【課件】延遲焦化裝置

1、第四章 延遲焦化裝置第一節(jié) 概述 焦炭化(簡稱焦化)是深度熱裂化過程，也是處理渣油的手段之一。它又是唯一能生產石油焦的工藝過程，是任何其他過程所無法代替的。尤其是某些行業(yè)對優(yōu)質石油焦的特殊需求，致使焦化過程在煉油工業(yè)中一直占據著重要地位。焦化是以貧氫重質殘油(如減壓渣油、裂化渣油以及瀝青等)為原料，在高溫(400500)下進行深度熱裂化反應。通過裂解反應，使渣油的一部分轉化為氣體烴和輕質油品；由于縮合反應，使渣油的另一部分轉化為焦炭。一方面由于原料重，含相當數量的芳烴，另一方面焦化的反應條件更加苛刻，因此縮合反應占很大比重，生成焦炭多。煉油工業(yè)中曾經用過的焦化方法主要是釜式焦化、平爐焦化、接觸

2、焦化、延遲焦化、流化焦化和靈活焦化等。延遲焦化應用最廣泛，是煉油廠提高輕質油收率和生產石油焦的主要手段，在我國煉油工業(yè)中將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。延遲焦化是一個成熟的減壓渣油加工工藝，多年來一直作為一種重油深加工手段。近年來隨著原油性質變差(指含硫量增加)、重質燃料油消費的減少和輕質油品需求的增加，焦化能力增加的趨勢很快。延遲焦化裝置目前已能處理包括直餾(減粘、加氫裂化)渣油、裂解焦油和循環(huán)油、焦油砂、瀝青、脫瀝青焦油、澄清油、以及煤的衍生物、催化裂化油漿、煉廠污油(泥)等60余種原料。處理原料油的康氏殘?zhí)繛?845或以上，比重指數為2.20。 正由于焦化裝置能處理煉廠各種殘渣物料被稱之為煉廠的“垃

3、圾桶”，同時也是目前煉廠實現渣油零排放的重要裝置。延遲焦化裝置的作用：將重質油餾分經裂解，聚合，生成油氣、輕質油，中間餾分油和焦炭。工作原理：由于重質油在管式爐中加熱，采用高的流速(在爐管中注水)及高的熱強度(爐出口溫度500)，使油品在加熱爐中短時間內達到焦化反應所需的溫度，然后迅速進入焦炭塔，使焦化反應不在加熱爐中而延遲到焦炭塔中去進行，因此，稱之為延遲焦化。延遲焦化約生產70%的液體產品，其中：汽油10%20%；柴油25%35%；裂化原料（蠟油）25%35%；石油氣6%8%；焦炭（也稱石油焦）15%20%。焦化所得的氣體烴和液體油品中含較多的烯烴，安定性較差，故往往作為其他裝置的原料或經

4、加氫精制等處理后成為產品。思考：焦炭是否是由碳元素形成的單質？第二節(jié) 工藝流程一、焦化反應化學原理 焦化原料油所含烴類的分子很大，并有相當數量的芳烴。1.裂解反應：在高溫(400550)條件下，大分子烴類裂解生成小分子烴類，使渣油轉化為氣體烴和輕質油品；2.縮合反應：烴類又發(fā)生縮合反應，使渣油轉化成焦炭。 縮合反應：是指小分子烴類相互作用生成較大分子的化合物，同時還生成其它小分子的化合物。各種烴類在焦化過程中的反應是不相同的。烷烴在400600下易裂解為小分子的烷烴與烯烴。環(huán)烷烴可裂解成烯烴或脫氫轉化為芳烴。裂解反應示例如下：1.斷鏈2.裂環(huán)3.脫氫縮合反應示例如下：芳香烴不易裂解，而易發(fā)生縮

5、合反應，成為大分子的多環(huán)或稠環(huán)烴，并可與烯烴縮合生成石油焦。石油焦的組成和普通焦炭相似，所以也叫焦炭。二、工藝流程延遲焦化裝置的生產工藝分為焦化和除焦兩部分，焦化為連續(xù)操作，除焦為間隙操作。由于工業(yè)裝置一般設有兩個或四個焦炭塔，所以整個生產過程仍為連續(xù)操作。延遲焦化裝置的工藝流程有不同的類型，就生產規(guī)模而言，有一爐兩塔（焦炭塔）流程、兩爐四塔流程等。340350500左右1.原油預熱階段：焦化原料(減壓渣油)先進入原料緩沖罐，再用泵送入加熱爐對流段升溫至340350 左右。2.經預熱后的原油進入分餾塔底，與焦炭塔產出的油氣在分餾塔內（塔底溫度不超過400）換熱。作用：一方面把原料中的輕質油蒸出

