延遲焦化裝置低循環(huán)比工況生產(chǎn)分析

中國石油化工股份有限公司 洛陽分公司 張顯明 翟志清 孫艷朋

隨著常規(guī)石油資源的日益減少，原油劣質(zhì)化、重質(zhì)化已成為全球性趨勢，重油的深加工成為世界煉油工業(yè)面臨的難題。延遲焦化成本低，轉(zhuǎn)化率較高（70%～75%），投資回報率高，而且在處理高含硫、高金屬、高比重、難加工的重油及超重油上有技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢。洛陽分公司延遲焦化裝置設(shè)計規(guī)模1.4×104t/a、生焦周期為20 h、循環(huán)比為0～0.3，采用洛陽石油化工工程公司大型化“一爐兩塔”流程、可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比工藝，于2008年6月開車一次成功。為進一步提高液體收率、降低裝置能耗，不斷降低循環(huán)比成為最有效的手段，國內(nèi)外焦化裝置循環(huán)比也一直呈降低的趨勢。本文，筆者以中石化洛陽分公司延遲焦化裝置為例，探討了裝置低循環(huán)比生產(chǎn)過程中相應(yīng)的生產(chǎn)調(diào)整方法和流程優(yōu)化措施。

一、可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比工藝

洛陽工程公司設(shè)計的可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比流程，如圖1所示。

圖1 靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比流程

減壓渣油通過焦化分餾塔側(cè)線換熱器換熱后，經(jīng)加熱爐進料泵升壓后進入焦化加熱爐以獲取反應(yīng)所需熱量，最終進入焦炭塔內(nèi)進行焦化反應(yīng)。

相對于原料換熱后直接進分餾塔塔底的焦化流程，可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比流程不但有效地消除了分餾塔底結(jié)焦對長周期運行的影響，而且改善了加熱爐進料泵的運行環(huán)境。由于加熱后的原料油不進入分餾塔，而是直接進入焦炭塔，因此在可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比流程中，分餾塔底溫度可控制在360～380 ℃，減少分餾塔底結(jié)焦概率的同時也避免了熱爐進料泵入口帶焦的可能性。通過采用可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比流程，焦化裝置可按生產(chǎn)任務(wù)在不同循環(huán)比的生產(chǎn)方案下安排生產(chǎn)，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或處理量?？烧{(diào)循環(huán)比流程在理論上可實現(xiàn)零循環(huán)比操作，在處理劣質(zhì)渣油時也存在一定優(yōu)勢，可為煉廠創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。

二、低循環(huán)比操作對裝置生產(chǎn)的影響

通過實驗分析，低循環(huán)比操作對裝置產(chǎn)生的影響如下。

1.加工負荷和產(chǎn)品分布。在相同的原料和操作條件下，保持加熱爐輻射進料量208 t/h不變，循環(huán)比從0.35降低至0.15，裝置新鮮進料量可根據(jù)裝置需求從154 t/h 最高提升至179 t/h，其增加比例可達16.23%。在原料殘?zhí)孔兓淮蟮那闆r下，隨著循環(huán)比降低，輕收降低，總液收增加，干氣和石油焦收率下降，其增加的液收主要為混合蠟油組分。

2.工藝參數(shù)變化。循環(huán)比降低后，可通過生產(chǎn)調(diào)整來控制焦炭塔塔頂壓力、溫度和分餾塔塔頂壓力、溫度基本不變。由于循環(huán)油上回流減少，分餾塔蒸發(fā)段溫度和重蠟油集油箱抽出溫度升高，容易造成人字板處結(jié)焦。更多的熱量隨著上升的油氣進入分餾塔人字板的上層塔盤，使進入分餾塔底的熱量相對減少，重蠟油抽出溫度大幅增加并最終超過分餾塔底溫度，造成原料與側(cè)線產(chǎn)品換熱時溫度倒掛。

