鎮(zhèn)海延遲焦化裝置加工含硫渣油及長(zhǎng)周期生產(chǎn)問(wèn)題與對(duì)策綜述

1、延遲焦化裝置加工含硫渣油及長(zhǎng)周期生產(chǎn)問(wèn)題與對(duì)策綜述陶春風(fēng)（浙江鎮(zhèn)海煉油化工股份有限公司煉油廠，浙江寧波315207）原油的重質(zhì)化、劣質(zhì)化趨勢(shì)，越顯示出渣油輕質(zhì)化的重要性，含硫原油的加工關(guān)鍵是含硫渣油的加工，延遲焦化裝置是消化渣油的主體裝置之一，資料介紹，美國(guó)25個(gè)大公司91個(gè)煉油廠，延遲焦化加工能力占蒸餾能力13.1%，占二次加工能力22.9%，中石化集團(tuán)公司延遲焦化加工能力占蒸餾能力7%，占二次加工能力17.6%，僅次于美國(guó)。鎮(zhèn)海煉化公司（以下簡(jiǎn)稱鎮(zhèn)海）延遲焦化裝置原設(shè)計(jì)80萬(wàn)t/a，通過(guò)技術(shù)投入及 “瓶頸” 消除改造，加工能力實(shí)現(xiàn)110萬(wàn)t/a規(guī)模，占蒸餾能力13.75%，占二次加工能力2

2、8.9%，渣油輕質(zhì)化能力較好。鎮(zhèn)海延遲焦化裝置于94年11月下旬首次成功試煉伊朗渣油始，已累計(jì)加工含硫渣油80萬(wàn)t以上，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。但由于含硫渣油殘?zhí)扛?、粘度大及重金屬含量高等特點(diǎn)，給焦化裝置的安穩(wěn)長(zhǎng)生產(chǎn)亦帶來(lái)一些問(wèn)題，如加熱爐等主要設(shè)備的長(zhǎng)周期生產(chǎn)問(wèn)題。1、 加熱爐長(zhǎng)周期生產(chǎn)問(wèn)題及對(duì)策含硫渣油殘?zhí)枯^高，潛在的裂解性能一般亦較高，易導(dǎo)致加熱爐爐管結(jié)焦，加熱爐是延遲焦化裝置的核心設(shè)備，因此，提高長(zhǎng)周期生產(chǎn)運(yùn)行的技術(shù)關(guān)鍵是如何防止?fàn)t管結(jié)焦，提高加熱爐運(yùn)行周期。結(jié)焦是爐管內(nèi)的油品溫度超過(guò)一定界限后發(fā)生裂解，變成游離碳，堆集到管內(nèi)壁上的現(xiàn)象（1）。結(jié)焦使管壁溫度急劇上升，提高了管內(nèi)壓力降，加

3、劇管內(nèi)腐蝕和高溫氧化，裝置只能被迫停爐進(jìn)行燒焦。但爐管內(nèi)壁經(jīng)過(guò)多次燒焦后，內(nèi)表面的光潔度會(huì)變差，渣油的結(jié)焦傾向提高，燒焦周期縮短，而且爐管壽命受到一定影響，99年2月初浙江工業(yè)大學(xué)化工機(jī)械研究所對(duì)鎮(zhèn)海延遲焦化裝置二臺(tái)加熱爐爐管影響分析表明：該裝置焦化爐管材料已出現(xiàn)珠光體球化現(xiàn)象，爐管壁溫在700以上時(shí)已不抗氧化，爐管表面氧化加劇，硬度下降（2）。98年9月份對(duì)爐-1爐管燒焦后超聲波測(cè)厚表明：壁厚最小處為8.4mm（原設(shè)計(jì)10mm），降低幅度較大。影響加熱爐爐管長(zhǎng)周期運(yùn)行的因素主要是原料性質(zhì)、加工負(fù)荷及操作管理等。1 1 優(yōu)化原料 原料性質(zhì)是保證加熱爐工況正常運(yùn)行的前提。99年年初，鎮(zhèn)海延遲焦化

