延遲焦化裝置冷焦工藝技術(shù)分析

何 健 孫 宇 韓少鋒

(中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波 315207)

延遲焦化是以減壓渣油、減黏渣油、催化油漿、溶劑抽提的半瀝青等重質(zhì)油為原料，采用高流速在加熱爐中加熱，使其在熱轉(zhuǎn)化程度較低的情況下快速通過焦化爐爐管獲得熱反應(yīng)所需要的熱量，離開加熱爐后進(jìn)入焦炭塔，經(jīng)裂解、縮合等反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油品、中間餾分油和焦炭，從而使焦化反應(yīng)延遲到焦炭塔中進(jìn)行的加工工藝。

焦炭塔為間歇性操作，交替進(jìn)行生焦、除焦，最少需要有兩組焦炭塔進(jìn)行輪換操作，即一組焦炭塔為生焦過程，另一組為冷焦及除焦過程。焦炭塔的操作通常包括切換、吹汽、水冷、放水、開蓋、切焦、閉蓋、試壓、預(yù)熱和切換等幾道工序。其中水冷操作即為給水冷焦，目前冷焦工藝主要有“泡焦”和“溢流”兩種形式。文章從冷焦工藝、設(shè)備投資、運(yùn)行問題、能源消耗和安全環(huán)保等方面對比分析兩種不同形式的冷焦技術(shù)，總結(jié)“泡焦”和“溢流”工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 焦炭塔冷焦工藝

冷焦操作是將冷焦水從焦炭塔的底部送入焦炭塔內(nèi)，利用水與焦炭的溫差進(jìn)行冷卻，目前國內(nèi)冷焦工藝主要為“溢流”冷焦和“浸泡”冷焦(簡稱泡焦)，兩種工藝都是從焦炭塔底部給水進(jìn)行冷焦?！耙缌鳌崩浣故浅掷m(xù)給水直至裝滿焦炭塔，然后冷焦水從塔頂溢流至冷焦水罐，通過大量冷焦水流動將焦炭的熱量帶走，冷卻至所需要的溫度?！芭萁埂崩浣故钱?dāng)冷焦水上升至焦炭塔內(nèi)所設(shè)定的水位(需要淹沒最大生焦高度)時，停止底部給水，通過水的蒸發(fā)來降低焦炭的溫度?！耙缌鳌焙汀芭萁埂崩浣箖煞N工藝基本特點(diǎn)如表1。

表1 “溢流”和“泡焦”冷焦兩種工藝基本特點(diǎn)

1.1 “溢流”工藝

焦炭塔冷焦給水時，冷焦水從塔底進(jìn)入，在給水前期，后路至放空塔，待給水達(dá)到一定高度、壓力及溫度下降到一定值后，將焦炭塔塔頂后路改至冷焦水熱水罐、冷焦水冷水罐，塔底持續(xù)給水，冷焦水一直從塔頂溢出，利用冷焦水的顯熱帶走焦層中的熱量，使焦炭冷卻，稱之為“溢流”工藝。工藝流程見圖1。

圖1 “溢流”工藝?yán)浣沽鞒?/p>

1.2 “泡焦”工藝

焦炭塔給水冷焦時，冷焦水從塔底進(jìn)入，當(dāng)冷焦水超過塔內(nèi)焦炭層一定高度后即停止給水，將焦炭完全浸泡在水中，利用冷焦水的汽化潛熱帶走焦層中的熱量，使焦炭冷卻，稱之為“泡焦”工藝。

泡焦過程中，如焦炭塔內(nèi)水位下降過快時，需要及時補(bǔ)水，以確保冷卻效果。泡焦末期，利用放空塔抽空器降低焦炭塔內(nèi)壓力，使得焦炭塔內(nèi)的油最大程度揮發(fā)，降低冷焦水中的油含量，泡焦結(jié)束冷焦水直接放入焦池中，故其能與切焦水系統(tǒng)合二為一。工藝流程如圖2。