3.能耗影響。新鮮原料不變的情況下，隨著循環(huán)比降低，加熱爐的負荷相應(yīng)降低。但由于進入分餾塔底熱量減少，分餾塔底溫度也隨之降低，同時造成原料換熱終溫降低。當循環(huán)比降低至0.15 以后，加熱爐進料量降低帶來的加熱爐負荷降低無法抵消換熱終溫造成的影響，燃料氣消耗反而增加。

4.產(chǎn)品質(zhì)量影響。汽、柴油質(zhì)量受循環(huán)比降低影響的變化并不明顯。但隨著循環(huán)比降低，焦化重蠟油質(zhì)量變差，殘?zhí)己棵黠@增加，90%和95%餾出點溫度明顯升高。因此確定一個合適的循環(huán)比，不僅要考慮焦化裝置經(jīng)濟效益，而且更應(yīng)綜合考慮下游加氫或催化裂化裝置的原料適應(yīng)能力。在生產(chǎn)燃料級焦炭時，如果下游裝置能夠加工干點、殘?zhí)?、重金屬、硫氮含量較高的重蠟油，焦化裝置循環(huán)比越低經(jīng)濟效益也越明顯。

三、低循環(huán)比生產(chǎn)存在問題及措施

根據(jù)可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比工藝設(shè)計思路，焦化裝置循環(huán)比可控制在0～0.3之間，低于0.10循環(huán)比操作將成為可能，但當循環(huán)比低于0.15時，裝置操作出現(xiàn)如下難題：考慮到焦化原料的特殊性和劣質(zhì)化，繼續(xù)降低循環(huán)比生成彈丸焦的幾率急劇增加；操作上存在分分餾下部人字板的上部回流急劇降低且人字板處溫度升至400 ℃以上；分餾塔底液位超高控制困難，無法將循環(huán)比穩(wěn)定控制在0.15以下；能耗方面原料與循環(huán)油、重蠟油換熱時由于循環(huán)油溫度低于重蠟油，造成溫度倒掛，造成原料油換熱終溫降低，加熱爐負荷上升，燃料氣單耗增加；產(chǎn)品方面由于流程受限，原設(shè)計的循環(huán)油出裝置后如何處理也存在問題。

1.利用改性劑改善原料性質(zhì)。定義不同油樣在相同反應(yīng)條件下結(jié)焦前體物的產(chǎn)率為結(jié)焦因子，中國石油大學(xué)重質(zhì)油研究實驗室據(jù)此測定了不同焦化原料相對結(jié)焦因子結(jié)果。

圖2 洛陽分公司焦化原料相對結(jié)焦因子

由圖2可知，洛陽分公司凝混原油減渣其他原料油樣品相比具有較高的相對結(jié)焦因子，屬于極易結(jié)焦和易生成彈丸焦的原料。同時參照圖3洛陽分公司減渣實測結(jié)焦因子隨循環(huán)比變化圖可知，若要提高焦化裝置液體收率，延長加熱爐爐管的機械清焦周期，需改善焦化原料的進料性質(zhì)。因此，焦化裝置通過實際的生產(chǎn)實踐驗證，認為天津市瑞德賽恩新材料開發(fā)有限公司生產(chǎn)的渣油改性劑具有適用范圍廣、油溶性好、加注方便、熱穩(wěn)定性高等特點，能夠減少干氣和焦炭的生成，增加輕質(zhì)油收率，從而為裝置低循環(huán)比生產(chǎn)提供條件。

圖3 洛陽分公司減渣實測結(jié)焦因子隨循環(huán)比變化趨勢

2.對甩油、循環(huán)油流程改造。焦炭塔每次預(yù)熱期間要產(chǎn)生50 t甩油，開始產(chǎn)生的甩油中水分含量較大，進入裝置內(nèi)重污油罐，作為焦炭塔急冷油回?zé)?；當焦炭塔塔底甩油罐溫度大?00 ℃后，所產(chǎn)生的甩油中水分含量較少，進入分餾塔底回?zé)?。當焦化裝置循環(huán)比控制在0.1～0.15 的低循環(huán)比操作時，這部分冷油對分餾塔底影響很大，直接導(dǎo)致分餾塔底液位增高。給這部分甩油尋找合理的出路是裝置進一步降低循環(huán)比，提升經(jīng)濟效益的一個重要途徑。

