靈活焦化與延遲焦化比較研究

靈活焦化與延遲焦化比較研究

1靈活焦化技術(shù)隨著世界石油資源的高質(zhì)化和惡化，對原油的加工提出了更高的挑戰(zhàn)和要求。當(dāng)前，重油加工工藝主要有兩條路線，一條是加氫路線，另一條是脫碳路線。ExxonMobil公司于上世紀(jì)70年代在流化催化裂化和流化焦化技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的靈活焦化技術(shù)，屬于脫碳工藝的一種。它不同于延遲焦化工藝，靈活焦化工藝不設(shè)加熱爐，可避免因爐管結(jié)焦引起的裝置停工，且靈活焦化工藝為連續(xù)操作，在得到大量液體產(chǎn)品的同時，可將絕大部分低性價比的石油焦密閉轉(zhuǎn)化為低熱值氣體，作為加熱爐燃料，其環(huán)境性、經(jīng)濟(jì)性較好。在今后日益嚴(yán)格的環(huán)保要求和原油價格高漲情況下，此工藝對于劣質(zhì)重油的加工及煉油廠的增效具有越來越大的吸引力。原先受投資、操作等因素的影響，使得這項已經(jīng)很成熟的技術(shù)沒有得到大范圍推廣，國內(nèi)也沒有靈活焦化裝置投產(chǎn)，因此裝置實際運(yùn)行數(shù)據(jù)較少。本文將結(jié)合近年來的工程經(jīng)驗，對靈活焦化和延遲焦化兩種技術(shù)從工藝過程、可靠性、應(yīng)用業(yè)績等多方面進(jìn)行對比分析。2工藝過程的比較2.1靈活焦化工程的簡要介紹靈活焦化主要包括反應(yīng)器、加熱器、氣化器、分餾塔等，流程簡圖示于圖1。2.1.1-汽提-流化床焦化靈活焦化裝置反應(yīng)器部分由反應(yīng)器主體及其上部的洗滌器組成，原料油先進(jìn)入洗滌器，與自反應(yīng)器來的高溫油氣直接接觸，完成熱量傳遞及反應(yīng)油氣的傳質(zhì)與洗滌，洗滌后的反應(yīng)油氣進(jìn)入分餾塔，完成餾分分離，靈活焦化裝置的分餾塔部分與延遲焦化裝置基本相同。換熱后的原料油及循環(huán)油經(jīng)汽提蒸汽進(jìn)入焦化反應(yīng)器，經(jīng)熱焦粉作為熱載體加熱后發(fā)生裂解-縮合反應(yīng)，生成類似延遲焦化裝置的反應(yīng)油氣，經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出夾帶的固體后進(jìn)入洗滌器。在熱焦炭載體表面生成的焦炭，經(jīng)高溫汽提后進(jìn)入流化床加熱器。反應(yīng)器反應(yīng)所需熱量由加熱器返回的熱焦粉供給，同時始終保持一股焦粉直接注入反應(yīng)器的旋風(fēng)分離器中，防止其堵塞。2.1.2焦粉的氣化反應(yīng)反應(yīng)器生成的焦粉(冷焦)從反應(yīng)器底部進(jìn)入加熱器。在加熱器中，冷焦與來自氣化器的低熱值氣體和熱焦粉換熱，實現(xiàn)氣體初步冷卻，同時焦粉變成熱焦，一部分返回反應(yīng)器作為熱源，另一部分進(jìn)入氣化器。在氣化器中，熱焦在空氣和水蒸氣作用下發(fā)生氣化反應(yīng)，生成低熱值氣體，并殘存少量細(xì)焦粉。低熱值氣體和熱焦粉再返回加熱器與冷焦換熱后，先后發(fā)生不同等級蒸汽后，經(jīng)過三旋分離器分離、除焦粉后進(jìn)入文丘里洗滌器，除去氣體夾帶的細(xì)焦粉，然后低熱值氣體經(jīng)脫硫后可作為燃料，這也是靈活焦化和延遲焦化裝置的最大不同之處。