楊富明，唐嗣偉，趙 巖，劉洛新

（中國石化洛陽分公司，河南 洛陽471012）

影響延遲焦化過程的主要工藝參數(shù)是循環(huán)比、反應(yīng)溫度以及焦炭塔操作壓力［1］。較低的循環(huán)比、較高的焦化反應(yīng)溫度和焦炭塔操作壓力都有助于提高餾分油的收率［2］，減少焦炭的產(chǎn)量，增加經(jīng)濟(jì)效益。因此，低循環(huán)比、高反應(yīng)溫度和低操作壓力是延遲焦化過程的優(yōu)化方向。但是受制于焦化設(shè)備的先進(jìn)性水平以及煉油裝置上下游一體化的局限性，延遲焦化的發(fā)展受到了很大的限制［3］。以現(xiàn)有裝置為基礎(chǔ)，使焦化裝置處于最優(yōu)化生產(chǎn)狀況成為每個(gè)煉油廠所追求的目標(biāo)。

中國石化洛陽分公司（簡(jiǎn)稱洛陽分公司）焦化裝置在超低循環(huán)比條件下運(yùn)行，焦化產(chǎn)品中的液體收率較高，裝置的處理量較大，裝置的綜合能耗較低，但存在加熱爐結(jié)焦傾向大、分餾塔塔底結(jié)焦、設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行等問題。本課題對(duì)低循環(huán)比操作所引起的問題進(jìn)行分析，提出相關(guān)措施，為國內(nèi)同類裝置（國內(nèi)多采用循環(huán)比0．2～0．4）低循環(huán)比運(yùn)行提供借鑒。

1 裝置概況

洛陽分公司延遲焦化裝置的設(shè)計(jì)規(guī)模為1．4 Mt/a，采用中國石化洛陽石油化工工程公司設(shè)計(jì)的大型化“一爐兩塔”流程和靈活可調(diào)循環(huán)比工藝，原則流程示意見圖1。原料渣油與分餾塔塔底循環(huán)油（通過循環(huán)比調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)分餾塔塔底循環(huán)油量的調(diào)節(jié)）混合，經(jīng)加熱爐進(jìn)入焦炭塔發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)。循環(huán)比可在0．1～0．3范圍內(nèi)調(diào)整，生焦周期為20h；設(shè)計(jì)原料殘?zhí)繛?0．78%，生焦率為30%［4］。焦化加熱爐設(shè)計(jì)負(fù)荷為42．3MW，爐管規(guī)格為Φ127mm×10mm，長(zhǎng)為23m，爐管以及彎管采用Cr9Mo材質(zhì)，可增強(qiáng)抗高溫氧化、抗腐蝕能力，提高爐管使用壽命。

圖1 延遲焦化裝置原則流程示意

洛陽分公司延遲焦化裝置處于滿負(fù)荷運(yùn)行，尤其是焦化加熱爐，爐管的表面平均溫度已經(jīng)達(dá)到了材質(zhì)的承受極限，爐出口溫度的提高將進(jìn)一步使加熱爐處于不安全狀態(tài)，并且由于焦化原料的進(jìn)一步變重，反應(yīng)溫度的提高將促使?fàn)t管結(jié)焦，對(duì)裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行產(chǎn)生較大影響［5］。2010年6月，焦炭塔壓力由0．17MPa降到0．15MPa，油氣線速的增加，導(dǎo)致焦粉攜帶量增加，機(jī)泵抽空、過濾器堵塞等現(xiàn)象頻發(fā)。在此情況下，洛陽分公司延遲焦化裝置采用低循環(huán)比操作，通過相應(yīng)措施使裝置保持平穩(wěn)操作，增加了液體收率，降低了能耗。

2 低循環(huán)比操作的優(yōu)點(diǎn)

2009—2010年，洛陽分公司延遲焦化裝置采取可調(diào)循環(huán)比操作，通過對(duì)24個(gè)月生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，分析研究了低循環(huán)比操作對(duì)延遲焦化裝置的影響。

