扬子石化公司`尤里卡工艺和延迟焦化工艺.doc

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1、尤里卡工艺和延迟焦化工艺之比较张成 王永尧 史维亚 张斌 徐维洪 彭飞（扬子石化公司炼油厂）摘要：对尤里卡工艺和延迟焦化工艺进行比较，从工艺特点、原料产品、生产运行及技术经济等方面着手，分析两套工艺的不同与相同之处，同时还指出装置长周期运行的关键点，得出延迟焦化工艺优于尤里卡工艺的结论。关键词：尤里卡 延迟焦化 工艺 比较扬子石化公司炼油厂有两套重油加工装置，一套为1000 kt/a渣油蒸汽裂解装置即尤里卡装置，另一套为800 kt/a延迟焦化装置。尤里卡工艺是20世纪70年代由日本吴羽化学株式会社开发的一种重油加工工艺，20世纪80年代初扬子石化公司从日本成套引进装置，于1988年10月开工

2、生产，生产初期运行一直不稳，经过几年的技术攻关，装置于93年开始转入正常生产，目前年加工负荷可达850 kt/a。延迟焦化装置是由扬子石化设计院自行设计，于1993年6月建成投产，加工能力为500 kt/a减压渣油，为考虑装置扩建，分馏及后路系统按加工能力800 kt/a设计，1999年完善改造后达800 kt/a负荷生产能力。 1工艺特点比较 1.1工艺机理对比 尤里卡工艺和延迟焦化工艺均属于渣油热裂化加工工艺，它们工艺机理为：渣油在高温下发生两类反应，一类是裂解反应：大分子的烃类裂解成较小分子的烃类，因此从渣油中可以得到汽油馏分、中间馏分、以至于小分子烃类气体和氢气；另一类是缩合反应：即原

3、料和中间产物中的芳烃、烯烃类等综合成大分子量的产物，从而可以得到比原料油馏程更高的残油、沥青直至焦炭。两种工艺反应机理见图1、图2。 图1 延迟焦化工艺机理图 图2 尤里卡工艺机理图 尤里卡工艺机理特点是通过向反应器注入高温过热蒸汽，控制反应深度，使反应器中的裂解缩合反应相对均匀进行，抑制了焦炭的生成，从而产出均质的焦炭前期物硬质沥青；延迟焦化工艺则是希望反应物在高温下自由地、快速地进行深度的裂解、缩合反应，得到反应的终极度产物焦炭，这就是两种工艺机理的不同之处。1.2主要工艺特点对比 尤里卡工艺生产方式是间歇式批料反应、全系统连续生产。单台反应器进料时间为120 min，反应时间50min，

4、急冷时间为30 min，排料时间为10min，初始给料时间为15min，等待时间为15min，周期为4h。反应供热主要由进料加热炉提供，部分由过热蒸汽供给，反应控制方式是根据经验的K值控制反应时间，急冷水强行终止反应。它的核心技术是蒸汽裂解。通过向反应器注入高温过热蒸汽，提供反应辅助热源，控制反应深度；同时过热蒸汽在反应器中还起到汽提作用，过热蒸汽吹入反应器后，降低油气分压，从而及时汽提出裂化油，防止裂化油进一步裂解缩合反应，抑制焦炭的生成。由于尤里卡工艺不可避免有焦炭生成，所以整个工艺过程都在与结焦作斗争。 延迟焦化工艺生产方式也是间歇式批料反应、全系统连续生产。单塔进料反应时间为24 h，

5、吹汽时间为3 h，冷焦时间为5 h，放水时间为2 h ，除焦时间为5 h，赶空气试压时间为1 h ，放空气试压时间为1 h，放瓦斯时间为1 h，瓦斯循环时间为6 h，周期为48 h。反应供热全部由进料加热炉提供，反应深度由进料温度控制。焦化工艺的技术关键是“延迟”，利用渣油结焦前体物（缩和产物）在裂解转化率低时不易出现的反应现象，使渣油在热转化程度较低的情况下快速通过加热炉并获得反应所需要的热量，在焦炭塔内完成渣油热裂化过程。2原料及产品比较2.1 装置对原料的适应性粘度是反映油品内部分子磨擦力的大小指标，与油品分子的大小和结构有着密切的关系。也可以说粘度指标是油品化学结构组成的重要反映，一般

