延遲焦化裝置放空系統(tǒng)余熱回收技術應用

陳進旺 賈正萬（中海石油舟山石化有限公司）

中海石油舟山石化有限公司（以下簡稱舟山石化）2.4Mt/a延遲焦化裝置是由鎮(zhèn)海石化工程股份有限公司設計的，采用兩爐四塔工藝，由焦化、分餾、吸收穩(wěn)定、干氣和液化氣脫硫再生四部分組成。該裝置初建于2006年，2008年3月一次性投料開車成功，運行穩(wěn)定，各項產(chǎn)品質(zhì)量和工藝指標均達到設計要求。但由于延遲焦化裝置具有間歇性操作的特點，預熱、冷焦期間的熱源不穩(wěn)定，熱量不利于回收利用，造成能量浪費。因此，需要對現(xiàn)有的工藝技術從節(jié)能減排的角度出發(fā)進行改造，以回收熱量、降低能耗。

在對裝置能量損耗分析中，發(fā)現(xiàn)延遲焦化裝置在冷焦工序中能量損耗較大，舟山石化曾經(jīng)用高濃度污水代替大吹汽進行冷焦，取得良好的效果，節(jié)約了大量的能耗[1]。為了進一步降低裝置的能耗水平，回收冷焦期間產(chǎn)生的熱量，對焦化放空系統(tǒng)實施改造。主要思路是用蒸汽發(fā)生器代替常規(guī)工藝中冷卻水箱（或空冷器）對余熱進行回收。

1 放空系統(tǒng)的工藝特點

延遲焦化裝置的焦化部分包括焦化反應、放空冷卻、水力除焦、切焦水和冷焦水，其中放空冷卻部分采用密閉式塔內(nèi)冷卻技術，用經(jīng)過冷卻的循環(huán)油在塔內(nèi)接觸冷卻冷焦產(chǎn)生高溫油氣，回收污油和不凝氣，分離出含硫污水[2]。循環(huán)油冷卻主要通過水箱（或空冷器）進行冷卻降溫，但熱量沒有進行回收，存在大量的熱量損失。

2 用蒸汽發(fā)生器代替冷卻水箱

2.1 放空系統(tǒng)常規(guī)流程

延遲焦化裝置放空系統(tǒng)常規(guī)流程見圖1。焦炭塔冷焦期間在大吹汽、小給水階段產(chǎn)生的大量蒸汽及少量油氣由焦炭塔頂進入放空塔，放空塔通過自身塔底油進行洗滌冷卻，產(chǎn)生的高沸點重質(zhì)油通過冷卻塔底泵提升進入冷卻水箱取熱后，一部分作冷回流返回放空塔頂，另一部分外送至污油罐；塔頂蒸汽及輕質(zhì)油氣經(jīng)放空冷卻塔頂空冷器、水冷器冷卻進入放空塔頂回流罐，罐內(nèi)污油經(jīng)污油泵外送到污油罐，含硫污水經(jīng)含硫污水泵提升進入污水汽提裝置，不凝氣則進入全廠低瓦管網(wǎng)。其中冷卻水箱利用循環(huán)水取熱，取熱后循環(huán)熱水溢流進入地下循環(huán)熱水池，再由提升泵提升后并入循環(huán)水回水系統(tǒng)。

2.2 常規(guī)流程的工藝改造方案

用蒸汽發(fā)生器代替冷卻水箱的流程見圖2，其中云線部分為改造流程。在原進料的基礎上增加了高溫蠟油進料和焦炭塔預熱甩油的進料流程，塔頂含硫污水進空冷器前流程，同時在放空塔底泵出口進水箱前增設了1臺0.35MPa蒸汽發(fā)生器。

圖1 放空系統(tǒng)常規(guī)流程

圖2 用蒸汽發(fā)生器代替冷卻水箱的工藝流程

焦炭塔正常生產(chǎn)的情況下，重蠟油由分餾側線泵提升后經(jīng)換熱至250℃左右進入放空塔，由放空塔底泵升壓后進入新增的蒸汽發(fā)生器，取熱后分兩路：一路返回放空塔作冷回流控制塔頂溫度；另一路并入焦炭塔急冷油總管，作為焦炭塔急冷油回煉。在焦炭塔冷焦過程中，高溫蒸汽和油氣進入放空塔，由塔內(nèi)循環(huán)油洗滌高溫油氣，并回收熱量，用重蠟油進料量來控制放空塔底液位，用蒸汽發(fā)生器的溫控三通控制塔內(nèi)溫度。

