延遲焦化技術(shù)的研究進(jìn)展

延遲焦化技術(shù)的研究進(jìn)展

原油加工過程中，減壓渣油占產(chǎn)品的質(zhì)量比為40%50%。如何充分利用這些渣油，將其轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)輕油，是整改企業(yè)面臨的一個(gè)重要問題。目前,減壓渣油的加工通常采用延遲焦化技術(shù)或溶劑脫瀝青技術(shù)。本文主要探討這2種技術(shù)的典型工藝及其進(jìn)展,為生產(chǎn)提供一定的參考。1認(rèn)同社會主義俄羅斯能源投資立法,“焦化工藝是一種重要的渣油熱加工過程,包括延遲焦化、釜式焦化、平爐焦化、流化焦化、靈活焦化等。由于延遲焦化成本低,轉(zhuǎn)化率較高(70%～75%),投資回報(bào)率高,而且對原料的重金屬、瀝青質(zhì)等含量要求不高,因此該工藝已成為世界各煉油廠應(yīng)用最為廣泛的渣油加工技術(shù)之一。近年來,延遲焦化技術(shù)的研究和改進(jìn)主要集中于提高液體收率,減少焦炭和氣體收率,提高石油焦質(zhì)量,開發(fā)延遲焦化組合工藝等幾個(gè)方面。由于延遲焦化加工量大,若液體收率提高1%,就可帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益,因此提高延遲焦化的液體收率一直是研究的主要目標(biāo)。1.1循環(huán)比調(diào)節(jié)工藝可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比工藝是中國石化洛陽石化工程公司針對國內(nèi)焦化裝置不能實(shí)現(xiàn)小循環(huán)比操作而開發(fā)的新工藝。傳統(tǒng)工藝與可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比工藝(見圖1)相比,后者原料不進(jìn)分餾塔,而是將分餾塔底部改為循環(huán)油抽出,循環(huán)比的調(diào)節(jié)直接由循環(huán)油與原料油在罐中混合控制,反應(yīng)油氣熱量在分餾塔內(nèi)采用經(jīng)換熱后的冷循環(huán)換熱。可調(diào)節(jié)循環(huán)比工藝技術(shù)的使用,使焦化裝置可在不同循環(huán)比下生產(chǎn),能靈活調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或處理量,使裝置能夠更加安全平穩(wěn)運(yùn)行。1.2延遲焦化裝置美國FosterWheeler公司是世界上設(shè)計(jì)延遲焦化裝置最多的公司之一。該公司新開發(fā)的SYDEC工藝,保持了原延遲焦化工藝流程,特點(diǎn)是在低壓(0.103MPa)和超低循環(huán)比(0.05)的條件下,按最大液體收率方案操作,典型的產(chǎn)品收率見表1。美國Valero煉制公司得克薩斯煉油廠的248萬t/a延遲焦化裝置于2003年底投產(chǎn),裝置采用了SYDEC工藝。該廠主要加工墨西哥重質(zhì)原油和高含硫瑪亞重質(zhì)油,當(dāng)以瑪亞減壓渣油和中東原油瀝青混合物為原料時(shí),原料費(fèi)用減小1美元/桶以上,投資償還率提高3%。除了工藝的改進(jìn)之外,延遲焦化也逐漸向裝置大型化、焦炭塔大型化、控制系統(tǒng)先進(jìn)化方向發(fā)展。另外,縮短生焦周期也是大勢所趨。我國延遲焦化裝置循環(huán)周期約為24h,而國外一般為16～20h,一些裝置為14～15h(如美國洛杉磯煉油廠延遲焦化裝置),還有一些裝置甚至可以達(dá)到12h(如美國瓦爾丁煉油廠的延遲焦化裝置)。1.3高硫原油數(shù)量對高硫石油焦產(chǎn)量的影響延遲焦化工藝的缺點(diǎn)是產(chǎn)生的石油焦中含有不易處理的硫焦。