圖2 “泡焦”工藝?yán)浣沽鞒?/p>

2 兩種工藝運(yùn)行情況分析

2.1 設(shè)備投入情況

以兩種不同冷焦工藝基本流程為基礎(chǔ)，對比設(shè)備基本使用數(shù)量(見表2)。

由于工藝流程的差別，溢流工藝需要的基本設(shè)備為23臺，泡焦工藝需要的基本設(shè)備為7臺。從工藝流程以及設(shè)備投入量對比分析，“泡焦”工藝流程簡單，設(shè)備少，冷、切焦水系統(tǒng)合二為一，操作簡單，大大降低設(shè)備的投資費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用及操作費(fèi)用；“溢流”工藝流程相對較為復(fù)雜，設(shè)備多。

表2 設(shè)備清單對比 臺

續(xù)表2 臺

2.2 能源消耗

應(yīng)用流程模擬軟件，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，以現(xiàn)實(shí)中石化企業(yè)類似工藝流程冷焦過程單次運(yùn)行耗能為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分析兩種冷焦工藝的能源消耗(折算為kg標(biāo)油)，詳見表3。

表3 冷焦耗能對比 kg

注：蒸汽耗量為泡焦時降低壓力的抽空器消耗蒸汽量。

從表3中可以看出：采用泡焦工藝，動設(shè)備耗能大大降低，有利于裝置的節(jié)能優(yōu)化操作。因兩套裝置除焦工藝的差別，去除切焦水泵能耗，溢流耗能為1 553.6 kg標(biāo)油，泡焦耗能440.2 kg標(biāo)油，能耗差別明顯。

2.3 環(huán)保性

2.3.1 “溢流”工藝

隨著環(huán)保要求的日益提升，冷焦水熱水罐、冷焦水冷水罐逐漸采用罐頂氣密閉處理，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保要求，在國內(nèi)應(yīng)用實(shí)例也較多，效果較好。但是處理工藝均較為復(fù)雜，投資費(fèi)用較高[1]。冷焦水中的油一般采用旋流除油器，效果也較好。

2.3.2 “泡焦”工藝

“泡焦”工藝由于采用低壓長時間泡焦蒸發(fā)烴類，冷焦水中未見明油，冷焦水罐(敞口)附近未檢測出VOCs。兩者對比見表4。

表4 環(huán)保指標(biāo)對比 mg/L

2.4 安全性

2.4.1 “溢流”工藝

“溢流”工藝由于儲罐采用密閉處理，其管內(nèi)含有大量的揮發(fā)性可燃?xì)怏w，存在泄漏安全風(fēng)險，國內(nèi)也發(fā)生過閃爆事故[2]。冷焦水罐檢修時，作為受限空間，增加了檢維修風(fēng)險。

2.4.2 “泡焦”工藝

“泡焦”工藝由于其冷焦水系統(tǒng)為敞口儲罐，冷焦水無明油，也不屬于受限空間，其運(yùn)行安全和檢修安全性大大提升。

3 存在的問題與措施

3.1 “溢流”工藝運(yùn)行問題

“溢流”工藝由于其相對復(fù)雜的操作，設(shè)備較多，在運(yùn)行中也存在問題。

(1)改“溢流”操作后，焦炭塔塔底持續(xù)給水，并從塔頂溢出至冷焦水熱水罐。由于塔內(nèi)泡沫粉焦及部分脫離的焦塊存在，在大流量溢流水沖洗下，焦粉及焦塊攜帶出焦炭塔，故溢流工藝中通常設(shè)置過濾器。由于塔內(nèi)攜帶焦粉量較大，夾雜部分焦塊，過濾器精度有限，部分焦粉攜帶至冷焦水儲罐，并在后續(xù)的冷焦水空冷中沉積，嚴(yán)重時導(dǎo)致空冷堵塞，還會引起空冷較為嚴(yán)重的沖刷腐蝕[3]。目前，國內(nèi)在其優(yōu)化工藝中，進(jìn)空冷前采用離心除焦器處理，得到一定的效果，但是增加了設(shè)備投資費(fèi)用及維護(hù)費(fèi)用[4]。另外，放水時焦粉和焦塊同樣進(jìn)入冷焦水系統(tǒng)。

