用焦化暖塔油代替熱蠟油作急冷油的效能分析

產(chǎn) 圣 劉和斌

(中國石油化工股份有限公司安慶分公司， 246002)

用焦化暖塔油代替熱蠟油作急冷油的效能分析

產(chǎn) 圣 劉和斌

(中國石油化工股份有限公司安慶分公司， 246002)

焦化裝置用暖塔油替代熱蠟油注入急冷油系統(tǒng)設(shè)計合理、操作便捷，且投資少、見效快，不僅消除了暖塔油直接進分餾塔回?zé)捤鶐淼碾[患，還可以改善加熱爐、分餾塔和氣壓機的操作，是焦化裝置節(jié)能降耗、科技增效的重要技改措施。

延遲焦化 暖塔油 急冷油 效能分析

中國石油化工股份有限公司安慶分公司(以下簡稱安慶石化)現(xiàn)有焦化裝置3套，總設(shè)計能力為1.5 Mt/a。焦化裝置暖塔油是指新塔在生產(chǎn)前用生產(chǎn)塔的高溫油氣倒入新塔循環(huán)預(yù)熱而產(chǎn)生的暖塔凝縮油，目前3套焦化裝置同時生產(chǎn)，每天都產(chǎn)生暖塔凝縮油。以前曾采取過如下一些方式將暖塔油在本裝置內(nèi)回?zé)?將暖塔油引進原料緩沖罐與原料混合回?zé)?將暖塔油與對流出口的渣油混合進分餾塔回?zé)?將暖塔油直接送分餾塔底回?zé)?。上述回?zé)挿绞接捎诖嬖谂秃倭克帧⒔狗酆突責(zé)捔坎环€(wěn)定等因素，易造成原料罐突沸冒罐、分餾塔原料分配管堵塞和塔底液面波動、溫度降低等問題，嚴重干擾了分餾塔的操作，因此設(shè)想將焦化暖塔油替代熱蠟油注入急冷油系統(tǒng)。

1 重油結(jié)焦機理

渣油是一種復(fù)雜的烴類混合物，其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，沸點高，黏度高，相對分子質(zhì)量大，殘?zhí)扛撸瑸r青質(zhì)高，金屬含量高，在高溫下會發(fā)生裂解和縮合反應(yīng)，其反應(yīng)機理［1］如圖1所示。焦化大油氣管線結(jié)焦的原因是渣油在發(fā)生裂化反應(yīng)的同時又產(chǎn)生一種副反應(yīng)即縮合反應(yīng)，小分子的烴類縮合成大分子的烴類后會在管線內(nèi)結(jié)焦。工業(yè)上通常用臨界分解溫度來指導(dǎo)生產(chǎn)，所謂臨界分解溫度是指油品在臨界狀態(tài)下開始發(fā)生分解和縮合的溫度。油品的性質(zhì)不同，其臨界分解溫度也不同。一般來說，油品的特性因數(shù)K值越大則臨界分解溫度越低，渣油臨界分解溫度一般在420℃左右。另外由于熱偶測點掛焦，會導(dǎo)致實際溫度高于測量溫度。若焦炭塔大油氣線溫度高于大油氣線內(nèi)油品的臨界溫度，則重組分就可能在大油氣線內(nèi)結(jié)焦。因此為了避免大油氣線結(jié)焦，焦炭塔頂?shù)牟僮鳒囟葢?yīng)該低于該油品的臨界分解溫度，并且介質(zhì)流速不能太低。

圖1 渣油熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程產(chǎn)物示意

焦化裝置焦炭塔在正常生產(chǎn)時，頂部油氣溫度高達440℃左右，而油氣在溫度高于420℃發(fā)生二次裂化和縮合反應(yīng)，造成油氣線結(jié)焦影響裝置穩(wěn)定生產(chǎn)。為了控制塔頂溫度，防止大油氣管線結(jié)焦，在焦塔頂部油氣出口處加注急冷油［2－4］。同時，油氣中攜帶的焦粉、泡沫經(jīng)大油氣線進入分餾塔，易堵塞塔盤，而在塔頂注急冷油還可以淋洗焦炭塔中油氣攜帶的焦粉、泡沫。

