我國延遲焦化技術(shù)及其發(fā)展趨勢

孫欽璽

(中海油石化工程有限公司 管道室 ， 山東 濟南 250101)

我國延遲焦化技術(shù)及其發(fā)展趨勢

孫欽璽

(中海油石化工程有限公司管道室，山東濟南250101)

經(jīng)濟增長依賴于充足的石油供給，近幾年我國對外石油依賴度維持在60%以上。我國的原油資源相對偏重，近年來開發(fā)出來的多以重質(zhì)原油為主；考慮到油價等因素，進口的原油也大多是重質(zhì)原油，而且是含硫甚至是高硫原油。因此，我國煉油工業(yè)面臨著加工重質(zhì)原油和含硫原油的嚴峻挑戰(zhàn)。筆者分析了目前重質(zhì)油的加工工藝，認為在現(xiàn)在原油特點的情況下，延遲焦化是最合適的重油加工工藝。在實際生產(chǎn)中，通過反應溫度、壓力，循環(huán)比等條件的優(yōu)化調(diào)節(jié)，以及消泡劑和阻焦劑的應用，可實現(xiàn)工藝效益的最大化。最后對延遲焦化的發(fā)展趨勢做了論述，為延遲焦化技術(shù)的進一步發(fā)展指明了方向。

重油加工；延遲焦化；優(yōu)勢；發(fā)展趨勢

原油重質(zhì)化、劣質(zhì)化是當前煉油行業(yè)必須面對的一個嚴峻問題。具體表現(xiàn)為原油密度、殘?zhí)亢土蚝坑性鲩L趨勢，有些原油還高含金屬或有機酸。

在我國，國產(chǎn)原油資源本身偏重，產(chǎn)量最高的大慶原油中350℃以下的餾分僅有26%，500℃以上的減壓渣油幾乎占50%，產(chǎn)量居第二位的勝利原油則比大慶原油更重些；另一方面，由于高硫重質(zhì)原油的進口價格較低，而且價格穩(wěn)定。所以原油變重、變差也是國內(nèi)煉油行業(yè)面臨的問題。

1 重質(zhì)油加工技術(shù)的選擇

目前，處理重油、渣油的主要加工工藝有焦化、催化裂化和加氫處理等。盡管目前催化裂化單煉和摻煉渣油的能力已占到重油加工總能力的25%以上，但如果渣油的殘?zhí)亢砍^10%、重金屬含量超過100～150μg /g，催化裂化裝置將難以承受催化劑費用的增加和停工時間的延長而帶來的問題；也會對加氫裝置造成腐蝕等破壞性，其所產(chǎn)生的設備更換維修和催化劑等費用巨大，嚴重影響了加氫工藝的經(jīng)濟效益[2]?？墒悄壳霸挖呄蛴谥刭|(zhì)化，渣油的收率不斷提高；為提高汽油質(zhì)量降低了催化裝置的摻渣比，為優(yōu)化加氫裂化裝置原料、降低操作費用減少了重油的摻煉量，這些都導致了渣油的過剩。所以各煉廠只有通過增加焦化裝置處理過剩的渣油來提高煉廠的效益。

焦化的主要形式有釜式、平爐、延遲、接觸、流化和靈活焦化。前兩種由于工藝技術(shù)落后、間歇生產(chǎn)、勞動條件差、耗鋼材多和占地面積大等缺點，已被淘汰；接觸焦化由于它的工藝及設備復雜、投資及維修費用高、技術(shù)不夠成熟，而發(fā)展較少；流化焦化和靈活焦化由于投資和操作費用遠高于延遲焦化，因此發(fā)展也非常緩慢[3]。綜上所述，筆者認為延遲焦化技術(shù)是目前最合適的重油加工技術(shù)[4]。

延遲焦化是將原油用加熱爐加熱到反應溫度，并在高流速、短停留時間的條件下，使原油盡量不發(fā)生反應，就迅速離開加熱爐進入焦炭塔進行裂化和縮合生焦反應。圖3為延遲焦化工藝流程。

圖1 延遲焦化工藝流程

在石油焦化生產(chǎn)中，延遲焦化約占78%，流化焦化約占8%，靈活焦化和其他焦化約占14%[5]，可見延遲焦化是目前世界上重要的渣油加工工藝。2011 年全球煉油廠原油加工能力為8805.6×104bbl/d，焦化裝置的加工能力為468.1×104bbl/d，約占原油加工能力的5.3%[6]，其中延遲焦化裝置加工能力就為365.1×104bbl/d。

