定向反射深度裂解技術在稠油焦化中的應用

雷 亮，郝盼東，吳振星，李 華

(中國石油克拉瑪依石化有限責任公司，新疆 克拉瑪依 834003)

定向反射深度裂解技術在稠油焦化中的應用

雷 亮，郝盼東，吳振星，李 華

(中國石油克拉瑪依石化有限責任公司，新疆 克拉瑪依 834003)

中國石油克拉瑪依石化有限責任公司焦化車間大檢修期間，采用中國石油大學開發的“焦化爐管外定向反射與管內深度裂解技術”，在焦化爐總體結構不變的條件下，對在役的1.2 Mt/a稠油焦化爐進行優化改造。改造后，加熱爐爐管表面溫度平均降低約30 ℃、汽柴油收率提高2.85百分點，焦炭產率降低1.15百分點，加熱爐熱效率提高2.23百分點。說明改變傳統爐管走向，增加爐管數量，通過延長重質油在管內的反應停留時間，提高焦化爐生焦反應給熱量及給熱品質，對減少裝置的焦炭產率、提高汽柴油收率有實際應用效果。

加熱爐 深度裂解 稠油焦化

中國石油克拉瑪依石化有限責任公司1.2 Mt/a稠油焦化加熱爐是雙輻射室，雙對流室和四管程水平管雙面輻射廂式爐，采用多點注汽、在線清焦及雙向燒焦技術。爐底共128臺低氧化氮扁平焰燃燒器，采用空間燃燒方式。工藝介質先經過對流室再進入輻射室后被加熱至工藝所需的溫度。加熱爐輻射室共有4個管程，24×4根輻射爐管。輻射室采用單排水平管，雙面輻射受熱方式，每一管程設有3個注氣點，分別位于對流室入口、輻射室入口和輻射出口倒數第6根管。為了提高加熱爐熱效率、降低焦炭產率、提高汽柴油收率，在裝置大檢修期間，采用中國石油大學開發的“焦化爐管外定向反射與管內深度裂解技術”，在焦化爐整體結構不變的條件下對其進行了優化改造。本文主要介紹改造內容及改造后運轉效果。

1 深度裂解技術原理[1-4]

重質油分子在高溫下發生裂解和縮合反應。焦化爐爐管上所沉積焦炭來自于重油中膠質和瀝青質的縮合反應，由苯不溶物到喹啉不溶物，進而縮聚成焦。在350～430 ℃溫度段，重質油在延遲焦化加熱爐內主要發生裂解反應。在此溫度段，重質油應該有充裕的停留時間，確保重質油充分輕質化。在430～470 ℃溫度段，主要發生縮合反應。在此溫度段，爐管容易結焦，應該盡量縮短重質油在此溫度段的停留時間。在470～500 ℃溫度段，主要是彌補焦炭塔內油氣汽化后焦炭塔內熱量損失，以維持縮合反應的持續進行。在此溫度段，應該充分促使重質油在進焦炭塔前充分汽化、充分吸熱。

中國石油大學(華東)研究發現，重質油本質在430～470 ℃溫度下，若分別在600 ℃和700 ℃兩種不同爐膛溫度下，其裂解和結焦雙重反應差異較大。在600 ℃左右較低的爐膛溫度下，只要限制重質油在爐管表面的結焦傾向，增加重質油在此溫度段的停留時間，仍可以促進重質油的裂解反應，有利于重質油的輕質化程度。傳統“下進上出”雙面輻射延遲焦化加熱爐內，重質油在430～470 ℃溫度段的結焦傾向主要是爐管與火焰距離太近，以及爐管表面熱強度過高造成的。因此，只要充分利用爐膛空間，改變傳統爐管走向，增加爐管數量，合理調整注入蒸汽的注入位置和數量，就可以延長重質油在430～470 ℃溫度段的停留時間，使其充分汽化，達到多產汽油、柴油，降低焦炭產率的目的。

2 改造內容

2.1 對流室和輻射室布管

圖1為改造后加熱爐介質流向。由圖1可知，對流室頂部利用原有2排預留管孔增加Φ127 mm×10 mm翅片管16根，新增爐管作為渣油加熱入口爐管。

圖1 改造后加熱爐介質流向

輻射室內爐管總體布置由“上進下出”改為“下進上出”流程，出口新增加Φ127 mm×10 mm爐管8根，Φ141 mm×12 mm爐管16根，即每程增加6根爐管，共增加24根。改造后底部采用正三角形錯排，第1根到第18根雙排Φ127 mm爐管，第19到26根單排Φ127 mm，第27根到第30根單排Φ141 mm爐管。

2.2 多點注汽

注汽點位置分別為：第一點在對流室入口，入對流室前工藝管線上，單程注汽量50～100 kg/h；第二點在進輻射室前，蒸汽注入點下移至輻射室入口處，注汽量200～250 kg/h，第三點注汽需流經倒數第4根爐管，注汽量150～250 kg/h。

