我國大型延遲焦化爐開發(fā)研究方向[詳細(xì)]

1、我國大型延遲焦化爐開發(fā)研究方向洛陽石化工程公司工程研究院 鄭戰(zhàn)利一、我國延遲焦化加熱爐現(xiàn)狀延遲焦化裝置工藝流程簡單,技術(shù)成熟,投資和操作費用較低,對各種渣油作原料的適應(yīng)性強(qiáng),脫碳徹底.因此,被全世界公認(rèn)為是各種重油加工方案的第一選擇.目前,我國共有延遲焦化裝置28套,總加工能力20米t/a以上,擁有延遲焦化裝置的數(shù)量和總的生產(chǎn)能力僅次于美國,是全世界第二焦化大國.在28套延遲焦化裝置的加熱爐中,單爐處理能力500 kt/a的占60%,單爐處理能力500 kt/a 的占40%.輻射爐管表面平均熱強(qiáng)度 最高為33.6kw/ 米2 ,最低為20.83kw/ 米2,平均值為27.4kw/ 米2 ,中國

2、石化集團(tuán)公司煉油廠管式加熱爐設(shè)計技術(shù)規(guī)定中延遲焦化加熱爐輻射爐管表面平均熱強(qiáng)度 推薦值為:32.5kw/ 米238.3kw/ 米2.焦化加熱爐冷油流速最高為1.39米/s,最低為1.06米/s,平均值為1.26米/s,中國石化集團(tuán)公司煉油廠管式加熱爐設(shè)計技術(shù)規(guī)定中規(guī)定焦化加熱爐冷油流速為1.3米/s1.9米/s;技術(shù)發(fā)達(dá)國家焦化加熱爐冷油流速規(guī)定大于2.1米/s2.2米/s.蠟油循環(huán)比在0.40.6之間,技術(shù)發(fā)達(dá)國家最低到0.05;輻射爐管注水量占處理量的3%4%,技術(shù)發(fā)達(dá)國家最低為1%,且向著少注水或不注水方向發(fā)展;焦化爐的熱效率最高為88%,最低為78%,技術(shù)發(fā)達(dá)國家焦化爐的熱效率已經(jīng)達(dá)到

3、92%;輻射爐管燒焦周期最短的只有4個月,大部分為10個月,只有極少數(shù)超過12個月,技術(shù)發(fā)達(dá)國家焦化爐輻射爐管燒焦周期為18個月.表1是我國延遲焦化加熱爐與美國延遲焦化加熱爐概況對比表:表1 國家項目中國美國單爐處理能力50100 萬噸/年150200 萬噸/年蠟油循環(huán)比0.30.60.150.05輻射爐管注水量占處理量的3% 1%且向不注水方向發(fā)展最高熱效率88%92%正常開工周期12個月18個月我國焦化爐的技術(shù)水平與國外先進(jìn)水平相比,存在的差距是:單爐處理能力小、循環(huán)比高、輻射爐管注水量大、熱效率偏低和正常開工周期短.二、我國大型延遲焦化爐開發(fā)研究方向隨著我國原油質(zhì)量變重,石油產(chǎn)品消費結(jié)構(gòu)

4、的變化,重質(zhì)燃料油需求量減少,輕質(zhì)油需求量迅速增加,延遲焦化裝置在渣油輕質(zhì)化和解決我國柴汽比偏低的問題中將會發(fā)揮越來越大的作用.隨著我國原油加工量的增加和1000104噸/年煉油廠的建設(shè),我國延遲焦化裝置必然向大型化發(fā)展.焦化爐是延遲焦化裝置的心臟設(shè)備,目前我國設(shè)計的焦化爐最大處理量為100104噸/年,是我國延遲焦化裝置向大型化發(fā)展的制約“瓶頸”.開發(fā)大型延遲焦化加熱爐對促進(jìn)我國延遲焦化裝置向大型化發(fā)展有著重大的意義.根據(jù)我國延遲焦化加熱爐的現(xiàn)狀和與技術(shù)發(fā)達(dá)國家相比存在的技術(shù)差距可知:開發(fā)大型延遲焦化加熱爐和提高我國焦化加熱爐技術(shù)水平應(yīng)從以下幾方面著手:1. 降低循環(huán)比(蠟油循環(huán)量/新鮮原料

