膠質(zhì)的含量，減少加熱爐爐管結(jié)焦，同時提高汽、柴油的收率，降低蠟油的收率。在實際運行過程循環(huán)比控制在0.50.6，超稠油與循環(huán)比為0.55時加熱爐進料的殘?zhí)亢妥褰M成對比見表10。表5超稠油與加熱爐進料族組成對比表項 目單 位超稠油循環(huán)比0.55時加熱爐進料殘?zhí)縲%13.928.99

11、飽和烴w%37.347.7芳烴w%35.434膠質(zhì)+瀝青質(zhì)w%27.318.3從表10中可以看出，當(dāng)裝置循環(huán)比為0.55時，加熱爐進料的殘?zhí)?、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量明顯降低，尤其是殘?zhí)康慕档陀行б种屏思訜釥t爐管結(jié)焦的傾向，實際運行過程中加熱爐爐管未發(fā)現(xiàn)結(jié)焦的跡象。4.1.2重質(zhì)原油直接延遲焦化裝置物料平衡遼河石化重質(zhì)原油直接延遲焦化裝置自開工以來，裝置加工的原料在不斷的變化，除加工遼河超稠油外，還摻煉了遼河大混合原油、常壓渣油、北瀝渣油、鞍煉渣油、廠內(nèi)污油、進口多巴原油和中海原油。表6加工不同原料的產(chǎn)品分布表1物料名稱減粘渣油大混合油常壓渣油純超稠油超稠摻大混合油大慶原油常渣油原料283829133

12油5524492431干氣177162187155127液化氣2232302048汽油250167261318405柴油11881228155514671426蠟油428443399412576焦炭728839765710427液收65.7563.0969.4875.2880.85表7 加工不同原料的產(chǎn)品分布表2物料名稱超稠油摻煉東常渣超稠油摻多巴油（2：1）超稠油摻多巴油（1：1）超稠油摻中海油（2：1）北瀝渣油原料28593337321432262505汽油261372374421340柴油973137515341126823蠟油454553445492397干氣2

13、61247228242242甩油4462677932焦炭858729657617966輕收43.8453.3460.649.146.00液收59.9669.8674.7468.762.00與設(shè)計值相比，汽油收率低于設(shè)計值，柴油收率與設(shè)計值相近，蠟油收率遠(yuǎn)高于設(shè)計值，干氣收率略高于設(shè)計值，焦炭收率低于設(shè)計值，液收高于設(shè)計值。產(chǎn)品分布與設(shè)計值偏差較大的主要原因是裝置設(shè)計原料是遼河超稠油，但實際上摻煉了多種不同的原油和渣油，導(dǎo)致產(chǎn)品分布發(fā)生變化；裝置實際操作循環(huán)比控制在0.50.6之間，比設(shè)計值0.74低；采取了優(yōu)化延遲焦化壓縮機入口工藝流程，降低分餾塔頂至壓縮機入口壓降的措施，實現(xiàn)了裝置低壓操作，

14、有利于提高裝置液體產(chǎn)品收率。原料（減粘渣油）時處理量為132t/h，即年加工能力為105.6萬噸/年，是設(shè)計值100萬噸/年的105.6%，超過設(shè)計負(fù)荷。原料（ 常壓渣油）處理量為104t/h，即年加工能力為104.0萬噸/年，是設(shè)計值100萬噸/年的104%，超過設(shè)計負(fù)荷。原料（純超稠油）處理量為100 t/h，即年加工能力為100萬噸/年，是設(shè)計值100萬噸/年的100%，達到設(shè)計負(fù)荷。原料（大混合油）處理量為104t/h，即年加工能力為104萬噸/年，是設(shè)計值100萬噸/年的104%，超過設(shè)計負(fù)荷。循環(huán)比最小值為為0.52；最大值為0.677；循環(huán)比實現(xiàn)了靈活調(diào)節(jié)。超稠油中摻煉多巴油時輕

