延遲焦化技術(shù)在原油生產(chǎn)中的應(yīng)用

延遲焦化技術(shù)在原油生產(chǎn)中的應(yīng)用

隨著傳統(tǒng)原油可利用量的增加，原油的重質(zhì)化和惡化趨勢日益明顯，尤其是重質(zhì)原油開采和加工技術(shù)的成熟，提高了重油的轉(zhuǎn)化能力和輕油產(chǎn)量。目前,國際油價(jià)波動(dòng)較大,開采加工重質(zhì)原油將具有較好的應(yīng)用前景,預(yù)計(jì)到2020年,重質(zhì)原油的開采量將占世界原油總供應(yīng)量的20%。世界上重油和渣油的主要加工工藝為延遲焦化、溶劑脫瀝青、渣油催化裂化(RFCC)、渣油加氫處理等。在利用后2種工藝處理殘?zhí)抠|(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%、重金屬含量超過100～150μg/g的渣油時(shí),存在催化劑易中毒失活、裝置運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)欠佳等問題。由于延遲焦化工藝成熟,裝置投資費(fèi)用低,能夠加工廉價(jià)的高硫、高氮、高殘?zhí)?、高瀝青質(zhì)和高金屬含量的渣油,也可處理高酸原油、煉廠污油等,同時(shí)又具有柴汽比高的優(yōu)點(diǎn),而且焦化汽油經(jīng)過加氫后,可作為裂解乙烯裝置的最好原料,因此從我國石油煉制工業(yè)技術(shù)的發(fā)展歷程看,延遲焦化工藝作為重油深度加工的主要手段必定將獲得迅速發(fā)展。1原油質(zhì)量分?jǐn)?shù)高,相對密度小我國生產(chǎn)的原油一般偏重。在大慶原油中,350℃以下的餾分僅占26%,500℃以上的減壓渣油幾乎占50%;而勝利油田產(chǎn)出的原油比大慶原油更重。近年來,新開發(fā)的新疆九區(qū)油田、塔河油田、遼河歡喜嶺油田、曙光油田、單家寺油田等采出的原油屬于重質(zhì)或超重質(zhì)原油,其中減壓渣油質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)70%。根據(jù)報(bào)道,全球常規(guī)原油中重質(zhì)油的比例不斷增加,原油相對密度(API)大于35的輕質(zhì)原油約占30%,API為26～35的中質(zhì)原油約占56%,API為10～26的重質(zhì)原油約占14%。根據(jù)中國石油和化學(xué)聯(lián)合會公布的數(shù)據(jù)顯示,2010年我國石油對外依存度超過55%,原油進(jìn)口主要集中在中東、非洲、南美等地,進(jìn)口原油的減壓渣油約占30%。2延遲焦化工藝的優(yōu)勢2.1渣油加氫裂化裝置若延遲焦化和加氫裂化的原料為沙特輕質(zhì)和重質(zhì)混合原油的減壓渣油,渣油催化裂化的原料為沙特輕質(zhì)原油的常壓渣油,對于具有相同加工能力的延遲焦化(以此為基準(zhǔn))、RFCC和渣油加氫裂化裝置而言,固定投資費(fèi)用依次為1.0,1.3,2.1;投資償還率依次為85%,60%,55%?？梢娗罢咴谕顿Y費(fèi)用和償還率方面均具有一定優(yōu)勢。2.2采用微油加工手段由于延遲焦化工藝具有原料適應(yīng)范圍廣、輕油收率高、投資和操作費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),已成為當(dāng)今各煉油廠渣油特別是劣質(zhì)渣油的加工手段,可加工包括直餾渣油、裂解焦油、脫油瀝青、煤焦油、澄清油、減黏渣油等多種原料,以提高輕質(zhì)油收率。部分延遲焦化裝置加工渣油的性質(zhì)如表1所示。2.3世界重油加工裝置的轉(zhuǎn)化程度及資源原油中絕大部分的雜質(zhì)(如硫、氮、鎳、釩、瀝青質(zhì)等)集中在渣油中,特別是含硫原油往往伴隨有更高的重金屬含量(釩、鎳等)和瀝青質(zhì)含量,必將導(dǎo)致含硫原油及渣油的深加工更為困難和復(fù)雜。在渣油加工工藝中,減黏裂化工藝主要用于降低渣油黏度和生產(chǎn)重質(zhì)燃料油,其轉(zhuǎn)化深度較淺,僅能生產(chǎn)出極少量的輕質(zhì)油品。溶劑脫瀝青工藝為物理分離過程,不會發(fā)生渣油的輕質(zhì)化反應(yīng)。固定床渣油加氫工藝主要用于脫除渣油中的硫、氮、金屬等雜質(zhì),一般要求進(jìn)料的金屬含量小于150μg/g,并增加一部分氫,其轉(zhuǎn)化程度不超過50%,加氫后的渣油仍需經(jīng)過焦化或催化裂化工藝進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油品。重油催化裂化裝置僅能處理低金屬、低硫和低殘?zhí)康脑?