2.3 燃燒器

改傳統燃燒為無縫附墻燃燒，加熱爐側墻看火孔全部堵死，只預留端墻看火孔。每排燃燒器16個，共128臺。降低火焰高度，避免火焰發飄過高舔燒爐管，改善爐墻及爐膛縱向溫度場分布，使爐管表面受熱更均勻。采用上下階梯燃燒，避免二次燃燒。

2.4 空氣預熱器

由水熱媒空氣預熱器改為熱管式空氣預熱器，并且采用下置式即將空氣預熱器設置在地面。出對流室熱煙氣經下行煙道進入空氣預熱器與空氣換熱，出預熱器的冷煙氣由引風機經冷煙道排入煙囪，空氣則有鼓風機送入煙氣預熱器與煙氣換熱，后經風道至燃燒器供燃燒器使用。為防止低溫露點腐蝕，尾部換熱管采用陶瓷管。

3 改造效果

改造前數據來源于加熱爐機械清焦后3個月即2014年6—8月生產數據。改造后數據來源于檢修改造后3個月即2015年8—10月生產數據。因為這3個月裝置加工的原料性質接近，且無摻煉渣油，因此具有更高的可比性。改造前后原料性質及操作條件見表1。

表1 改造前后原料性質及操作條件

3.1 爐管表面溫度

燃燒器的改造，降低了火焰高度，避免火焰發飄過高舔燒爐管，同時采用貼墻燃燒方式后，改善了爐墻及爐膛縱向溫度場分布，使爐管表面受熱更均勻。改造前后爐管表面溫度對比見圖2。由圖2可知，改造后，爐管表面溫度環比下降30 ℃左右，說明此次改造確實達到了降低爐管表面溫度的目的，同時改造后四路爐管受熱明顯比較均勻，有利于減少爐管結焦。

圖2 改造前后爐管表面溫度對比■—改造前；■—改造后

3.2 停留時間

改造后，底部爐管正三角形排布，爐管數量增加，每分支對流室爐管長度增加88.4 m，輻射室爐管長度增加了137.2 m，重質油在爐管內的停留時間延長了20～25 s，使其裂解深度增加，提高了焦化爐生焦反應給熱量及給熱品質。

3.3 產物收率

改造前后產物收率變化見圖3。由圖3可知，改造后汽柴油收率提高2.85百分點，蠟油收率降低2.09百分點，焦炭產率降低1.15百分點，干氣和液化氣綜合收率降低0.48百分點。

圖3 改造前后產物收率變化■—改造前；■—改造后

3.4 加熱爐熱效率

在確保爐管不發生露點腐蝕的情況下盡可能降低排煙溫度并提高空氣入爐溫度是提高加熱爐效率的重要措施。改造前后空氣入爐溫度和排煙溫度變化見圖4。由圖4可知，改造后排煙溫度降低了50 ℃左右，空氣入爐溫度提高了10 ℃左右。改造前后加熱爐熱效率見表2。由表2可知，改造后加熱爐熱效率平均提高了2.23百分點。

圖4 改造前后空氣入爐溫度和排煙溫度變化◆—改造前空氣入爐溫度；■—改造后空氣入爐溫度；▲—改造前煙氣排煙溫度；改造后煙氣排煙溫度

表2 改造前后加熱爐熱效率 %

4 結 論

在低爐膛溫度下，延長原油在430～470 ℃溫度段的停留時間，可以加深原油的裂解。改造后，加熱爐爐管表面溫度平均降低30 ℃左右，汽柴油收率提高2.85百分點，焦炭產率降低1.15百分點，加熱爐熱效率提高2.23百分點。

[1] 洪琨，馬鳳云，劉景梅，等.塔河常壓渣油及其亞組分的非等溫熱轉化反應性能研究[J].石油煉制與化工，2015，46(12)：53-58

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APPLICATION OF DIRECTIONAL REFLECTION DEEP CRACKING TECHNOLOGY IN HEAVY OIL COKING FURNACE

Lei Liang，Hao Pandong，Wu Zhenxing，Li Hua

(PetroChinaKaramayPetrochemicalCo.Ltd.，Karamay，Xinjiang834003)

The directional reflection deep cracking technology developed by the Chinese University of Petroleum was adopted for heater revamping of the 1.2 Mt/a coking plant during overhaul in PetroChina Karamay Petrochemical Co. Ltd. under the preconditions of the constant overall structure of the furnace. In this technology，the tube with oil was heated by fire directively reflected from the furnace wall and the oil in the tube was cracked deeply. After the transformation，the average surface temperature of the tube reduces by 30 ℃，the yield of gasoline and diesel increases 2 percentage points，the coke yield decreases by 1.15 percentage points，and the heat efficiency increases 2.23 percentage points. This means that the measures of changing the tube direction arrangement，increasing the tube number，extending the heavy oil residence time，improving the quantity and quality of heat are in favor of reducing coke yield and increasing gasoline and diesel yield.

heating furnace；deep cracking；heavy oil coking

2015-12-18；修改稿收到日期：2016-03-16。

雷亮，高級工程師，主要從事煉油生產工作。

雷亮，E-mail：leiliang8002@sina.com。