2 暖塔油作急冷油的可行性

在焦炭塔頂部出口處加注急冷油是為了控制塔頂溫度，防止大油氣管線結(jié)焦。所以，要求急冷油自身結(jié)焦傾向低，同時自身溫度要低于塔頂溫度，這樣才能起到好的急冷效果。以前安慶石化急冷油都是用裝置自產(chǎn)的熱蠟油取出一部分作為急冷油，還曾使用過中段油(重柴油)補充蠟油作為急冷油。

表1列出了蠟油和暖塔油的主要性質(zhì)。由表1可看出，雖然暖塔油黏度比蠟油大，其50%餾出點及干點溫度也比蠟油高，但它的殘?zhí)勘认炗托?，結(jié)焦傾向低;同時它的抽出溫度只有250℃，比蠟油的抽出溫度338℃低許多，這對用作急冷油是非常有利的。因而使用暖塔油替代熱蠟油打急冷油是可行的。

表1 蠟油、暖塔油主要性質(zhì)

按目前裝置加工負荷95%，全年實際生產(chǎn)時間350 d計算，年加工量為1.37 Mt，每套塔的暖塔油量平均為25 t/d(3套塔總共75 t/d)，全年暖塔油量達26 250 t。3套裝置同時生產(chǎn)所需急冷油用量是142.8 t/d，即每年用量為49 980 t。顯然，焦化裝置自產(chǎn)的暖塔油作急冷油還不夠用，因此，該系統(tǒng)還可用收油線接收自產(chǎn)的蠟油進暖塔油罐補充。焦化裝置是重油殘油加工裝置，煉廠大多污油都在該裝置吃干榨盡，加氫裝置外甩反沖洗污油和焦化放空系統(tǒng)污油等，該系統(tǒng)富裕的50%污油回?zé)捘芰⒛軌虻玫匠浞职l(fā)揮。

3 暖塔油系統(tǒng)的流程

對現(xiàn)有的焦化裝置進行技術(shù)改造，增加暖塔油回?zé)捪到y(tǒng)。該系統(tǒng)由1個暖塔油緩沖罐、2臺暖塔油泵及相應(yīng)的配套管線設(shè)施組成，用于接收本裝置自產(chǎn)暖塔油，3套自產(chǎn)冷蠟油、加氫裝置外甩反沖洗污油和焦化放空系統(tǒng)污油。暖塔油緩沖罐中油品經(jīng)泵401/1，2抽出用作6臺焦炭塔的急冷油。暖塔油回?zé)捪到y(tǒng)流程見圖2。

圖2 暖塔油回?zé)捪到y(tǒng)流程

4 增加暖塔油系統(tǒng)后的效果

4.1 改善加熱爐的操作

改造前回?zé)捙椭苯舆M入分餾塔底部，由于暖塔油平均溫度只有250℃，遠遠低于分餾塔底部溫度(365℃)，造成分餾塔底部溫度快速下降20 K左右，使得加熱爐在相同處理量下爐負荷大增，爐瓦斯用量也相應(yīng)突然增加，爐膛溫度易超標，爐出口溫度難以達標，爐管表面溫度接近上控指標。加之回?zé)捔坎环€(wěn)定，易造成分餾塔底液面大幅度波動，爐對流量因此而波動，使爐對流出口溫度超標，裝置處理量也因此受到影響，裝置能耗增加。如果此階段加熱爐降量生產(chǎn)，不僅影響裝置處理量，更重要的是該環(huán)節(jié)因焦炭塔油氣循環(huán)預(yù)熱熱量不足，新塔預(yù)熱溫度上升更慢，預(yù)熱時間更長、其暖塔油產(chǎn)量更多、分餾塔底溫度恢復(fù)更慢，加熱爐也就難以維持正常操作。所以分餾塔回?zé)捙团c裝置加熱爐系統(tǒng)操作是矛盾的，易造成加熱爐超負荷結(jié)焦，損壞關(guān)鍵設(shè)備、不利于裝置長周期生產(chǎn)，裝置處理能力也因此而下降，能耗上升。