2.1 提高液體收率

圖2為不同循環(huán)比下的焦化液體產(chǎn)品（焦化汽油、焦化柴油、焦化蠟油）收率。由圖2可以看出，降低循環(huán)比對(duì)焦化液體產(chǎn)品的生成有較大的促進(jìn)作用。當(dāng)循環(huán)比由0．35降至0．15時(shí)，液體產(chǎn)品收率由60．03%提高到63．60%，增加3．57百分點(diǎn)。其主要原因?yàn)椋貉h(huán)比降低時(shí)，返回焦炭塔內(nèi)進(jìn)行二次裂化的重質(zhì)烴類減少，從分餾塔分離出的蠟油終餾點(diǎn)提高，從而增加了中間餾分的產(chǎn)率，原料中的氫得到了相對(duì)充分的利用。

圖2 循環(huán)比對(duì)液體收率的影響

2.2 提高裝置處理量

作為最主要的渣油加工裝置，延遲焦化處理量的進(jìn)一步提高成為目前迫切需要解決的問題。循環(huán)比對(duì)裝置處理量的影響如圖3所示。由圖3可知，循環(huán)比降低時(shí)，延遲焦化裝置的渣油處理量有所提高。當(dāng)循環(huán)比由0．26降至0．22和0．18時(shí)，裝置處理量由3 400t/d提高到3 633t/d和3 867t/d。據(jù)統(tǒng)計(jì)，洛陽分公司2010年較2009年裝置渣油處理量提高約30%。

圖3 循環(huán)比對(duì)裝置處理量的影響

2.3 降低裝置能耗

延遲焦化裝置綜合能耗主要包括燃料氣、3．5MPa蒸汽、電、循環(huán)水、除鹽水等。表1為操作條件基本相同的情況下，循環(huán)比對(duì)焦化裝置綜合能耗的影響。由表1可以看出，循環(huán)比的降低有利于焦化裝置綜合能耗的降低，循環(huán)比由0．35降到0．15后，裝置能耗由1 425．38MJ/t降低到840．6MJ/t，節(jié)約能耗約41．03%。

通過對(duì)表1中不同循環(huán)比下裝置用燃料氣、3．5MPa蒸汽、循環(huán)水等具體物質(zhì)能耗分析可知，燃料氣消耗是影響焦化裝置能耗指標(biāo)的關(guān)鍵因素，隨著循環(huán)比的降低，燃料氣消耗呈明顯下降趨勢(shì)。其主要原因?yàn)椋涸诩訜釥t總進(jìn)料量一定的條件下，循環(huán)比的降低，提高了裝置的新鮮渣油加工能力，而燃料氣消耗增量相對(duì)較小，使焦化裝置達(dá)到滿負(fù)荷最優(yōu)化生產(chǎn)。

表1 循環(huán)比對(duì)裝置能耗的影響 MJ/t

3 低循環(huán)比操作的問題

3.1 焦化加熱爐爐管結(jié)焦

加熱爐爐管結(jié)焦?fàn)顩r與原料在爐管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)有密切關(guān)系。工程流體輸送大多屬于紊流，在焦化加熱爐爐管中，靠近管壁處存在著一個(gè)薄層，被稱為黏性底層，黏性底層之外的液流統(tǒng)稱為紊流核心。

和紊流核心相比，紊流底層中的流體沿管軸方向做平滑運(yùn)動(dòng)，每層流體之間只存在著分子熱運(yùn)動(dòng)引起的分子動(dòng)量交換和熱量交換，不存在流體微團(tuán)的無規(guī)則脈動(dòng)，因此，紊流底層內(nèi)的傳質(zhì)、傳熱阻力較大，具有較大的濃度梯度和溫度梯度。對(duì)于焦化加熱爐來說，當(dāng)紊流核心的渣油溫度一定時(shí)，紊流底層厚度的增加會(huì)導(dǎo)致傳熱效果不好，靠近管壁的渣油溫度升高，進(jìn)而有利于石油焦前體的加速形成。又由于傳質(zhì)阻力較大，致使紊流底層內(nèi)石油焦前體濃度較大，進(jìn)而集聚分相，導(dǎo)致加熱爐爐管結(jié)焦。循環(huán)油性質(zhì)與渣油相比，飽和烴含量較多，約為渣油中飽和烴含量的2．5～3．0倍。循環(huán)油的加入較大程度地提高了渣油的流動(dòng)性，能夠減緩加熱爐結(jié)焦，因此，為了確保裝置長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行，大多數(shù)同類焦化裝置采用0．2～0．4的循環(huán)比。