6、來，同時又加熱了原料（至390395 左右）。3.原料油和循環(huán)油一起從分餾塔底抽出，用熱油泵打進加熱爐輻射段，加熱到焦化反應所需的溫度（500 左右），再通過四通閥由下部進入焦炭塔，進行焦化反應。為防止油在爐管內反應結焦，需向爐管內注水，以加大管內流速（一般為2m/s以上），縮短油在管內的停留時間，注水量約為原料油的2%左右。進入焦炭塔的高壓渣油，需在塔內停留足夠時間，以便進行充分反應。4.原料在焦炭塔內反應生成焦炭聚積在焦炭塔內，油氣從焦炭塔頂出來進入分餾塔，與原料油換熱后，經過分餾得到氣體、汽油、柴油和蠟油。塔底循環(huán)油和原料一起再進行焦化反應。焦化生成的焦炭留在焦炭塔內，通過水力除焦從塔內

7、排出。焦炭塔是兩臺一組。每套延遲焦化裝置中有的是一組(兩臺)，有的是兩組(四臺)焦炭塔。兩組塔既可單獨操作，又可并聯操作，在每組塔中，一臺塔在反應生焦時，另一臺則處于除焦階段。即當一臺塔內焦炭積聚到一定高度時（一般為塔高的2/3左右高度時）進行切換，切換后通入蒸氣除去輕質烴類并注水冷卻，然后除焦。每臺塔的切換周期一般為48小時，其中結焦24小時，除焦及其它輔助操作24小時。延遲焦化裝置所產氣體、汽油，分別用氣體壓縮機和泵送入吸收穩(wěn)定部分進行分離得到干氣及液化氣，并使汽油的蒸汽壓合格；柴油需要加氫精制；蠟油可作為催化裂化原料或燃料油。延遲焦化裝置的主要矛盾在于：使用的原料為重質油，容易結焦，但希

8、望它在焦炭塔中結焦，而不希望它在加熱爐、轉油線、焦炭塔餾出線和分餾塔底等處結焦。這個矛盾解決了，就可以操作平穩(wěn)，延長開工周期。為了解決這個矛盾，在流程設計上就要考慮采取措施。如：在原料油進加熱爐輻射管之前，注入蒸汽或軟化水，以加大原料油在爐管中的流速；在分餾塔底設循環(huán)油泵，并在泵入口加過濾器，濾掉焦炭塔油氣帶來的粉焦。主分餾塔Mainfractionator進料Freshfeed粗汽油 raw gasoline氣體gas柴油diesel oil 蠟油wax oil焦炭塔coketower焦碳coke流程框圖焦炭塔是用厚鍋爐鋼板制成的空筒，是進行焦化反應的場所。一般焦炭塔的高度在30米以下為宜。

9、太高則操作時易產生振動或損壞塔壁，又浪費鋼材。三、延遲焦化過程的主要設備（一）焦炭塔塔的頂部設有除焦口、油氣出口；塔側設有料面指示計口： 延遲焦化的化學反應主要是在焦炭塔內進行，生成的焦炭也都積存在此塔內。隨著油料的不斷引入，焦層逐漸升高；為了防止泡沫層沖出塔頂而引起油氣管線及分餾塔的結焦，在焦炭塔的不同高度位置，裝有能監(jiān)測焦炭高度的料位計。塔底部為錐形，錐體底端為排焦口，正常生產時用法蘭蓋封死，排焦時打開。在運轉中，分餾塔有時也會出現結焦現象，為此需控制塔底溫度不超過400，并采用塔底油循環(huán)過濾的方法濾去焦粉和加強液體的流動來加以防止。（二）水力除焦設備焦炭塔是輪換使用的，即當一個塔內焦炭聚

