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劣质渣油延迟焦化 成套技术与工业应用 研 究 报 告 中国石油大学(华东) 二OO八 年 四 月 一、 研 究 背 景 延迟焦化是一种利用重油在热转化深度较低时不易出现结焦前体物（结焦母体）的特性，在焦化加热炉管内获得重油轻质化所需要的能量，然后在焦炭塔内完成生焦反应的工艺过程。控制焦化炉炉管结焦速率是确保延迟焦化装置长周期运行的基础；尽量提高焦化炉生焦反应给热量，确保生焦反应（吸热）所需要的热量，减少装置的焦炭产率，是该工艺过程获得经济效益的技术关键。 焦化炉是延迟焦化装置的核心单元设备，焦炭塔的反应过程与结果由焦化炉控制，其地位与催化裂化提升管，乙烯装置裂解炉相当，决定了装置规模、操作周期及经济效益，炉管结焦是导致操作后期炉管管外壁温度上升损坏的根本原因。 炉管结焦速率与操作结构及物性都有关系：焦化炉炉管结焦速率等于结焦前体物生成速率与脱落速率之差，影响炉管结焦速率的因素可以分为两类：一类为影响结焦前体物生成速率的因素如原料性质、油膜温度(Film Temperature)等；另一类为影响结焦前体物脱落速率的因素如边界层厚度、管内流动主体结焦前体物浓度等。因此只有降低结焦前体物的生成速率，提高结焦前体物的脱落速率才能减少炉管结焦。 减少炉管结焦与降低焦炭产率目标是相互矛盾的：较低的炉出口温度与炉管表面热强度，会降低介质与油膜的峰值温度（Peak Temperature），对减少炉管结焦有利，但同时减少了生焦反应焦化炉给热量，进而导致焦炭塔内生焦反应不完全，焦炭中低挥发分增多，严重影响液体产物收率。 为了解决降低炉管结焦与减少焦炭产率之间的矛盾，受SEI委托中国石油大学重质油国家重点实验室承担了“劣质渣油延迟焦化成套技术与工业应用”的科技开发项目，本项目是在原炉管结焦机理研究（1999年中石化总公司科技进步二等奖）和焦化原料结焦倾向判断（2006年中石化总公司科技进步二等奖）基础研究基础上从事的工业应用项目，技术核心涉及一些新的概念与实验研究，本报告将加以总结。 二、 理论基础 图-1 炉管结焦关联式对特例焦化炉结焦厚度的预测 （8000小时，初开工、中期及结束状态） 2.1 炉管结焦机理 炉管结焦是导致操作后期炉管管外壁温度上升损坏的根本原因，直接影响装置操作周期。 详细细节参见第1章第1节“焦化炉炉管结焦机理及挂焦速率关联”， ，炉管结焦速率与装置操作、加热炉结构及原料物性都有关系，焦化炉炉管结焦速率等于结焦前体物生成速率与脱落速率之差： 炉管结焦速率＝焦炭生成速率－焦炭脱落速率 （1） 由特定动态实验得到结焦速率关联常数后，对特例焦化炉典型工况下结焦厚度沿炉管的变化进行理论推算，结果参见图－1。该项内容获得了中石化1999年度科技进步二等奖。 2.2 油品“最大可裂化度” 概念 实验结果表明，在裂解深度较低时，实验中检测不到结焦前体物的生成，结焦前体物产率为零；但当裂解深度增加到结焦前体物出现后，结焦母体产率随裂解深度增加而急速增加，裂解深度与结焦母体产率曲线明显存在一个加速拐点的现象；造成这种现象的原因可能是：重油的裂化反应为自由基反应历程，反应开始裂解深度较低时，反应过程产生的自由基被重油胶质所“笼蔽”，阻碍了自由基之间的进一步叠合，这时自由基如同漂浮在空中的云里水汽，并不能相互凝结成雨滴；一旦裂解深度增加，进而导致自由基浓度增加后，重油胶质的“笼蔽”效应被破坏，自由基之间的叠合就无障碍，结焦母体产率随裂解深度增加激增。详细细节参见第1章第2节 “重油热转化反应规律的研究”，定义导致“笼蔽”效应被破坏的最小裂解深度为介质的“最大可裂化度”。 2.3 管内介质“正常延迟状态” 概念 焦化炉老的设计规范源于1965年埃索研究工程公司制定的设计准则（五），工艺上只对炉管表面热强度和冷油流速进行校核，设计时要求炉管表面热强度在32～38kW/m2之间；冷油流速的范围为1200～1800kg/m2s。尽管利用这种方法完成了多套焦化炉的常规设计与操作，但这种方法由于没有体现炉管结焦速率与结构、操作及物性之间的相互关系；直接将结焦速率与操作、结构与物性条件相关联的关联式过于复杂且难以获得关联式中的常数，使其工程应用受到限制。详细细节参见第1章第3节 “强调焦化炉管内结焦的工艺校核方法”，我们提出用： ⑴　最高油膜温度； ⑵ 管内两相流流型； ⑶　焦化炉炉出口裂解深度。 三参数，作为判断焦化炉管内介质流动及反应过程是否处于“正常延迟状态”的依据，尤其要将关键炉管管内两相流流型控制为喷雾流、炉出口实际裂解转化深度控制在介质的最大可裂化度之内，以确保焦化炉管不发生严重结焦。 2.4 生焦反应焦化炉给热概念及提高生焦反应给热量的方法 图-2反应温度对重油热转化产品的影响 重油在