延遲焦化工藝新技術探索

梁麗

（遼河油田經濟貿易置業總公司，遼寧 盤錦124000）

焦炭化過程(簡稱焦化)是以渣油為原料，在高溫(500-550℃)下進行深度熱裂化反應的一種熱加工過程，包括延遲焦化、流化焦化和靈活焦化等多種工藝過程。反應產物有氣體、汽油、柴油、蠟油(重餾分油)和焦炭。焦化工藝自20世紀30年代開發成功以來，已成為燃料型煉油廠主要的渣油轉化過程。

1 延遲焦化產品主要特點

焦化汽油的特點是烯烴含量高，安定性差，馬達法辛烷值較低。汽油中的硫、氮和氧的含量較高(與原料性質有關)，經過穩定后的焦化汽油只能作為半成品，必須進行精制脫除硫化氫和硫醇后才能作為成品汽油的調和組分。焦化重汽油組分經過加氫處理后可作為催化重整的原料，以進一步提高質量。表15-1為阿拉伯重質原料的減壓渣油進行焦化時，所得焦化汽油的加氫精制數據以及加氫精制前后的汽油質量比較。

焦化柴油的十六烷值較高，含有一定量的硫、氮和金屬雜質;含有一定量的烯烴，性質不安定，必須進行精制脫除硫、氮雜質，使烯烴、芳烴飽和才能作為合格的柴油組分。焦化過程中，轉化為焦炭的烴類所釋放的氫轉移至蠟油、柴油、汽油和氣體之中。由于原料中的氫轉移方向與催化裂化不同，使焦化柴油的質量明顯優于催化裂化柴油。

焦化蠟油是指350-500℃的焦化餾出油，也稱焦化瓦斯油 (CGO)。焦化蠟油性質不穩定，它與焦化原料油性質和焦化的操作條件有關。焦化蠟油可作為加氫裂化或催化裂化的原料，有時也用于調和燃料油。

焦炭，即石油焦，是黑色或暗灰色堅硬固體石油產品，帶有金屬光澤，呈多孔性，是由微小石墨結晶形成粒狀、柱狀或針狀構成的炭體物。石油焦組分是碳氫化合物，含碳90%-97%，含氫1.5%'-8環，還含有氮、氯、硫及重金屬化合物。延遲焦化過程生產的石油焦稱為原焦，又稱為生焦。由于焦化原料油性質不同，生焦在性質和外形上也有差異。生焦經過燃燒除去揮發分和水分后即稱為燃燒焦，又稱為熟焦。生焦硬度小，易粉碎，水分和揮發分含量高。焦炭除了可作為普通固體燃料外，還可用作高爐煉鐵之用。如果焦化原料及生產方法選擇適當，石油焦經燃燒及石墨化后，可用于制造煉鋁、煉鋼的電極等。

2 影響延遲焦化工藝的主要因素

2.1 原料油性質

焦化過程的產品產率在很大程度上取決于原料油的件質。對于不同原料油，隨著原料油的密度增大，焦炭產率增大；對于同種原油而拔出深度不同的減壓渣油，隨著減壓渣油產率的下降，焦化產物中蠟油產率和焦炭產率增加，而輕質油產率則下降。不同原料油所得產品的性質各不相同。

原料油性質與加熱爐爐管內結焦的情況有關。性質不同的原料油具有不同的最容易結焦的溫度范圍，此溫度范圍稱為臨界分解溫度范圍。原料油的特性因數值越大，則臨界分解溫度范圍的起始溫度越低。在加熱爐加熱時，原料油應以高流速通過處于臨界分解溫度范圍的爐管段，縮短在此溫度范圍的停留時間，從而抑制結焦反應。原料油性質對選擇適宜的單程裂化深度和循環比也有重要影響。

2.2 操作溫度

操作溫度一般是指焦化加熱爐出口溫度或焦炭塔溫度，是延遲焦化裝置的重要操作指標，它的變化直接影響到爐管內和焦炭塔內的反應深度，從而影響到焦化產物的產率和性質。當操作壓力和循環比固定后，提高焦炭塔溫度，將使氣體和石腦油收率增加，瓦斯油收率降低，焦炭產率將下降，并將使焦炭中揮發分下降。但是，焦炭塔溫度過高，容易造成泡沫帶并使焦炭硬度增大，造成除焦困難。焦炭塔溫度過高還會使加熱爐爐管和轉油線的結焦傾向增大，影響操作周期。如焦炭塔溫度過低，則焦化反應不完全，將生成軟焦或瀝青。