圖4為2010年1—10月間洛陽分公司焦化加熱爐第二路爐管表面三處測(cè)溫點(diǎn)數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化。隨著加熱爐運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，加熱爐爐管結(jié)焦逐步加重，熱量傳遞阻力增加，爐管表面溫度呈上升趨勢(shì)。但是，6月份和9月份加熱爐爐管表面溫度與上個(gè)月相比下降了10～20℃，其主要原因?yàn)樵徒M成變化所引起的渣油輕質(zhì)化和流動(dòng)性的增強(qiáng)，如表2所示。以5月份與6月份渣油數(shù)據(jù)分析為例，與5月份渣油組成相比，6月份的渣油中飽和烴含量增大了7．0百分點(diǎn)，而相對(duì)黏度較高的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)組分含量降低了6．6百分點(diǎn)，因而導(dǎo)致6月份渣油黏度較5月份低618．77mm2/s，在渣油密度近似的情況下，6月份渣油雷諾準(zhǔn)數(shù)增大，紊流底層厚度減小，從而加速了紊流底層內(nèi)的傳質(zhì)、傳熱，并最終表現(xiàn)為爐管表面溫度下降。同時(shí)表2所示的爐管壓降減小進(jìn)一步為上述分析提供了依據(jù)。

由此可見，較好的渣油流動(dòng)性，減緩了加熱爐爐管的結(jié)焦，主要表現(xiàn)為爐管表面溫度的降低。隨著循環(huán)比的降低，加熱爐進(jìn)料變重，在爐管內(nèi)形成的紊流底層變厚，對(duì)加熱爐爐管結(jié)焦的影響更為明顯。因此，低循環(huán)比操作下，原料性質(zhì)的小幅波動(dòng)將對(duì)加熱爐的平穩(wěn)操作造成影響。

圖4 2010年1—10月加熱爐第二路爐管表面三處測(cè)溫點(diǎn)數(shù)據(jù)分析■—測(cè)溫點(diǎn)1；●—測(cè)溫點(diǎn)2；▲—測(cè)溫點(diǎn)3

表2 渣油性質(zhì)與第二路爐管壓差

3.2 分餾塔塔底結(jié)焦

分餾塔底結(jié)焦的成因一般認(rèn)為有以下幾種：一是在分餾塔塔底的高溫條件下，造成塔底循環(huán)油繼續(xù)縮合反應(yīng)而結(jié)焦；二是反應(yīng)系統(tǒng)（焦炭塔）泡沫層攜帶的焦粉進(jìn)入分餾塔后，以其中細(xì)小焦粉顆粒為“焦核”中心的塔底循環(huán)油結(jié)焦；三是焦炭塔的泡沫冒頂，這種情況在生產(chǎn)中是應(yīng)當(dāng)避免的，這將導(dǎo)致裝置很快停工。

循環(huán)比的降低，使分餾塔塔底循環(huán)油回?zé)捔繙p少，塔底液位上升，為了保持分餾塔塔底的物料平衡，需要降低循環(huán)油上回流量，使蒸發(fā)段溫度升高，更多的重組分將向上轉(zhuǎn)移。此時(shí)，循環(huán)油上回流量減少，而循環(huán)油下回流為了維持分餾塔塔底的溫度，流量變化不大，因此分餾塔塔底循環(huán)油的流動(dòng)減弱，最終導(dǎo)致“焦核”積聚結(jié)焦。

同時(shí)，循環(huán)油上回流和重蠟油下回流量的減少，對(duì)分餾塔底部人字塔板的沖洗作用減弱，易造成人字塔板結(jié)焦，對(duì)分餾塔的平穩(wěn)操作造成較大影響。

自2010年洛陽分公司焦化裝置實(shí)施低循環(huán)比操作以來，分餾塔塔底循環(huán)油流動(dòng)減弱，分餾塔底部焦粉增多，引起機(jī)泵抽空、流量計(jì)失靈、調(diào)節(jié)閥堵塞等。例如：2010年6月分餾塔底部循環(huán)油泵多次抽空，循環(huán)油流量大幅波動(dòng)；2011年1月18日，循環(huán)油下回流流量計(jì)引壓線堵塞，造成流量計(jì)長(zhǎng)期失靈；2011年2月19日，循環(huán)油上回流長(zhǎng)期處于低流量狀態(tài)，造成上回流調(diào)節(jié)閥堵塞。

