定向反射焦化爐加工海洋原油減渣的工業(yè)應用

徐煥然 胡金亮

山東?；瘓F有限公司 山東濰坊 262737

延遲焦化裝置因其原料適應性強、技術成熟可靠、設備投資低等優(yōu)勢，仍是當今煉化企業(yè)重油加工，特別是劣質渣油加工的主要手段之一。目前，國內已投產的延遲焦化裝置數量超過100套，總加工能力超過1.2億噸/年，約占原油加工能力的20%左右，僅次于美國，居世界第二位。同時，隨著延遲焦化裝置加工煉廠廢油、污油的適應性和設備可靠性進一步提高，以及低NOx燃燒器、機械清焦、密閉除焦等環(huán)保技術水平的提升，使延遲焦化工藝適應了原料劣質化、多樣化和環(huán)保要求日趨嚴格的新形勢，仍然具有較強的生命力。

焦化爐是延遲焦化裝置的核心單元設備，重油在焦炭塔內的反應過程和吸熱量主要由焦化爐控制。焦化爐的設計和操作水平很大程度上決定了裝置規(guī)模、操作周期及產品收率。目前國內焦化爐多為雙面輻射爐型，重油在焦化爐內從對流管依次進入輻射管，在輻射室內由上至下快速流動加熱，常規(guī)焦化爐管內反應停留時間不超過40S，將焦化反應延遲到焦炭塔內進行[1]。

山東?；瘓F有限公司石化分公司延遲焦化裝置原設計規(guī)模為100萬噸/年(8000h)，設計循環(huán)比1.0。該裝置采用一爐兩塔流程，加熱爐有三個輻射室和對流室，設計為6管程，共用一個余熱回收系統(tǒng)，排煙溫度160℃。為降低裝置能耗、提高液收，同時適應加工海洋高酸原油減渣的需要，裝置采用中國石油大學（華東）開發(fā)的定向反射深度裂解焦化爐技術進行了優(yōu)化改造，2018年底順利完成裝置開工。以下對裝置運行情況和技術應用效果進行介紹。

1 原料性質

本裝置改造后主要加工的是旅大10-1、錦州25-1、錦州9-3以及渤南等海洋原油的混合減渣，基本性質列于表1。海洋原油的主要特點是低硫高酸，一般原油酸值大于0.5mgKOH/g即為高酸原油，而海洋原油酸值最高達3.5mgKOH/g。酸值過高不僅造成設備腐蝕問題嚴重，因腐蝕而產生的鐵離子大部分隨減渣帶入焦化裝置，已有研究表明原料中的鐵離子對焦化爐管結焦具有明顯的促進作用，焦化爐管內焦炭的鐵含量高達10%以上5,6，這也對加工高酸原油減渣的焦化爐控制爐管結焦速率帶來了挑戰(zhàn)[2]。

表1 裝置加工的典型海洋原油及減渣性質

2 改造內容

（1）輻射室流程改造：輻射內爐管內介質走向由原設計的“上進下出”流程改為“下進上出”流程，改變了油品在爐管內的升溫歷程，可實現延緩油品在爐管內結焦的同時，使重油在爐管內的停留時間達到40-50S，增加了焦化爐的生焦反應給熱了，有利于降低裝置焦炭產率，提高液收[3]。

（2）爐管系統(tǒng)改造：本次改造在確保100萬噸/年加工量的情況下，每路增加了10根輻射爐管，將焦化爐由6管程改為4管程，從而節(jié)省了1/3的爐管注汽操作費用，并減少了一個爐膛的散熱損失，顯著降低了裝置的能耗。

（3）加熱方式改造：裝置改造采用了焦化爐定向反射技術，其特點是采用低NOx附墻燃燒器加熱爐墻，使爐墻成為一個定向均勻的反射面，爐管受熱更加均勻，杜絕了非正常燃燒時火焰舔管的現象。

（4）爐墻系統(tǒng)改造：為保證附墻燃燒條件下爐墻的可靠性和降低爐外壁溫度，對輻射室爐墻襯里進行了部分改造，加熱爐側墻采用復合襯里結構，與爐體鋼板接觸層采用50mm澆注料，中間層為150mm耐火纖維板，與火焰接觸層為一層輕質莫來石耐火磚，耐火度1500℃。耐火磚爐墻按照標準SH/T3036-2012設置膨脹縫。

3 改造效果

為考察優(yōu)化改造后裝置處理能力、裝置能耗變化、產品分布、加熱爐運行情況和熱效率等情況，對改后延遲焦化裝置進行了標定。

3.1 產品分布

標定期間統(tǒng)計的裝置產品分布數據參見表2。

表2 標定期間裝置產品分布

裝置氣體和液體產品收率數據均是采用質量流量計進行計量，焦炭產量采用焦高法計量，焦炭產品堆密度為0.85g/cm3。改造后裝置處理能力達到設計要求，汽柴油收率為61.81%，在同類裝置中處于較高收率水平，焦炭產率為20.88%。干氣產率偏高（6.08%），主要是由于裝置有2.75%的加氫低分氣并入裝置進料。

3.2 裝置能耗

本次標定期間焦化裝置總體能耗為38.22kgEo/t，較改前有顯著降低，主要表現在兩方面：一是焦化爐由6管程改為4管程，減少了兩路注汽，同時單路注汽量由700kg/h降至500kg/h，焦化3.5Mpa蒸汽消耗由4200kg/h降至2000kg/h，相應減少了裝置含硫污水的產生。另一方面，焦化爐由三個爐膛減少為兩個爐膛，可減少1/3的爐體散熱損失，按原來爐體總散熱損失為3.0%考慮，可提高加熱爐效率1%。僅此兩項節(jié)能效果即可使裝置能耗降低1.23kgEo/t，節(jié)能效果顯著[4]。

表3 標定期間裝置的能耗數據

3.3 操作參數

由表4可見，設計處理量下焦化爐爐膛溫度為710℃，仍有較大的提量空間。開工運行至今焦化爐最高管壁溫度僅為556℃，無明顯升高趨勢，表明爐管結焦速率低，可保證焦化爐長周期運行。焦化爐排煙溫度由160℃降至121℃，熱效率為92.04%，煙氣NOx排放為60mg/m3，SO2排放7.06mg/m3，粉塵含量3.4mg/m3，均處于較優(yōu)水平。

表4 標定期間焦化爐主要操作參數

4 結語

采用定向反射焦化爐技術對加工海洋高酸原油減渣的延遲焦化裝置進行了優(yōu)化改造，改造后焦化爐最高爐管壁溫度556℃，火焰燃燒穩(wěn)定，徹底杜絕了火焰舔管情況。裝置液體產品收率達到61.81%，產品合格。焦化爐蒸汽消耗降低1/3以上，熱效率提高到92%以上，裝置能耗下降1.23kgEo/t，經濟效益顯著。