焦炭塔上進料方式對延遲焦化過程的影響

韓海波，王洪彬，李 節，劉淑芳，黃新龍

(中國石化煉化工程(集團)股份有限公司洛陽技術研發中心，河南 洛陽 471003)

焦炭塔上進料方式對延遲焦化過程的影響

韓海波，王洪彬，李 節，劉淑芳，黃新龍

(中國石化煉化工程(集團)股份有限公司洛陽技術研發中心，河南 洛陽 471003)

在延遲焦化中型試驗裝置上考察了焦炭塔進料方式對延遲焦化過程的影響。結果表明：在操作條件基本一致的情況下，焦炭塔采用上進料方式與常規進料方式相比，干氣產率略有降低，焦炭產率減少明顯；在循環比0.50左右的條件下，液體產品產率提高了0.87百分點，其中焦化蠟油產率顯著提高；通過對焦炭塔兩種進料方式下的產品性質分析發現，焦化汽油、焦化柴油的性質基本一致，但上進料方式下的焦化蠟油性質略差，主要表現在密度、殘炭、硫含量、金屬含量有所升高，餾程變重，其50%和95%餾出溫度分別高出15 ℃和16 ℃。

延遲焦化 循環比 進料方式 上進料 產品性質

延遲焦化以其工藝成熟、原料適應性強、裝置投資低等特點[1]，備受煉油企業重視，是煉油廠主要的重油加工工藝之一。常規的延遲焦化工藝焦炭塔進料方式均采用底部進料，但該工藝過程存在生成油氣在焦炭塔內停留時間較長、油氣發生二次裂解幾率較大以及焦炭粉末夾帶嚴重等問題[2-3]。中國石化煉化工程(集團)(SEG)洛陽技術研發中心在充分分析和研究重油焦化反應機理的基礎上，提出了焦炭塔采用上部進料的工藝技術[4]。本研究以劣質重油為原料，考察焦炭塔進料方式對延遲焦化過程的影響。

1 實 驗

1.1 實驗裝置

焦炭塔采用底部進料(常規進料)和焦炭塔采用上部進料的延遲焦化中型試驗在SEG洛陽技術研發中心開發的LYDC-Ⅴ型減黏裂化-延遲焦化-連續蒸餾一體化實驗裝置上進行，其原則流程見圖1。該中型試驗裝置的延遲焦化進料量為3.0～6.0 kg/h，焦炭塔一次可充約20 kg焦炭[5-6]，來自塔頂的油氣經管線進入分餾塔后進行高效分離，從塔底直接得到重油(循環油)，該重油經計量后由高溫油泵抽出直接與新鮮進料混合，從而實現了循環油的在線循環操作。

圖1 延遲焦化中試裝置工藝流程示意

1.2 工藝流程描述

經過預熱的原料油由原料泵抽出，經計量后與來自分餾塔塔底經計量的循環油混合后再與一定比例的高溫蒸汽混合，然后進入重油加熱爐(A或B)加熱，控制加熱爐的出口溫度為495 ℃，然后高溫重油經轉油線從焦炭塔的底部/上部入塔進行焦化反應；來自焦炭塔頂部的生成油氣進入分餾塔進行產品的在線分離，從分餾塔塔底得到的重油(循環油)經計量后由循環油泵抽出直接與新鮮進料混合，從而實現循環油的在線循環操作；而來自分餾塔塔頂的油氣經冷卻后進入餾分油接收罐以實現氣、油、水的三相分離，不凝氣經冷阱深冷后計量、放空；得到的生成油經稱重后在實沸點蒸餾裝置上進行切割，分別得到汽油餾分、柴油餾分和焦化蠟油。試驗結束后對焦化塔進行冷卻、除焦。分析氣體、液體產品和焦炭的性質。

1.3分析方法

利用SBD-VI型實沸點蒸餾裝置將焦化生成油切割成小于180 ℃的汽油餾分、180～360 ℃的柴油餾分以及大于360 ℃的焦化蠟油，并分別進行性質分析；焦炭在機械清焦取樣后進行常規性質分析。主要分析方法見表1。

表1 主要分析方法

1.4 原料性質

表2為實驗所用劣質重油的性質。由表2可見，焦化進料的性質很差，密度(20 ℃)超過1 000 kg/m3，重金屬Ni+V含量高，質量分數達到285.1 μgg，盡管殘炭僅為19.2%，但其瀝青質質量分數高達17.15%。從石油膠體溶液的角度分析[7-9]，焦化進料的膠體體系穩定性較差，由于其瀝青質含量偏高，且芳香性儲備相對不足，因此在熱處理過程中該石油膠體溶液容易過早出現第二液相，故焦化過程應采用較高的循環比操作。