4、裝置加工進(jìn)口二次加工裝置生產(chǎn)的含硫重油的渣油，由于其原料四組成分布已接近瀝青（渣油瀝青質(zhì)10.4%，膠質(zhì)18.4%，芳烴42.3%，飽和烴28.9%。），加工僅57天，二臺(tái)加熱爐爐管表面溫度上升，經(jīng)檢測(cè)爐管壁溫多次出現(xiàn)在650以上，燒焦處理后，由于原料仍得不到有效改善，加熱爐爐管在運(yùn)行不到半個(gè)月后，又出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，因此，焦化裝置加工含硫渣油有一定限制，尤其是二次加工裝置的原料由于易裂化，常規(guī)溫度控制就極會(huì)形成爐管結(jié)焦。渣油硫含量的控制則決定于焦炭硫含量及后續(xù)氣體脫硫再生負(fù)荷，鎮(zhèn)海延遲焦化裝置硫一般控制在4.0%以內(nèi)，密度按不大于1015控制。要引起注意的是加工含硫渣油，輕收要降低約3個(gè)百分點(diǎn)以

5、上。12 溫度控制121 不能片面追求先進(jìn)的加熱爐爐管表面熱強(qiáng)度。鎮(zhèn)海焦化裝置加熱爐型式為立式底燒單面輻射，設(shè)計(jì)上采用避開(kāi)原料的“先期臨界分解段”正好位于管壁溫度最高和熱強(qiáng)度分布最不均勻的區(qū)域，輻射段設(shè)計(jì)熱強(qiáng)度為24703kcal/m2.h，裝置自97年10月以來(lái)，持續(xù)處于高負(fù)荷生產(chǎn)態(tài)勢(shì)，最大日加工負(fù)荷達(dá)到3300t，而當(dāng)時(shí)原擴(kuò)能改造項(xiàng)目中要求增加8根爐管和重蠟油抽出設(shè)施因故取消，其結(jié)果加熱爐輻射段表面熱強(qiáng)度上升25%以上。美國(guó)kellogg公司推薦的平均輻射熱強(qiáng)度僅為2714029800kcal/m2.h（當(dāng)入口冷油流速取2.143.04m/s時(shí)）（1），鎮(zhèn)海焦化加熱爐通過(guò)注水實(shí)際入口冷油流

6、速最大為1.6m/s，而含硫渣油由于瀝青質(zhì)、膠質(zhì)含量相對(duì)較高，其潛在的裂解性能大，熱強(qiáng)度提高后，勢(shì)必造成壁溫上升，壁溫是影響焦炭生成速度的最基本的因素之一，這是造成99年鎮(zhèn)海焦化裝置加熱爐二次燒焦的主要原因。因此，裝置消除“瓶徑”擴(kuò)能改造時(shí)，設(shè)計(jì)熱強(qiáng)度宜選取25000kcal/m2.h較為合理，也就是說(shuō)鎮(zhèn)海焦化裝置最適宜的加工負(fù)荷為28003000t/d。122 適當(dāng)降低循環(huán)比，調(diào)節(jié)加熱爐負(fù)荷。以含硫渣油為原料及相同負(fù)荷時(shí)，應(yīng)控制適當(dāng)?shù)难h(huán)比。降低循環(huán)比可以實(shí)現(xiàn)減少加熱爐熱負(fù)荷，循環(huán)比降低50%，加熱爐熱負(fù)荷約減少5%。但循環(huán)比并不是越低越好，適當(dāng)?shù)难h(huán)油可通過(guò)將富含環(huán)狀組分的物質(zhì)混入進(jìn)料，促