6、来说直链烃多的油品粘度值小，其热稳定性差，临界分解温度范围低；芳烃类含量多则粘度值大，其热稳定性好，其临界分解温度相对高。尤里卡工艺整个进程不希望焦炭生成，因此它要求原料的粘度指标较高，同时要相对稳定。尤里卡装置开工初期由于不重视对原料的控制，上游装置提供的鲁宁管输油减压渣油粘度指标忽高忽低，造成生产控制的不稳，影响正常生产，后经技术攻关，确保上游装置来的减压渣油运行粘度指标（1000C）在600750mm2/s，从而对稳定生产起到关键作用。延迟焦化装置加工原料主要是进口原油的减压渣油，进口原油油种变化频繁，其中大多数和鲁宁油掺炼，装置加工的减压渣油性质变化频繁，但从近几年的生产经验看，延迟焦

7、化装置没有因为原料经常变化而影响正常生产，说明延迟焦化工艺对原料的适应性强。2.2 产品对比表1 两套装置产品主要性质参数对比表产品 尤里卡装置 焦化装置项目参数尤里卡装置 焦化装置收率 wt%4.408.85脱硫前气体组成C H4 v%H2 v%H2S v%C2 v%C3 v %C4 v % C5 v %CO2 v %41.15.56.720.116.66.51.50.642.57.04.820.212.37.32.10.5收率wt%14.1313.18 裂解轻油焦化汽油密度20，g/cm3S wt%沥青质wt%0.7581.030.0280.7450.66收率wt%50.9427.29裂解

8、重油焦化柴油焦化蜡油密度20，g/cm3残炭wt%S wt%沥青质wt%收率wt%密度20，g/cm3残炭wt%S wt%沥青质wt%0.9030.30.980.0430.8470.190.780.01124.670.910.40.300.015收率wt%29.8225.31硬质沥青焦炭软化点S wt%挥发份wt%1201502.145551.610.4 从产品分布上看，延迟焦化装置的气体收率高焦炭收率低，尤里卡装置的气体收率低沥青收率高，同时在气体产品中H2、CH4的含量上尤里卡工艺比延迟焦化工艺低，说明尤里卡工艺的反应深度较浅。从液收数据比较可以看出，两者差别不大，液体产品中延迟焦化产品的

9、S、N含量相对较低，沥青质仅为尤里卡装置的1/3，这对于下游加氢装置而言是较好的原料，有利于产出高质量的产品。尤里卡全馏分加氢装置从1988年开车以来更换了4次催化剂，而延迟焦化全馏分加氢装置从1995年开车以来，催化剂连续运行6年（4000h），且所产柴油属优级品，尤里卡全馏分加氢装置所产柴油只能是调和料；尤里卡全馏分加氢装置所产蜡油必须靠延迟焦化全馏分加氢装置的蜡油调和才能合格，在产品性质上，延迟焦化工艺的液体产品质量上要远远优于尤里卡工艺。3 生产运行比较3.1 主要工艺参数对比表2 两套装置主要工艺生产参数对比表尤里卡延迟焦化炉出口温度/475490490503反应温度/3404353

10、40460反应系统压力/MPa0.020.070.180.25循环比0.150.40.150.4油汽入分馏塔温度/345365390410分馏塔底温度/330340360390过热蒸汽温度/5606003.1.1炉出口温度温度是渣油热裂化反应的最重要影响因素。温度低，反应深度不够； 温度太高，反应过深。从表2可以看出两套装置反应温度相差较大，这是因为尤里卡工艺要求最高反应温度低于渣油临界分解温度，防止进入临界分解温度区后，反应速度加快，导致生焦；延迟焦化工艺则正好相反，希望其最高反应温度进入油品临界分解温度范围，有利反应速度加快和反应完全。两套工艺的反应热源主要是由进料加热炉提供，加热炉出口温

11、度直接决定了渣油的反应温度和反应深度。炉出口温度的高低，是根据反应温度要求，由原料的临界反应温度范围决定的。而临界反应温度范围又是由油品性质决定的,原料特性因数K值不同，则它的临界分解温度范围不同（关系见图 3）1。图3表示随着K值增大，其临界分解温度下降。尤里卡装置设计原料K值11.8，临界分解温度范围4270C4580C，设计炉出口温度为4830C，焦化装置设计原料K值11.72，临界分解温度4304600C，设计炉出口温度为4955000C，两套装置炉出口温度相差100C左右。随着加工原料K值的变化，临界分解温度范围不同，炉出口温度相应调整。 11.2 11.4 11.6 11.8特性因

