周超強(qiáng) 王俊 王吉峰

摘? ? ? 要：通過(guò)PROⅡ軟件模擬計(jì)算，對(duì)某煉廠延遲焦化裝置進(jìn)行了核算改造，將裝置循環(huán)比從原0.6降低至0.2，大大提高了裝置的總液收率和經(jīng)濟(jì)效益。在分餾塔脫過(guò)熱段采用蠟油噴淋替代原焦化原料上進(jìn)料與焦化油氣換熱的脫過(guò)熱方式，大大提高了氣液傳質(zhì)效率及對(duì)焦化油氣中焦粉的洗滌效果，提高了焦化蠟油的指標(biāo)，減少了原人字板的結(jié)焦及焦化液體產(chǎn)品中焦粉的夾帶量。著重介紹了降低循環(huán)比后主分餾塔的工藝調(diào)整計(jì)算及脫過(guò)熱段蠟油噴淋量與循環(huán)比的擬合計(jì)算過(guò)程，并簡(jiǎn)述了脫過(guò)熱段的改造工程方案。

關(guān)? 鍵? 詞：延遲焦化;噴淋;循環(huán)比;脫過(guò)熱

中圖分類號(hào)：TE 624? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ?文章編號(hào)： 1671-0460（2020）09-2088-05

Abstract： Based on the simulation by PROⅡ， the recycle ratio of DCU in a North China refinery was reduced from 0.6 to 0.2，which rapidly increased the liquid product yield and the overall economic benefits of the unit. In the de-superheating section of the main fractionator， the trays were replaced by sprinklers and the wax oil was sprayed as the quench oil instead of the heavy residue oil， which greatly improved the gas-liquid mass transfer efficiency and the washing effect of coke powder in the reaction gas， reduced the coke powder in the liquid products and the risk of coking in this section. In this paper， the process adjustment calculation of the main fractionator and how to match the sprayed gas oil and the recycle ratio were introduced emphatically. The engineering modification of the main fractionator was also mentioned briefly.

Key words： Delayed coking unit; Spray; Recycle ratio; De-superheating

延遲焦化因原料適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)成熟、投資和操作費(fèi)用低等特點(diǎn)，是渣油加工的主要手段之一[1]。近年來(lái)渣油雖普遍采用加氫處理路線，但延遲焦化裝置在煉廠仍承擔(dān)著處理高硫、高金屬含量、高殘?zhí)康牧淤|(zhì)渣油及浮渣、催化油漿等重任，對(duì)全廠的重油平衡起著至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用[2]。低油價(jià)時(shí)相比渣油加氫技術(shù)，延遲焦化在經(jīng)濟(jì)效益上也具有明顯優(yōu)勢(shì)[3]。

降低延遲焦化裝置的循環(huán)比是提高其液收及經(jīng)濟(jì)效益的重要手段[4-5]。某煉廠原產(chǎn)能500萬(wàn)t·a-1，有一套100萬(wàn)t·a-1的延遲焦化裝置。因初期全廠無(wú)焦化蠟油處理裝置，所以該裝置采用大循環(huán)比設(shè)計(jì)來(lái)減少蠟油產(chǎn)出。其設(shè)計(jì)循環(huán)比為0.8，實(shí)際操作循環(huán)比在0.6～1.0之間。

隨著全廠質(zhì)量升級(jí)改造的進(jìn)行，廠內(nèi)新建了加氫裂化、催化裂化等裝置，原油一次處理量也提升至800萬(wàn)t·a-1。延遲焦化裝置急需做相應(yīng)改造，降低循環(huán)比來(lái)提高液收，同時(shí)也可釋放該裝置的處理能力，提高其調(diào)節(jié)全廠重油的能力。焦化蠟油可送至裂化裝置生產(chǎn)柴油、石腦油等高附加值產(chǎn)品，提高全廠的經(jīng)濟(jì)效益。

1? 新循環(huán)比下裝置收率預(yù)測(cè)

1.1? 延遲焦化裝置原料分析及當(dāng)前物料平衡

延遲焦化裝置分餾部分的模擬計(jì)算一般根據(jù)質(zhì)量平衡，依據(jù)各分餾出的產(chǎn)品來(lái)調(diào)和進(jìn)分餾塔的反應(yīng)油氣組成[6-7]。各產(chǎn)品收率一般基于已有裝置的物料平衡或者相應(yīng)的焦化試驗(yàn)數(shù)據(jù)。因改造前裝置采用高循環(huán)比操作且無(wú)條件做0.2循環(huán)比下的焦化試驗(yàn)，所以在0.2循環(huán)比下的各產(chǎn)品收率只能根據(jù)原料性質(zhì)及當(dāng)前裝置數(shù)據(jù)進(jìn)行推測(cè)。