7、使加熱爐這一中間部位的臨界結(jié)焦區(qū)域移向容易滿足焦層脫落條件的高溫段（1）。通過(guò)工業(yè)試驗(yàn)，焦化裝置加工含硫渣油時(shí)，循環(huán)比最低僅可降至1.25，主要原因有三個(gè)方面：第一，降低循環(huán)比，意味著要減少分餾塔底下部的循環(huán)油量，提高分餾塔的蒸發(fā)量和塔底溫度，而蒸發(fā)量受各餾分油質(zhì)量要求控制，一般蒸發(fā)段溫度不大于390控制，因此，導(dǎo)致分餾塔底溫度上升，塔底油達(dá)到一定溫度，一部分不穩(wěn)定物質(zhì)會(huì)發(fā)生裂解縮合反應(yīng)，從而在塔的底部形成結(jié)焦，使得加熱爐輻射進(jìn)料泵的入口管徑變小，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致泵不上量，最終被迫停工，一般分餾塔底溫度不大于385；第二，降低循環(huán)比，焦炭揮發(fā)分等指標(biāo)上升，循環(huán)比降低0.1，灰分、揮發(fā)分分別約上升0

8、.02和0.6。為保證焦炭質(zhì)量合格，則需相應(yīng)提高加熱爐輻射出口溫度，但加熱爐輻射出口溫度不宜過(guò)高，否則，會(huì)引起爐管熱強(qiáng)度進(jìn)一步增加，嚴(yán)重的會(huì)造成加熱爐爐管結(jié)焦，因此換言之，焦炭質(zhì)量的要求反過(guò)來(lái)制約循環(huán)比的進(jìn)一步降低；第三，降低循環(huán)比，循環(huán)油量減少，重蠟油抽出設(shè)施未配套改造。而蠟油抽出量增加，使得蠟油質(zhì)量變差、變重，蠟油后加工困難，而且勢(shì)必造成自發(fā)蒸汽負(fù)荷超，從而影響分餾塔的熱量分配及蠟油冷后溫度超。13 結(jié)焦速度結(jié)焦的多少取決于二大因素，焦炭生成速度及焦層脫落速度，即結(jié)焦速度=（焦炭生成速度）（焦層脫落速度）（1）焦炭生成速度取決于加熱爐加熱工況，熱強(qiáng)度、熱分布等因素一定時(shí)，對(duì)于加熱爐而言，重

9、點(diǎn)是提高焦層脫落速度，保持脫焦、生焦平衡。焦化爐主要靠注水的手段來(lái)提高焦層脫落速度，減少結(jié)焦。加工含硫渣油時(shí)，結(jié)焦的部位一般在溫度低一些的中間部位，如第1015根爐管，原因是出口爐管溫度雖高，但氣化率大，焦層脫落速度高。要引起注意的是進(jìn)入生產(chǎn)后期，往往焦炭脫落速度不夠，因此，爐管注水要適當(dāng)提高，一般控制700kg/t.分支。2、焦碳塔大油氣線長(zhǎng)周期問(wèn)題及對(duì)策 加工含硫渣油，焦碳塔泡沫層一般較高，泡沫焦易攜帶導(dǎo)致大油氣線結(jié)焦。大油氣線結(jié)焦問(wèn)題在國(guó)內(nèi)同類型裝置中是一個(gè)普遍問(wèn)題，大油氣線結(jié)焦加劇，會(huì)使焦炭塔頂壓力上升，最高達(dá)2.5kg2/cm以上，熱電偶掛焦嚴(yán)重，溫度指示與實(shí)際溫度相比達(dá)100以上，

10、嚴(yán)重威脅裝置長(zhǎng)周期生產(chǎn)。因此，解決大油氣線結(jié)焦，是焦化裝置加工含硫渣油的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。21急冷油注入點(diǎn)位置改造大油氣線注入急冷油的主要作用是降低焦炭塔頂油氣線油氣溫度，減少結(jié)焦機(jī)會(huì)，鎮(zhèn)海焦化裝置急冷油采用焦化蠟油，溫度為180-200之間，打急冷油后油氣入分餾塔溫度控制在4155。原打急冷油的方法是用側(cè)線泵把冷后的急冷油介質(zhì)打到焦炭塔頂油氣管線，4個(gè)噴咀呈30角度對(duì)稱地順油氣流向打入急冷油，該方法能提高焦炭塔頂油氣線流速，降低溫度，抑制焦化反應(yīng)在油氣管線繼續(xù)進(jìn)行，但油氣線結(jié)焦另一主要原因是油氣攜帶焦粉引起，因此，在油氣線出口，順油氣流向特別是離塔口較遠(yuǎn)處打急冷油并不合理，不起抑制泡沫層焦攜帶作