增加暖塔油系統(tǒng)后，分餾塔系統(tǒng)操作不受影響，塔底液面和溫度都能控制在指標范圍，因而為加熱爐正常生產(chǎn)提供了條件，加熱爐避免了因回?zé)捙退鶐淼牟焕绊?，相?yīng)地提高了加熱爐效率和裝置處理能力。表2和表3列出了暖塔油系統(tǒng)投用前后有關(guān)操作參數(shù)對比情況。由表2和表3可以看出，暖塔油系統(tǒng)投用后，在爐101和爐102的爐膛溫度比以前下降20 K左右的情況下，分餾塔塔底溫度能達到工藝所需的360～365℃，這有利于加熱爐的平穩(wěn)操作。

表2 爐101暖塔油系統(tǒng)投用前后有關(guān)操作參數(shù)對比 ℃

表3 爐102暖塔油系統(tǒng)投用前后有關(guān)操作參數(shù)對比 ℃

4.2 改善分餾塔的操作

改造前暖塔油直接進分餾塔的零層回?zé)挘捎谂推骄鶞囟容^低，造成分餾塔底部溫度大幅下降;同時因回?zé)捔坎环€(wěn)定，造成分餾塔底液面大幅度波動，給分餾塔系統(tǒng)操作帶來很大困難。因此，無論是從分餾塔的熱量平衡還是物料平衡來講，分餾塔系統(tǒng)平衡操作都因回?zé)捙投淮蚱?，同時加大了焦化產(chǎn)品質(zhì)量控制的難度。現(xiàn)在使用暖塔油作急冷油，可以避免分餾塔因回?zé)捙投a(chǎn)生的系統(tǒng)大幅波動。從該系統(tǒng)流程上看，暖塔油不是直接進分餾塔回?zé)?，而是將其送入暖塔油緩沖罐R401，所以避免了分餾塔操作波動。暖塔油回?zé)捊?jīng)泵401/1，2平穩(wěn)地、以打急冷油的形式進行回?zé)挘岣吡私固克a(chǎn)塔頂油氣溫度的控制質(zhì)量，改善了分餾塔系統(tǒng)操作條件。

4.3 改善裝置氣壓機操作

暖塔油直接進分餾塔底回?zé)捲斐煞逐s塔系統(tǒng)壓力大幅波動，因此對氣壓機系統(tǒng)操作的影響隨之而來。焦炭塔油氣量和壓力變化都直接影響到富氣流量變化和氣壓機入口壓力變化，因而分餾塔回?zé)捙蛯鈮簷C平穩(wěn)運行帶來不利影響。而暖塔油系統(tǒng)投用后，分餾塔、加熱爐都能維持正常工作，消除了對氣壓機平穩(wěn)運行的影響，所以該系統(tǒng)投用改善了氣壓機的操作條件，有利于裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)。

5 暖塔油系統(tǒng)的效益評估

(1)用暖塔油替代熱蠟油注急冷油，只是改變了暖塔油的回?zé)挿绞胶突責(zé)捨恢?。從焦化產(chǎn)品看，裝置可多產(chǎn)熱蠟油去催化裂化(即暖塔油替代出的蠟油量26 250 t)，其經(jīng)濟效益比在焦化裝置產(chǎn)生的效益顯著，同時還能降低裝置能耗。表4列出了暖塔油系統(tǒng)投用前后主要能耗下降情況。由表4可以看出，該系統(tǒng)投用后，裝置的燃料氣消耗下降了10%，若全年裝置加工量按照1.37 Mt計算，則可減少瓦斯氣用量3 kt，按1 t瓦斯1 000元計，就可增效300萬元。因為從焦化裝置工藝要求來講，焦炭塔頂必須注急冷油，使塔頂溫度從440℃降至410～420℃。該系統(tǒng)充分利用了這一部分熱能來回?zé)捙?，而以前暖塔油進分餾塔回?zé)捫枰诩訜釥t中取熱將其溫度從250℃升至494℃。因此，該系統(tǒng)的投用使裝置能耗下降。