1.1.1? 裝置的原料分析

由表1數(shù)據(jù)可知，該焦化原料殘?zhí)贾蹈?、密度大、硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，產(chǎn)出焦炭為高硫焦，應(yīng)盡量降低其收率。原料中較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的膠質(zhì)保證其較好的穩(wěn)定性，滿足降低操作循環(huán)比的條件。

1.1.2? 當(dāng)前物料平衡

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定數(shù)據(jù)，裝置當(dāng)前在0.6循環(huán)比條件下的物料平衡數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

1.2? 新循環(huán)比條件下產(chǎn)品收率的推測(cè)

延遲焦化裝置焦炭及各產(chǎn)品的收率除主要受原料性質(zhì)影響外，還受焦化溫度、循環(huán)比、焦炭塔壓力等因素影響[4]。

本次改造其余操作條件不變，僅降低裝置操作循環(huán)比，所以僅需預(yù)測(cè)循環(huán)比對(duì)產(chǎn)品收率的影響。降循環(huán)比后焦化爐、焦炭塔、分餾塔及吸收穩(wěn)定部分的負(fù)荷均會(huì)降低，所以裝置處理能力增加。本次按照120萬(wàn)t·a-1處理量進(jìn)行核算，根據(jù)相關(guān)資料的經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)[8]，得到降循環(huán)比后物料平衡如表3所示。

1.3? 產(chǎn)品指標(biāo)要求

改造后各產(chǎn)品指標(biāo)要求不變，與分餾部分相關(guān)的各產(chǎn)品指標(biāo)見(jiàn)表4。

焦化蠟油殘?zhí)恐禑o(wú)法在流程模擬中進(jìn)行控制，計(jì)算中通過(guò)控制蠟油的TBP干點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，核算時(shí)蠟油干點(diǎn)控制值與改造前基本一致。焦化蠟油的殘?zhí)抠|(zhì)量分?jǐn)?shù)控制指標(biāo)為≤1.00%，但是加氫裂化進(jìn)料蠟油質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制值為<0.1%，所以焦化蠟油殘?zhí)恐翟降?，其摻煉比例就能越高?/p>

2? 焦化分餾流程的模擬計(jì)算

2.1? 模型的建立

根據(jù)表3的物料平衡，各產(chǎn)品組成或餾程按裝置改造前標(biāo)定數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)和焦炭塔頂反應(yīng)油氣，包括上游各處注汽所帶入的蒸汽。反應(yīng)油氣中還有物料平衡中未體現(xiàn)的循環(huán)油組分，需通過(guò)不斷地推測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)果的匹配。計(jì)算采用SIMSCI的PROⅡ流程模擬軟件，物性方法采用GS。

2.1.1? 反應(yīng)油氣中循環(huán)油餾程的推測(cè)

焦化油氣中不僅是分餾塔得到的石腦油、柴油、蠟油及富氣等。油氣中有一部分未知餾程的重組分油在急冷和脫過(guò)熱過(guò)程中冷凝落入焦炭塔及分餾塔底。可以肯定的是此重組分油比蠟油重，其餾程大部分與蠟油的重組分重疊。另根據(jù)物料平衡，焦炭塔出來(lái)的油氣總量為分餾塔液相產(chǎn)品量加上與總循環(huán)油量一致的循環(huán)油氣量。未知的重組分量與蠟油中的重組分一起構(gòu)成循環(huán)油，在模擬時(shí)須預(yù)設(shè)此重組分的餾程，并在計(jì)算過(guò)程中不斷調(diào)整其量與蠟油的比例，讓油氣組成與實(shí)際不斷接近。預(yù)設(shè)焦化油氣中重油組分的餾程及參數(shù)見(jiàn)表5。

2.1.2? 分餾塔的主要操作參數(shù)設(shè)置

在進(jìn)行核算時(shí)，考慮分餾塔的主要操作參數(shù)與改造前基本保持一致，模擬計(jì)算時(shí)分餾系統(tǒng)的主要操作參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表6。

因分餾塔各產(chǎn)品收率變化，各中段取熱須做相應(yīng)調(diào)整。由于分餾與吸收穩(wěn)定有熱聯(lián)合及物料關(guān)聯(lián)，計(jì)算時(shí)也包含了吸收穩(wěn)定部分的內(nèi)容。

2.2? 模擬流程

分餾的模擬從焦化油氣急冷開(kāi)始。脫過(guò)熱段采用蠟油噴淋來(lái)替代原減壓渣油與焦化油氣在塔盤上換熱的流程，原流程在此段設(shè)置了8塊“人字板”，計(jì)算時(shí)按照1塊理論板進(jìn)行計(jì)算[9-10]。