10、結到一定高度時，通過四通閥將原料切換到另一個焦炭塔聚結焦炭的焦炭塔先用蒸汽冷卻，然后進行水力除焦。目前的除焦設備都已采用高壓水力除焦法。除焦用水力除焦法，即采用118MPa高壓水除焦。余下的焦炭落入焦池，同時用橋式起重抓斗送到別處存放或裝車外運。除焦原理：由高壓水泵輸送的高壓水，經過水龍帶、鉆桿到水力切焦器的噴嘴，從水力切焦器噴嘴噴出的高壓水形成高壓射流，借高壓射流的強大沖擊力將石油焦切割下來，使之與水一起由塔底流出。鉆桿不斷地升降和轉動，直到把焦炭塔內石油焦全部除凈為止。水力除焦裝置有兩種形式：有井架除焦裝置和無井架除焦裝置。清潔水從進水管進入高位貯水罐，由高壓水泵輸送的高壓水經泵出口管到焦

11、炭塔的頂部，用水龍帶送到水龍頭，進入空心的鉆桿和切焦器。高壓水經切焦器上的噴嘴噴到焦炭塔里，約11.8MPa的高壓水將塔中焦炭切割破碎，水和切割下來的焦炭一同落到焦炭塔底，經28溜槽進入貯焦場。焦場的水經過幾道柵欄流入吸水井，而落入焦場的石油焦用橋氏吊車抓走分開堆放。（三）無焰燃燒爐焦化加熱爐是本裝置的核心設備，其作用是將爐內迅速流動的渣油加熱至500左右的高溫。因此，要求爐內有較高的傳熱速率以保證在短時間內給油提供足夠的熱量，同時要求提供均勻的熱場，防止局部過熱引起爐管結焦。為此，延遲焦化通常采用無焰爐。延遲焦化過程的產品包括氣體、汽油、柴油、蠟油和石油焦。焦化產品的主要性質如下： 氣體 焦

12、化氣體中含有2035%的不飽和烴和30左右的甲烷，是化工和制氫的很好原料，也可作為燃料。 汽油 焦化汽油含有較多的烯輕組分，性能很不安定，辛烷值也很低，質量較差，不能直接作為商品汽油出廠，必須經酸堿洗滌再蒸餾，或經過加氫精制，才能作為出廠商品汽油的調合組分。 柴油 焦化柴油也因其安定性能不好，亦需再次加工才能使用?？珊拖炗突鞜捵鳛榇呋鸦?，也可作催化加氫的原料，進一步生產其它優(yōu)質燃料油。四、延遲焦化過程的產品蠟油 焦化蠟油可供其它二次加工裝置做原料，很少直接出廠。亦可和其它渣油調合作為鍋爐燃料。石油焦 石油焦是焦化裝置的獨有產品，其數量和質量是延遲焦化裝置的主要控制指標。石油焦的用途不同，

13、對石油焦產品質量的要求也不同。一級焦用做冶煉鋼和鋁的工業(yè)電極焦，它的質量要求最為嚴格；二級焦用做一般電極和絕緣材料，一些主要指標同于一級焦標準，但是不如一級焦那么嚴格；三級焦作為冶金工業(yè)的燃料，它的質量要求不高，在一般的延遲焦化工藝條件下都能生產；等外焦則多用于煅燒和民用燃料，無過高質量要求，只控制揮發(fā)分不大于16(揮發(fā)分與原料的含鹽量有關)。石油焦的質量標準第二節(jié) 焦炭塔的塔體變形、開裂及可能產生的腐蝕一、焦炭塔塔體變形焦炭塔塔體由于長期處于冷、熱交變的操作下，受熱應力影響，易發(fā)生塔體鼓脹變形，經對國內八家煉廠的焦炭塔進行調查(88年秋)有5家有明顯變形，變形部位多在塔體下部，塔壁徑向鼓凸，呈糖葫蘆狀。塔壁的鼓凸變形過程如下圖。焦炭塔塔壁變形示意圖勝利煉油廠3號焦炭塔塔壁變形的檢查結果塔體變形的規(guī)律一般規(guī)律是環(huán)縫處直徑小，而環(huán)縫之間直徑大，中下部變化大，頂部較??；中下部東西直徑大，南北直徑小，成為橢圓形狀(1)塔體下封頭筒體環(huán)焊縫以上第二至第四道圈板之間變形最大。(2)塔體環(huán)焊縫處變形較小，多年來基本無變化。(3)塔體變形量達一定數值后，漸趨緩慢。二、焦炭塔塔體焊縫裂紋1裙座焊縫開裂通過對國內八個煉油廠焦炭塔裙座焊縫的調查發(fā)現，發(fā)生裂紋最多的位置是裙座焊縫開裂。裙座焊縫裂紋示意圖 2堵焦閥接管焊縫開裂有四個煉廠，堵焦閥接管焊縫開裂，有的接管內壁焊縫