石油化工劣質(zhì)重油延遲焦化工藝分析

榮潤(rùn)林

摘 ?要：延遲焦化是近年來(lái)石油化工企業(yè)煉焦產(chǎn)油的主要技術(shù)工藝之一，在資源緊缺，環(huán)境治理的大背景中，企業(yè)必須要基于環(huán)保減排高效益的發(fā)展理念，根據(jù)自身發(fā)展?fàn)顩r、設(shè)施技術(shù)和管理流程，優(yōu)化延遲焦化工藝。延遲焦化作為我國(guó)發(fā)展較為成熟的減壓渣油加工工藝，多年來(lái)一直作為焦化產(chǎn)品深加工的主要手段。然而，原油質(zhì)量下降，含硫量增加對(duì)企業(yè)焦化工藝提出了新要求。文章基于石油化工中劣質(zhì)重油的延遲焦化工藝展開(kāi)了論述，分析企業(yè)發(fā)展延遲焦化工藝的必要性，探討具體影響因素和改進(jìn)策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：延遲焦化;含硫重油;結(jié)焦時(shí)間

中圖分類號(hào)：TE963 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）31-0092-02

Abstract： Delayed coking is one of the main technologies for coking and oil production in petrochemical enterprises in recent years. In the context of resource shortage and environmental control， enterprises must be based on the development concept of environmental protection and high benefit of emission reduction. According to their own development status， facility technology and management process， this paper optimizes the delayed coking process. As a relatively mature vacuum residue processing technology in China， delayed coking has been the main means of deep processing of coking products for many years. However， the decline of crude oil quality and the increase of sulfur content have posed new requirements for enterprise coking process. This paper discusses the delayed coking process of inferior heavy oil in petrochemical industry， analyzes the necessity of developing delayed coking process in enterprises， and discusses the specific influencing factors and improvement strategies for reference.

Keywords： delayed coking; sulfur-containing heavy oil; coking time

石油化工行業(yè)中的焦化概念有兩個(gè)意義，一是以煤化、鋼鐵企業(yè)使用煤原料生產(chǎn)焦炭，二是石油化工企業(yè)利用渣油、含硫重油等劣質(zhì)原油，通過(guò)延遲焦化工藝，將低價(jià)值油品轉(zhuǎn)化成高價(jià)值液體和氣體油品，并生成石油焦。文章主要探討第二個(gè)方，針對(duì)企業(yè)所面臨的原油價(jià)格上漲、原油變重變劣的處境，從輕質(zhì)油品需求量上升和重燃料油需求量下降的市場(chǎng)需求來(lái)分析企業(yè)發(fā)展延遲焦化工藝的必要性意義。

1 石油化工企業(yè)發(fā)展延遲焦化技術(shù)工藝的必要性意義

原油深度加工是石化企業(yè)占領(lǐng)市場(chǎng)份額的資本，考慮到企業(yè)延遲焦化工藝不斷發(fā)展，石化企業(yè)對(duì)原料的要求并不算嚴(yán)格。常壓渣油、重質(zhì)原油、減黏渣油、煤焦油等大多數(shù)低價(jià)值油品都可適用于延遲焦化的深加工，再加上延遲焦化技術(shù)投資較少，能耗低，設(shè)施機(jī)械化水平不高，操作過(guò)程具備靈活性，加工能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，是企業(yè)提升經(jīng)濟(jì)利益，立足于市場(chǎng)的重要手段。延遲焦化工藝根據(jù)加工原理分為雙面輻射式加熱爐、改進(jìn)型水力除焦技術(shù)、大型焦炭塔技術(shù)、降低循環(huán)比技術(shù)和環(huán)境保護(hù)技術(shù)等[1]。延遲焦化的出貨成品應(yīng)用廣泛，二次加工的劣質(zhì)焦化蠟油能夠加氫催化裂化精制成汽油、柴油等輕質(zhì)油品，石油焦可以根據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制作電極、冶金或基礎(chǔ)燃料，焦化氣體經(jīng)脫硫處理后可作為制氫原料或送燃料管網(wǎng)做燃料使用。因此，從工藝發(fā)展到產(chǎn)品應(yīng)用，延遲焦化是石化企業(yè)隨行業(yè)發(fā)展所改進(jìn)和創(chuàng)新的重要技術(shù)。

