焦炭塔上進(jìn)料方式對(duì)延遲焦化過程的影響

韓海波，王洪彬，李 節(jié)，劉淑芳，黃新龍

(中國石化煉化工程(集團(tuán))股份有限公司洛陽技術(shù)研發(fā)中心，河南 洛陽 471003)

焦炭塔上進(jìn)料方式對(duì)延遲焦化過程的影響

韓海波，王洪彬，李 節(jié)，劉淑芳，黃新龍

(中國石化煉化工程(集團(tuán))股份有限公司洛陽技術(shù)研發(fā)中心，河南 洛陽 471003)

在延遲焦化中型試驗(yàn)裝置上考察了焦炭塔進(jìn)料方式對(duì)延遲焦化過程的影響。結(jié)果表明：在操作條件基本一致的情況下，焦炭塔采用上進(jìn)料方式與常規(guī)進(jìn)料方式相比，干氣產(chǎn)率略有降低，焦炭產(chǎn)率減少明顯；在循環(huán)比0.50左右的條件下，液體產(chǎn)品產(chǎn)率提高了0.87百分點(diǎn)，其中焦化蠟油產(chǎn)率顯著提高；通過對(duì)焦炭塔兩種進(jìn)料方式下的產(chǎn)品性質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，焦化汽油、焦化柴油的性質(zhì)基本一致，但上進(jìn)料方式下的焦化蠟油性質(zhì)略差，主要表現(xiàn)在密度、殘?zhí)俊⒘蚝?、金屬含量有所升高，餾程變重，其50%和95%餾出溫度分別高出15 ℃和16 ℃。

延遲焦化 循環(huán)比 進(jìn)料方式 上進(jìn)料 產(chǎn)品性質(zhì)

延遲焦化以其工藝成熟、原料適應(yīng)性強(qiáng)、裝置投資低等特點(diǎn)[1]，備受煉油企業(yè)重視，是煉油廠主要的重油加工工藝之一。常規(guī)的延遲焦化工藝焦炭塔進(jìn)料方式均采用底部進(jìn)料，但該工藝過程存在生成油氣在焦炭塔內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)、油氣發(fā)生二次裂解幾率較大以及焦炭粉末夾帶嚴(yán)重等問題[2-3]。中國石化煉化工程(集團(tuán))(SEG)洛陽技術(shù)研發(fā)中心在充分分析和研究重油焦化反應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出了焦炭塔采用上部進(jìn)料的工藝技術(shù)[4]。本研究以劣質(zhì)重油為原料，考察焦炭塔進(jìn)料方式對(duì)延遲焦化過程的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

焦炭塔采用底部進(jìn)料(常規(guī)進(jìn)料)和焦炭塔采用上部進(jìn)料的延遲焦化中型試驗(yàn)在SEG洛陽技術(shù)研發(fā)中心開發(fā)的LYDC-Ⅴ型減黏裂化-延遲焦化-連續(xù)蒸餾一體化實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行，其原則流程見圖1。該中型試驗(yàn)裝置的延遲焦化進(jìn)料量為3.0～6.0 kg/h，焦炭塔一次可充約20 kg焦炭[5-6]，來自塔頂?shù)挠蜌饨?jīng)管線進(jìn)入分餾塔后進(jìn)行高效分離，從塔底直接得到重油(循環(huán)油)，該重油經(jīng)計(jì)量后由高溫油泵抽出直接與新鮮進(jìn)料混合，從而實(shí)現(xiàn)了循環(huán)油的在線循環(huán)操作。

