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1、焦化装置掺炼脱油沥青工艺操作分析焦继霞 袁选民 万生瑶 （中国石油兰州石化公司 炼油厂，甘肃 兰州 730060） 摘要 延迟焦化装置掺炼沥青在国内实属首例，分析了延迟焦化装置原料掺炼沥青之后，对工艺操作参数带来的影响，原料性质发生变化之后，产品质量及产品收率所发生的变化，具体分析了这些变化所带来的影响及如何进行工艺操作的调整。关键词：焦化原料减压渣油 掺炼沥青 原料性质 1 前言：自从“十五”计划调整原油结构后，由于南疆渣油的加工比例增加，减压渣油整体性质变差，主要表现为重金属含量较高、残炭上升，使得重油催化装置的掺炼比例明显下降。兰州石化公司延迟焦化装置正是依据“十五”计划的安排，为提高公
2、司炼油系统重油加工深度，进一步调整产品结构，降低黑色产品产量，同时最大限度地降低炼油加工成本，提高炼油系统的经济效益，在此基础上建成投产。延迟焦化装置自开工以来，冬季由于脱油沥青销路不好，公司指示焦化装置掺炼一部分脱油沥青，焦化装置第一生产周期共计掺炼脱油沥青68047吨，掺炼时数为2832小时，掺炼沥青比例达14.8%，而设计掺炼量不超过9.17%，焦化装置掺炼脱油沥青在国内实属首例，由于原料掺炼比例及性质的复杂性，给焦化装置的正常操作带来一定的影响，通过一年来装置操作运行情况的摸索，对装置掺炼沥青从混合原料性质、工艺操作条件、产品收率等进行了定性的分析，寻找规律优化操作，保证焦化装置的安全
3、、平稳运行。2 延迟焦化工艺及原料反应特点2.1 延迟焦化工艺焦化是以渣油或类似渣油的污油、原油为原料，通过加热炉快速加热到一定的温度500OC后进入焦炭塔，在塔内适宜的温度、压力条件下发生裂解、缩合反应，生成气体、汽油、柴油、蜡油、循环油组分和焦炭的工艺过程。延迟焦化是使焦化的结焦反应不在加热炉中进行，而是使之延迟到焦炭塔中进行。2.2 焦化原料的反应特点 焦化原料油是以碳、氢、硫、氮、氧为主要元素的大分子（分子量约为5001000）烃类混合物，热转化过程中发生的化学反应是：大分子转化为小分子的吸热的裂化反应，小分子转化为大分子的放热的缩合反应，裂化反应的活化能约为:167KJ/MOL,缩合
4、反应的活化能约为:209KJ/MOL,当原料被加热时,裂化反应比缩合反应优先发生，开始裂化反应占主导地位，随着温度的升高裂化反应逐渐由主导地位转化为次要地位，缩合反应占主导地位，随着渣油转化反应的不断进行，渣油中的部分物质转化为轻质油品，部分物质转化为焦碳。渣油热转化反应是一种非常复杂的裂化和缩合相平衡的顺序反应，很难用化学反应方程式来表达。通常采用渣油的残炭值和组分的含量来判断原料的好坏及产品分布情况,沥青质含量高或渣油残炭值高的渣油容易结焦，生焦率较高，轻油收率较低。3 延迟焦化装置操作对原料的要求本装置处理减压渣油、催化油浆、脱油沥青、溶剂精制抽出油，生产实际中混合原料掺炼沥青比例高于设
5、计值，现将掺炼比例列于下表 混合原料掺炼比例一览表项目混合原料掺炼比例减压渣油催化油浆溶剂精制抽出油脱油沥青设计66.3612.379.17生产实际601009.2512.3614.8由上表见，本装置脱油沥青掺炼量在焦化实际生产中高于设计值5.63个单位，；掺炼量大时高达18%，沥青的化学组成主要是由大分子胶质和沥青质组成，组分性质差，粘度大，残炭值高，掺炼至减压渣油中后，使整个混合原料的性质变差，故对整个焦化工艺操作的影响较大。4. 焦化原料掺炼沥青，主要从原料性质、操作条件和产品收率三方面来进行技术分析： 延迟焦化装置自开工后，根据公司要求于2005年8月开始在原料中掺炼沥青。通过2006