3.3 機(jī)泵損壞，換熱器負(fù)荷增大

焦化裝置實(shí)施低循環(huán)比操作后，各側(cè)線抽出物流中的焦粉含量也相應(yīng)增加，導(dǎo)致各機(jī)泵入口過濾器經(jīng)常堵塞。小顆粒焦粉容易進(jìn)入泵體和管線閥門，一方面容易造成閥門關(guān)不嚴(yán)；另一方面會(huì)造成泵體內(nèi)部波紋管處結(jié)焦，封油沖洗不進(jìn)去，導(dǎo)致機(jī)封泄漏。

循環(huán)比的降低大幅度提高了焦化柴油和焦化蠟油的產(chǎn)量。分餾塔熱量向上轉(zhuǎn)移，為了保證分餾塔的正常取熱，蠟油、中段油、柴油側(cè)線回流全開，致使各側(cè)線換熱器以及機(jī)泵處于滿負(fù)荷運(yùn)行。由于負(fù)荷增大，焦化柴油和焦化蠟油抽出流量增加，調(diào)節(jié)閥全開而集油箱液位持高不下，有時(shí)為降低集油箱液位，需要開產(chǎn)品出裝置調(diào)節(jié)閥副線。以焦化蠟油為例，不同循環(huán)比下焦化蠟油的出裝置量變化如表3所示，當(dāng)循環(huán)比由0．35降至0．12時(shí)，焦化蠟油出裝置量增加15．87t/h，焦化蠟油出裝置調(diào)節(jié)閥經(jīng)常開副線外送。

表3 循環(huán)比對(duì)焦化蠟油出裝置量的影響

4 措 施

4.1 監(jiān)控原料性質(zhì)及時(shí)調(diào)節(jié)循環(huán)比

在焦化裝置界區(qū)內(nèi)冷熱渣油混合處安裝了在線密度儀，用于監(jiān)測(cè)進(jìn)裝置渣油的密度，防止出現(xiàn)渣油性質(zhì)大幅度變化而沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成加熱爐爐管結(jié)焦、生成彈丸焦等事故的情況。

低循環(huán)比操作下，渣油性質(zhì)的變化對(duì)加熱爐爐管的影響更為明顯，一旦在線密度儀顯示渣油變重，操作人員可立即提高循環(huán)比，適當(dāng)增大加熱爐注汽量，破壞渣油在爐管內(nèi)表面所形成的層流流動(dòng)，強(qiáng)化石油焦前體的無規(guī)則脈動(dòng)，減緩爐管結(jié)焦；此外，可通過降低焦炭塔壓力來進(jìn)一步提高渣油流速，減薄邊界層厚度。當(dāng)渣油性質(zhì)好轉(zhuǎn)時(shí)，可相應(yīng)降低循環(huán)比，達(dá)到增加液體收率、提高裝置處理量的目的，使焦化加熱爐始終處于最優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)。

4.2 優(yōu)化取熱，加大循環(huán)油量，減緩結(jié)焦

對(duì)于低循環(huán)比操作下分餾塔底部及分餾塔人字塔板結(jié)焦傾向增大的問題，可通過降低循環(huán)油－渣油換熱器取熱量，提高換熱后循環(huán)油返塔溫度，加大循環(huán)油上回流量，增強(qiáng)對(duì)分餾塔底部“人字塔板”的沖洗，以維持分餾塔蒸發(fā)段溫度的平穩(wěn)和分餾塔底部的物料平衡。此外，循環(huán)油上、下回流量增大，加強(qiáng)了分餾塔底部循環(huán)油的流動(dòng)性，達(dá)到了防止分餾塔底部結(jié)焦的目的，確保了分餾系統(tǒng)的平穩(wěn)操作。

4.3 提前操作，平衡物料

焦化裝置屬于間歇－連續(xù)生產(chǎn)，工況多變、操作頻繁。洛陽分公司焦化裝置采用“一爐兩塔”流程，焦炭塔的任何操作都會(huì)對(duì)后路造成較大的影響。在低循環(huán)比操作時(shí)，要熟悉焦炭塔操作的不同階段各物料的能量變化，做到統(tǒng)籌全局、提前進(jìn)行操作，防止各參數(shù)大幅波動(dòng)。