2 延遲焦化操作參數(shù)的選擇

2.1 反應溫度

延遲焦化的反應溫度由加熱爐出口溫度控制。當壓力和循環(huán)比一定時,溫度每增加5.6℃，柴油收率增加1.1%。適當提高溫度，不僅可以增加液體產(chǎn)品收率，還可使焦炭的揮發(fā)分(VCM)達到預定(如美國燃料級生焦的VCM為8%～10%)[7]。但是，如果反應溫度過高，會使焦炭變硬，給除焦帶來困難；加熱爐管結(jié)焦趨勢增大，使開工周期縮短。因此綜合各因素,選定延遲焦化反應溫度為498℃。

2.2 反應壓力

反應壓力指焦炭塔頂?shù)膲毫Γ磻獕毫够a(chǎn)品分布有一定影響：壓力升高，反應深度增加，液體收率降低，氣體和焦炭的收率增加，焦炭的揮發(fā)份提高；壓力降低，反應深度減少，液體收率增加，氣體和焦炭的收率減少，焦炭的揮發(fā)份降低。一般認為, 反應壓力每降低0.05MPa, 液體體積收率增加1.3%, 焦炭產(chǎn)率下降1%。所以為了提高裝置的經(jīng)濟效益，通常進行低壓操作[8]。

降低壓力雖然可提高蠟油收率，但壓力過低則導致焦炭塔內(nèi)泡沫層升高，易攜帶焦粉并產(chǎn)生彈丸焦，同時增大了焦炭塔內(nèi)氣體體積流量，這勢必增加壓縮機和塔頂冷凝系統(tǒng)的負荷，加大分餾塔和焦炭塔的塔徑，增加裝置的投資[9-10]。綜合操作費用、產(chǎn)品分布和設備投資等因素，反應壓力一般為0.103～0.137MPa。

2.3 循環(huán)比

裝置循環(huán)比是指(進焦化加熱爐的流量-新鮮原料進料量)/新鮮原料進料量。孫在春等[1]考察了循環(huán)比對勝利渣油焦化行為的影響, 發(fā)現(xiàn)生焦率隨循環(huán)比的提高而增加。所以可通過降低循環(huán)比來實現(xiàn)最大液收和最小焦炭產(chǎn)率的目的。

降低循環(huán)比雖然能夠提高裝置處理量和液體收率，但當循環(huán)比降得太低，加熱爐進料接近原料性質(zhì)，易造成加熱爐結(jié)焦，影響裝置的長周期運轉(zhuǎn)[12]。循環(huán)比降低，還使產(chǎn)品質(zhì)量降低，尤其是對蠟油產(chǎn)品質(zhì)量影響較大，使蠟油殘?zhí)考爸亟饘俸吭龈?，對下游工藝產(chǎn)生較大影響。因此，綜合考慮焦化裝置的經(jīng)濟效益，各煉廠的實際生產(chǎn)情況以及下游加工裝置的加工能力，循環(huán)比一般為0.05～0.25。

3 延遲焦化技術(shù)的優(yōu)勢

3.1 具有較強的原料適應能力

前面已介紹到，部分國產(chǎn)和進口原油高含硫、金屬，并且殘?zhí)恐狄草^高。不同加工工藝對重油的常規(guī)要求如表1[13]。可見重油不宜用催化裂化或加氫工藝處理。而延遲焦化是單純的熱轉(zhuǎn)化過程，不存在催化劑污染、中毒等問題，也就不必考慮因催化劑中毒而必須進行的催化劑再生等問題。所以煉油廠中的較重原油，均可由延遲焦化工藝進行處理，以提高全廠的輕油收率和效益?？梢娧舆t焦化是重油輕質(zhì)化的最佳途徑。

表1 幾種不同渣油加工工藝對原料的常規(guī)要求

3.2 延遲焦化技術(shù)成熟、投資較低

典型的延遲焦化裝置由焦化、分餾、出焦和輔助系統(tǒng)等4個部分組成，其中只有焦化部分的技術(shù)要求較高，但也已成熟。國產(chǎn)單系列焦化裝置處理能力已達到國際水平(100×104～160×104t/a)[14]，其相關(guān)設備也已基本國產(chǎn)化，裝置投資費用比較低，容易上馬建設。這是近年來我國延遲焦化工藝快速發(fā)展的原因之一。