圖1 延遲焦化中試裝置工藝流程示意

1.2 工藝流程描述

經(jīng)過預(yù)熱的原料油由原料泵抽出，經(jīng)計(jì)量后與來自分餾塔塔底經(jīng)計(jì)量的循環(huán)油混合后再與一定比例的高溫蒸汽混合，然后進(jìn)入重油加熱爐(A或B)加熱，控制加熱爐的出口溫度為495 ℃，然后高溫重油經(jīng)轉(zhuǎn)油線從焦炭塔的底部/上部入塔進(jìn)行焦化反應(yīng)；來自焦炭塔頂部的生成油氣進(jìn)入分餾塔進(jìn)行產(chǎn)品的在線分離，從分餾塔塔底得到的重油(循環(huán)油)經(jīng)計(jì)量后由循環(huán)油泵抽出直接與新鮮進(jìn)料混合，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)油的在線循環(huán)操作；而來自分餾塔塔頂?shù)挠蜌饨?jīng)冷卻后進(jìn)入餾分油接收罐以實(shí)現(xiàn)氣、油、水的三相分離，不凝氣經(jīng)冷阱深冷后計(jì)量、放空；得到的生成油經(jīng)稱重后在實(shí)沸點(diǎn)蒸餾裝置上進(jìn)行切割，分別得到汽油餾分、柴油餾分和焦化蠟油。試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)焦化塔進(jìn)行冷卻、除焦。分析氣體、液體產(chǎn)品和焦炭的性質(zhì)。

1.3分析方法

利用SBD-VI型實(shí)沸點(diǎn)蒸餾裝置將焦化生成油切割成小于180 ℃的汽油餾分、180～360 ℃的柴油餾分以及大于360 ℃的焦化蠟油，并分別進(jìn)行性質(zhì)分析；焦炭在機(jī)械清焦取樣后進(jìn)行常規(guī)性質(zhì)分析。主要分析方法見表1。

表1 主要分析方法

1.4 原料性質(zhì)

表2為實(shí)驗(yàn)所用劣質(zhì)重油的性質(zhì)。由表2可見，焦化進(jìn)料的性質(zhì)很差，密度(20 ℃)超過1 000 kg/m3，重金屬Ni+V含量高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到285.1 μgg，盡管殘?zhí)績(jī)H為19.2%，但其瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)17.15%。從石油膠體溶液的角度分析[7-9]，焦化進(jìn)料的膠體體系穩(wěn)定性較差，由于其瀝青質(zhì)含量偏高，且芳香性儲(chǔ)備相對(duì)不足，因此在熱處理過程中該石油膠體溶液容易過早出現(xiàn)第二液相，故焦化過程應(yīng)采用較高的循環(huán)比操作。

表2 原料油性質(zhì)

2 結(jié)果與討論

2.1 操作條件和產(chǎn)品分布

表3為焦炭塔采用不同進(jìn)料方式下的延遲焦化操作條件和產(chǎn)品分布。由表3可見，在重油加熱爐出口溫度495 ℃、焦炭塔塔頂壓力0.17 MPa、循環(huán)比0.50左右以及注汽總量相差不大的情況下，焦炭塔采用上進(jìn)料方式與下進(jìn)料方式相比，液體產(chǎn)品產(chǎn)率提高0.87百分點(diǎn)，干氣產(chǎn)率略有降低，而焦炭產(chǎn)率減少明顯，降低了0.92百分點(diǎn)。究其原因主要是進(jìn)料方式改變引起的。焦炭塔采用上進(jìn)料方式時(shí)，來自重油加熱爐B出口的約485 ℃的高溫物流從焦炭塔的上部以旋流的方式入塔，該高溫物流為氣液混合物，入塔后氣液混合物快速分離，氣相向上快速逸出焦炭塔；而液相則沿著塔壁旋流而下，并穿過泡沫層進(jìn)入焦炭塔的液相反應(yīng)區(qū)，其反應(yīng)生成的氣體、焦化汽油、焦化柴油、焦化蠟油以及焦化循環(huán)油呈氣相上行穿過液相反應(yīng)區(qū)、泡沫層后離開焦炭塔，而未反應(yīng)組分以及縮合生成的焦炭留在軟焦層繼續(xù)反應(yīng)。

