延遲焦化反應(yīng)部分

2023/1/111延遲焦化反應(yīng)部分張?chǎng)?023/1/112第一節(jié)概述

焦炭化(簡(jiǎn)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(chǎn)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(duì)優(yōu)質(zhì)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(jù)著重要地位。2023/1/113焦化是以貧氫重質(zhì)殘油(如減壓渣油、裂化渣油以及瀝青等)為原料，在高溫(400~500℃)下進(jìn)行深度熱裂化反應(yīng)。通過裂解反應(yīng)，使渣油的一部分轉(zhuǎn)化為氣體烴和輕質(zhì)油品；由于縮合反應(yīng)，使渣油的另一部分轉(zhuǎn)化為焦炭。一方面由于原料重，含相當(dāng)數(shù)量的芳烴，另一方面焦化的反應(yīng)條件更加苛刻，因此縮合反應(yīng)占很大比重，生成焦炭多。2023/1/114煉油工業(yè)中曾經(jīng)用過的焦化方法主要是釜式焦化、平爐焦化、接觸焦化、延遲焦化、流化焦化和靈活焦化等。延遲焦化應(yīng)用最廣泛，是煉油廠提高輕質(zhì)油收率和生產(chǎn)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。2023/1/115延遲焦化是一個(gè)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(zhì)變差(指含硫量增加)、重質(zhì)燃料油消費(fèi)的減少和輕質(zhì)油品需求的增加，焦化能力增加的趨勢(shì)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?．8％~45％或以上，比重指數(shù)為2.20。正由于焦化裝置能處理煉廠各種殘?jiān)锪媳环Q之為煉廠的“垃圾桶”，同時(shí)也是目前煉廠實(shí)現(xiàn)渣油零排放的重要裝置。2023/1/116延遲焦化裝置的作用：將重質(zhì)油餾分經(jīng)裂解，聚合，生成油氣、輕質(zhì)油，中間餾分油和焦炭。工作原理：由于重質(zhì)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(qiáng)度(爐出口溫度500℃)，使油品在加熱爐中短時(shí)間內(nèi)達(dá)到焦化反應(yīng)所需的溫度，然后迅速進(jìn)入焦炭塔，使焦化反應(yīng)不在加熱爐中而延遲到焦炭塔中去進(jìn)行，因此，稱之為延遲焦化。2023/1/117延遲焦化約生產(chǎn)70%的液體產(chǎn)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(jīng)加氫精制等處理后成為產(chǎn)品。2023/1/118第二節(jié)工藝流程2023/1/119一、焦化反應(yīng)化學(xué)原理焦化原料油所含烴類的分子很大，并有相當(dāng)數(shù)量的芳烴。1.裂解反應(yīng)：在高溫(400~550℃)條件下，大分子烴類裂解生成小分子烴類，使渣油轉(zhuǎn)化為氣體烴和輕質(zhì)油品；2.縮合反應(yīng)：烴類又發(fā)生縮合反應(yīng)，使渣油轉(zhuǎn)化成焦炭?？s合反應(yīng)：是指小分子烴類相互作用生成較大分子的化合物，同時(shí)還生成其它小分子的化合物。2023/1/1110