5、油量)循環(huán)比是影響產(chǎn)品分布、操作費用的主要因素.在焦化爐熱負(fù)荷一定時,循環(huán)比大,就意味著蠟油循環(huán)量大,裝置處理新鮮原料的能力小.循環(huán)比小,意味著返回焦化爐輻射室進(jìn)行二次加熱和裂化的蠟油量少,相應(yīng)地降低了 氣體和焦炭的產(chǎn)率,提高液體產(chǎn)品的收率.長期的生產(chǎn)實踐證明:循環(huán)比降低0.1,液體產(chǎn)品收率增加1.5%,所以,降低循環(huán)比可以有效地提高焦化裝置的液體產(chǎn)品的收率和處理能力;降低焦化裝置的能耗.降低循環(huán)比是我國開發(fā)大型延遲焦化爐的一項重要內(nèi)容.2、減少輻射爐管的注水量 焦化爐輻射爐管注水的目的是提高爐管內(nèi)油品的流速,使流型發(fā)生變化,減緩爐管結(jié)焦,使焦化爐有一個較長的開工周期.由于水的汽化潛熱大,輻射

6、爐管注水量占原料油處理量的百分比每增加1,延遲焦化裝置單位處理量的能耗就要增加42米J/t.同時焦化爐輻射爐管注水還能造成如下不良后果.（1） 汽油的辛烷值隨著注水量增加而下降,不穩(wěn)定性隨注水量增加而增加.（2） 焦炭塔中汽油的線速度 隨著注水量的增加而提高.油氣的霧沫夾帶量隨著線速度 增加而增加.為了 保證汽油霧沫夾帶量達(dá)到工藝規(guī)定的值,焦炭塔的空塔高度 隨著輻射爐管注水量增加而增加,焦炭塔的利用率隨著輻射爐管注水量增加而降低.（3） 油氣攜帶焦粒的能力隨著線速度 的提高而增加,輻射爐管注水量越大,焦炭塔中油氣線速度 越高,油氣帶入分餾塔底部的焦粒越多,因而分餾塔底部和分餾塔底部渣油轉(zhuǎn)油線結(jié)

7、焦的可能性就越大.（4） 分餾塔的負(fù)荷隨著輻射爐管注水量的提高而增加. 綜上所述可知:輻射爐管注水不但加大了 裝置的能耗和原料油流過輻射爐管的壓降,而且還造成了 汽油質(zhì)量下降,焦炭塔利用率下降,分餾塔負(fù)荷增加和底部及轉(zhuǎn)油線結(jié)焦的可能性增加等不良影響.所以說,輻射爐管注水量的多少是衡量焦化爐技術(shù)水平高低的重要標(biāo)志之一.開發(fā)新的注水技術(shù),提高注水效果,減少注水量,是我國開發(fā)大型延遲焦化爐的一項重要內(nèi)容.3、提高熱效率 焦化爐是延遲焦化裝置的核心設(shè)備,它為整個裝置提供熱量,其能耗占整個延遲焦化裝置能耗的75%;在焦化爐熱負(fù)荷一定的條件下,熱效率高就意味燃料消耗少,裝置的能耗低,所以,熱效率高低也是衡

8、量焦化爐技術(shù)水平的標(biāo)志.把焦化爐的熱效率提高到92%是我國開發(fā)大型延遲焦化爐的又一項重要內(nèi)容.4、減緩輻射爐管結(jié)焦速率,延長開工周期 由于延遲焦化裝置的原料油為重質(zhì)渣油,比重大、粘度 高、臨界反應(yīng)溫度 低、在加熱過程中容易結(jié)焦,但又必須在焦化爐內(nèi)把原料油加熱到焦化反應(yīng)所需的溫度 .焦化爐輻射爐管結(jié)焦是不可避免的.在輻射進(jìn)料中加入一部分蠟油和向輻射爐管內(nèi)注軟化水都是為了 減緩爐管結(jié)焦速率.要降低循環(huán)比,減少輻射爐管注水量,延長焦化爐的開工周期,減緩爐管結(jié)焦速率是先決條件.開發(fā)減緩輻射爐管結(jié)焦速率技術(shù),是我國開發(fā)大型延遲焦化爐的重要內(nèi)容之一.5、科學(xué)地組織輻射室傳熱5、1焦化原料油熱轉(zhuǎn)反應(yīng)機(jī)理 焦