表2 原料油性質

2 結果與討論

2.1 操作條件和產品分布

表3為焦炭塔采用不同進料方式下的延遲焦化操作條件和產品分布。由表3可見，在重油加熱爐出口溫度495 ℃、焦炭塔塔頂壓力0.17 MPa、循環比0.50左右以及注汽總量相差不大的情況下，焦炭塔采用上進料方式與下進料方式相比，液體產品產率提高0.87百分點，干氣產率略有降低，而焦炭產率減少明顯，降低了0.92百分點。究其原因主要是進料方式改變引起的。焦炭塔采用上進料方式時，來自重油加熱爐B出口的約485 ℃的高溫物流從焦炭塔的上部以旋流的方式入塔，該高溫物流為氣液混合物，入塔后氣液混合物快速分離，氣相向上快速逸出焦炭塔；而液相則沿著塔壁旋流而下，并穿過泡沫層進入焦炭塔的液相反應區，其反應生成的氣體、焦化汽油、焦化柴油、焦化蠟油以及焦化循環油呈氣相上行穿過液相反應區、泡沫層后離開焦炭塔，而未反應組分以及縮合生成的焦炭留在軟焦層繼續反應。

表3 進料方式對產品分布的影響

在上述過程中，從焦炭塔上部入塔的約485 ℃的高溫物料含有10%～40%的氣相組分，而入塔閃蒸出來的高溫氣相組分與來自塔內重油反應生成的氣相組分混合后一起從焦炭塔的頂部離開。但因入塔閃蒸出來的高溫氣相組分在塔內的停留時間較短，從而有效抑制了這部分物料尤其是循環油餾分的二次反應，因此增加了液體收率，降低了干氣和焦炭的產率。此外，因焦炭塔采用上進料方式后，從焦炭塔底部進適量的蒸汽，有效降低了生焦孔內的油氣線速，也降低了穿過液體反應層和泡沫層的油氣線速，從而還可帶來以下好處：① 因生焦孔內線速降低，有效減輕了生焦層內焦炭的涌動，即減輕或消除了焦炭塔的震動，為裝置的安全運行提供了條件；② 因降低了穿越泡沫層的油氣線速，可減低泡沫層的高度，有利于提高焦炭塔的安全生產高度，從而降低焦粉的攜帶量；或可提高焦化塔的處理能力。

2.2 產品性質

2.2.1進料方式對汽油餾分和柴油餾分性質的影響表4和表5分別為不同進料方式下汽油餾分和柴油餾分的性質。由表4和表5可見，兩種進料方式下產出的汽油餾分、柴油餾分的性質基本相同，說明改變進料方式不會對焦化汽油和柴油的性質產生較大影響。

表4 進料方式對汽油餾分性質的影響

2.2.2進料方式對焦化蠟油和循環油性質的影響表6和表7分別為不同進料方式下焦化蠟油和焦化循環油的主要性質。由表6可見，在工藝條件基本相同的情況下，與焦炭塔采用下進料方式相比，采用上進料方式時生成的焦化蠟油性質略差，主要表現為密度、殘炭、硫含量以及金屬(Ni+V+Fe+Ca)含量均有所升高；同時上進料方式時焦化蠟油餾程的50%和95%餾出溫度分別比下進料方式時高出15 ℃和16 ℃。表明在反應深度上，焦炭塔采用上進料方式時總體表現要淺一些，而采用下進料方式時相對較深，這主要是因為采用上進料方式時入塔高溫油氣經快速閃蒸，閃蒸出來的以循環油餾分為主的油氣在塔內停留時間較短，二次反應深度較低造成的[10]。由于焦化蠟油的性質變化幅度并不大，因此對其后續加工工藝不會產生較大影響。

表5 進料方式對柴油餾分性質的影響

表6 進料方式對焦化蠟油性質的影響

表7 進料方式對循環油性質的影響

由表7可見，在工藝條件基本相同的情況下，與下進料方式相比，焦炭塔采用上進料方式時生成的焦化循環油的性質相對略差，主要表現在密度、殘炭、瀝青質含量以及金屬含量相對較高。盡管循環油性質的變化會對加熱爐輻射進料的性質產生影響，但因變化較小，故不會對加熱爐輻射段的爐管結焦趨勢產生突變式影響。

