降低延遲焦化裝置石油焦揮發(fā)分的優(yōu)化措施

牛小娟，孔繁韜，薛金召

（1.中國(guó)石油烏魯木齊石化公司，新疆烏魯木齊 830019;2.湖南石油化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南岳陽(yáng) 414012）

關(guān)鍵字：石油焦 揮發(fā)分 工藝優(yōu)化 分析準(zhǔn)確性

延遲焦化是將重質(zhì)原油（如減壓渣油等）以較高流速通過(guò)加熱爐爐管加熱，在高熱強(qiáng)度條件下，短時(shí)間內(nèi)達(dá)到所需溫度，在爐管內(nèi)基本上不進(jìn)行焦化反應(yīng)，而是延遲至焦碳塔內(nèi)靠自身帶入的熱量進(jìn)行熱裂化和縮合反應(yīng)的過(guò)程。目前延遲焦化已經(jīng)成為煉廠提高輕質(zhì)油收率和生產(chǎn)石油焦的主要加工工藝[1]。

石油焦主要用于煉鋁行業(yè)、碳素行業(yè)、石墨電極的生產(chǎn)或作為燃料等[2-3]，用途十分廣泛，素有“黑金”美譽(yù)，其質(zhì)量直接影響裝置經(jīng)濟(jì)效益。

1 現(xiàn)狀

根據(jù)硫含量、揮發(fā)分、灰分的不同，NB/SH/T 0527—2015將石油焦分為1號(hào)、2A、2B、3A、3B五個(gè)牌號(hào)，具體質(zhì)量指標(biāo)見表1。

表1 普通石油焦（生焦）的質(zhì)量指標(biāo)

烏石化共有兩套延遲焦化裝置，產(chǎn)能分別為60萬(wàn)t/a和120 萬(wàn)t/a，其中120 萬(wàn)t/a延遲焦化裝置建于2011年，主要處理原油蒸餾裝置產(chǎn)生的渣油，生產(chǎn)焦化汽油、柴油、蠟油和石油焦等產(chǎn)品。

2018年7月之前，烏石化生產(chǎn)的各牌號(hào)石油焦產(chǎn)品分布和石油焦質(zhì)量情況見圖1和表2。不難看出，該公司生產(chǎn)的石油焦主要為3A、3B、協(xié)議品1號(hào)甚至有部分協(xié)議品2號(hào)，石油焦牌號(hào)普遍偏低。制約石油焦牌號(hào)的主要因素是揮發(fā)分含量高，因此降低石油焦的揮發(fā)分是提升石油焦牌號(hào)的關(guān)鍵。

圖1 2018年1-6月石油焦牌號(hào)分布

表2 2018年1-6月石油焦質(zhì)量情況

近年來(lái)，石油焦市場(chǎng)前景較好，尤其是對(duì)高牌號(hào)石油焦的需求越來(lái)越大，為了提質(zhì)增效，企業(yè)從工藝技術(shù)優(yōu)化、質(zhì)量管理兩方面同步進(jìn)行攻關(guān)，以生產(chǎn)2級(jí)高牌號(hào)石油焦。

2 影響石油焦揮發(fā)分的因素及改進(jìn)措施

石油焦揮發(fā)分高意味著焦化不完全，影響裝置的液體收率。揮發(fā)分的多少和裝置的原料性質(zhì)、操作條件、吹汽量等都有一定關(guān)系[4]。結(jié)合裝置實(shí)際情況，主要通過(guò)提高加熱爐出口溫度、控制合適的三泥回?zé)捔?、增大焦炭塔大吹汽量?lái)降低石油焦的揮發(fā)分。

2.1 提高加熱爐出口溫度

焦化裝置操作溫度的可調(diào)節(jié)范圍很窄，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致爐管結(jié)焦、轉(zhuǎn)油線結(jié)焦、開工周期短，同時(shí)易生成硬質(zhì)石油焦；溫度過(guò)低導(dǎo)致熱量不足，反應(yīng)深度不夠，輕油收率低。因此，實(shí)施變溫操作，在盡量不影響開工周期的前提下，有利于提高液體收率和有效降低焦炭揮發(fā)分。

根據(jù)華東院對(duì)120 萬(wàn)t/a焦化裝置原料渣油的分析，裝置加熱爐溫度適宜控制在494～496℃范圍內(nèi)，因此裝置通過(guò)調(diào)整1#、2#、3#、4#分支加熱爐的溫度，進(jìn)而提高加熱爐出口溫度。從表3中的測(cè)定數(shù)據(jù)來(lái)看，提高加熱爐出口溫度對(duì)降低石油焦揮發(fā)分有明顯作用，原因是加熱爐出口溫度高時(shí)，更利于揮發(fā)性的油蒸氣與固相脫離而進(jìn)入液相，使得固相（石油焦）中揮發(fā)性油蒸氣減少，揮發(fā)分降低。