12、数（K） 图3 临界分解范围3.1.2反应压力在相同温度条件下，反应压力高，反应深度加大，气体和固体产品的收率增加，液收下降；压力太低，不能克服分馏塔及后路系统的阻力。从表2可知延迟焦化的反应压力比尤里卡装置高许多，这主要是因为延迟焦化工艺希望反应充分，得到反应的终极度产物焦炭；尤里卡工艺希望反应均匀但并不充分，同时反应器压力低也有利于蒸汽汽提作用的提高。所以延迟焦化装置的挥发线和分馏塔系统比尤里卡装置小。3.1.3循环比 当反应温度、压力恒定时，循环比对装置的加工量、产品分布和性质、操作费用有较大的影响。循环比大增加装置加热炉的负荷；循环比低，会影响产品质量。循环比大表明分馏塔底进入反应器的

13、裂解油量大，即在反应器进行二次反应的裂解油多，缩合反应成分增大。对尤里卡装置而言，将加重加热炉负荷外、反应器的结焦速度也加快。从表2可知，两套装置的循环比在基本相同。实际操作数据皆比设计数据高0.10.15，主要是由于：尤里卡装置下游装置对原料N含量要求苛刻，根据N元素在油品的分析，N元素主要分布在馏程高的油品中，因此不得不降低裂解重油干点，由设计值524降为495，导致循环比增大，也正是由于这个原因，尤里卡装置没有达到设计负荷生产；延迟焦化装置则是没有重蜡油抽出导致循环比增大。32 关键设备的长周期运行对比3.2.1 加热炉 由于两套装置反应器的进料加热炉所负的“责任”有所不同，尤里卡装置的

14、加热炉需要分担部分反应任务，根据设计数据推荐，加热炉完成2030%的反应，故名为裂解炉。其炉管就是一种管式反应器，这样势必会在管壁形成焦层，时间长则影响油品通过量，导致入口压力升高，因此设计者专门设计一台备用裂解炉；同时为避免在炉管内发生过分反应，在炉管入口注入3.4MPa蒸汽（300400kg/h）。目前裂解炉最长运行周期为343天，一般在280320天要停下来烧焦一次。延迟焦化装置加热炉则不希望炉管内有反应，采用注水（500800 kg/h）方法提高炉管内渣油流速，减少结焦；缩短渣油在加热炉中的停留时间，使油品延迟到焦炭塔内充分反应。延迟焦化装置加热炉自1995年投产以来，几个生产周期均没

15、有发现炉管结焦，累计运行870天不结焦。在2000年11月中国石化集团公司第一届延迟焦化年会得到确认。3.2.2 反应器 延迟焦化反应器由于每批料都打开上下清焦孔进行水力除焦，故焦炭塔不存在长周期运行问题。尤里卡装置的反应器，在反应过程中存在一定量的沥青被油汽夹带粘附在器壁上，在高温下结焦，由于这种现象的存在，设计者专门设了绕器壁旋转AJEC，在反应器初始给料时，喷射渣油除去器壁上的焦粉。但由于AJEC不可能完全除去器壁上的焦粉，在运行过程中AJEC经常出现故障，起不到除焦作用，导致反应器壁上焦层越积越厚，最后出现塌方，严重时卡死反应器底部搅拌器，阻止排料，被迫单系列循环。目前单系列反应器运行

16、周期一般为120150天，这是制约尤里卡装置长周期运行的关键问题。3.2.3 分馏塔 对两套装置而言，两套装置的分馏塔都具有积焦和生焦的条件，分馏塔的长周期运行制约了整个装置的长周期运行。 3.2.3.1 积焦情况 尤里卡装置反应器油汽速度为0.687m/s，而且空高只有4.4m，导致油汽夹带沥青焦粉的量较大，根据日本设计商提供经验数据夹带量为加工负荷的1.5，照此计算则每小时有170190kg的焦粉带入分馏塔底部，每天有4t量之多；延迟焦化由于焦炭塔单位时间单位面积通过量（油汽）少，即油汽速度相对小，而且其空高一般在1015m，所以油气夹带量小，分馏塔积焦量也小。 3.2.3.2 防积焦措施

17、 措施一：两套装置均在反应器油气出口处设置有裂解重油（轻蜡油）喷淋，在出口形成伞状的喷淋对油气进行洗涤，减少夹带量。 措施二：尤里卡装置设置塔底循环泵，在塔底安装4个8和一个16的喷嘴，通过喷嘴喷射的油，使塔底油形成一种逆时针的旋流，将夹带过来的沥青焦粉源源不断地排出，通过泵送到加热炉，再到反应器，最后随沥青排掉。延迟焦化装置分馏塔塔底也设有循环泵，虽然塔底内没有安装喷嘴，其作用也是一样。由此可见，反应器油气夹带的沥青、焦粉和分馏塔之间形成一种：“反应器分馏塔反应器沥青”的动态平衡，其平衡点则是分馏塔底循环系统的正常运行，所以控制塔底循环显得至关重要。 3.2.3.3生焦情况尤里卡装置油气入塔