11、用，同時(shí)，急冷油注入點(diǎn)離塔口的一段管線結(jié)焦仍十分嚴(yán)重。對(duì)此，改造方案上重點(diǎn)是將急冷油注入點(diǎn)前移到除焦口并逆向打入，以起到抑制泡沫攜帶作用。經(jīng)近3年的實(shí)際使用，焦碳塔頂油氣線結(jié)焦現(xiàn)象表明效果是好的，油氣管線基本無(wú)結(jié)焦形成。相應(yīng)，原油氣管線打急冷油點(diǎn)前移是為了防止塔口急冷油量偏小時(shí)作為補(bǔ)充注入點(diǎn)，以使分餾塔進(jìn)料溫度控制在指標(biāo)內(nèi)。2.2 控制泡沫層高度 石科院的研究表明加工含硫渣油的泡沫層高度要高出加工低硫渣油2m以上，當(dāng)焦炭塔生焦達(dá)到一定高度時(shí)，由于氣速過(guò)高，大量油氣在焦炭塔內(nèi)產(chǎn)生泡沫，同時(shí)大量的油氣攜帶焦粉，進(jìn)入大油汽線或分餾塔，而一部分焦粉易貼在大油氣線管壁，與部分冷凝液發(fā)生裂解縮合反應(yīng)，形成

12、焦炭，并越積越多，嚴(yán)重的被迫降量維持生產(chǎn)，甚至停工。加熱爐出口溫度與焦炭塔泡沫層高度直接有關(guān)，爐出口溫度高，反應(yīng)深度增加，泡沫層高度降低，反之，泡沫層高度增加。要緩解油氣線結(jié)焦，減少霧沫夾帶，爐出口溫度應(yīng)適當(dāng)提高，且控制平穩(wěn)。2 3采用消泡劑 為了控制泡沫焦的攜帶，國(guó)內(nèi)很多煉油廠采用注入消泡劑的辦法來(lái)抑制甚至消除焦碳塔內(nèi)泡沫，采用北京石科院與鎮(zhèn)海煉化公司共同開(kāi)發(fā)的消泡劑，可以改善焦炭塔的焦炭起泡高度，從而降低焦粉攜帶。從生產(chǎn)情況看，提高消泡劑注入量，對(duì)降低焦炭塔泡沫的起泡高度呈正線性關(guān)系，但成本增加，而且由于消泡劑為含硅溶劑，注入后，將分散到餾份油中，從石科院的試驗(yàn)報(bào)告看，約85.5%的硅存在

13、于焦化汽油中。后續(xù)加氫精制裝置為固定床反應(yīng)器，催化劑為石科院研制的rn-10，催化劑吸附硅達(dá)到5%以上，就會(huì)出現(xiàn)永久性中毒?？紤]到焦炭塔成焦初期，塔的空高余地較大，因此，消泡劑在20m處中子料位計(jì)出現(xiàn)稀泡時(shí)注入，即一般在切換四通閥前6小時(shí)，目的是可減少消泡劑的消耗及餾份油中硅的含量，迄今為止，加氫裝置運(yùn)行一直良好，催化劑活性未見(jiàn)有異常變化。消泡劑無(wú)論從塔頂或塔底注入，對(duì)降低焦炭塔的泡沫起泡高度都有明顯效果，但塔頂注入的效果優(yōu)于塔底注入，塔頂注入可降低稀泡層高度23m，塔底注入可降低稀泡層高度12m，從操作上看，在塔底注消泡劑較方便，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作，而在塔頂注消泡劑則需間歇操作，容易出現(xiàn)誤操作