據(jù)國外有關(guān)咨詢公司研究，與重油催化裂化和加氫裂化相比，延遲焦化在技術(shù)經(jīng)濟上具有一定的優(yōu)勢；在固定資產(chǎn)費用和生產(chǎn)成本兩方面比較起來，延遲焦化也是最低的。

3.3 可為乙烯生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)原料

我國乙烯的需求量正處于高速發(fā)展時期，從國情出發(fā)，生產(chǎn)乙烯的原料主要是石腦油，其次是加氫裂化的尾油。在煉油～化工一體化的石油化工廠中，煉油工業(yè)應為乙烯生產(chǎn)提供更多、更好、更廉價的原料。延遲焦化裝置可得到13%～18%富含烷烴的焦化石腦油，經(jīng)加氫后其BMCI值在10左右，是很好的乙烯生產(chǎn)原料，并且加氫焦化石腦油的乙烯單程收率可達28.8%。

3.4 可提高柴/汽比，增產(chǎn)優(yōu)質(zhì)柴油

當前柴油的市場需求越來越大，迫切需要提高重油加工產(chǎn)物中的柴/汽比。重油催化裂化生產(chǎn)的汽油產(chǎn)率和質(zhì)量雖然都比較理想，但是其所產(chǎn)柴油由于芳烴含量較高，導致十六烷值很低。而焦化工藝一個顯著的特點，就是可以多生產(chǎn)柴油為主的中間餾分。延遲焦化的柴油餾分產(chǎn)率約為汽油餾分產(chǎn)率的2倍，且焦化柴油餾分中烷烴含量較高，經(jīng)加氫后是具有較高十六烷值的優(yōu)質(zhì)柴油。

3.5 焦化石油焦能夠?qū)崿F(xiàn)有效利用

延遲焦化過程的焦炭產(chǎn)率一般在25%～30%,低硫的石油焦經(jīng)煅燒處理后可作為制鋁電極焦原料。當加工硫含量大于3%的原油時,石油焦的根本出路是用作燃料或造氣原料,但是所產(chǎn)生的硫化物必須妥善處理,以保護環(huán)境。

4 延遲焦化技術(shù)存在的問題及其解決方案

4.1 加熱爐中結(jié)焦問題

原料油在加熱爐中加熱至反應溫度的過程中，由于熱效應，重油的膠體體系穩(wěn)定性遭到破壞，極容易發(fā)生聚沉而結(jié)焦。加熱爐結(jié)焦問題一直是困擾延遲焦化裝置長周期運行的最大障礙。為了最大程度的降低結(jié)焦趨勢，各種工藝工程設計被廣泛應用于延遲焦化生產(chǎn)中。

加熱爐采用雙面輻射階梯爐，可以使原料油快速升溫而又盡量減少爐管管壁的結(jié)焦。與傳統(tǒng)爐管相比，該爐管結(jié)構(gòu)能夠使爐管具有均勻的熱強度，并且降低了爐管的最大輻射熱強度，可以明顯改善爐管表面局部過熱，降低管內(nèi)結(jié)焦傾向，有利于提高焦化爐輻射室傳熱效率，從而延長焦化爐的操作周期，顯著提升焦化裝置的整體經(jīng)濟效益[15]。

采用在線清焦技術(shù)，是利用在裝置不停車的情況下，將某一管程的工藝介質(zhì)切斷，只保留注水，通過變溫操作，利用熱脹冷縮原理剝離爐管壁上的焦炭。該工藝能夠保證加熱爐的長周期運行[16]。

阻焦劑的研究應用，是在原料油中加入一定量的阻焦劑，從而對原料油在加熱爐內(nèi)的結(jié)焦趨勢起到一定的抑制效果。中國石油遼寧石化分公司與中國石化洛陽石化工程公司煉制研究所共同進行阻焦劑的工業(yè)應用試驗，結(jié)果顯示, 加熱爐運行周期明顯得到延長，且經(jīng)濟效益非?？捎^。

此外，諸如加熱爐多點注汽等技術(shù)的應用，也能很好的延長焦化裝置的操作周期。

4.2 焦化塔中生泡問題

延遲焦化過程中,原料油在加熱爐中加熱，然后自底部進入焦化塔進行裂解和縮合反應，生成焦炭和油氣。可是反應過程中，極易產(chǎn)生大量泡沫，存在于焦炭塔內(nèi)焦炭層的上部。當塔內(nèi)焦位較高時, 泡沫容易被油氣帶入分餾塔而導致分餾塔操作不穩(wěn)。