一般要求進(jìn)料殘?zhí)抠|(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%,金屬含量小于30μg/g。由表2可知,世界重油加工能力已超過原油加工能力的20%,延遲焦化、減黏裂化、RFCC等非臨氫工藝依然是最主要的重油轉(zhuǎn)化技術(shù),其中約30%的渣油是通過焦化工藝加工的,加氫過程所占比例較低。由表3可知,在我國煉油行業(yè)中,重油加工能力的增長最為明顯,延遲焦化裝置加工能力由2002年的1350Mt/a增加到2009年的3890Mt/a,說明重質(zhì)燃料油市場正在逐步萎縮。3延長焦化工藝技術(shù)進(jìn)展3.1經(jīng)濟(jì)效益分析裝置的大型化是煉油化工發(fā)展的必然趨勢,其優(yōu)點(diǎn)在于充分利用資源的條件下,以最低的投資和操作成本獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。目前,我國最大的延遲焦化裝置處理量為420萬t/a(中海油惠州煉油廠),單套為210萬t/a,單套處理能力位列世界第二,而世界上最大規(guī)模焦化處理量為美國Exxon-Mobil公司的貝湯煉油廠,單套處理量為2.20Mt/a。3.2延遲焦化裝置縮短生焦周期有利于提高裝置的處理量。目前,我國延遲焦化裝置生焦周期為20～24h,國外生焦周期為14h,也有個(gè)別公司嘗試采用12h。鎮(zhèn)海煉化和長嶺石化曾采用18h生焦周期。3.3延遲焦化裝置除焦過程是延遲焦化操作中煩瑣、耗時(shí)和耗能的工序。水力除焦工藝分為有井架、無井架和半井架3種方式。作為焦化生產(chǎn)中的最后一道工序,盡管已對有井架除焦工藝進(jìn)行了改進(jìn),但是除焦時(shí)間依然超過3h,很大程度上影響了裝置的加工量。因此,美國CokertechLLC公司開發(fā)出改進(jìn)型延遲焦化裝置生產(chǎn)工藝。該技術(shù)省略了常規(guī)延遲焦化的冷焦、水利除焦以及拆卸、安裝焦炭塔頂蓋和底蓋等工序,縮短除焦時(shí)間6h,不但節(jié)省了因水力除焦系統(tǒng)所帶來的安裝、維修等費(fèi)用,而且避免了焦炭塔因頻繁經(jīng)歷冷熱變化所帶來塔體的安全隱患。其主要技術(shù)是在482℃的操作溫度下,焦炭塔內(nèi)生成可流動(dòng)的粉狀焦炭,通過頂部注入蒸汽,焦炭在壓力推動(dòng)下向下移動(dòng),經(jīng)過焦炭塔底配置的帶有過濾網(wǎng)(壓碎機(jī))的閥門,使焦炭顆粒直徑均小于25.4mm,這樣顆粒狀焦炭通過換熱降低焦粉溫度,滿足露天堆放焦粉的要求。其產(chǎn)品質(zhì)量及收率見表4。3.4冷焦水密閉循環(huán)處理工藝最初的焦炭冷焦水的處理過程,每個(gè)環(huán)節(jié)基本與大氣相通,有害物質(zhì)未經(jīng)處理直接排放至大氣層中,不但污染環(huán)境,而且危害操作人員的健康。針對冷焦水的污染問題,鎮(zhèn)海煉化開發(fā)出冷焦水密閉循環(huán)處理工藝。該技術(shù)集成了液-液混合注水降溫技術(shù)、焦粉-重油-水三相分離技術(shù)和空冷器密閉冷卻技術(shù)處理冷焦水,實(shí)現(xiàn)了焦化冷焦水的密閉處理。項(xiàng)目實(shí)施后,凈化后的冷焦水平均含油質(zhì)量濃度由原來的1306mg/L降至150mg/L,去除率達(dá)到87%左右;同時(shí)也降低了污水中的烴類、硫化物含量,作業(yè)環(huán)境的空氣質(zhì)量得到明顯改善。改造前后具體結(jié)果對比如表5所示。類似的冷焦水密閉處理技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于廣州石化、燕山石化、長嶺石化、揚(yáng)子石化、上海石化等延遲焦化裝置上。3.5確保焦炭塔預(yù)熱均勻延遲焦化裝置屬間歇式操作,焦炭塔生焦完畢,需要將塔由80℃預(yù)熱至320℃以上,在此過程中產(chǎn)生大量的預(yù)熱油。首先,將甩油罐頂去接觸冷卻塔閥稍開,然后再打開塔底甩油閥,最后打開生產(chǎn)塔油氣去新塔隔斷閥,緩慢預(yù)熱新塔。接觸冷卻塔入口油氣溫度達(dá)150℃后,關(guān)閉前者,待新塔與生產(chǎn)塔壓力平衡后,打開甩油罐頂去分餾塔閥,再多次、緩慢逐漸打開新塔油氣隔斷閥。這樣,在保證焦炭塔預(yù)熱均勻的情況下,既降低了焦炭塔泄漏率,又減少了產(chǎn)生的預(yù)熱油量。焦炭塔在預(yù)熱、冷焦過程中,部分高溫油氣進(jìn)入接觸冷卻塔,由回流油吸收成為塔底油。這部分塔底油性質(zhì)較差,黏度高,相對密度大,焦粉含量高,處理困難,回?zé)捴练逐s塔同樣會影響分餾塔的正常操作。