9、化原料油是以碳、氫為主要元素的大分子烴類(飽和烴、芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì))的混合物.在熱轉(zhuǎn)化過程中,有二種主要化學(xué)反應(yīng):一種是大分子轉(zhuǎn)化成小分子的吸熱反應(yīng),稱作裂化;另一種是小分子轉(zhuǎn)化成大分子的放熱反應(yīng),稱作縮合.而分子大小不變,只變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的異構(gòu)化反應(yīng)和分子量成倍增加的疊合反應(yīng),在沒有催化劑參加的熱轉(zhuǎn)化中是很少發(fā)生的.因此,焦化原料油熱轉(zhuǎn)化過程的反應(yīng)機(jī)理,主要是由自由基反應(yīng)機(jī)理來解釋斷裂的化學(xué)現(xiàn)象,和由中間相成焦機(jī)理來闡明縮合的化學(xué)現(xiàn)象.1自由基反應(yīng)機(jī)理 烴類分子內(nèi)的原子本是借助原子間引力的化學(xué)鍵結(jié)合起來的.隨著原子結(jié)合形式的不同,這種引力的強(qiáng)弱亦有所不同;這就形成大小不等的鍵能.其中鍵能小的

10、化學(xué)鍵接受一定的熱能后即進(jìn)行斷裂,隨后又重新組合成鍵能較大的化學(xué)鍵;從而產(chǎn)生鍵能變化,形成吸熱或放熱反應(yīng)和新的化合物,所吸熱或放熱即為反應(yīng)熱. 自由基機(jī)理認(rèn)為:烴類在熱反應(yīng)時,一些易反應(yīng)分子首先在鍵能較弱的化學(xué)鍵上斷裂成自由基.其中較小的自由基如H、CH3、C2H5等能在短時間內(nèi)存在;因而可與別的分子碰撞,又生成新的自由基.較大的自由基比較活潑而不穩(wěn)定,只能瞬時存在,并很快再斷裂成烯烴和小的自由基.這樣就形成一種連鎖反應(yīng).反應(yīng)后的生成物在離開反應(yīng)系統(tǒng)終止反應(yīng)時,自由基與自由基又互相結(jié)合成烷烴.故斷裂的最終結(jié)果為生成較反應(yīng)原料分子要小的烯烴和烷烴;其中也包括氣體烯烴.這個過程用自由基化學(xué)方程式表

11、明如下: 1、大分子斷裂成自由基 C16H34 CH3C15H31 2、小自由基與大分子碰撞 CH3C16H34 CH4C16H33 3、大自由基不穩(wěn)定,遞出小自由基 C15H31 C15H30H C16H33 C16H32H 4、大自由基很快再斷裂 C15H31 C7H14C3H C8H17 C4H8C4H9 C4H9 C6H6CH3 C4H9 C2H4C2H5 5、反應(yīng)終止時,自由基相互結(jié)合 HH H2 CH3H CH4 C2H5CH3 C3H8 C3H7C2H5 C5H12 所以,按自由基反應(yīng)機(jī)理,正構(gòu)烷烴是最容易斷裂成各種小分子烷烴和烯烴的.斷裂表現(xiàn)在CH鍵處時,就生成烯烴和氫氣.異構(gòu)

12、烷烴的斷裂與正構(gòu)烷烴基本相同.帶側(cè)鏈的環(huán)烷烴則首先在側(cè)鏈上發(fā)生斷裂;其次是環(huán)烷環(huán)的斷裂,生成環(huán)烯或二烯烴,但需要更高的溫度 .帶側(cè)鏈的芳烴,烷基鏈也發(fā)生和烷烴相類似的斷裂;但芳環(huán)非常堅固,不能斷裂.它能形成如H,CH3一樣比較穩(wěn)定的芳香環(huán)自由基.側(cè)鏈部分?jǐn)嗔殉尚》肿訜N的同時,芳香環(huán)自由基相互結(jié)合成為縮合反應(yīng),形成更為穩(wěn)定的多環(huán)芳烴.所以,含有芳烴的渣油在熱轉(zhuǎn)化時,裂化和縮合兩種反應(yīng)是同時發(fā)生的.由于縮合反應(yīng)所需的溫度 比裂化反應(yīng)所需溫度 高,在母體溫度 較低時,渣油的熱轉(zhuǎn)化以裂化反應(yīng)為主,隨著溫度 升高,逐漸轉(zhuǎn)化為以縮合反應(yīng)為主.2中間相成焦機(jī)理 中間相成焦機(jī)理又稱二次生焦機(jī)理,是描述熱轉(zhuǎn)化反