2.3 操作壓力

操作壓力是指焦炭塔塔頂壓力。焦炭塔塔頂最低壓力是為克服焦化分餾塔及后繼系統壓降所需的壓力。操作溫度和循環比固定之后，提高操作壓力將使塔內焦炭中滯留的重質烴量增多和氣體產物在塔內停留時間延長，增加了二次裂化反應的概率，從而使焦炭產率增加和氣體產率略有增加，1-s以上液體產品產率下降，焦炭的揮發分含量也會略有增加。延遲焦化工藝的發展趨勢之一是盡量降低操作壓力，以提高液體產品的收率。焦炭塔的操作壓力控制在0.1～ 0.28MPa，但在生產針狀焦時，為了使富芳烴的油品進行深度反應，采用0.7MPa的操作壓力。

2.4 循環比

降低循環比也是延遲焦化工藝發展趨向之一，其目的是通過增產焦化蠟油來擴大催化裂化和加氫裂化的原料油量，然后，通過加大裂化裝置處理量來提高成品汽、柴油的產量。另外，在加熱爐能力確定的情況下，低循環比還可以增加裝置的處理能力。降低循環比的辦法是減少分餾塔下部重瓦斯油回流量，提高蒸發段和塔底溫度。這將引起塔底和爐管結焦，開工周期縮短。因此塔底溫度不宜超過4000C。

3 延遲焦化工藝新技術探索

2.1 除焦技術

水力除焦是間斷性操作，每一次由熱渣油進入焦炭塔進行焦化到打開焦炭塔進行水力除焦，再到重新封閉焦炭塔，進行預熱和進料，都要切換大最的閥門和進行一系列的操作。為了減輕勞動強度，避免誤動作，提高自動化水平，保證人員和設備的安全，提高出焦過程的自動控制水平至關重要。在消化吸收引進技術的基礎上，國產的水力除焦程序控制系統，已經具有國外類似產品的功能，能夠對全部除焦設備的操作，實現顯示、白動控制和安全聯鎖。鉆具位移模擬顯示系統，可以以米為單位顯示鉆具在焦炭塔內的位置。除焦控制閥，鉆機絞車和高壓水泵的工況得到了完整的顯示，安全聯鎖防止了誤操作的發生，只有在塔位選擇正確、鉆機選擇正確，各相關閥門開關位置正確，除焦控制閥工況正確的情況下，高壓水泵才能具備啟動條件，避免可能發生的事故。國產的變頻鉆機和大型化的鉆桿及自動切換聯合切焦器在焦炭塔直徑為9.4m的揚子1.60Mt/a延遲焦化裝置上取得了很好的效果。

3.2 環境保護新技術

通過采用旋液分離器將冷焦水中所含的油和焦粉回收后，整個冷焦水系統可以處于全密閉的狀態。由焦炭塔排出的冷焦水進入冷焦水緩沖罐，然后用泵送至旋液分離器，分離出油和焦粉，進入空冷器冷卻后循環使用。由于冷焦水處于全密閉狀態，冷焦水緩沖罐和冷焦水沉降罐的罐頂設置有脫硫劑，將這幾個罐由于呼吸而排放出的大最有害氣體進行吸收。冷焦水密閉循環流程的成功設計和運行，徹底解決了過去存在的冷焦水污染問題。同時山于冷焦水密閉循環系統內的旋液分離器具有除油作用，冷焦水的補充水可以使用延遲焦化裝置自身所產的含油污水，這樣，既減少了裝置的污水排放量，又節約了新鮮水的用量。

結語

近年來，隨著原油重質化、劣質化趨勢的加劇，原油加工難度加大，輕質油品收率降低，而市場對優質輕質油品的需求又在不斷增加，環保法規也越來越趨向嚴格。煉油工業面臨更加嚴峻的挑戰，重油加工和充分利用正成為全球煉油業關注的主要話題。

[1]尹先清.《化學化工專業實習》,石油工業出版社,2009.

[2]肖瑞華編,《煉焦化學產品生產技術問答》,冶金工業出版社,2007.

[3]中國材料研究學會主編,《材料科學與工程新進展》,冶金工業出版社，2005.