18、温度为345365，塔底温度为330340，因此生焦的可能性较小；延迟焦化装置入塔温度为390410，塔底温度为360390，所以在塔底生焦的可能性较大。1998年3月焦化分馏塔下部塔盘被焦粉堵塞，发生雾沫夹带、液泛，导致产品质量不合格，最后停工检修。 3.2.3.4防生焦措施 措施一：尤里卡装置在挥发线设有4组裂解重油喷淋和循环喷淋，焦化装置在每台焦炭塔油气出口有轻蜡油喷淋，其目的都是降低油气温度。 措施三：对于焦化装置分馏塔，其不可避免地从焦炭塔带进焦粉，且塔底下部高温油气易结焦，应采用焦粉不易沉积、反应焦块不易积聚，操作弹性相对大一些的塔盘。1998年7月将分馏塔下部的5层固定舌型塔盘更

19、换为7层人字挡板。1999年7月大修，分馏塔打开检查塔盘无结焦现象。经过改造，换热段的换热效果得到改善，降低了加热炉的运行负荷，轻蜡油质量也得到提高。塔盘改造前后效果对比见表3。表3 塔盘改造前后换热效果及轻蜡油质量对比改造前改造后换热段上部气相温度/0C395401370378 塔底油温度/0C387395360390 轻蜡油干点/0C490495480492从上述分析得出，尤里卡装置分馏塔重点要防止塔底积焦，延迟焦化装置分馏塔重点要防止高温部位的生焦，两者侧重点各不相同，采取的相应措施不同。4技术经济指标比较表4 物耗比较表kg 消泡剂 尤里卡装置 焦化装置 胺液尤里卡装置 焦化装置 磷酸

20、三钠尤里卡装置 焦化装置 KSK油尤里卡装置 2000年304004240380009480260650104102001年23200136028400194403653757140 从表4可以看出，两套装置均使用消泡剂、磷酸三钠和胺液，从耗量看，尤里卡装置的消泡剂和胺液比延迟焦化装置多，磷酸三钠差不多，另外尤里卡装置还使用KSK油做热载体，而延迟焦化装置不需要。 尤里卡装置的单位加工费是延迟焦化装置的2倍，能耗也是延迟焦化装置的2倍（见表5），再加上物耗比延迟焦化装置多，说明尤里卡装置生产成本比延迟焦化装置高；与尤里卡相比，延迟焦化的高价值产品（气体）收率高，低价值产品（焦炭）收率低，液收基

21、本相同，延迟焦化装置液体产品质量远远优于尤里卡装置，所以延迟焦化装置产品价值比尤里卡装置高。因此延迟焦化工艺同尤里卡工艺相比有较好的经济效益。表5 技术经济指标比较表尤里卡装置焦化装置 液收 %65.0765.14 损失率 %0.710.70 气体收率 %4.408.85加工费1） 元113.5756.47能耗2）（含气体吸收）kg75.2836.52 注：1）以1t减压渣油所消耗的费用计。 2）以1t减压渣油所消耗的标油计。5结论 a）原料适应性上，延迟焦化工艺适应性强于尤里卡工艺；延迟焦化工艺气体产率高于尤里卡工艺，液体产品收率相差不大，延迟焦化工艺液体产品质量和分布优于尤里卡工艺。 b）

22、生产长周期方面，尤里卡工艺的制约因素比延迟焦化工艺多，最突出的是反应器的结焦问题，严重制约装置的长周期运行。c）技术经济方面，延迟焦化工艺明显优于尤里卡工艺。加工800kt减压渣油两者之间的加工费差距约为40004500万元。d）鉴于两者之间如此大的经济技术差距，炼油厂提出的渣油原料优化方案为：焦化吃饱，裂解吃少。 e）延迟焦化工艺目前已发展成单套加工规模3000 kt/a的装置，尤里卡工艺的发展前景不容乐观，目前全世界只有两套装置，另一套在日本富士石油公司。扬子石油化工股份公司尤里卡装置主要设备是1981年引进，至今已有20年时间，由于其运行经济效益差，劳动强度大，消缺频繁，检修费用逐年上升，建议向延迟焦化发展。参考文献1林世雄 .石油炼制工程.北京.石油工业出版社.1990