各種烴類在焦化過程中的反應(yīng)是不相同的。烷烴在400~600℃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(zhuǎn)化為芳烴。裂解反應(yīng)示例如下：1.斷鏈2.裂環(huán)2023/1/11113.脫氫縮合反應(yīng)示例如下：芳香烴不易裂解，而易發(fā)生縮合反應(yīng)，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。2023/1/1112二、工藝流程延遲焦化裝置的生產(chǎn)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(shè)有兩個(gè)或四個(gè)焦炭塔，所以整個(gè)生產(chǎn)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(chǎn)規(guī)模而言，有一爐兩塔（焦炭塔）流程、兩爐四塔流程等。2023/1/1113340~350℃500℃左右2023/1/11141.原油預(yù)熱階段：焦化原料(減壓渣油)先進(jìn)入原料緩沖罐，再用泵送入加熱爐對(duì)流段升溫至340~350℃左右。2.經(jīng)預(yù)熱后的原油進(jìn)入分餾塔底，與焦炭塔產(chǎn)出的油氣在分餾塔內(nèi)（塔底溫度不超過400℃）換熱。作用：一方面把原料中的輕質(zhì)油蒸出來，同時(shí)又加熱了原料（至390~395℃左右）。2023/1/11153.原料油和循環(huán)油一起從分餾塔底抽出，用熱油泵打進(jìn)加熱爐輻射段，加熱到焦化反應(yīng)所需的溫度（500℃左右），再通過四通閥由下部進(jìn)入焦炭塔，進(jìn)行焦化反應(yīng)。為防止油在爐管內(nèi)反應(yīng)結(jié)焦，需向爐管內(nèi)注水，以加大管內(nèi)流速（一般為2m/s以上），縮短油在管內(nèi)的停留時(shí)間，注水量約為原料油的2%左右。進(jìn)入焦炭塔的高壓渣油，需在塔內(nèi)停留足夠時(shí)間，以便進(jìn)行充分反應(yīng)。2023/1/11164.原料在焦炭塔內(nèi)反應(yīng)生成焦炭聚積在焦炭塔內(nèi)，油氣從焦炭塔頂出來進(jìn)入分餾塔，與原料油換熱后，經(jīng)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(jìn)行焦化反應(yīng)。焦化生成的焦炭留在焦炭塔內(nèi)，通過水力除焦從塔內(nèi)排出。2023/1/1117焦炭塔是兩臺(tái)一組。每套延遲焦化裝置中有的是一組(兩臺(tái))，有的是兩組(四臺(tái))焦炭塔。兩組塔既可單獨(dú)操作，又可并聯(lián)操作，在每組塔中，一臺(tái)塔在反應(yīng)生焦時(shí)，另一臺(tái)則處于除焦階段。即當(dāng)一臺(tái)塔內(nèi)焦炭積聚到一定高度時(shí)（一般為塔高的2/3左右高度時(shí)）進(jìn)行切換，切換后通入蒸氣除去輕質(zhì)烴類并注水冷卻，然后除焦。每臺(tái)塔的切換周期一般為48小時(shí)，其中結(jié)焦24小時(shí)，除焦及其它輔助操作24小時(shí)。2023/1/1118延遲焦化裝置所產(chǎn)氣體、汽油，分別用氣體壓縮機(jī)和泵送入吸收穩(wěn)定部分進(jìn)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。2023/1/1119延遲焦化裝置的主要矛盾在于：使用的原料為重質(zhì)油，容易結(jié)焦，但希望它在焦炭塔中結(jié)焦，而不希望它在加熱爐、轉(zhuǎn)油線、焦炭塔餾出線和分餾塔底等處結(jié)焦。這個(gè)矛盾解決了，就可以操作平穩(wěn)，延長(zhǎng)開工周期。為了解決這個(gè)矛盾，在流程設(shè)計(jì)上就要考慮采取措施。如：在原料油進(jìn)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(shè)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。2023/1/1120主分餾塔Main

fractionator進(jìn)料Fresh

feed粗汽油rawgasoline氣體gas柴油dieseloil

蠟油waxoil焦炭塔

coke

tower焦碳coke流程框圖2023/1/1121焦炭塔是用厚鍋爐鋼板制成的空筒，是進(jìn)行焦化反應(yīng)的場(chǎng)所。一般焦炭塔的高度在30米以下為宜。太高則操作時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)或損壞塔壁，又浪費(fèi)鋼材。三、延遲焦化過程的主要設(shè)備

（一）焦炭塔2023/1/1122塔的頂部設(shè)有除焦口、油氣出口；塔側(cè)設(shè)有料面指示計(jì)口：延遲焦化的化學(xué)反應(yīng)主要是在焦炭塔內(nèi)進(jìn)行，生成的焦炭也都積存在此塔內(nèi)。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(jié)焦，在焦炭塔的不同高度位置，裝有能監(jiān)測(cè)焦炭高度的料位計(jì)。塔底部為錐形，錐體底端為排焦口，正常生產(chǎn)時(shí)用法蘭蓋封死，排焦時(shí)打開。2023/1/1123在運(yùn)轉(zhuǎn)中，分餾塔有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)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(qiáng)液體的流動(dòng)來加以防止。生產(chǎn)周期：（1）新塔準(zhǔn)備：趕空氣試壓脫水、放瓦斯、油氣預(yù)熱、。（2）切換焦炭塔（3）老塔處理：汽提（少量吃汽）、大量吹汽改放空、給水及放水（4）水冷（5）除焦2023/1/1125（二）水力除焦設(shè)備焦炭塔是輪換使用的，即當(dāng)一個(gè)塔內(nèi)焦炭聚結(jié)到一定高度時(shí)，通過四通閥將原料切換到另一個(gè)焦炭塔．聚結(jié)焦炭的焦炭塔先用蒸汽冷卻，然后進(jìn)行水力除焦。目前的除焦設(shè)備都已采用高壓水力除焦法。除焦用水力除焦法，即采用11．8MPa高壓水除焦。余下的焦炭落入焦池，同時(shí)用橋式起重抓斗送到別處存放或裝車外運(yùn)。2023/1/1126除焦原理：由高壓水泵輸送的高壓水，經(jīng)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(qiáng)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(zhuǎn)動(dòng)，直到把焦炭塔內(nèi)石油焦全部除凈為止。2023/1/1127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(jìn)水管進(jìn)入高位貯水罐，由高壓水泵輸送的高壓水經(jīng)泵出口管到焦炭塔的頂部，用水龍帶送到水龍頭，進(jìn)入空心的鉆桿和切焦器。高壓水經(jīng)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(jīng)28°溜槽進(jìn)入貯焦場(chǎng)。焦場(chǎng)的水經(jīng)過幾道柵欄流入吸水井，而落入焦場(chǎng)的石油焦用橋氏吊車抓走分開堆放。2023/1/11282023/1/1129（三）無焰燃燒爐