2 延遲焦化技術(shù)工藝的影響因素和改進(jìn)方向

延遲焦化的原理是通過(guò)類似熱裂化的方式對(duì)石油渣油進(jìn)行轉(zhuǎn)化，經(jīng)管式加熱爐加熱到焦化反應(yīng)所需要的溫度，并使之迅速離開(kāi)加熱爐管，在焦炭塔內(nèi)油品進(jìn)行裂解和縮合反應(yīng)，生成的油氣由焦炭塔頂逸出，生成的焦炭留在塔內(nèi)。由于這一過(guò)程中的焦化反應(yīng)不是在加熱爐中，而是被推遲到焦炭塔中進(jìn)行，因此稱為延遲焦化。延遲焦化的流程分為焦化部分、分餾部分、氣體回收脫硫、水力除焦、焦炭脫水儲(chǔ)運(yùn)、吹氣放空、蒸汽發(fā)生以及焦炭焙燒八個(gè)部分[2]。

2.1 分餾塔的運(yùn)行和優(yōu)化

分餾塔的運(yùn)行是延遲焦化的起始環(huán)節(jié)，分餾塔底結(jié)焦和分餾塔頂結(jié)鹽也是決定分餾塔長(zhǎng)周期運(yùn)行的主要因素。在工作期間，分餾塔結(jié)焦過(guò)程中會(huì)掉落碎屑或爐渣，長(zhǎng)期運(yùn)作時(shí)，必須要定期清理過(guò)濾器，否則會(huì)影響溫度控制和焦化效率[3]。一方面，過(guò)濾器切換過(guò)程中易引起塔底輻射泵抽空，造成塔底結(jié)焦，延遲焦化會(huì)在加熱爐和焦炭爐的中間過(guò)程中進(jìn)行部分焦化反應(yīng)，從而改變了分餾塔的內(nèi)部溫度，另一方面是分餾塔底循環(huán)油泵運(yùn)行情況無(wú)法在線監(jiān)控，循環(huán)泵上量不足時(shí)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，塔內(nèi)循環(huán)油沖洗管線堵塞，從而造成運(yùn)作故障。

2.2 溫度控制

在焦化生產(chǎn)中，如果焦化反應(yīng)的溫度太低，反應(yīng)進(jìn)行不徹底，會(huì)改變生成物的性質(zhì)，出現(xiàn)石油焦過(guò)度揮發(fā)或生成瀝青等情況。而當(dāng)反應(yīng)溫度過(guò)高時(shí)，石油焦硬化程度增加，在水力除焦時(shí)需要較長(zhǎng)時(shí)間完全除焦，降低效率和石油焦質(zhì)量。因此，焦化生產(chǎn)的時(shí)間控制極為重要[4]。如果不加以控制，會(huì)減少原有液體產(chǎn)品的收率，導(dǎo)致氣液揮發(fā)，出現(xiàn)浪費(fèi)和損失。影響焦化爐爐管結(jié)焦最主要的因素是爐出口溫度，而爐出口溫度是影響焦化反應(yīng)深度的主要參數(shù)，為減緩爐管結(jié)焦，需降低焦化爐爐出口溫度，但仍需保證焦化反應(yīng)溫度，通過(guò)降低加熱爐出口轉(zhuǎn)油線熱損失，進(jìn)而降低焦化爐爐出口溫度，一般采取更換焦化爐出口轉(zhuǎn)油線保溫材料為基礎(chǔ)，根據(jù)具體焦化生產(chǎn)情況進(jìn)行人工調(diào)節(jié)。