13、應(yīng)液相反應(yīng)物的縮合過程.在渣油熱轉(zhuǎn)化過程中,裂化和縮合兩種反應(yīng)雖是同時發(fā)生的,但裂化反應(yīng)的活化能較低,在溫度 較低時,裂化反應(yīng)的反應(yīng)速度 大于縮合反應(yīng)的反應(yīng)速度 ,渣油熱轉(zhuǎn)化生成物也主要是裂化反應(yīng)產(chǎn)物;隨著溫度 的升高和裂化反應(yīng)深度 的增加,縮合反應(yīng)的反應(yīng)速度 逐漸加大,當(dāng)溫度 升高到渣油臨界溫度 的下限時,瀝青質(zhì)中的稠環(huán)化合物的分子在熱力作用下,靠分子極性產(chǎn)生的吸引力相互吸引而平移得以接近,達(dá)到穩(wěn)定的層堆疊合,形成更大的分子.當(dāng)這種大分子中的碳原子數(shù)達(dá)到100個,分子量達(dá)到1500左右時,便在渣油中形成一種與母體有明顯界面的液晶;它既有各向異性的固體特征,又有能流動、懸浮時呈球狀的液體特性,

14、被稱作中間相小球體.最初,中間相小球體的球徑只有百分之幾微米,靠吸收母液中的稠環(huán)芳烴分子長大,當(dāng)長大到表面張力不能維持有最小表面積時,開始相互融并和有序的排列,形成中間相體(稱作第二相).隨著渣油溫度 的升高和縮合反應(yīng)深度 的增加,中間相體內(nèi)部的粘度 也隨之增大,當(dāng)中間相體內(nèi)部粘度 達(dá)到不受外力的影響時,中間相體的形狀就固定了 ,成為初級縮合產(chǎn)物(稱作碳質(zhì)瀝青質(zhì)).在各種溶劑中研究碳質(zhì)瀝青質(zhì)縮合成焦炭的動力學(xué)表明:只有碳質(zhì)瀝青質(zhì)從溶劑中分離出來后才能發(fā)生進(jìn)一步縮合反應(yīng)形成焦炭.碳質(zhì)瀝青質(zhì)能否從溶劑中分離出來,取決于它在溶劑中的濃度 和溶劑對碳質(zhì)瀝青質(zhì)的溶解能力.由于溶劑的物性不同,對碳質(zhì)瀝青質(zhì)

15、的溶解能力不同,所以碳質(zhì)瀝青質(zhì)從各種溶劑中分離出來要達(dá)到的濃度 也就不同,每種溶劑都存在一個碳質(zhì)瀝青質(zhì)從溶劑中分離出來的最低濃度 (稱作最低濃度 極限),小于此濃度 ,碳質(zhì)瀝青質(zhì)就不會從溶劑中分離出來.當(dāng)碳質(zhì)瀝青質(zhì)在溶劑中的濃度 大于最低濃度 極限時,碳質(zhì)瀝青質(zhì)就會從溶劑中分離出來,發(fā)生進(jìn)一步縮合反應(yīng),形成焦炭.總的熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)歷程可歸納為如下圖所示. 裂化 產(chǎn)物 斷側(cè)鏈 斷裂 脫氫 斷 斷 縮合 小球體 小球體 小球體 飽和烴 側(cè) 側(cè) 瀝青質(zhì) 出生 長大 融并 鏈 鏈 斷側(cè)鏈 脫 脫 縮合 氫 氫 芳烴 斷裂 膠質(zhì) 石油焦 碳質(zhì)瀝 中間 縮合 青質(zhì) 相體 渣油熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)歷程示意圖 渣油熱轉(zhuǎn)化過

16、程中的生焦現(xiàn)象是一個復(fù)雜的相變過程,中間相體的形成和出現(xiàn)是相變過程的初級階段,碳質(zhì)瀝青質(zhì)的形成是相變過程的中級階段,石油焦的形成是相變過程的高級階段.瀝青質(zhì)是渣油熱轉(zhuǎn)化時體系中生焦的根源,瀝青質(zhì)縮合為碳質(zhì)瀝青質(zhì)經(jīng)歷了 一個中間相小球體的出生和長大,相遇和融并,增粘和老化,取向和固化的變化歷程;反應(yīng)速度 受反應(yīng)本身所控制,隨著溫度 的升高,反應(yīng)速度 加快,反應(yīng)產(chǎn)物也隨溫度 升高而增加.碳質(zhì)瀝青質(zhì)發(fā)生碳化反應(yīng)生成石油焦的反應(yīng)受碳質(zhì)瀝青質(zhì)從母體中分離出來的過程所控制.渣油的溫度 和升溫速率對碳質(zhì)瀝青質(zhì)縮合成石油焦反應(yīng)速度 無影響. 根據(jù)自由基反應(yīng)機(jī)理和中間相成焦機(jī)理可知:渣油熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)是一種復(fù)雜的裂