表3 加熱爐出口溫度對(duì)石油焦揮發(fā)分的影響

2.2 控制三泥回?zé)捔?/h3>

烏石化凈化水廠在處理煉油廠各裝置含硫污水過(guò)程中不可避免產(chǎn)生了三泥，所謂三泥主要是指隔油池底泥、浮渣及剩余活性污泥，為解決三泥帶來(lái)的環(huán)保壓力，焦化裝置對(duì)三泥進(jìn)行回?zé)抂5]，回?zé)挿绞讲捎瞄g歇性大流量集中回?zé)?，由于三泥性質(zhì)較差，對(duì)石油焦質(zhì)量產(chǎn)生一定影響，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表4。

由表4可以看出，石油焦的揮發(fā)分隨著三泥回?zé)捔康脑黾佣尸F(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，如果將回?zé)捔靠刂圃?0 t/塔以內(nèi)（此工況只是延長(zhǎng)了三泥的回?zé)挄r(shí)間，仍能保證污水處理過(guò)程中三泥被完全處理），依然可確保揮發(fā)分滿足2級(jí)石油焦的要求。

表4 三泥回?zé)捔繉?duì)石油焦揮發(fā)分的影響

2.3 增大焦炭塔大吹汽量

在加熱爐出口溫度保持在487℃的前提下，將焦炭塔中大吹汽量由12～13 t/h增大至14～15 t/h，石油焦揮發(fā)分平均值由12.17%下降至11.74%，說(shuō)明增大焦炭塔大吹汽量有益于降低石油焦的揮發(fā)分。因?yàn)榇蟠灯扛子谑徒怪杏驼魵饷撾x，而且吹汽量越大，石油焦下落速度越慢（汽流由下向上，石油焦由上向下），石油焦與蒸汽接觸時(shí)間長(zhǎng)，油蒸氣脫離更徹底。吹汽量對(duì)石油焦揮發(fā)分的影響見表5。

表5 吹汽量對(duì)石油焦揮發(fā)分的影響

2.4 其他影響因素及調(diào)整

降低焦炭塔壓力和提高循環(huán)比也可以降低石油焦揮發(fā)分，但焦炭塔設(shè)計(jì)操作壓力為0.10 MPa，調(diào)整幅度極小，且極易引起焦炭塔泡沫層升高。提高循環(huán)比雖然可以改善原料性質(zhì)，提高液收，降低揮發(fā)分，但是會(huì)大大降低裝置運(yùn)行負(fù)荷，打破全廠重油加工平衡。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，沒有將二者作為調(diào)節(jié)石油焦揮發(fā)分的手段，其影響程度也未進(jìn)行定量研究。

3 規(guī)范揮發(fā)分質(zhì)量分析

3.1 嚴(yán)格按照規(guī)范取樣

按照SH/T0313—1992標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)在焦堆表面各距底和頂0.5 m和焦堆半高處的三條圓周線上，分別等間距的取3、5、8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行取樣，在各采樣點(diǎn)表層（長(zhǎng)期堆放后應(yīng)在焦堆層下0.2～0.3 m處）取不少于0.5 kg的石油焦，試樣總量不少于8 kg。

3.2 分析過(guò)程要準(zhǔn)確

石油焦的揮發(fā)分測(cè)定是在無(wú)空氣通入的情況下，將試樣加熱至（850±10）℃，并保持7 min，損失總質(zhì)量與蒸發(fā)水分損失之間的差即為石油焦的揮發(fā)分。需要注意的是試樣煅燒溫度和煅燒時(shí)間，規(guī)程要求放進(jìn)試樣關(guān)閉爐門后，爐溫要在3 min內(nèi)達(dá)到（850±10）℃，而且從放進(jìn)試樣立即計(jì)時(shí)，7 min后迅速取出，此步驟非常關(guān)鍵[6]。

3.3 效果驗(yàn)證

圖2和圖3分別統(tǒng)計(jì)了2018年10月至2019年3月石油焦的揮發(fā)分?jǐn)?shù)據(jù)和各牌號(hào)石油焦分布。由圖2、3可以看出，石油焦的揮發(fā)分有了明顯降低，且集中在12%以下，滿足2級(jí)焦的要求。2級(jí)石油焦量占58%，協(xié)議品1號(hào)產(chǎn)量由原來(lái)的31%降至3%，杜絕了協(xié)議品2號(hào)的出現(xiàn)，石油焦質(zhì)量有了整體提升，石油焦牌號(hào)明顯提高，提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 2018年10月至2019年3月石油焦揮發(fā)分含量

圖3 2018 年10 月至2019 年3 月石油焦牌號(hào)分布

4 結(jié)論

通過(guò)提高加熱爐出口溫度、控制三泥回?zé)捔俊⒃龃蠼固克灯慷加兄诮档褪徒沟膿]發(fā)分，其中焦化溫度對(duì)揮發(fā)分的影響十分顯著，在調(diào)整過(guò)程中，需要同時(shí)兼顧裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行及液體收率。為減少質(zhì)量分析誤差，必須規(guī)范質(zhì)量分析管理，一要保證采取的樣品具有代表性；二在分析過(guò)程中，保證試樣煅燒溫度和煅燒時(shí)間，確保分析過(guò)程的規(guī)范性。