焦炭塔在預熱初期，甩油在250℃以前直接進入放空塔進行脫水分離后與重蠟油一起并作急冷油回煉。

2.3 改造后的效果

2.3.1 工藝參數(shù)的變化及分析

改造后的工藝流程投用后，對各項參數(shù)與原工藝進行了對比，具體數(shù)據(jù)見表1。從表1可以看出，塔頂、塔底溫度較改造前都提高了約100℃左右，這主要是為了滿足0.35MPa蒸汽發(fā)汽量的要求，同時塔頂回流量較改造前也減少至原來的50%左右。塔頂壓力從原來的0.15MPa左右下降到0.10 MPa，這主要是因為原工藝中放空塔空冷器溫度較低，空冷器管束易發(fā)生堵塞[3]，導致放空塔頂壓力較高。新工藝中放空塔頂溫度升高，大量輕烴進入空冷器，對管束中的黏稠狀渣油和硫化物有洗滌作用，從而減緩空冷器堵塞的問題，降低了放空塔頂?shù)牟僮鲏毫Α?/p>

表1 改造前后運行參數(shù)對比

2.3.2 對產(chǎn)品質(zhì)量的影響

由表1可知，改造后放空塔頂壓力下降，理論上有利于焦炭塔冷焦，改善焦炭質(zhì)量。但由于吹汽量、原料性質(zhì)改變和爐出口溫度等參數(shù)的變化都對焦炭質(zhì)量產(chǎn)生影響，改造前后焦炭質(zhì)量沒有明顯變化。

改造后塔頂溫度控制較高，塔頂回流量大幅降低，放空塔頂回流罐輕污油組分變重，污油量增加。

2.3.3 對設備和環(huán)境的影響

改造后放空塔各點溫度整體較改造前有所升高，但都在原設計范圍內(nèi)，溫度波動幅度沒有明顯的變化，因此對設備使用壽命沒有明顯的影響。改造前放空塔水箱投用時會在水箱周邊產(chǎn)生水汽，使環(huán)境的濕度增加，加快了周邊設備的電化學腐蝕[4]。

3 效益測算

3.1 測算基礎

以舟山石化延遲焦化裝置處理能力測算，渣油加工量為300t/h，兩爐四塔24h生焦，焦炭塔冷焦期間在大吹汽和小給水階段產(chǎn)生的高溫油氣進放空塔，每塔時長5h，每天兩塔共計10h。

3.2 能量消耗對比分析

改造前后放空系統(tǒng)能耗比較見表2。改造前，放空系統(tǒng)能耗主要是循環(huán)水和電的消耗。其中：循環(huán)水隨焦炭塔高溫油氣進入放空塔間歇投用，塔頂水冷器（150t/h）和冷卻水箱（100t/h）共用水250t/h，每天總用量2500t；電的消耗主要是塔頂空冷器、循環(huán)水提升泵、塔底泵和塔頂污油污水泵的耗電。除塔底泵外其他設備都是間斷運行，每天共計耗電3000kWh。改造后，雖然塔頂溫度控制較之前高，但由于重蠟油中的輕組分較少，因此沒有額外增加水冷器負荷，塔頂水冷器使用時間與改造前沒有明顯變化。冷卻水箱改造后基本不需要投用，因此循環(huán)水使用量大幅減少，每天循環(huán)水耗量降至1500t。電的消耗較改造前有所降低，主要是減少了循環(huán)水提升泵的電耗。改造后，增加了除氧水的消耗的同時也增加了0.35MPa蒸汽的產(chǎn)出，按正常發(fā)汽量2t/h、每天10h計算，共產(chǎn)生0.35MPa飽和蒸汽20t。改造后放空系統(tǒng)每天總能耗為-198.1×102MJ，較改造前能耗339.1×102MJ共降低能耗537.2×102MJ/d。

表2 改造前后放空系統(tǒng)能耗比較

改造前，焦炭塔預熱初期產(chǎn)生污油因溫度（≤250℃）較低不能直接進分餾塔回煉，需要經(jīng)水箱冷卻后再進入重污油罐，最后作急冷油回煉。改造后，這部分低溫污油可以直接進入放空塔后作急冷油回煉，這樣不僅降低了甩油進入污油再回煉的能耗，而且減少了油品存儲期間的損失，符合能量的轉換、回收、利用的“三環(huán)節(jié)”優(yōu)化原則，具有節(jié)能降耗效果，有利于增加企業(yè)經(jīng)濟效益[5-6]。

4 結論

（1）焦炭塔放空系統(tǒng)用蒸汽發(fā)生器代替冷卻水箱的技術改造方案，只需增加部分設備和流程，對原設備不需要進行材質(zhì)升級和改造，對于常規(guī)的延遲焦化裝置改造是可行的。

（2）通過實踐證明，新工藝對焦炭塔冷焦操作沒有不利影響，而且新工藝優(yōu)化了塔頂空冷和水冷的工況，解決了傳統(tǒng)工藝中放空塔空冷、水冷器堵塞的問題，改善了放空塔工況，有利于裝置平穩(wěn)生產(chǎn)。

（3）通過對放空塔的工藝改造，可以實現(xiàn)放空系統(tǒng)余熱的回收利用，降低裝置能耗。以2.4Mt/a兩爐四塔的裝置測算，每天可以降低裝置能耗537.2×102MJ。