延遲焦化在原油生產(chǎn)中的應(yīng)用

延遲焦化在原油生產(chǎn)中的應(yīng)用

隨著原油質(zhì)量分析和質(zhì)量惡化的發(fā)展，重油轉(zhuǎn)化深度和輕油產(chǎn)量的增加變得越來越重要。目前,焦化、渣油催化裂化和渣油加氫處理等是重油、渣油主要的加工工藝。盡管目前催化裂化單煉和摻煉渣油的能力已占到催化裂化總能力的25%以上,但并不是所有渣油都能通過催化裂化加工,如果渣油的殘?zhí)亢砍^10%、重金屬含量超過100～150μg/g,渣油加氫處理及催化裂化組合裝置將難以承受催化劑費用的增加和停工時間的延長帶來的問題。由于延遲焦化能夠加工廉價的重質(zhì)高硫、高金屬含量的渣油,柴汽比高而且焦化汽油加氫后可作為裂解乙烯裝置的原料,因而延遲焦化成為渣油加工的重要技術(shù),并成為許多煉廠優(yōu)先選用的渣油加工方案[,]。1世界焦化產(chǎn)能增長情況據(jù)美國油氣雜志2009年1月1日統(tǒng)計,2008年世界焦化產(chǎn)能達到了2.43億噸/年,較2003年增長了5.2%。其中美國焦化產(chǎn)能最大,2008年為1.34億噸/年,較2003年亦增長了6.3%。2國內(nèi)焦化能力發(fā)展現(xiàn)狀近幾年,隨著我國煉油裝置改擴建、新建裝置的增加,國內(nèi)焦化能力也迅速增加。由表2的數(shù)據(jù)可以看到,由2006年到2008年中國焦化能力增長了36.3%。據(jù)統(tǒng)計,目前國內(nèi)運行的焦化裝置約有68套,能力合計約為7290萬噸/年。預計2009年隨著眾多煉油新建、改擴建項目的投產(chǎn),國內(nèi)焦化能力將進一步快速增長。3焦化裝置的加工能力據(jù)美國SFA太平洋咨詢公司初步統(tǒng)計,在2007年世界上延遲焦化裝置的加工能力已超過渣油總加工能力的32%,是渣油加工的主要手段之一,詳見表3。因此,從加工能力的角度講,可以說焦化是世界煉油工業(yè)中第一位的重油轉(zhuǎn)化或者渣油加工技術(shù)[]。4目前的焦化工技術(shù)4.1日本靈活焦化工業(yè)概況目前,焦化的形式以延遲、流化和靈活焦化3種為主。由于流化焦化和靈活焦化的投資和操作費用遠高于延遲焦化,因此發(fā)展非常緩慢[]。據(jù)報道,自1976年日本建成第一套125萬噸/年靈活焦化裝置以來,迄今共建成7套靈活焦化工業(yè)裝置,總能力為1750萬噸/年,僅占2008年世界焦化總能力2.43億噸/年的7.2%。因此,可以說焦化技術(shù)的發(fā)展是以延遲焦化技術(shù)的發(fā)展為主。4.2延遲焦化裝置的專利技術(shù)目前,比較成熟的延遲焦化技術(shù)以FosterWheeler、Lummus和Conoco公司以及Kellogg和中國石化的技術(shù)為代表。世界上多數(shù)延遲焦化裝置均采用這些專利、專有技術(shù)設(shè)計、建設(shè)。這些技術(shù)在工藝流程和主要設(shè)備上都大同小異,但又有各自的技術(shù)特點。4.2.1技術(shù)設(shè)計特點FosterWheeler技術(shù)的特點是采用低壓、超低循環(huán)比設(shè)計以保證液體產(chǎn)品的高收率。此外,該技術(shù)采用低焦炭塔操作周期,一般12～18h,可以減小焦炭塔尺寸和提高現(xiàn)有裝置的處理能力。雙面輻射加熱爐和加熱爐在線清焦技術(shù),改進的分餾塔及內(nèi)件設(shè)計,先進的自動化技術(shù)設(shè)計也是其焦化技術(shù)的特點。