流程模擬建立的分餾部分計(jì)算流程見(jiàn)圖1。

圖1中flash1和flash2模塊分別模擬焦化油氣的急冷及蠟油噴淋脫過(guò)熱，兩模塊底部的液相均為循環(huán)油的一部分。

2.3? 蠟油噴淋量與循環(huán)比的擬合

在分餾塔脫過(guò)熱段噴淋的蠟油與焦化油氣進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱。蠟油噴淋量越大，對(duì)油氣的脫過(guò)熱效果及焦粉洗滌效果越好。但過(guò)大的噴淋量會(huì)使油氣冷后溫度過(guò)低，落入分餾塔底的重蠟油組分量大，循環(huán)比增大，蠟油的干點(diǎn)和收率降低。本文中焦化油氣的組成是根據(jù)0.2循環(huán)比下預(yù)測(cè)的產(chǎn)品收率進(jìn)行調(diào)和的，所以在模擬計(jì)算時(shí)噴淋的蠟油量還要保證全過(guò)程的循環(huán)油量與循環(huán)比匹配，以維持整個(gè)系統(tǒng)的平衡。

噴淋脫過(guò)熱過(guò)程中蠟油部分氣化、油氣中部分重組分冷凝。理論上氣化的蠟油與冷凝的重組分氣化潛熱相差不大，即氣化量與冷凝量相當(dāng)。未氣化的蠟油、冷凝的重油及急冷時(shí)的液相一起作為循環(huán)油。0.2循環(huán)比對(duì)應(yīng)循環(huán)油總量為30 t·h-1，所以模擬時(shí)噴淋蠟油的初始量設(shè)定為30 t·h-1。計(jì)算過(guò)程中根據(jù)油氣脫過(guò)熱后的溫度、循環(huán)油量等參數(shù)來(lái)調(diào)整計(jì)算，調(diào)整過(guò)程如圖2所示。

2.4? 模擬計(jì)算結(jié)果

經(jīng)過(guò)上述過(guò)程的反復(fù)調(diào)整計(jì)算，模擬計(jì)算得到的收率保持與預(yù)測(cè)值一致，各產(chǎn)品指標(biāo)均滿足要求。其余的主要結(jié)果見(jiàn)表7。

2.5? 蠟油噴淋脫過(guò)熱的工程設(shè)計(jì)

工程設(shè)計(jì)中為保證焦化蠟油在脫過(guò)熱段的良好分布及霧化效果，防止結(jié)焦，采取的措施如下：①設(shè)置2層噴頭，保證蠟油的分布及其與油氣的接觸時(shí)間;②兩層噴淋均設(shè)置了流控維持持續(xù)穩(wěn)定量，同時(shí)用中段循環(huán)油來(lái)維持噴淋蠟油壓力、溫度。

計(jì)算過(guò)程采用了較多推測(cè)，為補(bǔ)償可能存在的計(jì)算偏差，選用在計(jì)算量60%～120%內(nèi)均有很好的分布效果的噴頭。保留最下方的3層“人字板”以促進(jìn)油氣分布及減少大吹汽期間的沖擊。噴淋蠟油與循環(huán)蠟油一起抽出，噴淋蠟油的溫度通過(guò)脫過(guò)熱后油氣溫度來(lái)控制，通過(guò)兩個(gè)不同溫度點(diǎn)的抽出比例調(diào)節(jié)。蠟油噴淋部分的流程示意圖見(jiàn)圖3。

3? 實(shí)際應(yīng)用效果

3.1? 實(shí)際運(yùn)行的物料平衡

當(dāng)前裝置已完成改造并運(yùn)行良好，裝置改造后實(shí)際按照120萬(wàn)t·a-1處理量運(yùn)行。循環(huán)比如期降至0.2。根據(jù)裝置改造后的標(biāo)定數(shù)據(jù)，各產(chǎn)品實(shí)際收率與改造前及模擬計(jì)算時(shí)預(yù)測(cè)的收率對(duì)比見(jiàn)表8。

由表8可知，相對(duì)改造前裝置焦炭收率降低了2.64%，總液收提高了4.01%。計(jì)算時(shí)預(yù)測(cè)的產(chǎn)品收率與實(shí)際各產(chǎn)品收率非常接近，模擬計(jì)算的輸入條件及計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確。

3.2? 實(shí)際運(yùn)行分餾塔及脫過(guò)熱段的操作參數(shù)