焦化加熱爐是本裝置的核心設(shè)備，其作用是將爐內(nèi)迅速流動(dòng)的渣油加熱至500℃左右的高溫。因此，要求爐內(nèi)有較高的傳熱速率以保證在短時(shí)間內(nèi)給油提供足夠的熱量，同時(shí)要求提供均勻的熱場(chǎng)，防止局部過熱引起爐管結(jié)焦。焦化加熱爐的要求：（1）輻射室爐管熱強(qiáng)度周向不均勻系數(shù)小，火焰對(duì)爐管保持均勻加熱；（2）有適宜而均勻的熱強(qiáng)度與停留時(shí)間，要求427℃以上油品停留時(shí)間＜30s；（3）較高的油器冷油流速（＞1.83m/s）；（4）具備多點(diǎn)注汽（或水）、在線清焦功能；（5）爐效率高（＞90%）；（6）連續(xù)運(yùn)行時(shí)間應(yīng)在一年以上。加熱爐組件：輻射室：燃燒室，輻射傳熱，內(nèi)有爐管（橫排），爐管兩段由管板、固定吊架支撐。對(duì)流室：輻射室上方，主要是對(duì)流傳熱；設(shè)置有油加熱管、過熱蒸汽管與注水預(yù)熱管；燃燒器：又名火嘴，有氣火嘴、油火嘴、油氣聯(lián)合火嘴；煙道及煙囪：排煙通道，提供煙氣抽力；彎頭及彎頭箱：彎頭為爐管之間的連接件，多組彎頭集中安放在長(zhǎng)方形彎頭箱內(nèi)；爐墻及鋼架：爐墻由耐火磚砌成，超保溫密封作用，鋼架用來吊掛、支撐爐管。無焰爐火嘴：以燃料氣為燃料，在爐墻的數(shù)萬個(gè)小孔里燃燒，形成極短的火焰（近似無焰），把火嘴磚加熱燒約，形成均勻的發(fā)熱面。立式爐火嘴：沿爐底面爐膛兩側(cè)均勻分布、爐中間有擋墻。立式爐優(yōu)點(diǎn)：金屬耗量小、結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，投資少，操作方便，容易調(diào)節(jié)；無焰爐優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、省鋼材、占地面積小，效率高、無噪音、操作方便、調(diào)節(jié)靈活。加熱爐操作（1）烘爐：除去爐墻中的水分，避免爐墻中存在水而導(dǎo)致高溫下水份氣化、破壞爐壁。烘爐需要嚴(yán)格執(zhí)行升溫曲線，防止超溫超壓。烘爐結(jié)束后要檢查是否存在耐火墻破損。（2）點(diǎn)火：做好燃料氣、油、風(fēng)的配合。（3）正常操作，注意觀察火焰與爐管，及時(shí)調(diào)節(jié)延長(zhǎng)焦化爐運(yùn)行周期的方法：

