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1、浅谈超稠原油焦化实现长周期运行的技术措施杨长文 张东明（辽河石化公司焦化车间 124022）摘要：本文介绍中国石油辽河石化分公司在国内第一套超稠原油直接进焦化装置所采取的技术措施，解决焦粉携带问题，并预防了装置结焦，实现了延迟焦化装置长周期平稳运行，产生了较好的效果。关键词：延迟焦化 结焦 变温操作 小吹汽 焦粉 分馏塔底 挥发线 加热炉The simple discussion technology measures of realization long cycle running on superdensed crude oil cokingAbstract:In this paper,
2、The technology measures were taken through the first super-densed crude oil coking units in liaohe petrochemical company, PetroChina at home,by above measures the question of carried braize were solved,the unit coking was precaution,the long cycle stable running were carried out in the delayed cokin
3、g and the better effect was come about. Key Words: delayed coking;coking;changed temperature operation;small purge steam; braize; fractionating tower bottom; Volatilize line;heater1概述辽河石化延迟焦化装置是国内第一套原油直接进焦化装置，该装置的加工规模为1.0MT/a，采用一炉两塔流程，无阻焦阀工艺，大循环比操作（0.74），包括电脱盐部分。焦化加热炉采用双面辐射多点注汽技术，该装置加工的原料为辽河超稠油（数据见表
4、1）。该油密度大，芳烃及胶质沥青含量高，结焦倾向严重。氮含量高，分馏塔积氨盐问题可能会严重，针对以上几个可能影响焦化长周期运行的问题，车间通过对兄弟炼厂焦化运行情况进行研究，并结合自己的实际，采取了以下几项措施，解决了该问题，实现了焦化装置长周期运行。表1：项目单位超稠原油分馏塔底油性质（焦化油）密度（20） g/cm31.04989998运动粘度80mm2/s3648.04100mm2/s821.387.37闪点（开口）176148残炭w%13.9210.38水分w%2.73酸值MgKOH/g12.83.93凝点32灰份w%0.16Cw%86.50Hw%10.86Sw%0.38Nw%0.61
5、0.58族组分w%w%_35.9芳烃w%_38.8胶+沥青质w%27.320.5蜡含量w%1.76金属NiMg/kg99.7VMg/kg1.7NaMg/kg22.739.8AlMg/kg4.9FeMg/kg51.28.4CuMg/kg0.2CaMg/kg5563762结焦原因及预防21焦粉的携带及预防措施焦化装置影响长周期运行的结焦问题主要发生在焦碳塔挥发线、分馏塔底、加热炉炉管等处，这几个部分的结焦都与焦化油中的焦粉含量有密切关系，解决焦粉携带的问题，就是解决这些部位导致结焦的一个共性问题。焦粉携带现象，所有的焦化装置都有，但程度不同。焦化油经加热炉加热后进入焦碳塔中，进行复杂的平顺序反应时