(2)目前改“溢流”操作以焦炭塔中子料位計作為判斷條件，參考塔頂溫度、塔壁溫度及塔壓，實(shí)際塔內(nèi)焦炭層內(nèi)的溫度仍較高；同時由于塔壁溫度檢測范圍有限，通常在焦炭塔層內(nèi)存在熱點(diǎn)。焦炭塔在改溢流進(jìn)冷焦水罐過程中往往會出現(xiàn)較大的壓力和溫度波動。目前，國內(nèi)煉廠采用引一路冷焦水(40 ℃左右)與溢流水混合，降低進(jìn)罐溫度及壓力波動，提升安全性[5]，但是通罐溫度仍達(dá)到60～80 ℃。溢流工藝?yán)浣顾揄敼芫€往往采用柔式連接，防止壓力波動引起管線振動和撕裂。

(3)焦炭塔生焦反應(yīng)后，通常焦炭內(nèi)揮發(fā)分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～15%。在溢流工藝中，焦炭塔內(nèi)氣相蒸發(fā)時間較短，焦炭內(nèi)揮發(fā)分無法全部被帶到接觸冷卻系統(tǒng)，部分焦炭內(nèi)油會隨著溢流水?dāng)y帶至冷焦水系統(tǒng)。目前國內(nèi)通常采用旋流除油器，利用油相和水相的密度差進(jìn)行旋流分離，效果較好[6]。但是由于存在焦粉攜帶，通常旋流器拆清頻繁，設(shè)備投資、維護(hù)和操作費(fèi)用均增加。

3.2 “泡焦”工藝運(yùn)行問題

“泡焦”工藝由于流程簡單，無“溢流”操作，并且放水直接通過塔底放水線至焦池，故不存在焦粉和焦塊攜帶至冷焦水罐，相應(yīng)的空冷堵塞、沖刷腐蝕等問題均得到了解決；也不存在冷焦水熱水罐溫度高、壓力波動等問題；同時，除焦粉設(shè)備省略，設(shè)備投資、操作和維護(hù)費(fèi)用大大降低。

“泡焦”工藝?yán)浣菇o水后，冷焦水沒過焦層，在焦炭塔內(nèi)心形成相變蒸發(fā)空間。大量的烴類在長時間高溫下和蒸發(fā)的水蒸氣一并帶到后續(xù)放空塔中進(jìn)行密閉處理。另外，泡焦期間通過放空塔設(shè)置抽空器，降低焦炭塔內(nèi)氣相分壓，使塔內(nèi)的烴類大部分能夠閃蒸出去。

由于“泡焦”工藝主要利用水的汽化潛熱達(dá)到冷焦的目的，故其在冷焦結(jié)束時，相對“溢流”工藝放水溫度較高，通常塔壁溫度為100～150 ℃。隨著加工原料的劣質(zhì)化，焦炭硬度提高，甚至部分形成彈丸焦。在除焦“第一鉆”操作時大量切焦水與焦炭接觸汽化，存在“噴焦”現(xiàn)象，即焦炭顆粒和汽化的切焦水一并中塔頂噴出。針對此現(xiàn)象，可采用除焦操作加大頂給水量及塔口采用防護(hù)罩措施，有效地解決此類問題。

4 結(jié)語

綜合對比“泡焦”工藝與“溢流”工藝，兩者均能滿足當(dāng)前形勢下的工藝、環(huán)保、安全要求。但是“泡焦”工藝流程簡單，運(yùn)行問題少，設(shè)備投資費(fèi)用、操作費(fèi)用、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用以及能耗均較低，安全性更高等優(yōu)點(diǎn)，更具有在煉廠推廣的價值。