目前,FosterWheeler公司在焦化技術(shù)上處于領(lǐng)先地位,主要表現(xiàn)在收率預測、工藝設(shè)計、加熱爐設(shè)計以及詳細工程設(shè)計等方面[,]。截至目前,有五十余套裝置采用了FosterWheeler技術(shù),累計產(chǎn)能達到240萬桶/天(折合約1.37億噸/年)。4.2.2加熱爐系統(tǒng)nLummus延遲焦化技術(shù)的主要特點是:①最大靈活性的設(shè)計;②適應(yīng)進料的變化;③適應(yīng)加工能力的變化;④工藝設(shè)備設(shè)計的靈活性。Lummus的加熱爐采用標準室式加熱爐,根據(jù)加熱爐功率可以選用單燃燒室或雙燃燒室。此外,Lummus在設(shè)計中普遍采用先進的計算機控制、自動卸蓋系統(tǒng)、改進的水/生焦處理系統(tǒng)等。目前,已有60余套裝置采用了Lummus的延遲焦化技術(shù)。4.2.3trtulus工藝Conoco公司技術(shù)的主要特點是餾分油循環(huán)技術(shù)和一系列設(shè)計軟件的應(yīng)用。在流程上采用餾分油循環(huán)技術(shù)和零循環(huán)比后,可使液體收率提高3%～4%,焦炭收率下降約3%～4%。ThruPlus工藝目前的應(yīng)用情況是:用于Conoco自有公司及合資公司建設(shè)21套,能力累計70萬桶/天;對外許可裝置約49套,能力累計超過100萬桶/天(折合約5500萬噸/年)。4.2.4kwelling技術(shù)Kellogg公司從事焦化工程設(shè)計40多年,共承建約37套延遲焦化裝置。其技術(shù)的主要特點是采用低壓、低循環(huán)比操作。目前,Kellogg典型的焦炭塔操作壓力為0.10～0.14MPa,裝置的循環(huán)比可按0.05設(shè)計。另外,Kellogg公司開發(fā)的焦炭塔底蓋自動拆卸技術(shù)于1993年就已投入工業(yè)應(yīng)用。4.2.5環(huán)保節(jié)能型焦化技術(shù)及設(shè)備中國石化的焦化技術(shù)開發(fā)已有近50年的歷史。目前,該技術(shù)主要包括石油化工科學研究院以及中國石化工程建設(shè)公司和洛陽石化工程公司開發(fā)的專利、專有技術(shù)。主要特點為:低壓、低循環(huán)比操作以及高液收。此外,在焦化消泡劑、可調(diào)循環(huán)比焦化工藝[]以及組合工藝[,]開發(fā)方面也有自己的特點。目前,國內(nèi)已有超過50套裝置,累計產(chǎn)能超過了7000萬噸/年。近幾年,中國石化的焦化技術(shù)已走出國門,先后在蘇丹、伊朗等地的煉油項目中提供了技術(shù)許可及相關(guān)設(shè)計服務(wù)。5有機質(zhì)產(chǎn)品延遲焦化工藝在把渣油轉(zhuǎn)化為更有價值的輕質(zhì)產(chǎn)品方面發(fā)揮著重要作用。在工藝流程、生產(chǎn)操作和設(shè)備設(shè)計等諸多方面均有許多發(fā)展和創(chuàng)新,主要體現(xiàn)在以下幾個方面:5.1餾分油循環(huán)[[]和減壓蒸餾煉廠是以生產(chǎn)液體燃料為目的,因此追求高液收、低焦炭收率也成為延遲焦化工藝發(fā)展的首要目標。為實現(xiàn)這一目標主要措施有:降低循環(huán)比;降低操作壓力、提高操作溫度;餾分油循環(huán)[]和減壓蒸餾采取減壓深拔等。