2.2原料裂化反應(yīng)延遲焦化一般以貧氫的重質(zhì)油(如減壓渣油、裂化渣油)為原料，采用加熱爐將原料加熱到反應(yīng)溫度，并在高流速、短停留時間條件下，使原料基本不發(fā)生或只發(fā)生少量裂化反應(yīng)，就迅速離開加熱爐而進(jìn)入其后絕熱的焦炭塔內(nèi)，借助于自身的熱量，原料在“延遲”狀態(tài)下進(jìn)行裂化和生焦縮合反應(yīng)，將原料轉(zhuǎn)化為氣體、石腦油、汽油、柴油、重質(zhì)餾分油和石油焦，生成的產(chǎn)品分別進(jìn)入分餾系統(tǒng)、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)、除焦系統(tǒng)等處理后出裝置。3不同工藝條件下的產(chǎn)品收率以一套處理能力為2000kt/a的減壓渣油加工裝置為例，將靈活焦化和延遲焦化技術(shù)進(jìn)行比較。裝置原料性質(zhì)見表1，兩種工藝主要操作條件對比見表2、表3，靈活焦化工藝物料平衡見表4。從表2～4可以看出，靈活焦化工藝液體產(chǎn)品收率略高于延遲焦化液體產(chǎn)品收率1.7%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，氣體產(chǎn)品及焦炭總量低于延遲焦化裝置。同時，該反應(yīng)條件下靈活焦化柴油產(chǎn)品收率明顯偏低，這與該反應(yīng)器設(shè)計的物料停留時間短有關(guān)，可相應(yīng)延長停留時間，增加柴油產(chǎn)品收率。但總體來說，靈活焦化裝置的柴油收率低于延遲焦化。從表2～4還可看出，靈活焦化生焦率在一定范圍內(nèi)靈活可調(diào)的條件下，可將95%以上的石油焦轉(zhuǎn)化為低熱值氣體，脫硫后作為清潔燃料氣使用，而剩余少量石油焦粉富含重金屬，可進(jìn)一步作為金屬回收資源或賣給水泥廠等作為原料。相比于延遲焦化裝置，靈活焦化洗滌油量較大，循環(huán)比不能為零。4低熱值燃料氣回收利用靈活焦化低熱值氣體的典型組成與其他幾種常規(guī)燃料氣的對比見表5。從表5可以看出，低熱值氣體中氮?dú)夂扛?，熱值約為常規(guī)煉廠氣的1/10。低熱值氣體雖然熱值偏低，但仍然可以代替天然氣或其他高成本的清潔燃料，作為煉廠加熱爐燃料，且其用于煉廠加熱爐已有30多年的歷史。由于其熱值較低，因此用于加熱爐燃燒時所用的火嘴必須具有針對性，可同時燃燒常規(guī)燃料氣和低熱值燃料氣。鑒于低熱值氣體的特殊性，煉廠還需設(shè)置單獨(dú)的燃料氣管道系統(tǒng)。由于采用Flexsorb誖AmineGasTreating技術(shù)，低熱值氣體脫硫后H2S含量不大于10μg/g，燃燒后加熱爐排煙溫度可達(dá)100℃，加熱爐效率與常規(guī)燃?xì)鉅t基本相同。通過多年的使用，發(fā)現(xiàn)低熱值氣體與常規(guī)燃料氣按照85∶15(按熱值)的比例混合燃燒，可滿足煉廠加熱爐安全、穩(wěn)定燃燒的要求。目前可混燒低熱值氣體的加熱爐見表6。5靈活焦化裝置靈活焦化：自20世紀(jì)90年代至2006年以前，受ExxonMobil對外轉(zhuǎn)讓的限制，以及歐美等國煉油企業(yè)大都有豐富天然氣管網(wǎng)支撐等原因，使得靈活焦化工藝沒有新裝置建設(shè)，但加工能力通過不斷地擴(kuò)能始終在增長。近年來，石油加工企業(yè)開始關(guān)注靈活焦化裝置的優(yōu)越性。在過去不到兩年的時間里，就在希臘、秘魯和俄羅斯相繼轉(zhuǎn)讓了3套裝置，正在洽談的還有10多套裝置。目前世界上已經(jīng)投產(chǎn)及在建的靈活焦化裝置情況見表7。