表1 1220萬噸/年蠟油加氫裝置原料油與甩油、循環(huán)油性質(zhì)對比

由表1可知，甩油的殘?zhí)?、氮和重金屬含量完全可以滿足下游蠟油加氫裝置的需求。焦化裝置部分循環(huán)油通過與蠟油混合后去蠟油加氫裝置處理，不但解決了低循環(huán)比時造成的分餾塔塔底液位過高的問題，而且提高了焦化蠟油產(chǎn)量。

流程改動時，一方面考慮到低循環(huán)比操作時由于分餾塔底的循環(huán)油溫度低于重蠟油抽出溫度，造成溫度倒掛，同時原料-重蠟油換熱后蠟油與原料油突破夾點溫度100 ℃左右，下一步甩油、循環(huán)油還要隨重蠟油出裝置，原料-重蠟油換熱器換熱面積已無法滿足需求，可以適當增大原料-重蠟油換熱面積，解決低循環(huán)比操作時原料油換熱終溫降低問題。另一方面，甩油和循環(huán)油進入重蠟油后，蠟油中的焦粉量將增加，這些焦粉隨焦化蠟油進入加氫裝置后，在加氫催化劑表面沉積，從而使催化劑床層壓力降升高，催化劑床層發(fā)生架橋、偏流等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致催化劑失活。2011年大檢修，焦化裝置在混合蠟油出裝置處引進溫州海米特公司生產(chǎn)的蠟油反沖洗過濾器，流程如圖4所示。

蠟油反沖洗過濾器的工作原理為兩臺過濾器A罐和B罐并聯(lián)切換使用。正常過濾操作時，A 罐全流量運行，B 罐備機待用。當系統(tǒng)運行壓差（總進、出口壓降）達到設(shè)定值（設(shè)計確定為0～0.5 MPa 左右）或系統(tǒng)運行時間達到設(shè)定值時，過濾系統(tǒng)自動投用B罐，將A罐切出過濾操作。此時對A罐進行輔助液體反向沖洗，反沖洗后備用。污油排至污液儲罐，借助氮氣壓力將污液儲罐中的污油排向污油系統(tǒng)。自蠟油反沖洗過濾器投用后，焦化蠟油中的焦粉含量大幅降低，從而滿足了下游加氫裝置對焦化蠟油質(zhì)量的要求。

3.對分餾塔底防結(jié)焦流程改造。從焦粉平衡的角度看，焦化裝置低循環(huán)比生產(chǎn)時，會增加塔底焦粉的沉積速率，造成“焦核”的積聚，為消除低循環(huán)比生產(chǎn)時分餾塔塔底結(jié)焦和焦粉沉積現(xiàn)象，易于實現(xiàn)分餾塔塔底在線清焦，延遲裝置通過技術(shù)論證和吸取國內(nèi)同類焦化裝置的設(shè)計經(jīng)驗，分餾塔塔底采用在線反沖洗循環(huán)系統(tǒng)過濾器＋循環(huán)油攪拌設(shè)計流程，有效地解決了該問題。

四、結(jié)論

延遲焦化采用低循環(huán)比生產(chǎn)不僅可以降低干氣、焦炭收率，顯著提高焦化裝置液體收率，而且汽、柴油性質(zhì)基本不變，使裝置產(chǎn)品分布更加趨于合理，具有較大的現(xiàn)實意義和可觀的經(jīng)濟效益。通過合理改善原料性質(zhì)，優(yōu)化甩油、循環(huán)油流程，基本能夠?qū)崿F(xiàn)裝置循環(huán)比在0.15 左右進行穩(wěn)定生產(chǎn)，若對分餾下部流程進行防焦粉技術(shù)改造和增加相關(guān)焦粉過濾設(shè)施，則裝置循環(huán)比存在進一步降低的可能性。