在焦炭塔小吹汽初期，新塔中渣油熱反應(yīng)生成的油氣較少，同時(shí)焦炭塔頂部油氣溫度會(huì)瞬間降低，如果不及時(shí)調(diào)整分餾操作，將會(huì)較大程度地影響產(chǎn)品質(zhì)量，此時(shí)需要在小吹汽之前將各集液箱液位高控，降低各側(cè)線回流量及出裝置產(chǎn)品量，維持分餾塔的物料平衡。

在焦炭塔小吹汽后期，生產(chǎn)塔頂部溫度和分餾塔進(jìn)料溫度恢復(fù)到正常值，加上處理塔小吹汽攜帶的油氣進(jìn)入分餾塔，分餾塔油氣量增大，側(cè)線集液箱液位快速上升，這時(shí)可根據(jù)蒸發(fā)段的溫度上升快慢，逐步加大蠟油、柴油外送量，提前拉低集液箱液位。

在焦炭塔大吹汽時(shí)，處理塔頂部油氣由進(jìn)分餾塔改進(jìn)放空塔。處理塔中蒸汽攜帶的油氣去接觸冷卻塔，進(jìn)分餾塔的油氣量瞬間降低，各側(cè)線集液箱的液位快速下降。在改大吹汽之前，現(xiàn)場(chǎng)操作要平穩(wěn)，室內(nèi)調(diào)節(jié)要及時(shí)，并且在大吹汽之前，把蠟油、柴油的液位高控，保證分餾塔的操作平穩(wěn)。

4.4 對(duì)循環(huán)油出裝置流程進(jìn)行改造

低循環(huán)比或零循環(huán)比操作條件下，需要外甩的分流塔塔底循環(huán)油量增多，循環(huán)油的后路問題成為制約分餾塔平穩(wěn)操作的關(guān)鍵因素。洛陽分公司焦化裝置循環(huán)油的后路去向?yàn)槲塾凸?，但由于污油罐接收焦炭塔預(yù)熱和大吹汽攜帶來的污油，負(fù)荷較大，因此無法投用。鑒于循環(huán)油的組分與重蠟油的組分相似，在循環(huán)油和渣油換熱器之后，增加一個(gè)循環(huán)油并入蠟油一起出裝置的流程，分餾系統(tǒng)攜帶焦粉、原料渣油換熱終溫低、換熱器和機(jī)泵等設(shè)備超溫超負(fù)荷、分餾塔底部液位高等問題都能迎刃而解。

低循環(huán)比操作下，分餾塔塔底循環(huán)油的外甩解決了分餾塔塔底液位高的問題。此時(shí)可增大循環(huán)油上回流量，增強(qiáng)對(duì)人字擋板上焦粉的洗滌；循環(huán)油取熱量增多，提高了循環(huán)油和渣油換熱器的換熱效果，原料油的換熱終溫提高，加熱爐燃料氣的單耗相對(duì)減??；循環(huán)油系統(tǒng)取熱量增大，降低了分餾塔上部的負(fù)荷，減少了換熱器的超溫、機(jī)泵的超負(fù)荷現(xiàn)象。

5 結(jié) 論

（1）洛陽分公司延遲焦化裝置采用低循環(huán)比操作后，提高了液體產(chǎn)品收率，增加了焦化裝置渣油加工能力，同時(shí)降低了裝置的綜合能耗，但存在加熱爐結(jié)焦傾向增大、分餾塔塔底結(jié)焦、設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行等問題。

（2）通過渣油進(jìn)裝置在線密度儀實(shí)時(shí)檢測(cè)原料性質(zhì)變化，根據(jù)原料性質(zhì)變化及時(shí)調(diào)整循環(huán)比和加熱爐爐管注汽量等，可改變?cè)驮跔t管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，避免加熱爐爐管結(jié)焦。

（3）通過優(yōu)化分餾塔塔底換熱流程，增大循環(huán)油流動(dòng)性，可以減緩分餾塔底部結(jié)焦。

（4）在小吹汽、大吹汽等階段對(duì)分餾塔提前操作，可減弱低循環(huán)比操作對(duì)分餾塔的影響。

（5）通過增加循環(huán)油并入蠟油出裝置流程，可解決低循環(huán)比操作下分餾塔塔底循環(huán)油去向問題，增大分餾塔平穩(wěn)操作的靈活性。

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［2］ 王航空，肖知俊，成林，等．稠油延遲焦化裝置提高汽油柴油收率的措施［J］．煉油技術(shù)與工程，2009，39（3）：21-23

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