表3 進(jìn)料方式對(duì)產(chǎn)品分布的影響

在上述過程中，從焦炭塔上部入塔的約485 ℃的高溫物料含有10%～40%的氣相組分，而入塔閃蒸出來的高溫氣相組分與來自塔內(nèi)重油反應(yīng)生成的氣相組分混合后一起從焦炭塔的頂部離開。但因入塔閃蒸出來的高溫氣相組分在塔內(nèi)的停留時(shí)間較短，從而有效抑制了這部分物料尤其是循環(huán)油餾分的二次反應(yīng)，因此增加了液體收率，降低了干氣和焦炭的產(chǎn)率。此外，因焦炭塔采用上進(jìn)料方式后，從焦炭塔底部進(jìn)適量的蒸汽，有效降低了生焦孔內(nèi)的油氣線速，也降低了穿過液體反應(yīng)層和泡沫層的油氣線速，從而還可帶來以下好處：① 因生焦孔內(nèi)線速降低，有效減輕了生焦層內(nèi)焦炭的涌動(dòng)，即減輕或消除了焦炭塔的震動(dòng)，為裝置的安全運(yùn)行提供了條件；② 因降低了穿越泡沫層的油氣線速，可減低泡沫層的高度，有利于提高焦炭塔的安全生產(chǎn)高度，從而降低焦粉的攜帶量；或可提高焦化塔的處理能力。

2.2 產(chǎn)品性質(zhì)

2.2.1進(jìn)料方式對(duì)汽油餾分和柴油餾分性質(zhì)的影響表4和表5分別為不同進(jìn)料方式下汽油餾分和柴油餾分的性質(zhì)。由表4和表5可見，兩種進(jìn)料方式下產(chǎn)出的汽油餾分、柴油餾分的性質(zhì)基本相同，說明改變進(jìn)料方式不會(huì)對(duì)焦化汽油和柴油的性質(zhì)產(chǎn)生較大影響。

表4 進(jìn)料方式對(duì)汽油餾分性質(zhì)的影響

2.2.2進(jìn)料方式對(duì)焦化蠟油和循環(huán)油性質(zhì)的影響表6和表7分別為不同進(jìn)料方式下焦化蠟油和焦化循環(huán)油的主要性質(zhì)。由表6可見，在工藝條件基本相同的情況下，與焦炭塔采用下進(jìn)料方式相比，采用上進(jìn)料方式時(shí)生成的焦化蠟油性質(zhì)略差，主要表現(xiàn)為密度、殘?zhí)?、硫含量以及金?Ni+V+Fe+Ca)含量均有所升高；同時(shí)上進(jìn)料方式時(shí)焦化蠟油餾程的50%和95%餾出溫度分別比下進(jìn)料方式時(shí)高出15 ℃和16 ℃。表明在反應(yīng)深度上，焦炭塔采用上進(jìn)料方式時(shí)總體表現(xiàn)要淺一些，而采用下進(jìn)料方式時(shí)相對(duì)較深，這主要是因?yàn)椴捎蒙线M(jìn)料方式時(shí)入塔高溫油氣經(jīng)快速閃蒸，閃蒸出來的以循環(huán)油餾分為主的油氣在塔內(nèi)停留時(shí)間較短，二次反應(yīng)深度較低造成的[10]。由于焦化蠟油的性質(zhì)變化幅度并不大，因此對(duì)其后續(xù)加工工藝不會(huì)產(chǎn)生較大影響。