近年來,隨著高硫原油數(shù)量的增加,高硫石油焦的產(chǎn)量越來越大。目前,采用石油焦循環(huán)流化床(CFB)鍋爐和氣電一體化聯(lián)合裝置(IGCC)技術(shù)解決此問題。1.3.1燃燒與燃燒處理成分的控制CFB鍋爐由于能用各種不同燃料,且自身具有較好的脫硫效果,熱效率高,負(fù)荷調(diào)節(jié)比大,自20世紀(jì)80年代中期,在國外獲得了迅速發(fā)展,在國內(nèi)也日益受到重視。CFB鍋爐的基本原理是燃燒時(shí)空氣經(jīng)過固體燃料顆粒床層,在爐內(nèi)氣固兩相的滑動速度較大,床層內(nèi)有良好的內(nèi)部循環(huán),傳熱傳質(zhì)效果較好,在整個(gè)床層內(nèi)部達(dá)到均勻的溫度分布和快速燃燒反應(yīng)。細(xì)顆粒在燃燒的同時(shí)被氣流帶出床層,經(jīng)分離器、回料裝置后返回。因此,整個(gè)CFB鍋爐的燃燒效率較高,據(jù)介紹可超過99%,而一般鍋爐效率僅達(dá)92%,且由于床層內(nèi)燃燒溫度低,煙氣中NOx含量較少;床內(nèi)溫度對投入石灰石脫硫劑的煅燒反應(yīng)以及SO2和CaO的固硫反應(yīng)特別合適。因此,在相同脫硫效果下,其設(shè)備投資較少。中國石化鎮(zhèn)海煉化公司為解決焦化裝置加工含硫渣油中硫焦,引進(jìn)由FosterWheeler公司開發(fā)的CFB技術(shù),采用延遲焦化-循環(huán)流化床鍋爐組合方案,采用2臺220t/hCFB鍋爐,配備2臺25MW發(fā)電機(jī)組。在加工中將含硫石油焦和石灰石連續(xù)送入燃燒室,石灰石用量根據(jù)焦炭硫含量而定,以控制SO2排放。在實(shí)際運(yùn)行中,能夠滿足SO2排放小于400mg/m3的環(huán)保要求。CFB鍋爐工藝在我國加工含硫原油的煉油廠中已占有一席之地,但投資過大,經(jīng)濟(jì)性也有待提高。另外,國內(nèi)沒有燒硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于6%高硫焦的CFB鍋爐加工經(jīng)驗(yàn)。因此對該工藝還需要深入探索和研究。1.3.2其他化工原料IGCC方案是將氣化技術(shù)和高效循環(huán)發(fā)電裝置結(jié)合起來的先進(jìn)發(fā)電系統(tǒng),一般由氣化和發(fā)電兩部分組成。石油焦氣化工藝是將石油焦經(jīng)氣化生產(chǎn)合成氣,用于發(fā)電或生產(chǎn)蒸汽,或?qū)⒑铣蓺膺M(jìn)一步處理,生產(chǎn)合成氨、甲醇、氫氣等化工原料。美國的MotivaDelaware公司、ExxonBaytown公司、Cofferville公司等已擁有IGCC裝置,并以石油焦為原料。石油焦氣化工藝的缺點(diǎn)是投資較高,但由于技術(shù)進(jìn)步,IGCC工藝的投資已大幅度下降,由過去的1500～2500美元/kW,下降到目前的850～950美元/kW。因此,石油焦氣化與供氫、供汽、供電、化工生產(chǎn)相結(jié)合的高硫焦利用方案,在環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)格、電價(jià)較高的地區(qū),極具有應(yīng)用價(jià)值。2溶劑脫瀝青技術(shù)溶劑脫瀝青技術(shù)能使渣油中的瀝青質(zhì)、金屬等濃縮于瀝青中,所得到的脫瀝青油具有雜質(zhì)含量低、裂化性能好等特點(diǎn),且其副產(chǎn)品脫油瀝青是制取瀝青產(chǎn)品或造氣的較好原料,因此近年來溶劑脫瀝青技術(shù)在含硫渣油加工中的應(yīng)用日益受到重視。2.1國外溶劑脫瀝技術(shù)國外比較有代表性的脫瀝青工藝為美國Kellogg公司開發(fā)的超臨界抽提(ROSE)工藝和美國UOP公司開發(fā)的Demex工藝。