14、。24 生焦高度極限控制 焦炭塔總高由焦炭高度、泡沫層高度及空間高度三個(gè)部分組成，其中焦炭高度與泡沫層高度之和為生焦高度?？臻g高度又稱安全高度，國(guó)內(nèi)一般取68m，因此，焦碳塔的生焦高度極限控制22米內(nèi)為宜。焦化生焦量與原料康氏殘?zhí)恐党示€性關(guān)系（3），殘?zhí)恐翟酱?，生焦量也越大。含硫渣油殘?zhí)恐递^高，一般在1620%，但也有特別大的，如拉斯把得德蘭油，殘?zhí)窟_(dá)24%。以伊朗渣油殘?zhí)恐?8.68%加工為例，負(fù)荷2900t/d時(shí)，焦碳塔生焦高度達(dá)21m，由于含硫渣油的泡沫層較高，最高可以達(dá)到8m，因此，若繼續(xù)提高加工負(fù)荷，勢(shì)必造成實(shí)際生焦高度增加。241增上中子料位計(jì)，監(jiān)控料位高度。減壓蒸餾技術(shù)的進(jìn)一步提

15、高及運(yùn)用，使得減壓渣油性質(zhì)更加重質(zhì)化，對(duì)于焦化裝置而言，生焦高度提高，在焦碳塔18m、22m處增上中子料位計(jì)，可以有效監(jiān)控焦碳塔料位高度，及時(shí)做好換塔，避免料位過(guò)高而發(fā)生溢塔等事故。242 調(diào)整生焦周期，提高焦炭塔利用率。最大限度地提高6m直徑焦炭塔的加工能力，勢(shì)必要改變焦炭塔生產(chǎn)周期。改變焦炭塔生焦周期后，焦炭塔操作的預(yù)熱、除焦及冷焦時(shí)間分別相應(yīng)縮短，但是焦炭塔最大限度的提高加工負(fù)荷的同時(shí)，生產(chǎn)矛盾較為突出，主要表現(xiàn)在焦炭塔冷焦困難，除焦效率低，其結(jié)果打亂生焦周期的安排，97年鎮(zhèn)海大處理量生產(chǎn)僅勉強(qiáng)維持22h生焦周期。（1）生焦高度增加，給水冷焦時(shí)壓降增加，冷焦困難。97年試驗(yàn)時(shí)，焦炭塔系統(tǒng)

16、突出的生產(chǎn)矛盾是給水100t/h時(shí)，焦炭塔就超壓；（2）自動(dòng)化水平低。美國(guó)等先進(jìn)的煉油廠已實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制焦碳塔冷、切焦過(guò)程，國(guó)內(nèi)焦化裝置頂、底蓋開(kāi)卸的實(shí)際時(shí)間一般為2-3h，而且手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此，應(yīng)重視引進(jìn)焦炭塔頂、底蓋自動(dòng)開(kāi)卸技術(shù)，以有利于焦炭塔生產(chǎn)周期的按排；（3）焦炭塔放水、給水線宜單獨(dú)設(shè)置，防止焦炭塔生焦、切焦過(guò)程中出現(xiàn)局部故障時(shí)，而不致于出現(xiàn)較大的生產(chǎn)波動(dòng)。3、分餾塔系統(tǒng)長(zhǎng)周期生產(chǎn)問(wèn)題及對(duì)策3 1分餾塔頂焦粉及胺鹽堵塞分析及對(duì)策 停工檢修檢查發(fā)現(xiàn)，分餾塔18#塔盤以上焦粉累積越積越厚，尤其是在24#塔盤（頂循環(huán)回流抽出層）至塔頂，塔盤上結(jié)焦約250300mm，且結(jié)焦為很松脆的