為合理地處理、回收這部分塔底油,鎮(zhèn)海煉化通過優(yōu)化工藝流程,將塔底油及部分預(yù)熱時(shí)產(chǎn)生的污油先送至污油罐做進(jìn)一步的脫水處理,之后將所有污油作為急冷油回?zé)捴两固克?.6乙烯裂解原料煉油-化工一體化的發(fā)展,賦予了延遲焦化特殊的地位,其生產(chǎn)的石腦油經(jīng)過加氫精制后可作為良好的裂解制乙烯原料。目前世界乙烯工業(yè)使用的原料主要有乙烷、丙烷、丁烷、液化石油氣、凝析油、石腦油、加氫裂化尾油及柴油。其中乙烷和石腦油是乙烯裂解所需的最好原料。國內(nèi)乙烯原料受輕烴資源的限制,以石腦油為主,雖然還需相當(dāng)數(shù)量的加氫裂化尾油以及柴油,但成本過高。延遲焦化可通過加工不同性質(zhì)的原料,得到13%～18%的焦化石腦油。采用常規(guī)的焦化石腦油加氫技術(shù)后,可以將石腦油產(chǎn)品中烯烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至5%以下,芳烴指數(shù)達(dá)到10左右,是優(yōu)質(zhì)的裂解制乙烯原料。3.7循環(huán)流化床鍋爐cfb石油焦是延遲焦化裝置的固體產(chǎn)品。隨著我國原油加工量的增加及原油日趨重質(zhì)化,石油焦的產(chǎn)量不斷增加,促使一些焦化裝置在特定的操作條件下生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)石油焦。石油焦中附加值最高的是針狀焦,錦州石化已擁有5萬t/a的產(chǎn)能。對于含硫(質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于3%)的石油焦主要作為循環(huán)流化床鍋爐(CFB)的燃料。鎮(zhèn)海煉化為解決焦化裝置加工高含硫渣油生產(chǎn)的石油焦,引進(jìn)美國Foster-Wheeler公司的CFB技術(shù)。采用2臺220t/hCFB鍋爐,并配備2臺25MW發(fā)電機(jī)組。在實(shí)際運(yùn)行中,不僅能夠滿足SO2排放量小于400mg/m3的環(huán)保要求,而且在鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí),根據(jù)外購電及原有電站的發(fā)氣成本計(jì)算,每年可產(chǎn)生近1.2億元的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí),該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于中國諸多企業(yè)。3.8機(jī)械清焦技術(shù)加熱爐是實(shí)現(xiàn)延遲焦化裝置長周期、平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。常規(guī)延遲焦化加熱爐的出口溫度為490～510℃,長周期運(yùn)行易導(dǎo)致所加熱的重質(zhì)渣油在爐管內(nèi)結(jié)焦。國內(nèi)傳統(tǒng)的爐管除焦技術(shù)是空氣-蒸汽燒焦法。該技術(shù)是在一定爐膛溫度下,通過調(diào)整注入爐管內(nèi)的蒸汽量和空氣量,使?fàn)t管內(nèi)的焦層與氧氣緩慢燃燒,從而達(dá)到清除目的。此方法不但需要較長的時(shí)間(清焦時(shí)間為24～48h),而且加速爐管內(nèi)表面的老化,降低其使用壽命。機(jī)械清焦技術(shù)則采用不同大小和類型的清管器,用水推動(dòng)其在爐管內(nèi)運(yùn)動(dòng),裝在清管器上的附件(螺釘)將附著在爐管內(nèi)壁上的焦層及鹽垢刮掉,再利用水將刮掉的焦塊和鹽垢攜帶出爐管并收集至桶內(nèi)。與傳統(tǒng)的燒焦方法相比,其用時(shí)短(清焦時(shí)間為18～24h),勞動(dòng)強(qiáng)度低,并且不會對環(huán)境造成污染。此項(xiàng)技術(shù)已成功應(yīng)用于洛陽石化和鎮(zhèn)海煉化的延遲焦化裝置上。上述2項(xiàng)加熱爐爐管除焦技術(shù)均需要在加熱爐停工情況下操作。在線清焦技術(shù)是在加熱爐不停爐的情況下對爐管內(nèi)結(jié)焦進(jìn)行清除操作。利用爐管金屬與焦層的熱膨脹系數(shù)不同,通過快速升高焦層溫度及降低爐管溫度,使得焦炭層與爐管剝離,達(dá)到除焦的目的。該技術(shù)消除了制約加熱爐長周期運(yùn)行的瓶頸,提高了延遲焦化的處理能力,有效地解決了因加熱爐停工燒焦所帶來的加工量損失,經(jīng)濟(jì)效益顯著。較為成熟的在線清焦技術(shù)是美國Foster-Wheeler公司開發(fā)的FW-Langseth技術(shù)。該技術(shù)已成功應(yīng)用于海灣地區(qū)、加利福尼亞