17、化反應(yīng)和縮合反應(yīng)相平行的順序反應(yīng),整個熱轉(zhuǎn)化過程可分為三個階段:渣油在溫度 低于臨界溫度 的下限升溫過程中,裂化反應(yīng)速度 大于縮合反應(yīng)速度 ,反應(yīng)產(chǎn)物基本上為裂化產(chǎn)物; 裂化反應(yīng)在渣油熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)中占主要地位,縮合反應(yīng)在渣油熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)中占次要地位.此階段可定義為渣油熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)的裂化反應(yīng)階段.由中間相小球體的出現(xiàn)到碳質(zhì)瀝青質(zhì)的形成,縮合反應(yīng)速度 大于裂化反應(yīng)速度 ,反應(yīng)產(chǎn)物基本上都為縮合反應(yīng)產(chǎn)物. 裂化反應(yīng)在渣油熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)中由主要地位轉(zhuǎn)變?yōu)榇我匚?縮合反應(yīng)在渣油熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)中由次要地位轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕匚? 此階段可定義為渣油熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)的縮合反應(yīng)階段.碳質(zhì)瀝青質(zhì)生成石油焦為渣油熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)的最終階段.在延

18、遲焦化工藝中,渣油熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)的裂化和縮合熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)階段是在焦化爐輻射室內(nèi)完成的,熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)的最終階段在焦炭塔內(nèi)完成的.5 、2渣油在輻射室三個加熱階段 渣油以200左右時進(jìn)入焦化爐對流室,加熱到340左右后由對流室進(jìn)入分餾塔,與焦炭塔來的焦化油氣在分餾塔內(nèi)換熱;一方面把渣油中的輕質(zhì)油蒸出,同時又加熱了 渣油.渣油與循環(huán)油一起由分餾塔底部被送入焦化爐輻射室(此時渣油的溫度 約在370左右),加熱到495505時迅速由輻射室進(jìn)入焦炭塔.由于裂化產(chǎn)物的迅速氣化并逸出母體,使得渣油中的碳質(zhì)瀝青質(zhì)的濃度 迅速達(dá)到最低濃度 下限,發(fā)生進(jìn)一步縮合反應(yīng),形成焦炭.焦炭聚結(jié)在焦炭塔內(nèi).裂化產(chǎn)物氣化形成的油氣由焦

19、炭塔頂部出口送入分餾塔,經(jīng)分餾得到焦化瓦斯、焦化汽油、焦化柴油和蠟油.根據(jù)自由基反應(yīng)機(jī)理和中間相成焦機(jī)理以及多年研究實踐,認(rèn)為 渣油由370左右的溫度 進(jìn)入焦化爐輻射室到被加熱到500出輻射室,經(jīng)歷了 三個加熱升溫階段裂化加熱階段、縮合加熱階段、過熱加熱階段.在加熱升溫過程中完成了 相變化過程中的初級階段和中級階段;相變化過程中的高級階段碳質(zhì)瀝青質(zhì)生成石油焦的碳化反應(yīng)是在焦炭塔內(nèi)完成的.1裂化加熱階段 渣油以370左右的溫度 進(jìn)入輻射室后,隨著溫度 升高,渣油中的非瀝青質(zhì)烴類首先發(fā)生裂化反應(yīng),大分子烴裂化成小分子烴,長鍵斷裂成短鍵,產(chǎn)生氣體,汽油和中間餾分.在非瀝青質(zhì)烴類發(fā)生裂化反應(yīng)的同時,也