（1）改進(jìn)爐管材質(zhì)，爐管采用Cr9Mo管材，提高爐管允許使用溫度；（2）加強(qiáng)焦化原料管理：限制原料中高密度、高瀝青質(zhì)含量成分，以防止嚴(yán)重結(jié)焦，控制原料中鈉含量（＜10ug/g），抑制結(jié)垢。（3）加熱爐進(jìn)料與燃燒系統(tǒng)聯(lián)鎖報(bào)警：防止低原料流量導(dǎo)致的爐管過度受熱而結(jié)焦；（4）及時(shí)燒焦及在線清焦加熱爐正常爐管結(jié)焦厚度約7-8mm，當(dāng)爐管結(jié)焦達(dá)4mm以上時(shí)，應(yīng)付導(dǎo)致爐膛溫度顯著上升。對(duì)于Cr5Mo爐管，當(dāng)結(jié)焦厚度超過10mm時(shí)，會(huì)導(dǎo)致爐管彎曲變形。一般要求爐膛溫度不超過800－850℃，爐管壓降低于2MPa。當(dāng)爐管結(jié)焦嚴(yán)重時(shí)，需要停爐燒焦：空氣－蒸汽燒焦。高溫下空氣與焦炭接觸燃燒，利用蒸汽控制燒焦速度并帶走多余熱量，防止局部過熱。氣體在爐管內(nèi)高速流動(dòng)，可以將崩裂、破碎的焦粉與鹽垢帶出爐管。在線清焦：不停爐條件下對(duì)多加熱爐中某一管程進(jìn)行通蒸汽清焦，通過改變蒸汽量和管壁溫度使焦炭剝落，達(dá)到清焦目的。在線清焦效果：可使?fàn)t管表面溫度降低55℃，爐管壓降正常，節(jié)省燃料10%－15%，延長(zhǎng)加熱爐操作周期，每?jī)赡暌韵虏庞每諝馀c蒸氣燒焦一次。2023/1/1139延遲焦化過程的產(chǎn)品包括氣體、汽油、柴油、蠟油和石油焦。焦化產(chǎn)品的主要性質(zhì)如下：氣體焦化氣體中含有20~35%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(zhì)量較差，不能直接作為商品汽油出廠，必須經(jīng)酸堿洗滌再蒸餾，或經(jīng)過加氫精制，才能作為出廠商品汽油的調(diào)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。可和蠟油混煉作為催化裂化原料，也可作催化加氫的原料，進(jìn)一步生產(chǎn)其它優(yōu)質(zhì)燃料油。四、延遲焦化過程的產(chǎn)品2023/1/1140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(diào)合作為鍋爐燃料。石油焦石油焦是焦化裝置的獨(dú)有產(chǎn)品，其數(shù)量和質(zhì)量是延遲焦化裝置的主要控制指標(biāo)。2023/1/11石油化工過程系統(tǒng)概論41第二節(jié)焦炭塔的塔體變形、開裂及可能產(chǎn)生的腐蝕一、焦炭塔塔體變形焦炭塔塔體由于長(zhǎng)期處于冷、熱交變的操作下，受熱應(yīng)力影響，易發(fā)生塔體鼓脹變形，經(jīng)對(duì)國內(nèi)八家煉廠的焦炭塔進(jìn)行調(diào)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。2023/1/11石油化工過程系統(tǒng)概論42焦炭塔塔壁變形示意圖2023/1/11石油化工過程系統(tǒng)概論43勝利煉油廠3號(hào)焦炭塔塔壁變形的

檢查結(jié)果2023/1/11石油化工過程系統(tǒng)概論44塔體變形的規(guī)律(1)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?。恢邢虏繓|西直徑大，南北直徑小，成為橢圓形狀(2)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。(3)塔體環(huán)焊縫處變形較小，多年來基本無變化。(4)塔體變形量達(dá)一定數(shù)值后，漸趨緩慢。2023/1/11石油化工過程系統(tǒng)概論45本章重點(diǎn)1.延遲焦化的作用是什么？2.延遲焦化的工作原理3.工藝流程圖中加入軟化水的作用是什么？反應(yīng)壓力對(duì)焦化產(chǎn)品的分布有什么影響？

反應(yīng)壓力一般指焦炭塔塔頂?shù)牟僮鲏毫?。壓力升高，反?yīng)深度加大，氣體和焦炭收率增加，液體收率下降。壓力太低，不能克服分餾塔及后路系統(tǒng)的阻力。因此原則上在克服系統(tǒng)阻力的條件下，盡可能采用低的反應(yīng)壓力，通常為0.15～0.17MPa(表).什么是循環(huán)比？它對(duì)焦化產(chǎn)品的分布有什么影響？

循環(huán)比是指分餾塔內(nèi)一部分比焦化蠟油重的的循環(huán)油量與原料油量的比值，也有用加熱爐進(jìn)料量與原料油量的比值稱作聯(lián)合循環(huán)比來表示循環(huán)量的大小。

循環(huán)比增加，反應(yīng)深度加大，焦化汽、柴油液體收率隨之增加，而焦化蠟油收率減少，焦炭和焦化氣體收率增加.焦炭塔使用要求有哪些？控