Foster-Wheeler公司為提高液體收率,開發(fā)了低壓(0.103MPa)和超低循環(huán)比(0.05)的新工藝。采用該工藝的延遲焦化裝置,在低壓、超低循環(huán)比條件下操作,可以少產(chǎn)焦炭25%,同時可以多產(chǎn)10%以上的重焦化蠟油,其殘?zhí)己徒饘俸咳苑洗呋鸦图託淞鸦b置的原料要求。5.2延遲焦化技術(shù)焦炭塔為間歇操作,焦化裝置應(yīng)能適應(yīng)焦炭塔切換造成的波動,所以在焦化裝置的設(shè)計上應(yīng)具備一定的靈活性。目前,在延遲焦化裝置的靈活性上工作主要集中在增強原料適應(yīng)性(加工不同的原料油)、提高操作彈性、高液收或多產(chǎn)優(yōu)質(zhì)石油焦、可處理煉廠廢渣和不合格油以及適應(yīng)煉廠總流程變化上。中國石化洛陽石化工程公司開發(fā)了可調(diào)循環(huán)比的延遲焦化工藝[],該工藝將加熱后的原料直接進入焦炭塔,而非分餾塔,分餾塔內(nèi)的反應(yīng)尤其熱量由塔底抽出的循環(huán)油回流取走。進加熱爐的循環(huán)油量可根據(jù)需要調(diào)節(jié),從而實現(xiàn)可調(diào)節(jié)循環(huán)比流程。在廣州石化的應(yīng)用表明,可調(diào)循環(huán)比的工藝流程提高了延遲焦化裝置的操作靈活性,現(xiàn)場可根據(jù)原料性質(zhì)、產(chǎn)品要求處理量等情況,選擇合適的循環(huán)比和操作條件,優(yōu)化裝置操作。5.3提高設(shè)備的處理能力5.3.1設(shè)備的大規(guī)模設(shè)計裝置的大型化是提高勞動生產(chǎn)率、降低成本和增加效益的重要手段。因此,世界和我國的焦化裝置的規(guī)模也在向大型化方向發(fā)展,見表4。5.3.2幾種型化的電導率隨著焦化裝置能力的增大,焦炭塔的設(shè)計也隨之趨于大型化,見表5。采用較大的焦炭塔可以減少煉廠焦炭塔的數(shù)量,但塔的壽命會受到限制。ABBLummus公司建議焦炭塔直徑為8200～8500mm[,]。5.3.3典型的短生焦周期的焦化裝置的清焦操作時間分配目前,新設(shè)計的焦化裝置生焦周期一般為16～20h。據(jù)報道[],目前國外一些裝置采用了14h的生焦周期,亦有嘗試突破裝置瓶頸,采用12h生焦周期的研究者,典型的短生焦周期的焦化裝置的清焦操作時間分配見表6?？s短生焦周期將大幅提高焦化裝置的生產(chǎn)能力,但若將周期縮短到12h,則需要采用大量的設(shè)備并進行系統(tǒng)瓶頸的消除。5.4延遲焦化裝置延遲焦化的傳統(tǒng)應(yīng)用是處理減壓渣油、增加輕質(zhì)油品的產(chǎn)量,同時副產(chǎn)石油焦。隨著焦化技術(shù)的發(fā)展和石油焦用途的擴大,一些延遲焦化裝置也在特定的操作條件下生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)石油焦。石油焦中附加值最高的是針狀焦,目前國內(nèi)僅有錦州石化擁有5萬噸/年的產(chǎn)能。隨著國內(nèi)煉鋼電極焦需求的增長,國內(nèi)的煤系針狀焦和石油系針狀焦產(chǎn)量遠不能滿足國內(nèi)的需求。因此,發(fā)展優(yōu)質(zhì)石油焦生產(chǎn)也是大勢所趨。6延遲焦化發(fā)揮重質(zhì)渣油加工作用的必要性鑒于原油重質(zhì)化、