2.2.3進料方式對焦炭性質的影響表8為進料方式對焦炭性質的影響。由表8可見，進料方式對焦炭性質的影響較小，兩種進料方式下的焦炭性質基本相當，但因硫含量較高，為4.19%以上，遠大于3B石油焦的硫含量(質量分數不大于3.0%)指標要求，因此僅能作為高硫焦出售或作為CFB鍋爐的燃料。

表8 焦炭的性質

3 結 論

(1)在操作條件基本相同的情況下，延遲焦化焦炭塔采用上進料方式與下進料方式相比，干氣產率略有降低，焦炭產率降低明顯；在循環比0.50左右的條件下，液體產品產率提高了0.87百分點，其中汽油餾分和柴油餾分的產率有所降低，但焦化蠟油的產率提高明顯。

(2)焦炭塔采用上進料方式操作與下進料方式操作相比，焦化汽柴油的性質基本一致，而焦化蠟油和焦化循環油的性質略差，主要表現在密度、殘炭、硫含量以及金屬含量等均有所升高；其中焦化蠟油的餾程變重，50%和95%餾出溫度分別高出15 ℃和16 ℃，但這些性質的變化不會對后續加工產生較大影響。

(3)無論焦炭塔采用上進料方式操作，還是采用下進料方式操作，焦炭的硫質量分數均在4%以上，僅能作為高硫焦出售或作為CFB鍋爐的燃料進行發電。

[1] 瞿國華.延遲焦化工藝與工程[M].北京：中國石化出版社，2008：3-10

[2] 徐春明，楊朝合.石油煉制工程[M].北京：石油工業出版社，2009：278-279

[3] 王洪彬，韓海波，江莉，等.循環比對塔河常壓渣油延遲焦化工藝過程的影響[J].石油煉制與化工，2016，47(1)：58-61

[4] 王龍延，李和杰，秦如意，等.一種延遲焦化工藝：中國，201010144902.4[P].2010-03-07

[5] 黃新龍，李節，王少鋒，等.劣質重油淺度熱裂化中試研究[J].石油學報(石油加工)，2014，30(3)：434-438

[6] 黃新龍，王洪彬，張瑞風，等.重油淺度熱裂化反應深度對延遲焦化過程的影響[J].石油煉制與化工，2014，45(3)：25-29

[7] 李生華，劉晨光，梁文杰，等.從石油溶液到碳質中間相.Ⅰ.石油膠體溶液及其理論嘗析[J].石油學報(石油加工)，1995，11(1)：55-60

[8] 李生華，劉晨光，梁文杰，等.從石油溶液到碳質中間相.Ⅱ.石油溶液熱轉化過程中的相變化[J].石油學報(石油加工)，1995，11(1)：61-65

[9] 李生華，劉晨光，梁文杰，等.從石油溶液到碳質中間相.Ⅲ.抑制生結焦的物理化學[J].石油學報(石油加工)，1995，11(2)：72-76

[10] 王寶石，朱建華，王龍延，等.焦化中間產物二次熱裂化反應性能的研究[C]第六屆全國化學工程與生物化工年會，長沙，2010：1-7

INFLUENCEOFUPPER-FEEDINGMODEOFCOKINGDRUMONDELAYEDCOKINGPROCESSWTBZ

Han Haibo， Wang Hongbin， Li Jie， Liu Shufang， Huang Xinlong

(LuoyangR&DCenterofEngineeringandTechnologyofSINOPECEngineering(Group)Co.Ltd.，Luoyang，Henan471003)

The influence of feeding from the upper part of the delayed coking tower on product distribution was tested in a pilot plant.The results showed that upper-feeding method is superior in reduction of C1—C4yield slightly and coke significantly under the same operation conditions than conventional feeding mode.The liquid yield is improved 0.87 percentage points at the recycle ratio of about 0.5，in which the yield of coking gas oil increases significantly.It is found that the properties of coking gasoline and diesel by the upper feeding are close to the products by bottom feeding way，but the gas oil quality becomes poor.The density，residual carbon，sulfur and metal content are all increased，the distillation range is heavier，the 50% and 95% distillate temperatures of diesel is 15 ℃ and 16 ℃ higher than the old mode，respectively.

delayed coking； recycle ratio； feeding method； upper-feeding； product property

2017-06-14，；修改稿收到日期2017-08-15。

韓海波，高級工程師，主要從事石油加工技術開發工作。

黃新龍，E-mail：huangxinl.lpec@sinopec.com。

中國石油化工股份有限公司合同項目(110063)。