20、伴隨有芳烴的縮合反應(yīng),但反應(yīng)速度 很慢,形成的縮合產(chǎn)物很少.隨著溫度 的升高和裂化反應(yīng)深度 的增加,縮合反應(yīng)速度 迅猛增加,當(dāng)渣油溫度 升高到臨界反應(yīng)區(qū)溫度 下限時,縮合反應(yīng)速度 大于裂化反應(yīng)速度 ,縮合反應(yīng)在渣油熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)中由次要地位轉(zhuǎn)變主要地位,裂化反應(yīng)則由主要地位轉(zhuǎn)變?yōu)榇我匚?所以,在渣油溫度 由370升高到臨界反應(yīng)區(qū)溫度 下限這一加熱階段中,裂化反應(yīng)在渣油熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)中占主要地位,縮合反應(yīng)占次要地位;這一加熱升溫階段稱作裂化加熱階段.2縮合加熱階段 渣油溫度 由臨界反應(yīng)溫度 下限升高到臨界反應(yīng)區(qū)溫度 上限,在這一加熱階段中,縮合反應(yīng)速度 大于裂化反應(yīng)速度 ,渣油熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)主要是芳烴、膠

21、質(zhì)和瀝青質(zhì)的縮合反應(yīng),反應(yīng)生成物基本上都為縮合產(chǎn)物.在渣油的臨界反應(yīng)區(qū)內(nèi),縮合反應(yīng)在渣油熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)中占主要地位,裂化反應(yīng)占次要地位,這一加熱階段稱作縮合加熱階段.3過熱加熱階段 當(dāng)渣油溫度 升高到生產(chǎn)工藝規(guī)定的溫度 時,迅速離開輻射室進(jìn)入焦炭塔.由于裂化產(chǎn)物迅速氣化并逸出母體,初級縮合反應(yīng)產(chǎn)物發(fā)生進(jìn)一步縮合反應(yīng)生成焦炭.為了 保證裂化產(chǎn)物的氣化速度 和初級縮合反應(yīng)產(chǎn)物的碳化反應(yīng)速度 和反應(yīng)深度 ,生產(chǎn)工藝要求焦炭塔內(nèi)的溫度 控制在渣油臨界反應(yīng)溫度 范圍的上限.由于裂化產(chǎn)物迅速氣化形成油氣并離開焦炭塔(裂化產(chǎn)物氣化形成油氣要吸收大量的熱量,油氣離開焦炭塔又帶走一部分熱量)及焦炭塔外壁散熱,會使焦

22、炭塔內(nèi)的溫度 迅速降低.為了 保證焦炭塔內(nèi)溫度 維持在工藝規(guī)定的溫度 ,渣油出輻射室?guī)虢固克臒崃砍?滿足初級縮合反應(yīng)產(chǎn)物碳化反應(yīng)用熱外,還有一部分熱量用來彌補(bǔ)油氣離開焦炭塔和塔壁散熱造成的熱量損失.把渣油溫度 由臨界反應(yīng)溫度 上限加熱升高工藝規(guī)定的出口溫度 這一加熱階段稱作過熱加熱階段.5、3渣油在輻射室3個加熱階段對傳熱的要求 由于渣油在三個加熱階段發(fā)生的轉(zhuǎn)化反應(yīng)不同,物性和流動狀況不同,對熱量的需求量不同,所以三個加熱階段對爐管外煙氣傳熱有著截然不同的要求.1裂化加熱階段對傳熱的要求 在裂化加熱階段,渣油的熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)主要是非瀝青質(zhì)烴類的裂化反應(yīng),大分子裂化成小分子,長鏈斷裂成短鏈,形

23、成裂化產(chǎn)物.由于裂化產(chǎn)物能夠部分溶解瀝青質(zhì),使得渣油的粘度 降低,對瀝青質(zhì)的溶解能力提高.所以在裂化加熱階段,渣油的粘度 隨著溫度 升高而降低,渣油的流動性隨著溫度 升高而變好.同時由于渣油的溫度 還較低,芳烴縮合反應(yīng)速度 較低,膠質(zhì)和瀝青質(zhì)在渣油中的濃度 基本上沒有發(fā)生變化.由此在裂化加熱階段爐管不具備結(jié)焦的條件.在裂化加熱階段,爐管外煙氣傳熱速率的大小對于渣油升溫速率和完成裂化反應(yīng)時間長短有著直接的影響,提高爐管外煙氣傳熱速率,可以縮短完成該階段的加熱升溫和反應(yīng)所需的時間,為縮短渣油在焦化爐輻射室停留時間創(chuàng)造條件.此外;由于裂化反應(yīng)是一種吸熱反應(yīng),爐管外煙氣通過爐管壁傳給渣油的熱量,一部分