解決該問題最行之有效的措施是消泡劑的應用。1971年，Nalco化學公司[17]首先提出了用粘度≥1500cm2·s-1的聚二甲基硅氧烷作為焦化塔消泡劑。加入硅氧烷聚合物，會導致焦化塔內(nèi)泡沫的表面張力的降低，從而達到破泡的目的。自此, 以聚二甲基硅氧烷為代表的消泡劑廣泛應用于延遲焦化中焦化塔的消泡過程。

4.3 環(huán)境污染問題

延遲焦化裝置處理的是含硫、重金屬以及高瀝青質(zhì)的重油，因此加工過程中對環(huán)境的污染極其嚴重。從綠色生產(chǎn)角度考慮，應做到減少污染物的排放，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

為實現(xiàn)生產(chǎn)過程清潔化，目前我國也在延遲焦化工藝工程設計方面做了一定的改進，如為了回收焦炭塔吹汽冷焦時所產(chǎn)生的蒸汽、油氣，采用塔式二段密閉放空系統(tǒng)；為了緩和結(jié)焦和減少冷焦水油含量，減輕隔油池的環(huán)境污染等，采用浸泡式冷焦工藝。還可借鑒國外的經(jīng)驗，如采用密閉的石油焦破碎、篩分、皮帶運輸和焦倉貯存設施，盡可能壓縮敞開式的焦池等。

4.4 能耗較大問題

焦化是熱脫炭工藝，反應中的熱裂化反應是強吸熱過程，消耗大量的水、電能，能耗平均1200MJ/t原料以上。目前，由于焦化工藝本身所具有的優(yōu)勢，使延遲焦化裝置數(shù)量逐漸增多，研究如何降低延遲焦化過程的能耗具有重大意義。

考慮到焦化過程的特點,可通過有效利用裝置的高溫余熱來降低能耗。優(yōu)化能量系統(tǒng)，如實現(xiàn)與廠內(nèi)其它工藝裝置、蒸汽動力系統(tǒng)及儲運等輔助系統(tǒng)的熱聯(lián)合；改進設備技術(shù)，如雙面輻射、高效燃燒、強化傳熱等先進技術(shù)的應用。從而提高爐效率，降低能耗，實現(xiàn)能量的有效利用[18-19]。

5 延遲焦化技術(shù)發(fā)展趨勢

5.1 提高液收，降低焦炭收率

煉廠的目的是生產(chǎn)液體燃料, 因此延遲焦化工藝應該以實現(xiàn)高液收、低焦炭率為發(fā)展目標。為達到這一目的，可通過采取降低循環(huán)比，降低操作壓力，提高操作溫度等措施來達到這一目的。

Foster-Wheeler公司為提高液體收率，研發(fā)了低壓(0.103MPa)和超低循環(huán)比(0.05)的新工藝。采用該工藝, 可以少產(chǎn)焦炭25%, 同時多產(chǎn)10%以上的重焦化蠟油, 其殘?zhí)己徒饘俸咳苑洗呋鸦图託淞鸦b置的原料要求。

還可以加入某些試劑來提高液收率，是通過抑制熱反應過程中產(chǎn)生的不飽合烴的進一步縮合來實現(xiàn)的。

5.2 縮短生焦周期

縮短生焦工藝的周期，可提高延遲焦化裝置的加工能力，從而提高經(jīng)濟效益。目前，焦化裝置的生焦周期一般為16～20h。據(jù)報道[20], 國外一些裝置采用了14h的生焦周期，也有采用12h生焦周期的裝置, 典型的短生焦周期的焦化裝置的清焦操作時間分配見表2。

表2 縮短生焦周期的焦化裝置的清焦操作時間分配

5.3 提高裝置的靈活性

焦炭塔為間歇操作,為了使焦化裝置能適應焦炭塔切換造成的波動,在設計上應具備一定的靈活性。目前，改進延遲焦化裝置的靈活性研究，主要集中在增強原料適應性(加工不同的原料油)、提高操作彈性、高液收或多產(chǎn)優(yōu)質(zhì)石油焦、可處理煉廠廢渣和不合格油以及適應煉廠總流程變化等。