2.3 焦炭塔壓力控制

焦炭塔壓力調(diào)節(jié)有利于原油中的良性化學(xué)分子從焦炭塔逸出，從而提升輕質(zhì)油品氣液的收率和石油焦的生成質(zhì)量。一般來(lái)說(shuō)，延遲焦化裝置的優(yōu)劣就是焦炭焦化反應(yīng)的壓力設(shè)計(jì)，控制幅度和壓力上限對(duì)推焦、加熱、降溫、停工吹掃等環(huán)節(jié)都有正向影響[5]。以循環(huán)比為例，循環(huán)比對(duì)焦化反應(yīng)產(chǎn)物分布的影響效果與反應(yīng)壓力相同，也就是說(shuō)循環(huán)比增加，石油焦和氣體收率增加。

3 延遲焦化工藝的實(shí)踐策略探析

3.1 加強(qiáng)爐頭溫度管控

爐頭溫度控制是整個(gè)焦?fàn)t溫度變化的關(guān)鍵，是決定生產(chǎn)過(guò)程中焦化反應(yīng)進(jìn)行和是否徹底反應(yīng)的重要因素。如果無(wú)法把控生產(chǎn)系統(tǒng)溫度，會(huì)對(duì)后續(xù)各個(gè)熱工生產(chǎn)環(huán)節(jié)造成限制。因此，做好爐頭溫度管控是十分必要的。首先應(yīng)當(dāng)明確溫度控制過(guò)程中，焦?fàn)t結(jié)焦時(shí)間、分餾、脫硫、除焦、脫水儲(chǔ)運(yùn)以及爐口出爐溫度的聯(lián)系，對(duì)爐頭溫度產(chǎn)生在各環(huán)節(jié)影響進(jìn)行預(yù)估和分析，判斷多個(gè)不同溫度控制方案下石油轉(zhuǎn)化比例、收率變化幅度以及石油焦質(zhì)量。只有在爐頭溫度限制上嚴(yán)格把控，無(wú)論發(fā)生何種情況，都應(yīng)當(dāng)保證爐頭溫度至少處于標(biāo)準(zhǔn)溫度之上，這樣才能在爐頭溫度過(guò)低的情況下對(duì)其他問(wèn)題采取措施。針對(duì)爐管不同程度的結(jié)焦，要考慮到加熱爐負(fù)荷增大所帶來(lái)的溫度控制和條件標(biāo)準(zhǔn)[6]。如果爐出口溫度過(guò)低，會(huì)使得渣油反應(yīng)深度不夠，焦炭塔泡沫層增高，有沖塔危險(xiǎn)，由于渣油反應(yīng)深度低，油氣量小，分餾塔熱量明顯不足，過(guò)低的塔底溫度又影響到加熱爐。為了維持爐出口溫度不偏離指標(biāo)，所以盡可能改進(jìn)和優(yōu)化以溫度控制溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。將原爐出口溫度與爐膛溫度串級(jí)調(diào)節(jié)改為爐出口溫度與燃料氣油流量串級(jí)調(diào)節(jié)以輻射出口溫度為主參數(shù)，燃料氣油流量為副參數(shù)，完成加熱爐控制回路。

3.2 分餾過(guò)程合理運(yùn)用消泡劑

延遲焦化在分餾過(guò)程中會(huì)由于高溫空氣接觸重油中的化合物，在管道和塔內(nèi)出現(xiàn)大量泡沫，雖然這種以泡沫形式存在的中間產(chǎn)物能夠被過(guò)濾，但是在長(zhǎng)時(shí)間的焦化熱工生產(chǎn)中，泡沫數(shù)量很難匹配延遲焦化裝置的工作效率，導(dǎo)致泡沫層太高，堆積在分餾塔內(nèi)，影響整個(gè)裝置的反應(yīng)效率。比如焦粉隨氣相通過(guò)大油氣管進(jìn)入分餾塔中，會(huì)堵塞分餾塔盤和側(cè)線空冷器和水冷器。因此，分餾過(guò)程中根據(jù)原油用量和控溫情況，合理使用消泡劑，借助非離子表面活性劑配羥基化合，增強(qiáng)對(duì)劣質(zhì)重油的抑泡效果，并且還要注意與其他反應(yīng)溶劑的兼容性，減少對(duì)管壁、管道等裝置內(nèi)部的化學(xué)腐蝕性[7]。