6、，液体中先出现了沥青质颗粒，这些颗粒比较小，很容易被带入焦碳塔高速油气中或焦化的泡沫中。焦碳塔焦粉的夹带主要和塔内线速和泡沫层高度有关，一般情况下，在确定焦炭塔直径时按允许线速0.15m/s计算，尤其我们这套焦化装置循环比大，焦碳塔线速高，设计为0.14m/s，实际生产过程及容易超线速，加之焦化油中重金属含量高易发泡。循环比大，焦碳塔里的蜡油多，也会使泡沫层升高，为此，为减少焦碳塔线速达到减少焦粉携带的目的，正常生产过程中，我们采取降低加热炉注汽量来减少塔内线速，实际操作时根据加热炉进料量的变化减少了注汽量（数据见表2）。可见，我们把注汽量比设计减少0.9吨的情况下，焦碳塔线速降了0.05m/
7、s左右，保证塔内线速即使在较大处理量情况下也很少超过0.15m/s，有利于减少焦粉携带。表2：项目设计实际四路进料量(t/h)52525058注汽量（t/h）2.41.51.61.4焦碳塔线速(m/s)0.140.1341.341.44注：上表为焦碳塔控制线速与蒸汽线速的关系，计算时塔底取485，塔顶取440。加热炉出口变温操作对减少泡沫层高度也有非常重要的作用。生焦中后期，焦碳塔安全高度降低（安全高度是指一般塔顶切线距泡沫层顶部的高度）。此时带焦粉的泡沫层容易被携带出，适当提高反应温度，反应深度增加，泡沫层也有所降低。我们一般从下午14点左右开始提反应温度，到晚上19点切塔前加热炉出口温度由
8、495提至498。由于反应温度逐渐增加，反应深度逐渐加大，产生的泡沫层会慢慢减小，从射线料位计的测量换算，焦碳塔安全高度变化如表3：可以看出加热炉出口变温操作可在其它条件不变的情况下，焦碳塔安全高度上升了0.5m左右，因为生焦量没有变化，故泡沫层高度下降了0.5m左右，这大大的减少了焦粉被携带出焦碳塔的可能性，同时也有利于降低焦碳的挥发份，提高焦化装置液收。表3：在3000吨/天处理量情况下:加热炉出口 时间 安全高度日期17：0018：0019：00恒温200606126.85.95.1200606146.95.95.2200606157.06.15.3变温200606166.65.54.7
9、200606186.55.44.6200606206.65.44.5注：实验期间，除加热炉出口温度外，其它条件不变。焦化装置切塔后处理老塔时，小吹汽过程中容易把泡沫层吹出焦碳塔或加大焦炭塔线速提高焦粉携带量，我们采用了降低小吹汽量，延长小吹汽时间的方法，小吹汽量由设计的68吨/小时，降至了34吨/小时。小吹汽时间由设计的11.5小时改为2小时，具体操作时是在切塔初的前半个小时内小吹汽的蒸汽量控制在2.0吨/小时，之后逐渐增高，到1小时后提34吨/小时，这样在吹汽初期焦碳塔内的汽线速也不会过高。而在半小时后老塔油气大幅度减小，再提高蒸汽量，焦碳塔也不会超线速。（小吹汽量与焦碳塔线速关系见表4）。
10、这样操作既保证焦碳塔没超线速，同时又使焦层降温缓慢，泡沫层有充分的反应时间，优化了操作。表4：小吹气质量流量（t/h）1.02.03.04.05.0空塔线速（m/s）0.1460.1530.160.0.1680.175注：计算时假定焦化油反应后产生的油气与小吹气一样多，蒸汽从焦碳塔底部升到焦碳塔上部反应层温度由250400，顶压为0.16Mpa。采取以上几个措施后，还会有些焦粉被带出焦碳塔。若要把这些焦粉大部分阻止到焦碳塔内，也要充分利用急冷油的作用。辽河石化焦化装置的急冷油注在焦碳塔出口油气大管线上的方式是：4个喷嘴逆向呈45角注入。我们选择的急冷油为分馏塔中段油，提高了急冷油注入温度，这样
11、在控制相同塔顶温度情况下，使急冷油有足够的量注在焦碳塔出口的挥发线上，与油气逆向接触能够形成扇形屏蔽，使入挥发线的油气所带焦粉大部分被阻止在焦碳塔内。除以上措施外，打消泡剂及加强平稳操作对解决该问题有很好的作用，这里不在讨论。22焦碳塔挥发线结焦的原因及其预防措施解决焦粉携带问题大大的减轻了油气挥发线结焦倾向，因为携带出的焦粉颗粒大部分是沥青质颗粒，到挥发线后，缩合反应继续进行，焦粉就会慢慢积累并越积越多，有可能导致油气大管线结焦堵塞。由于大管线当中的油气温度为提高液收一般控制在420425之间，温度较高，且含有较高的烯烃，特别是二烯烃和芳烃含量高，且易发生脱氢聚合反应，导致生焦。油气大管线的
