第四章-延遲焦化裝置

第四章延遲焦化裝置2023/12/29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。2023/12/29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(400~500℃)下進(jìn)行深度熱裂化反應(yīng)。通過裂解反應(yīng)，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(yīng)，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(dāng)數(shù)量的芳烴，另一方面焦化的反應(yīng)條件更加苛刻，因此縮合反應(yīng)占很大比重，生成焦炭多。2023/12/29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(yīng)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。2023/12/29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(fèi)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?．8％~45％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(shí)現(xiàn)渣油零排放的重要裝置。2023/12/29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(qiáng)度(爐出口溫度500℃)，使油品在加熱爐中短時間內(nèi)達(dá)到焦化反應(yīng)所需的溫度，然后迅速進(jìn)入焦炭塔，使焦化反應(yīng)不在加熱爐中而延遲到焦炭塔中去進(jìn)行，因此，稱之為延遲焦化。2023/12/29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)？2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論8第二節(jié)工藝流程2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論9一、焦化反應(yīng)化學(xué)原理焦化原料油所含烴類的分子很大，并有相當(dāng)數(shù)量的芳烴。1.裂解反應(yīng)：在高溫(400~550℃)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(yīng)：烴類又發(fā)生縮合反應(yīng)，使渣油轉(zhuǎn)化成焦炭?？s合反應(yīng)：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。2023/12/29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(yīng)是不相同的。烷烴在400~600℃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(yīng)示例如下：1.斷鏈2.裂環(huán)2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論113.脫氫縮合反應(yīng)示例如下：芳香烴不易裂解，而易發(fā)生縮合反應(yīng)，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。2023/12/29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(shè)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。2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論13340~350℃500℃左右2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論141.原油預(yù)熱階段：焦化原料(減壓渣油)先進(jìn)入原料緩沖罐，再用泵送入加熱爐對流段升溫至340~350℃

左右。2.經(jīng)預(yù)熱后的原油進(jìn)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390~395℃

左右）。2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論153.原料油和循環(huán)油一起從分餾塔底抽出，用熱油泵打進(jìn)加熱爐輻射段，加熱到焦化反應(yīng)所需的溫度（500℃

左右），再通過四通閥由下部進(jìn)入焦炭塔，進(jìn)行焦化反應(yīng)。為防止油在爐管內(nèi)反應(yīng)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(jìn)入焦炭塔的高壓渣油，需在塔內(nèi)停留足夠時間，以便進(jìn)行充分反應(yīng)。2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論164.原料在焦炭塔內(nèi)反應(yīng)生成焦炭聚積在焦炭塔內(nèi)，油氣從焦炭塔頂出來進(jìn)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(jìn)行焦化反應(yīng)。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。2023/12/29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(dú)操作，又可并聯(lián)操作，在每組塔中，一臺塔在反應(yīng)生焦時，另一臺則處于除焦階段。即當(dāng)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(jìn)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。2023/12/29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(jī)和泵送入吸收穩(wěn)定部分進(jìn)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。2023/12/29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(shè)計上就要考慮采取措施。如：在原料油進(jìn)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(shè)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。2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論20主分餾塔Main

fractionator進(jìn)料Fresh

feed粗汽油rawgasoline氣體gas柴油dieseloil

蠟油waxoil焦炭塔

coke

tower焦碳coke流程框圖2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論21焦炭塔是用厚鍋爐鋼板制成的空筒，是進(jìn)行焦化反應(yīng)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(fèi)鋼材。三、延遲焦化過程的主要設(shè)備

（一）焦炭塔2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論22塔的頂部設(shè)有除焦口、油氣出口；塔側(cè)設(shè)有料面指示計口：延遲焦化的化學(xué)反應(yīng)主要是在焦炭塔內(nèi)進(jìn)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。2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論23在運(yùn)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(qiáng)液體的流動來加以防止。2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論24（二）水力除焦設(shè)備焦炭塔是輪換使用的，即當(dāng)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(jìn)行水力除焦。目前的除焦設(shè)備都已采用高壓水力除焦法。除焦用水力除焦法，即采用11．8MPa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(yùn)。2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論25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(qiáng)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。2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論26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(jìn)水管進(jìn)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(jìn)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(jìn)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。2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論272023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論28（三）無焰燃燒爐焦化加熱爐是本裝置的核心設(shè)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。2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論29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20~35%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?？珊拖炗突鞜捵鳛榇呋鸦?，也可作催化加氫的原料，進(jìn)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2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論30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(dú)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(biāo)。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(yán)格；二級焦用做一般電極和絕緣材料，一些主要指標(biāo)同于一級焦標(biāo)準(zhǔn)，但是不如一級焦那么嚴(yán)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))。2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論31石油焦的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論32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(yīng)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(jìn)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。2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論33焦炭塔塔壁變形示意圖2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論34勝利煉油廠3號焦炭塔塔壁變形的

檢查結(jié)果2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論35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，頂部較小；中下部東西直徑大，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(dá)一定數(shù)值后，漸趨緩慢。2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論36二、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。2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論37裙座焊縫裂紋示意圖

2023/12/29石油化工過程系統(tǒng)概論382．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