3.3 放空塔運(yùn)行優(yōu)化改造

放空系統(tǒng)是決定輕質(zhì)油品氣液收率的關(guān)鍵流程環(huán)節(jié)之一，其處理周期決定了所有原油焦化反應(yīng)進(jìn)行時(shí)所處的位置。由于一個(gè)完整的周期需要借助多個(gè)設(shè)備同時(shí)處理，屬于間歇式作業(yè)。通常來(lái)說(shuō)，全天候生焦也并不是所有爐塔同時(shí)工作的。以三爐六塔的配備為例，按照次序?qū)⑽锪戏湃敕趴账?，所有塔給水結(jié)束后，油水分離器的控制閥會(huì)根據(jù)放空進(jìn)度變頻控制，在停運(yùn)空冷后對(duì)于物料進(jìn)行處理。比如二次加工蠟油要按時(shí)清理，防止重油冷凝堵塞，塔底油也要定期置換，避免接觸冷卻系統(tǒng)被焦粉堵塞。

3.4 合理控制結(jié)焦

通常焦炭塔急冷油介質(zhì)為焦化蠟油，在延遲焦化過(guò)程中，吹氣放空系統(tǒng)處理后的污油會(huì)進(jìn)入焦炭塔做急冷油回?zé)?，但是污油中的水油比以及水汽情況會(huì)使得塔頂油氣淋洗效果降低，大量焦粉進(jìn)入大油氣線，引起大油氣線結(jié)焦;其次，污油中的輕質(zhì)油與水發(fā)生反應(yīng)汽化，輕質(zhì)油收率下降且不提，焦炭塔內(nèi)線速會(huì)由于這一情況快速升高，并且在汽化過(guò)程中，泡沫和焦粉還會(huì)附著在油氣表面，加快大油氣線結(jié)焦;最后，污油中焦粉含量過(guò)高，沒(méi)有在吹氣放空或水力除焦時(shí)解決，也會(huì)提高大油氣線結(jié)焦的概率。因此，在保證原油原料性質(zhì)、設(shè)定符合設(shè)施裝置性能的處理量、有效控制加熱爐出口溫度的基礎(chǔ)上，還需要對(duì)焦炭塔的筒體高度，科學(xué)設(shè)計(jì)。焦炭塔是一個(gè)空塔，為油氣反應(yīng)提供空間。焦炭塔內(nèi)維持一定的液相料面，隨著焦炭的積聚，此料面逐漸升高，一般在其達(dá)到筒體高度2/3時(shí)停止進(jìn)料，將生產(chǎn)塔從系統(tǒng)中切出，以避免料面過(guò)高，泡沫進(jìn)入大油氣線發(fā)生結(jié)焦。

4 結(jié)束語(yǔ)

一方面，石油化工行業(yè)承受著來(lái)自環(huán)境保護(hù)、生態(tài)能源的巨大壓力，導(dǎo)致企業(yè)的生產(chǎn)需求偏向輕質(zhì)油品和高質(zhì)量的石油焦;另一方面，以瀝青焦、石油焦為骨料加工制作的預(yù)焙陽(yáng)極價(jià)格再次大跌，對(duì)石油化工企業(yè)的延遲焦化技藝提出新要求。綜上所述，延長(zhǎng)焦化與焦?fàn)t生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量有直接影響，在焦化實(shí)踐因素中，延遲焦化會(huì)改變整體焦?fàn)t運(yùn)作的各個(gè)單元，對(duì)焦?fàn)t的溫度、壓力和穩(wěn)定運(yùn)作都會(huì)造成影響，如何在結(jié)焦時(shí)間延長(zhǎng)的情況加強(qiáng)干預(yù)，控制焦?fàn)t生產(chǎn)，采取切實(shí)有效的措施解決問(wèn)題，提高煉焦收益和輕質(zhì)油收率，是主要目的。文章基于必要性和影響因素展開(kāi)論述，探討相關(guān)實(shí)踐改進(jìn)策略，以期促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。

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