15、收和液收均較高，摻煉東常渣和單獨加工北瀝渣油時輕收和液收較低。這主要是因為設(shè)計加工的原料是以超稠油為主的原油，而且原油經(jīng)脫鹽、預(yù)熱后直接進入分餾塔底部，原油中含有的輕組分在分餾塔中分離出來，原油中輕組分含量的多少直接影響產(chǎn)品分布，多巴油含有輕組分相對較多，因此摻煉多巴油時輕收和液收較高，而摻煉渣油時輕收和液收較低。超稠油與大混合油進行混煉后，氫的利用率得到了很大得提高，損失相對較少，受原料含水的影響較大。焦化側(cè)線油收率均超過計劃指標(biāo)，焦炭產(chǎn)率比計劃指標(biāo)稍低，干氣產(chǎn)量比計劃低。總液收均超過計劃指標(biāo)。裝置總液體收率最低為63.62%（大混合油蒸餾常壓渣油）， 高于設(shè)計值的62.8%。采取的具體措施

16、如下:1在保證裝置平穩(wěn)運行的基礎(chǔ)上，降低裝置操作壓力，提高裝置液收，同時焦炭塔頂油氣大管線短節(jié)定期清焦，確保低反應(yīng)壓力操作；2加熱爐出口變溫操作進一步完善，及時優(yōu)化反應(yīng)溫度，保證焦炭塔在不同生焦階段的反應(yīng)深度合理化，提高裝置液收；3優(yōu)化小吹汽量，延長小吹汽時間，使老塔內(nèi)裂化反應(yīng)程度盡量徹底，瓦斯油全部回收至分餾系統(tǒng)；4加強對容易結(jié)焦處的監(jiān)控，保證平穩(wěn)操作，確保裝置平穩(wěn)運行,避免因操作波動給裝置液收造成影響;5根據(jù)原料性質(zhì)變化，優(yōu)化裝置循環(huán)比，爭取焦化反應(yīng)輕質(zhì)油利潤最大化;6及時調(diào)節(jié)分餾側(cè)線回流流量、溫度，尋找合適的切割點，最大限度的提高液體收率。通過生產(chǎn)實踐證明，遼河石化的重質(zhì)原油直接延遲焦化

17、裝置可以加工不同種類的重質(zhì)原油，原油性質(zhì)可以由較輕的多巴油變化到劣質(zhì)的遼河超稠油，通過對操作條件的調(diào)整能夠保證重質(zhì)原油直接延遲焦化裝置在加工不同原料時平穩(wěn)優(yōu)化運行。表8 加工不同原料的操作條件表1操作條件單位超稠油超稠油摻煉大混合油大混合原油常渣大慶原油常渣減粘渣油原料量t/h125130130125132原料溫度8385868988分餾塔底溫度343347356361351油氣入塔溫度411409411415415分餾塔頂壓力mpa0.100.100.090.100.10分餾塔頂溫度100989593100加熱爐出口溫度495496498507495加熱爐分之流量t/h49.849.751.

18、652.450.4焦炭塔進料溫度479481483492480焦炭塔頂壓力mpa0.160.160.150.150.15焦炭塔頂溫度422420419420424壓縮機入口壓力mpa0.070.070.070.070.07脫硫塔頂壓力mpa0.850.850.850.850.85壓縮機轉(zhuǎn)速rpm105111011110267974210505表9 加工不同原料的操作條件表2操作條件單位超稠油摻煉東常渣超稠油摻多巴油（2：1）超稠油摻多巴油（1：1）超稠油摻中海油（2：1）北瀝渣油原料量t/h116141135135125原料溫度851068988101分餾塔底溫度352352358358349

19、油氣入塔溫度406427409411420分餾塔頂壓力mpa0.100.090.100.100.09分餾塔頂溫度989810410682加熱爐出口溫度492496497495493加熱爐分之流量t/h46.052.452.052.548.8焦炭塔進料溫度485487489487482焦炭塔頂壓力mpa0.120.120.130.130.12焦炭塔頂溫度418418420418415壓縮機入口壓力mpa0.060.060.060.060.06脫硫塔頂壓力mpa0.850.850.850.850.85壓縮機轉(zhuǎn)速rpm1052310287104871016810542如表8中所示，焦炭塔塔頂壓力為0