延遲焦化：目前，國內(nèi)以減壓渣油或減壓渣油摻合瀝青及催化油漿為原料的延遲焦化裝置約有60余套；以重質(zhì)原油、重質(zhì)燃料油或煤焦油為原料的延遲焦化裝置也有近50套。2010年，國內(nèi)延遲焦化裝置的加工能力統(tǒng)計見表8。目前，世界延遲焦化裝置加工能力已超過2.2×108t/a，按照地區(qū)分，美國的焦化能力最大，約54套裝置，其次是拉丁美洲，亞太地區(qū)位居第三。2010年世界部分國家煉油能力和焦化能力統(tǒng)計見表9。實際上，國內(nèi)焦化加工能力1.1×108t/a加上國外焦化加工能力2.2×108t/a，世界的焦化加工能力預(yù)計超過3.3×108t/a，平均占原油加工量的10%左右，延遲焦化工藝已成為渣油加工的重要手段。6靈活焦化工藝靈活焦化(包括氣化部分)整個系統(tǒng)操作條件溫和，設(shè)備均為普通碳鋼材質(zhì)，沒有任何特殊專利設(shè)備。一般來講，同等規(guī)模靈活焦化裝置投資要比延遲焦化多30%～50%左右。當(dāng)原油價格高過50美元/bbl后，天然氣、燃料油等傳統(tǒng)燃料價格都大幅上漲，燃料消耗占煉廠操作成本的比例越來越大。靈活焦化工藝最主要的特點(diǎn)，是在裝置內(nèi)將低附加值的石油焦氣化成低熱值的燃料氣，以替換煉廠內(nèi)其他高附加值燃料。據(jù)測算，一套1000kt/a靈活焦化裝置每年所產(chǎn)出的燃料氣可替代約190kt燃料油，如果石油焦價格按1000元/t考慮，燃料油價格按3000元/t考慮，燃料油跟石油焦差價為2000元/t，那么1000kt/a靈活焦化裝置比同等規(guī)模的延遲焦化裝置多產(chǎn)生近3.8億元人民幣的效益。這就是日本川崎煉廠(擁有一套最早靈活焦化裝置)連續(xù)7年保持全日本效益最好煉廠的主要原因。靈活焦化工藝的經(jīng)濟(jì)性不僅體現(xiàn)在如何充分利用所產(chǎn)低熱值氣體方面，同時也體現(xiàn)在對加工原油的適應(yīng)性方面。靈活焦化工藝由于不設(shè)進(jìn)料加熱爐，對原料中的殘?zhí)繘]有限制要求，有的靈活焦化裝置常年加工脫瀝青尾油和H-oil尾油，殘?zhí)扛哌_(dá)35～36左右，這一特性可使煉廠原油加工適應(yīng)性更強(qiáng)，可為企業(yè)賺取更高利潤。7靈活焦化運(yùn)行特點(diǎn)(1)原料適應(yīng)性強(qiáng)：靈活焦化裝置反應(yīng)器以熱焦粉作為載體，相比于延遲焦化裝置，其處理的原料范圍更廣(重度為0～20°API，康氏殘?zhí)吭?%～40%)，且加工費(fèi)用和原料中雜質(zhì)含量(如重金屬、灰分、硫、氮等)之間的影響關(guān)系不大，處理重質(zhì)原料、或大規(guī)模加工情況下更有優(yōu)勢。(2)裝置連續(xù)性好、裝置定員少：靈活焦化是連續(xù)工藝，避免了延遲焦化的循環(huán)切換造成的處理量周期性波動及操作不安全性，同時不需要設(shè)置除焦班，減少了裝置定員及工人的勞動強(qiáng)度。(3)設(shè)備可靠性高：靈活焦化機(jī)械設(shè)備少，故障率低，且設(shè)備操作壓力不高，設(shè)備材質(zhì)要求低，裝置平均開工系數(shù)在90%～95%?，F(xiàn)在運(yùn)行的所有靈活焦化裝置都能達(dá)到3～3.5a檢修一次。(4)環(huán)境友好：裝置全封閉運(yùn)行，不同于延遲焦化設(shè)置的儲焦池及冷切焦系統(tǒng)，減少了裝置開工及運(yùn)行期間造成的粉塵及空氣污染。產(chǎn)生的低熱值氣體通過胺洗很容