6、年2月及3月原料组成的变化从原料性质、操作条件和产品收率三方面做进行技术分析. 4.1 原料组成变化带来的原料性质变化对比分析2006年2月份原料减压渣油掺炼沥青情况与3月份原料减压渣油性质取数据列表进行对比分析混合原料性质对比表序号原料：减压渣油掺炼沥青（2月）原料：减压渣油（3月）密度黏度残炭硫含量密度黏度残炭硫含量Kg/m3mm2/s(m)%(m)%Kg/cm3mm2/s(m)%(m)%197052015.690.5496539814.4110.37297577116.240.5197531713.6030.32397564216.4460.5297540515.2940.5149756
7、0817.1650.4597552015.580.24597555415.7620.4797538514.6430.34697557416.340.4897541914.1270.36797558815.7320.3997546614.860.65897550015.0910.2497535815.166997049615.24597537814.2340.461097555415.0670.4697533714.3521197555415.6610.3997527014.2590.351297563516.34965279130.391397550715.6610.3296533413.06
8、80.431497540516.0780.3397521011.3160.391597543913.8910.3297021013.4310.44AV97455615.7697235214.12注：AV为平均值 分别从2006年2月份和3月份原料分析中取15组数据进行对比分析如下，1）从2、3月份原料对比表可以看出，原料加工减压渣油时，密度平均值为972Kg/m3；原料减压渣油掺炼沥青时，原料密度平均值为974.Kg/m3，加工减压渣油原料密度的平均值比原料掺炼沥青时低2个单位,由此可见,原料掺炼沥青后原料的组分变重,性质变差;2）从2、3月份原料对比表可以看出，原料加工减压渣油时粘度平均值为
9、352.4 mm2/s,掺炼脱油沥青以后，原料的粘度平均值为556.47mm2/s， 原料掺炼沥青后粘度增加204.07个单位，由此说明,原料掺炼沥青后组分变重,性质变差;3）从2、3月份混合原料对比表可以看出，原料加工减压渣油时残炭平均值为15.76%,掺炼脱油沥青以后，残炭平均值为14.12%, 原料掺炼沥青后残炭值增加1.64个单位，由此说明,原料掺炼沥青后组分变重,性质变差;4.2 焦化工艺操作条件分析 1.原料与焦化循环比的关系 循环比一种是进加热炉的总流量(或辐射进料量),和新鲜原料量的比值(或对流进料量),公式为:联合循环比=(新鲜原料量+循环油量)/新鲜原料量。该种方法表示的循
10、环比大于1.0, 另一种是进加热炉的循环油流量,和新鲜原料量的比值(或对流进料量), 公式为:循环比=循环油量/新鲜原料量。该种方法表示的循环比小于1.0，当无循环油量时，循环比为零，有时叫单程操作。两种方法都能显示加热炉中循环油或回炼油所占的比例。在焦化原料中掺入沥青、催化油浆等,改变了原料的性质,联合循环比例结构发生变化,使热转化反应发生变化。2.原料与炉管压降的关系 炉管压降与原料性质有很大关系，在相同加热炉进料量的情况下，原料组分重、性质差，一般有使加热炉出入口压降增大的趋势，反之亦然。 3. 原料与反应温度的关系 反应温度一般是指加热炉辐射炉管的出口温度,这一温度的变化直接影响着焦炭
11、塔内的反应温度和反应深度,从而影响到产品分布和产品质量。一般情况下是根据原料性质确定最佳的操作温度，根据焦化原料掺炼沥青、油浆的情况，混合原料组分重性质差，可以适当提高反应温度，混合原料组分轻，可以适当降低反应温度。原料减压渣油掺炼沥青加工工艺操作条件一览表2006年2月原料减压渣油掺炼沥青加工工艺操作条件一览表加热炉分支进料（t/h）循环比炉出口温度（）注汽量（kg/h）阻焦剂注入量（ppm/h）炉管压降（MPa）炉膛温度（）123500.5498.84125240115800.090.15696.62500.5499.44124.241116800.090.15713.16500.5498