12、结焦与油气温度与线速度都有关系，上述提到将急冷油温度提高，可在控制塔顶温度不变的情况下提挥发线内油气线速度，有利于减缓结焦。另外，。若油气大管线保温状况不好，局部过冷，促使油气中高沸点烃类冷凝，形成生焦反应的核心，也会加快油气大管线的结焦。搞好挥发线的外保温，不让雨水渗入，对抑制结焦起到了一定的积极作用。23分馏塔底结焦的原因及预防措施减少焦粉携带有利于减缓分馏塔底结焦，原因是沉积到分馏塔底的焦粉颗粒对焦化油具有吸附作用，给焦化油液滴聚结提供了核心，含焦粉的液滴碰撞合并加速了沉降速度并集于塔底死区，形成焦子。因此说，减少焦粉携带对分馏塔底的长周期运行具有重要意义。分馏塔底油见表1可看出，分馏塔
13、底油富含芳烃，在高温下极易发生聚合反应，具体温度与焦化油的族组成有关系。如果温度降低，从反应动力学角度分析，聚合反应速度会降低，甚至可以控制，我们焦化装置开工初期，炼超稠原油时分馏塔底温度一直控制在335350之间，到2005年12月初，为优化运行，将温度调至350360之间，10天后，分馏塔底循环油过滤器压差升高，判断分馏塔底可能有结焦现象，拆开过滤器发现里面果然有焦块，车间立即将塔底温度恢复到335350操作，以后再也没有该现象发生。降低焦化油在分馏塔底的停留时间也有利于减少结焦。原因是停留时间长，芳烃热聚合反应生成焦碳的可能性就大，而且胶质沥青质等高沸点大分子的物质在塔底结焦的机会就会增
14、加。因此需要加大分馏塔底循环量，并保持分馏塔底循环长周期运行，减少了塔底油的停留时间。在控制上，分馏塔底液位适当低控制，也有利于减少停留时间。24加热炉结焦的防治我们装置的加热炉采用低烧多扁平焰火咀的两辐射室水平管双面辐射立式炉，并采用多点注气技术。加上平时对炉子的严格管理，控制好炉火，烟气中控制合适的氧含量，及减少加热炉的注汽量等措施，使炉膛的平均热强度分布均匀，不会出现炉管局部热强过高的现象。为加热炉炉管结焦问题的解决提供了很好的外因。焦粉带入焦化加热炉也是加热炉管结焦的关键因素，由于焦粉颗粒的密度为（840g/cm3）高于同温度下油品的密度（680g/cm3），所以焦粉颗粒运行的轨迹总是
15、处于层流与管壁的接触处，当油品反应时，焦粉会变得越来越大，极易吸附在高温管壁上，产生结焦。因此解决焦粉携带问题可以说是解决了炉管结焦的内因。 3分馏塔顶循环系统氨盐的防治由于辽河超稠原油在开采过程中难度较大，开采过程中助剂加得较多，使超稠油中有较多的氮化物等成分，因此容易在分馏塔顶部、顶循系统中结成氨盐，其原因是原料中所携带的氮化物在反应过程中会生成NH3，NH3与HNO3反应会生成NH4NO3，硝酸氨等氨盐小颗粒在分馏塔上部可溶解在局部的低温水中，随内回流下降到顶循环回流中，随着温度的升高，NH4NO3细颗粒逐步失水浓缩成一种粘度很大的半流体。这种半流体在顶循回流系统中反复积累越积越大，并与
16、顶循系统中焦碳粉、铁锈、等混合在一起沉积于塔盘、顶循管线等处，破坏了分馏的操作。为此，我们采取了将顶循油抽出一部分至柴油出装置管线，每小时35吨，加之已解决了焦炭塔焦粉携带问题，系统中焦粉颗粒减少，使顶循系统中的NH4NO3 等铵盐颗粒累积不能达到形成固体程度，达到了防止分馏塔内结盐的目的。4效果通过以上几个措施的采用，辽河石化焦化装置从2004年9月20日开汽成功，到2006年的9月28日连续运行739天后停工检查，焦碳塔顶挥发线急冷油后管线很光滑，分馏塔塔底很光滑、加热炉炉管也无焦可烧，分馏塔顶及顶循系统无盐垢。这说明结焦问题得到很好解决。5结论辽河石化为实现焦化装置长周期运行，采取减少焦粉携带，解决结焦及分馏塔顶积氨盐问题，采取的措施主要是以下几条：1、加热炉出口温度变温操作2、减少加热炉注汽量3、减少小吹汽量。延长小吹汽时间4、加大急冷油量形成扇形屏蔽5、降低分馏塔温度，减少停留时间6、控制好加热炉平均热强度7、顶循部分抽出作为柴油出装置参考文献1钱家麟等. 管式加热炉.北京：烃加工出版社， 19872晁可绳 渣油热加工工艺及加热炉的设计 延迟焦化论文集3延迟焦化装置技术标定程序中石化出版社4炼油工程师手册 石油工业出版社