實(shí)際運(yùn)行過(guò)中分餾塔的主要操作參數(shù)見(jiàn)表9。

對(duì)比表7與表9參數(shù)，實(shí)際操作時(shí)各中段循環(huán)取熱量與模擬值較為接近，實(shí)際操作稍增加了高溫位的中段循環(huán)及蠟油循環(huán)的取熱量，來(lái)保證較高的原料油換熱溫度。實(shí)際操作蠟油噴淋量與理論計(jì)算值接近，循環(huán)比接近目標(biāo)循環(huán)比0.2。

3.3? 蠟油產(chǎn)品指標(biāo)及焦粉洗滌效果

改造前后蠟油產(chǎn)品的主要指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表10。

由表10可知，改造后蠟油產(chǎn)品中的殘?zhí)恐迪鄬?duì)改造前未升高反而有所降低，蠟油中重餾分質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)改造前降低。

正常情況下，降低延遲焦化裝置的循環(huán)比，焦化蠟油變重、變稠，康氏殘?zhí)恐瞪遊8]。本文因采用了蠟油噴淋技術(shù)，將油氣中的重組分及噴淋蠟油中的重組分帶入塔底作為循環(huán)油，減少了高殘?zhí)康闹亟M分進(jìn)入蠟油集油箱，改善了蠟油的指標(biāo)。

在噴淋過(guò)程中，均勻分布及密集的液滴將焦化油氣中的焦粉帶入塔底，蠟油循環(huán)對(duì)油氣進(jìn)行了二次洗滌，大大減少了進(jìn)入分餾段油氣中的焦粉，從而減少了各液相產(chǎn)品中的焦粉夾帶量。

焦化液相產(chǎn)品中的焦粉夾帶量暫無(wú)較好的測(cè)定方法。但改造后下游裝置原料過(guò)濾器反沖洗周期顯著延長(zhǎng)可反映出各產(chǎn)品焦粉夾帶量的減少。

4? 結(jié) 論

本文的模擬計(jì)算指導(dǎo)了延遲焦化裝置降循環(huán)比改造及分餾塔脫過(guò)熱改造。模擬計(jì)算過(guò)程中雖根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及理論預(yù)測(cè)了裝置物料平衡及焦化油氣中的循環(huán)油組成，但是在計(jì)算過(guò)程中進(jìn)行了反復(fù)的調(diào)整，在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮了模擬計(jì)算的偏差?，F(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐證明，本文建立的計(jì)算模型準(zhǔn)確率高，與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果很接近。

改造后的延遲焦化裝置循環(huán)比成功地由0.6降低至0.2，處理能力由100萬(wàn)t·a-1提高至120萬(wàn)t·a-1，焦炭收率降低，總液收大大提高。采用的蠟油噴淋脫過(guò)熱工藝降低了焦化蠟油的殘?zhí)恐?，完全滿足下游裝置的進(jìn)料指標(biāo)要求，大大降低了液相產(chǎn)品中焦粉的夾帶量，減輕了下游加氫裝置過(guò)濾器的反沖洗頻率，減少了污油排放量，取得了成功的改造效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]翟國(guó)華，黃大智，梁文杰.延遲焦化在我國(guó)石油加工中的地位和前景[J].石油學(xué)報(bào)（石油加工），2005，21（3）：47-53.

[2]張明超.試析高油價(jià)下渣油加工路線的選擇[J].當(dāng)代化工，2016，45（8）：1900-1906.

[3]楊成炯，魏鑫，朱華興，等.延遲焦化裝置密閉除焦技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].煉油技術(shù)與工程，2018，48（1）：33-36.

[4]洪曉瑛.提高延遲焦化裝置液體收率方法[J].廣東石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，23（4） ： 5-8.

[5]楊有文，王曉強(qiáng)，張滿斌，等.1.2Mt/a延遲焦化裝置低循環(huán)比運(yùn)行可行性分析[J].中外能源，2017，22（8）：70-75.

[6]王陽(yáng)峰，張英，高景山，等.延遲焦化分餾塔模擬與側(cè)線取熱優(yōu)化研究，[J].煉油技術(shù)與工程，2015，45（10）：30-34.

[7]易國(guó)剛，陳清林，張冰劍. 延遲焦化主分餾塔模擬策略研究[J].計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2007，10（24）：1367-1370.

[8]瞿國(guó)華.延遲焦化工藝與工程[M].北京： 中國(guó)石化出版社，2017.

[9]王陽(yáng)峰，張英，崔連來(lái). 焦化分餾塔工藝模擬與用能優(yōu)化，[J].中外能源，2015，20（10）：82-87.

[10]LEI Y， ZHANG B J.A novel strategy for simulating the main fractionator of delayed cokers by separting the de-superheating process[J]. Chinese Journal of Chemical Engineering， 2013， 21（3）：285-294.