12、.06127240115800.090.15712.76500.5498.15125248114800.090.15717.24510.5496.96124.237115800.090.15711.5510.5497.84124.241115800.090.15715.56510.5498.7123.241114800.090.15696.6510.5498.51125.239115800.090.15714.43510.5498.62124.241114800.090.15714.78510.5497.96124237115800.090.15690.52平均值498.19800.090.1
13、52006年3月原料减压渣油加工工艺操作条件一览表加热炉分支进料（t/h）循环比炉出口温度（）注汽量（kg/h）阻焦剂注入量（ppm/h）炉管压降（MPa）炉膛温度（）123500.4497.73123.239.114500.08-0.1693.32500.4497.39126.240.115500.08-0.1712.55500.4495.87125.248.114500.08-0.1708.21500.4496.83125.240.114500.08-0.1716.11500.3496.34125.240.114500.08-0.1706.23500.4497.35124.239.114.
14、500.08-0.1716.11500.4497.55124.238.115500.08-0.1700.3500.4497.8124.240.115500.08-0.1716.78500.4496.77124.240.114500.08-0.1711.07500.4496.56125.238.114500.08-0.1689.4平均值496.02500.08-0.1由 2006年 2月份、3月份各取10组典型数据分析说明1）循环比的大小是依据混合原料的性质来决定的，从2月、3月工艺操作条件对比一览表可以看出，3月份在加热炉进料量一定的情况下，加工减压渣油循环比0.4略低于2月份0.1个单位，2
15、月份原料减压渣油掺炼沥青之后，由于原料组分由轻变重，因而加热炉炉管、大油气线、分馏塔底的结焦倾向增大，故循环比相应地增大，以减缓系统结焦。2）原料性质与实际反应温度对操作的影响从上表中可知加热炉出口温度变化情况，3月份加工减压渣油炉出口温度的平均值496. 02低于2月份掺炼油浆及沥青时的平均值 498.19，这是由于3月份混合原料油组分轻，在焦炭塔内进行反应时泡沫层明显降低，故加热炉出口温度的控制低于2月份。 2月份原料减压渣掺炼沥青，原料组分重，而根据焦化反应特点，原料组分性质重，则反应生焦高度高，故反应产生的泡沫层高，在装置处理量大的情况下，容易造成反应油气将泡沫层携带入分馏塔而冲塔，严
16、重者使分馏塔底抽出线过滤器堵塞，影响正常操作。为了使焦化反应能够正常进行，在原料组分重、性质差情况下，适当提高反应温度即加热炉出口温度，使泡沫层在高温下充分反应，从而降低泡沫层的高度，一方面可以防止泡沫层过高，引起冲塔；另一方面降低泡沫层高度可以有效利用生焦空间。3）炉管注汽的目的主要是为了加快焦化油在炉管内的流速，防止油在炉管内结焦，从2月、3月工艺操作条件对比一览表可以看出，2月份加热炉炉管三点注汽与3月份炉注汽量变化不大，故注汽量与原料性质的变化关系不大。4）本装置加入阻焦剂的目的是为了防止加热炉炉管及大油气线结焦，从2月、3月工艺操作条件对比一览表可以看出， 2月份阻焦剂的加入量为80
17、 ppm/h，3月份阻焦剂的加入量为50 ppm/h，由此可见，原料减压渣油掺炼沥青之后，粘度明显增大，混合原料组分变重、性质变差，为防止管线结焦，故加大了阻焦剂的加入量。5）炉管的压降变化情况看，原料掺炼沥青之后，炉管压降有上升的趋势。6）原料掺炼沥青之后，只要适当地调整操作，控制好炉出口温度和燃料气量，炉膛温度的变化不大。4.3 原料组分变化后对焦化产品质量及收率的影响 产品及产品收率一览表 2006年2月原料：减压渣油掺炼沥青2006年3月原料： 减压渣油产品质量当月产品收率产品质量当月产品收率柴油95%焦炭轻油焦炭柴油95%焦炭轻油焦炭硫含量挥发份灰份硫含量挥发份灰份3661.9610