表4 暖塔油系統(tǒng)投用前后燃料氣消耗情況 t/t

(2)用暖塔油替代熱蠟油注急冷油系統(tǒng)投用，相應(yīng)地降低了分餾塔內(nèi)循環(huán)回流量。系統(tǒng)投用前在新塔預(yù)熱階段，以犧牲處理量來回?zé)捙?，增加暖塔油系統(tǒng)后這一問題得到了徹底解決，裝置在此階段加工量較過去提高，污油回?zé)捘芰σ驳玫搅溯^大提升。由于目前暖塔油用作急冷油還有近50%缺口，用自產(chǎn)蠟油補充，若這一部分污油回?zé)捘芰δ艹浞掷茫磕昕蓜?chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。將焦化放空污油和加氫裝置外甩污油送進R401回?zé)?，將實現(xiàn)焦化裝置少出甚至不出污油的目標。

(3)焦化暖塔油系統(tǒng)投資少、見效快、回報率高，是焦化裝置節(jié)能降耗、科技增效的重要技改措施。由于系統(tǒng)對設(shè)備、工藝沒有苛刻的要求，故投資少(總投資為35萬元)。主要設(shè)備為兩臺螺桿泵，一座原煉廠減黏裝置報廢的容器，即暖塔油緩沖罐R401(利舊)，以及相關(guān)的配管，其他系統(tǒng)都共用裝置原有設(shè)備。從操作費用上看，該系統(tǒng)只有一臺泵(另一臺備用)工作，其功率為11 kW，每小時耗電約10 kW·h，操作費用很低。顯然該系統(tǒng)的投資與其所取得的經(jīng)濟效益相比是微不足道的。更重要的是能避免回?zé)捙退鶐淼纳a(chǎn)操作波動，提高了裝置平穩(wěn)生產(chǎn)水平和安全可靠性，有利于裝置長周期生產(chǎn)，其經(jīng)濟作用不言而喻。

6 結(jié)論

(1)焦化暖塔油系統(tǒng)經(jīng)過兩年多時間的生產(chǎn)運行證明，焦化裝置用暖塔油替代熱蠟油打急冷油方案設(shè)計合理，切實可行。該系統(tǒng)消除了暖塔油直接進分餾塔回?zé)捤鶐淼碾[患，實現(xiàn)了裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)。

(2)焦化暖塔油系統(tǒng)，投資少、見效快、回報率高，是焦化裝置節(jié)能降耗、科技增效的重要技改措施。

(3)雖然該系統(tǒng)只是改變了暖塔油回?zé)挿绞椒椒?，但它徹底地解決了焦化裝置暖塔油回?zé)掃@一難題，使焦化裝置未來少出甚至不出污油的目標變?yōu)楝F(xiàn)實。

［1］ 趙春年．渣油加工工藝［M］．北京:中國石化出版社，2002．

［2］ 龔朝兵．惠煉焦化大油氣線結(jié)焦原因分析及對策［J］．廣東化工，2009(11):211－212．

［3］ 張立海．焦化塔大油氣線結(jié)焦原因分析及對策［J］．中外能源，2008(6):81－83．

［4］ 許維相．延遲焦化裝置大油氣線結(jié)焦因素及預(yù)防措施［J］．中外能源，2010(3):85－88．

Performance Analysis on Injecting Coking Warm Tower Oil in Oil－quenching System

Chan Sheng，Liu Hebin
(SINOPEC Anqing Company，246002)

SINOPEC Anqing petrochemical coking plant replaced hot wax oil with warm tower oil injecting in oilquenching system．The system has smoothly operated for many years，so the scheme was proved to be feasible．With the strong points of reasonable design，simple operation，low investment and quick return，the scheme could not only eliminate hidden dangers from freshening of warm tower oil in fractionating tower，but also improve operation of heating furnace，fractionating tower，and air compressor，which should be an important technical reforming measure for energy reserving and consumption reduction and efficiency improvement with science and technology．

delayed coking，warm tower oil，quenching oil，performance analysis

1674－1099 (2012)04－0010－04

TE624

A

2012-05-07。

產(chǎn)圣，男，1988年畢業(yè)于華東理工大學(xué)化學(xué)專業(yè)，高級工程師，從事石油化工科研工作。