提高延迟焦化装置负荷率研究报告2.docVIP

提高延迟焦化装置负荷率 的研究与工程实施 报奖材料之二 研 究 报 告 中国石油大学(华东) 二OO八 年 五 月 1. 研 究 背 景 沧州炼厂延迟焦化装置是1999年投产的、采用上个世纪八十年代设计理念建造的设计产能为50万吨/年、一炉两塔结构的延迟焦化装置。改造前，装置加工能力为50万吨，焦化炉与焦炭塔为装置提高处理装置能力的瓶颈所在，焦炭产率系数（装置焦炭产率/原料康式残炭）在1.6~1.7之间、操作周期大约为8个月左右。 延迟焦化工艺特点具有半间歇半连续操作特性，原料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。焦化炉需要在控制炉管结焦速率的同时，尽量提高焦化炉对生焦反应的给热量，以确保生焦反应完全彻底，降低装置的焦炭产率。 本项研究的目的有二：一是消除焦化炉与焦炭塔对提量操作的瓶颈制约，二是在生焦周期缩短原料劣质化的同时，尽量提供较多的生焦反应给热量以降低装置焦炭产率。由于理论上减少炉管结焦与降低焦炭产率目标相互矛盾，缩短生焦周期与减少炉管结焦有利的操作方案，可能导致焦炭塔内生焦反应不完全，焦炭中低挥发分增多进而影响液体产物收率，因而提高延迟焦化装置负荷率的研究与工程实施必须以控制炉管结焦为基础。 本项研究焦炭塔采用20小时生焦周期以减少焦粉携带；在满足装置长周期运行的生产要求前提下，对焦化炉进行局部改造与优化操作，在消除焦化炉的瓶颈制约的同时提高生焦反应给热，利用现有装置每年加工处理65万吨的减压渣油，避免减压渣油直接出厂而导致经济损失，科研组所作的工作，可分为基础研究、配套设备动改措施论证、优化操作方案制定三大部分，本报告将分类加以总结。 2. 主要研究工作 2.1 相关基础研究 为了便于掌握提高延迟焦化装置负荷率研究的实质，本节将与项目有关的基础工作做一简要介绍。 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） 2.1.1炉管结焦机理 [1] 炉管结焦机理研究是从事提高延迟焦化装置负荷率研究的基础。 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[1]参见图－1。该项内容获得了中石化1999年度科技进步二等奖。 2.1.2“最大可裂化度”与“正常延迟状态” 概念 利用高压射流清洗机高压水的冲击力将粘附在管壁上的焦层剥离，用特制金 图-2 特例炉实测焦厚分布 属编织袋将冲击出来的焦炭截流，用溶剂油和甲苯除掉粘附在焦炭上的油分，用水标定出焦炭的密度，假定同一根炉管上焦层均匀分布，将焦层重量值转换成炉焦厚度，利用变形蜡块得到炉管管焦的周向分布，3个特例炉管管焦沿炉管分布工业数据[2]参见图－2，工业数据炉管结焦厚度变化趋势与理论推算结果吻合，证明了结焦前体物附壁之前存在脱落；但由于炉管管焦层系操作周期内累积形成，操作周期内很难保证操作平稳，非正常及误操作状态限制了结焦速率关联式的实际应用。 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。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”。 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，不能用于提高延迟焦化装置负荷率研究[3]，为确保焦化炉管不发生严重结焦，我们在提高延迟焦化装置负荷率研究时用： 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[4]。 2.1.3生焦反应焦化炉