18、.790.113591.910.230.1365.51.8216.960.09360.51.7810.440.1368.51.7612.720.08363.51.827.890.08364.51.89.290.1361.51.848.630.13591.828.440.13661.868.740.1363.51.878.840.083661.748.430.143651.768.990.13641.889.660.48365.51.8110.260.1369.51.9210.720.2367.51.788.480.14364.51.88.440.163641.769.690.1348.51.9
19、611.780.163721.769.320.113651.867.580.163731.669.50.113601.829.140.13361.51.7210.840.433521.8213.40.163691.7910.290.16368.51.927.40.123541.948.650.123691.89.380.29369.51.9610.310.13641.769.250.133581.99.870.123581.789.380.123601.99.650.1354.51.811.280.14364.41.70810.230.12355.5129.93363.51.849.540.1
20、5457.4727.14 由 2月份、3月份各取18组典型数据分析说明1）由产品及操作条件一览表分析知，2月份与3月份装置加工原料性质的变化情况，原料掺炼脱油沥青后,从操作上考虑对柴油95%的影响,因原料组份由轻变重, 首先要维持好分馏塔的热平衡，在平稳操作的基础上，产品柴油95点的控制方法需做适当地调整，调整好分馏塔底蒸发段及分馏塔各段温度参数,在保证产品质量合格的情况下,最大限度地提高轻质油收率。2）由产品及产品收率一览表可知,原料掺炼沥青后对产品焦炭质量没有大的影响,3) 通过对产品及产品收率一览表分析可知,3月份轻油收率57.47%,2月份轻油收率55.51%,比3月份降低1.96个百
21、分点,3月份焦炭收率27.14%,2月份焦炭收率29.93%,比3月份提高2.94个百分点。说明焦化原料的性质对轻油收率及焦炭产率有很多影响，原料掺炼沥青后，原料组分变重,性质变差。5 结论：5.1焦化装置在掺炼沥青的情况下,焦化原料的粘度增大平均值为204.07mm2/s,残炭升高平均值为1.64%,原料组份变重,性质变差,焦化反应生焦量增加,焦层高度增加,本装置焦炭塔有效高度为34米,而2005年掺炼沥青后生焦高度达到25.3米,在焦层过高的情况下,反应泡沫层也随之升高,泡沫层过高容易引起焦炭塔冲塔,为防止焦层过高引起冲塔事故,故在掺炼沥青后延长了消泡剂的注入时间,由掺炼之前的16:00时
22、注入,提前至14:00时注入,有效地降低了泡沫层的高度,充分利用了焦炭塔生焦空间,保证了装置的安全、平稳操作.5.2 从工艺条件分析看，在原料减压渣油掺炼沥青的情况下,原料性质变重,在同样处理量的情况下,焦化循环比增大0.1、加热炉炉管压降增大0.010.02MPa、大油气线阻焦剂注入量增加30PPm ，加热炉出口温度即焦化反应温度提高12，分馏系统柴油95温度的控制提高，为保持分馏塔整体热平衡，分馏塔原热平衡被破坏，需建立新的平衡来保证产品质量的合格及轻收的提高。在原料组份重的情况下,各参数的控制依据原料的性质做调整。总之，根据焦化装置一年来的操作情况分析，在沥青的掺炼量小于10吨/时的情况下，即在原料组份适当的情况下，可以缓解管线的结焦状况，减轻加热炉负担，有利于装置的安全、平稳运行。 参考文献1 李出和编著 延迟焦化工艺技术与工程2 李春年编著 渣油加工工艺 中国石化出版社