表5 進(jìn)料方式對(duì)柴油餾分性質(zhì)的影響

表6 進(jìn)料方式對(duì)焦化蠟油性質(zhì)的影響

表7 進(jìn)料方式對(duì)循環(huán)油性質(zhì)的影響

由表7可見，在工藝條件基本相同的情況下，與下進(jìn)料方式相比，焦炭塔采用上進(jìn)料方式時(shí)生成的焦化循環(huán)油的性質(zhì)相對(duì)略差，主要表現(xiàn)在密度、殘?zhí)?、瀝青質(zhì)含量以及金屬含量相對(duì)較高。盡管循環(huán)油性質(zhì)的變化會(huì)對(duì)加熱爐輻射進(jìn)料的性質(zhì)產(chǎn)生影響，但因變化較小，故不會(huì)對(duì)加熱爐輻射段的爐管結(jié)焦趨勢(shì)產(chǎn)生突變式影響。

2.2.3進(jìn)料方式對(duì)焦炭性質(zhì)的影響表8為進(jìn)料方式對(duì)焦炭性質(zhì)的影響。由表8可見，進(jìn)料方式對(duì)焦炭性質(zhì)的影響較小，兩種進(jìn)料方式下的焦炭性質(zhì)基本相當(dāng)，但因硫含量較高，為4.19%以上，遠(yuǎn)大于3B石油焦的硫含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于3.0%)指標(biāo)要求，因此僅能作為高硫焦出售或作為CFB鍋爐的燃料。

表8 焦炭的性質(zhì)

3 結(jié) 論

(1)在操作條件基本相同的情況下，延遲焦化焦炭塔采用上進(jìn)料方式與下進(jìn)料方式相比，干氣產(chǎn)率略有降低，焦炭產(chǎn)率降低明顯；在循環(huán)比0.50左右的條件下，液體產(chǎn)品產(chǎn)率提高了0.87百分點(diǎn)，其中汽油餾分和柴油餾分的產(chǎn)率有所降低，但焦化蠟油的產(chǎn)率提高明顯。

(2)焦炭塔采用上進(jìn)料方式操作與下進(jìn)料方式操作相比，焦化汽柴油的性質(zhì)基本一致，而焦化蠟油和焦化循環(huán)油的性質(zhì)略差，主要表現(xiàn)在密度、殘?zhí)俊⒘蚝恳约敖饘俸康染兴?；其中焦化蠟油的餾程變重，50%和95%餾出溫度分別高出15 ℃和16 ℃，但這些性質(zhì)的變化不會(huì)對(duì)后續(xù)加工產(chǎn)生較大影響。

(3)無論焦炭塔采用上進(jìn)料方式操作，還是采用下進(jìn)料方式操作，焦炭的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在4%以上，僅能作為高硫焦出售或作為CFB鍋爐的燃料進(jìn)行發(fā)電。

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INFLUENCEOFUPPER-FEEDINGMODEOFCOKINGDRUMONDELAYEDCOKINGPROCESSWTBZ

Han Haibo， Wang Hongbin， Li Jie， Liu Shufang， Huang Xinlong

(LuoyangR&DCenterofEngineeringandTechnologyofSINOPECEngineering(Group)Co.Ltd.，Luoyang，Henan471003)

The influence of feeding from the upper part of the delayed coking tower on product distribution was tested in a pilot plant.The results showed that upper-feeding method is superior in reduction of C1—C4yield slightly and coke significantly under the same operation conditions than conventional feeding mode.The liquid yield is improved 0.87 percentage points at the recycle ratio of about 0.5，in which the yield of coking gas oil increases significantly.It is found that the properties of coking gasoline and diesel by the upper feeding are close to the products by bottom feeding way，but the gas oil quality becomes poor.The density，residual carbon，sulfur and metal content are all increased，the distillation range is heavier，the 50% and 95% distillate temperatures of diesel is 15 ℃ and 16 ℃ higher than the old mode，respectively.

delayed coking； recycle ratio； feeding method； upper-feeding； product property

2017-06-14，；修改稿收到日期2017-08-15。

韓海波，高級(jí)工程師，主要從事石油加工技術(shù)開發(fā)工作。

黃新龍，E-mail：huangxinl.lpec@sinopec.com。

中國石油化工股份有限公司合同項(xiàng)目(110063)。