中國石化洛陽石化工程公司研發(fā)的可調(diào)循環(huán)比的延遲焦化工藝[21],進加熱爐的循環(huán)油量可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)可調(diào)節(jié)循環(huán)比流程。在廣州石化的應用表明，可調(diào)循環(huán)比的工藝流程提高了延遲焦化裝置的操作靈活性，現(xiàn)場可根據(jù)原料性質(zhì)、產(chǎn)品要求處理量等情況，選擇合適的循環(huán)比和操作條件，優(yōu)化裝置的操作。

5.4 裝置規(guī)模的大型化

裝置規(guī)模的大型化是提高勞動生產(chǎn)率、降低成本及增加效益的另一個重要手段。因此，世界和我國的焦化裝置的規(guī)模也在向大型化方向發(fā)展。焦炭塔大小發(fā)展趨勢見表3[22]。

表3 延遲焦化裝置焦炭塔大小發(fā)展趨勢

表3(續(xù))

裝置規(guī)模大型化的基礎(chǔ)是設備的大型化，就延遲焦化而言，其重點是焦炭塔和焦化加熱爐的大型化。我國目前最大焦炭塔的直徑為9.4m，基本上達到了國際水準。

雖然裝置大型化具有節(jié)省投資，勞動生產(chǎn)率高和產(chǎn)品的生產(chǎn)費用低等明顯優(yōu)勢。但是，裝置的規(guī)模不應盲目的求大，因為它涉及到煉廠的類型，資源、產(chǎn)品的去向，以及相關(guān)設備的處理能力和產(chǎn)品的市場消費能力。延遲焦化的典型裝置的規(guī)模為：0.75～2.75M t/a,焦炭塔的標準直徑為:8200～8500mm[23]。

5.5 生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)石油焦

延遲焦化的傳統(tǒng)應用是處理減壓渣油、增加輕質(zhì)油品的產(chǎn)量，同時產(chǎn)生副產(chǎn)品石油焦。石油焦中附加值最高的是針狀焦，可是目前我國該石油焦產(chǎn)能較低。隨著國內(nèi)煉鋼電極焦需求的增長，國內(nèi)的煤系針狀焦和石油系針狀焦產(chǎn)量遠不能滿足國內(nèi)的需求。因此，發(fā)展優(yōu)質(zhì)石油焦的生產(chǎn)也是大勢所趨。

6 結(jié)論

在國際油價頻繁波動，國際市場重質(zhì)、超重質(zhì)及劣質(zhì)原油供應越來越多的背景下,面對提高重油轉(zhuǎn)化深度、增加輕質(zhì)油品產(chǎn)量需求以及日益嚴格的環(huán)境保護形勢,延遲焦化由于具有可以加工高含瀝青質(zhì)、硫和金屬的重質(zhì)油原料,技術(shù)成熟，投資較少，能最大量地生產(chǎn)餾分油和優(yōu)質(zhì)石油焦等優(yōu)勢，在重油、渣油轉(zhuǎn)化加工中的地位和作用將日益突出。為實現(xiàn)工藝經(jīng)濟效益的最大化，今后，延遲焦化技術(shù)將會沿著最大限度地提高液體產(chǎn)品收率，提高裝置靈活性，提高裝置規(guī)模以及加強環(huán)境保護等方面繼續(xù)發(fā)展。

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(本文文獻格式：孫欽璽.我國延遲焦化技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J].山東化工，2017，46(16)：60-63.)

The Technology of Delayed Coking and Its Development Trend in China

Sun Qinxi

(CNOOC Petrochemical Engineering Co.,Ltd.，Piping Room,Jinan 250101,China)

The growth of economic depends on sufficient oil. In recent years, The dependence on foreign oil has remained above 60% in China. In our country, The resources of crude oil are relatively heavy, taking into oil prices and other factors, imports of crude oil are mostly heavy crude oil, and the content of sulfur is even high. Therefore, the industry of refining is facing serious problems in processing of heavy crude oil and sulfur-containing crude oil in our country. The author analyzes the processing technology of heavy oil nowdays,in the case of the characteristics of crude oil, delayed coking is the most appropriate heavy oil processing technology. In the actual production, through the reaction temperature, pressure, cycle ratio and other conditions of the optimal adjustment, and the use of defoamers and anti-coke agent, can achieve maximum process benefits. Finally, the discussion about development trend of delayed coking points out the direction for the development of delayed coking technology in the further.

processing of heavy oil; delayed coking; advantages; development trend

TK730.2；O357.5

：A

：1008-021X(2017)16-0060-04

2017-06-04

孫欽璽(1987—)，山東濟南人，工程師，碩士研究生，2014年參加工作，從事管道設計工作。