24、用于渣油溫度 升高,一部分用于裂化反應(yīng)吸熱;所以在渣油溫升速率相同條件下,裂化反應(yīng)階段對熱量的需求量比縮合反應(yīng)段(臨界反應(yīng)段)和過熱段對熱量的需求量要大,要使渣油有一個較高的升溫速率,就必須使渣油和煙氣有一個較高的傳熱溫差.由此可知:在裂化加熱階段對傳熱的要求是;大溫差,高速率.根據(jù)這一傳熱要求,應(yīng)該把裂化加熱段設(shè)置在焦化爐輻射室內(nèi)的高溫區(qū).2縮合加熱段對傳熱的要求 在縮合加熱段內(nèi),芳烴縮合成膠質(zhì),膠質(zhì)縮合成瀝青質(zhì),瀝青質(zhì)縮合成碳質(zhì)瀝青質(zhì),隨著溫度 升高,反應(yīng)深度 的增加,渣油的粘度 逐漸增大,流動性逐漸變差.同時,瀝青質(zhì)縮合為碳質(zhì)瀝青質(zhì)經(jīng)歷了 一個中間相小球體的出生和長大,相遇和融并,增粘和

25、老化,取向和固化的變化歷程;在中間相小球體沒有定形固化前對爐管壁附著性極強(qiáng),在流動中極容易附著在爐管壁上發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng)生成焦炭.再加上渣油在此階段氣化率較低(大約為10),流速低,故此,該階段是焦化爐輻射爐管結(jié)焦速率最大的區(qū)域.影響輻射爐管結(jié)焦速率的主要因素是輻射爐管的表面熱強(qiáng)度 ,傳熱速率越大,輻射爐管的表面熱強(qiáng)度 越高,爐管結(jié)焦速率也就越大. 瀝青質(zhì)縮合成碳質(zhì)瀝青質(zhì)的量和碳質(zhì)瀝青質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接決定著焦炭的產(chǎn)量和質(zhì)量;碳質(zhì)瀝青質(zhì)的生成量和結(jié)構(gòu)取決于中間相小球體的生成量,球徑和取向性;在渣油物性相同的條件下,中間相小球體的生成量,球徑和取向性又取決于母體的升溫速率.母體的升溫速率快,中間相小球體

26、的生成量多,顆粒小,取向性差;顆粒大,取向性好的中間相小球體是在緩和升溫條件下生成的.故,縮合加熱段的升溫速率決定著焦炭的產(chǎn)量和質(zhì)量;在渣油物性相同的條件下,縮合加熱段緩和升溫,焦炭的碳纖維長,質(zhì)量高,產(chǎn)量低;縮合加熱段升溫快,焦炭的碳纖維短,質(zhì)量差,產(chǎn)量高.其原因是:縮合加熱段的升溫速率不同,中間相小球體的出生、長大、融并的條件就不同,堆疊成的中間相體的結(jié)構(gòu)和外形就不同.渣油升溫速率高,縮合反應(yīng)速度 快,在極短的時間內(nèi)生成大量的小球體,這些小球體來不及長大 、融并、有序排列、形成中間相體就定形固化了 ,因此碳質(zhì)瀝青質(zhì)的轉(zhuǎn)化率高,顆粒小.渣油升溫速率低,縮合反應(yīng)速度 慢,小球體有足夠的時間長大

27、、融并和有序排列,碳質(zhì)瀝青質(zhì)為長纖維結(jié)構(gòu),其轉(zhuǎn)化率也小.圖5-1是大慶減壓渣油在不同升溫速率下的中間相小球體轉(zhuǎn)化率曲線圖;圖5-2是 大慶減壓渣油在不同升溫速率下中間相的顯微結(jié)構(gòu)圖.圖5-3是 大慶減壓渣油在不同升溫速率下生成的焦炭的顯微結(jié)構(gòu)圖.圖5-1 410 410 410 每小時升高50 每小時升高30 每小時升高10圖5-2不同升溫速度 下中間相的顯微結(jié)構(gòu)圖 490 495 50 0 每小時升高50 每小時升高30 每小時升高10圖5-3不同升溫速度 下生成的焦炭的顯微結(jié)構(gòu)圖 由圖5-1,5-2,5-3可知:縮合加熱段的升溫速率對碳質(zhì)瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化率和焦炭的質(zhì)量有較大影響.縮合加熱段實行緩慢升