20、.16mpa，設(shè)計值為0.170.20mpa，略低，適當(dāng)?shù)慕档徒固克攭毫梢栽黾右后w收率。焦炭塔設(shè)計加工超稠油，進料溫度為495，實際進料溫度為495507，適當(dāng)?shù)奶岣哌M料溫度可以提高汽柴油的收率，并可以降低焦炭中的揮發(fā)份。分餾塔頂壓力為0.1mpa，設(shè)計值為0.2mpa。塔頂溫度為100，設(shè)計溫度為131。進分餾塔油氣溫度為411，低于設(shè)計420，可適當(dāng)?shù)慕档图崩溆偷淖⑷肓?，提高油氣進分餾塔溫度。如表8、9中所示，單獨加工超稠油爐出口溫度控制在495，生焦時間為24小時；單獨加工大慶原油蒸餾常壓渣油爐出口溫度控制在507，適宜生焦時間為36小時；單獨加工遼河大混合原油蒸餾渣油爐出口溫度控制

21、在498左右，適宜生焦時間為24小時；單獨加工減粘渣油爐出口溫度控制在495，適宜生焦時間為24小時；加工超稠摻大混合油爐出口控制在496，適宜生焦時間為24小時。單獨加工東蒸餾常壓渣油爐出口溫度控制在492；單獨加工北瀝渣油爐出口溫度控制在493左右；單獨加工多巴油爐出口溫度控制在496-498；單獨加工中海油爐出口控制在496。裝置在實際運行過程中，根據(jù)超稠油及各種油品的不同調(diào)整加熱爐出口溫度，加熱爐出口溫度的調(diào)整傾向于摻煉油品中所占比例多的油品的爐出口溫度。4.1.3 裝置能耗重質(zhì)原油直接延遲焦化裝置的設(shè)計總能耗為39.12萬千卡/噸原料，比中國石油股份有限公司延遲焦化裝置的平均能耗25

22、104千卡/噸原料高了很多，其中燃料消耗為26萬千卡/噸原料，占總能耗的66.67；電消耗為10.869萬千卡/噸原料，占總能耗的27.87，二者相加占總能耗的94.54。裝置設(shè)計能耗較高的原因是重質(zhì)原油直接延遲焦化裝置與常規(guī)渣油延遲焦化相比，多了電脫鹽系統(tǒng)，電脫鹽系統(tǒng)的設(shè)計能耗為4.27萬千卡/噸原料；裝置采用的是電動氣壓機使裝置電耗增加5.12萬千卡/噸原料；裝置采用大循環(huán)比操作（設(shè)計0.74），比常規(guī)焦化裝置操作循環(huán)比為0.20.4高很多，致使燃料和動力消耗增大，使得裝置的總能耗比常規(guī)渣油延遲焦化裝置要高；裝置采用地面焚燒爐系統(tǒng)使裝置能耗增加1.874萬千卡/噸原料；原油進裝置溫度較低，分餾塔的過剩熱量用于加熱原油，導(dǎo)致自產(chǎn)蒸汽量減少。表10 綜合能耗統(tǒng)計表原料超稠油混合油西常渣東常渣減粘渣油綜合能耗（kg標(biāo)油/噸原料36.7236.434.1333.2833.6重質(zhì)原油直接延遲焦化裝置實際能耗平均為35.52萬千卡/噸原料，比設(shè)計值低了3.6萬千卡/噸原料，這得益于大量節(jié)能降耗措施的實施。根據(jù)焦炭質(zhì)量和原料性質(zhì)，選擇相應(yīng)的除焦方法，保證高壓水泵高效運行，節(jié)省耗電量；優(yōu)化加熱爐操作，加熱爐的熱效率控制在90以上，降低了燃料消耗；對分餾塔頂空冷器和富氣入流程進行優(yōu)化操作，降低流程壓降，使