2.1.1脫瀝青油分離塔采用梨酒發(fā)酵工藝ROSE工藝最初由美國Kerr-MCGee公司開發(fā)成功。該工藝以丙烷至己烷作溶劑,常壓渣油或減壓渣油為原料,脫瀝青油的質(zhì)量較差,比較適用于對脫瀝青油的質(zhì)量要求不高的催化裂化原料。ROSE工藝流程如圖2所示。現(xiàn)有的工業(yè)化ROSE裝置多以戊烷作溶劑,獲得催化裂化和加氫裂化原料,而用丙烷作溶劑獲取殘?jiān)鼭櫥土系腞OSE工業(yè)化裝置只有5或6套。1996年,Kellogg公司購買ROSE技術(shù)后,與Koch工程有限公司合作改進(jìn)該廠分離塔,在瀝青分離塔和脫瀝青油分離塔中使用ROSE技術(shù),以提高處理能力。運(yùn)用該技術(shù)后,選用高效規(guī)整填料替代原亂堆填料,用低壓降進(jìn)料分配器取代高壓降進(jìn)料分配器,改善了萃取效果。該套設(shè)備原設(shè)計(jì)處理能力為1.65Mt/a,用新技術(shù)改造后,加工能力提高26.6%,溶劑循環(huán)速度提高16.6%,溶劑蒸發(fā)損失即回收溶劑帶油體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降36%。2.1.2靜態(tài)混合器沉降塔分離瀝青ROSE裝置多以獲取催化裂化和加氫裂化原料為目的,而UOP公司的Demex工藝則以生產(chǎn)輕質(zhì)油為目的。Demex工藝采用以較重的烷烴為溶劑(如丁烷或丁烷、戊烷混合物),以沉降法兩段脫瀝青工藝為基礎(chǔ),應(yīng)用靜態(tài)混合器(沉降塔)實(shí)現(xiàn)減壓渣油的分離。該工藝具有設(shè)備簡單、操作費(fèi)用低的特點(diǎn)。其流程見圖3。Demex與Rose脫瀝青工藝過程的區(qū)別在于:(1)前者溶劑增壓泵位于脫膠質(zhì)塔之后,超臨界壓力較高,因而瀝青分離塔及脫膠質(zhì)塔壓力都較低,而后者增壓泵位于脫膠質(zhì)塔之前,因而瀝青分離塔及脫膠質(zhì)塔壓力都較高;(2)前者脫膠質(zhì)塔塔底膠質(zhì)有一部分循環(huán)回瀝青分離塔,而后者分離出來的膠質(zhì)全部作為產(chǎn)品采出;(3)前者綜合能耗低于后者。另外,國外工業(yè)化的溶劑脫瀝青工藝還有FosterWheeler公司開發(fā)的LEDA工藝和法國石油研究院開發(fā)的Solvahl工藝。表3是這幾種工藝的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比。2.2部分溶劑脫瀝青裝置的能耗國內(nèi)許多煉油廠也建有溶劑脫瀝青裝置,但在工藝技術(shù)、設(shè)備以及熱量利用方面還需要不斷完善和提高。表4是2003年國內(nèi)部分溶劑脫瀝青裝置的生產(chǎn)概況,與國外先進(jìn)溶劑脫瀝青工藝相比,裝置能耗仍然偏高。超臨界溶劑脫瀝青技術(shù)的出現(xiàn),降低了溶劑脫瀝青的操作費(fèi)用,使其成為成本最低、能效最高的渣油加工技術(shù)。目前,渣油超臨界溶劑脫瀝青裝置的投資既低于延遲焦化、渣油催化裂化,更低于渣油加氫,因而提高了煉油廠對渣油脫瀝青技術(shù)的使用興趣。3裂化、焦化、溶劑脫瀝青技術(shù)隨著進(jìn)口原油的增加,我國面臨加工大量高重金屬、高硫含量的原油(如中東原油以及拉丁美洲原油等)。原油輕質(zhì)餾分的加工方案所采用的技術(shù)大同小異,區(qū)別主要在于減壓渣油的加工方案。國內(nèi)一般用重油催化裂化作為油品輕質(zhì)化的手段,經(jīng)濟(jì)效益也好。但這種手段不適合加工高硫、高金屬的劣質(zhì)原油,因?yàn)闇p壓渣油中重金屬、殘?zhí)?、氮等含量特別高。筆者以為開發(fā)符合我國國情的減壓渣油加工工藝具有現(xiàn)實(shí)意義。延遲焦化技