17、泡沫焦，有些類似倒掛的“鐘乳石”形狀。停工時(shí)由于分餾塔經(jīng)熱水浸泡處理，塔盤上未見(jiàn)有胺鹽，但頂循泵在正常生產(chǎn)檢修時(shí)，泵內(nèi)常見(jiàn)有鹽結(jié)晶，該鹽分析測(cè)定為胺鹽。焦粉及胺鹽在塔頂部累積，一方面造成頂循環(huán)液相抽出量減少，引起頂循環(huán)泵抽空，打亂塔的正常操作；另一方面塔頂攜帶部分焦粉到空冷及水冷，導(dǎo)致塔頂空冷、水冷焦粉堵塞，分餾塔頂壓力超工藝指標(biāo)，嚴(yán)重影響裝置的正常安全生產(chǎn)。分餾塔焦粉累積原因可以認(rèn)為由于加工含硫渣油，焦碳塔焦粉攜帶引起，鎮(zhèn)海焦碳塔高/徑比為5.0，國(guó)外一般為2.454.0，與國(guó)外相同操作條件下允許線速相比，平均線速要高出15.6%，這是導(dǎo)致焦碳塔焦粉攜帶的原因之一。胺鹽的沉積是由于吸收穩(wěn)定系

18、統(tǒng)再吸收油返回分餾塔18#的溫度較低，僅50，使得胺鹽結(jié)晶析出。為了減少頂部堵塞狀況，要采取措施：一是提高頂循環(huán)返塔溫度，保持在100左右，頂溫控制在120，目的是洗滌焦粉，使焦粉盡可能通過(guò)柴油、蠟油帶出分餾塔；二是針對(duì)焦化汽、柴油混合加氫的特點(diǎn)，再吸收油不再返回分餾塔，而直接改出裝置，以提高頂部溫度，防胺鹽結(jié)晶。3 2分餾塔底部結(jié)焦分析及對(duì)策 99年檢修發(fā)現(xiàn)分餾塔底部結(jié)焦較為嚴(yán)重，尤其是分餾塔3#塔盤以下，塔盤結(jié)焦最厚處達(dá)到500mm，底部結(jié)焦原因：（1）原料劣質(zhì)化，底部不穩(wěn)定組分聚集結(jié)焦；（2）蠟油抽出、蒸發(fā)段及塔底溫度控制偏高，局部形成干板；（3）塔底循環(huán)泵運(yùn)行難度大，上量不好，無(wú)備用泵

19、。原料劣質(zhì)化是必然趨勢(shì)的情形下，確保分餾塔底循環(huán)泵常周期運(yùn)行，是目前預(yù)防分餾塔底結(jié)焦的重要措施。分餾塔底循環(huán)泵的目的有二個(gè)：一是焦炭塔攜帶的部分焦粉經(jīng)過(guò)濾器可以得到清除；二是通過(guò)循環(huán)泵的不停攪拌，使得分餾塔底油品處在流動(dòng)狀態(tài)，不致于焦粉沉積在塔底而引起結(jié)焦。為了判定循環(huán)泵的運(yùn)行，要在循環(huán)泵出口增上流量孔板一個(gè)。其次，分餾塔底溫度改按不大于380，同時(shí)液面停留時(shí)間按15min控制，防止原料劣質(zhì)化后分餾塔底部分瀝青質(zhì)或膠質(zhì)組分濃縮，聚集發(fā)生裂解、縮合反應(yīng)，形成結(jié)焦；三是必須保證蠟油下回流流量不小于5t/h，避免形成局部干板；四是分餾塔原料進(jìn)口位置改造。目前原料進(jìn)入分餾塔的位置高于分餾塔的液面，這樣由于原料在低于泡點(diǎn)溫度下進(jìn)入分餾塔內(nèi)，塔內(nèi)下降的液體吸收并冷凝與進(jìn)入的焦炭塔頂高溫油氣在同一區(qū)域，操作上較難控制循環(huán)油的量，往往導(dǎo)致分餾塔底溫度上升。因此，分餾塔增上一根內(nèi)部管線，將新鮮原料引至分餾塔底液面以下，從目前生產(chǎn)情況看，效果較好。33發(fā)汽負(fù)荷 自發(fā)蒸汽的熱源由中段、蠟油提供，該系統(tǒng)97年擴(kuò)能改造尚未完善，加工含硫渣油蒸汽發(fā)生器常超負(fù)荷，自