延遲焦化裝置焦炭自燃的原因及對(duì)策

魯妙霞

安徽實(shí)華工程技術(shù)股份有限公司 安徽合肥 230091

克拉瑪依石化150萬/噸延遲焦化裝置主要由克拉瑪依重油制成，其產(chǎn)品包括干氣，液化石油氣，汽油，柴油，蠟油和焦炭。自投入生產(chǎn)以來，其焦炭池中產(chǎn)生的焦炭經(jīng)歷了許多自燃現(xiàn)象，不但對(duì)產(chǎn)品造成了一定的損失，也污染了環(huán)境，同時(shí)，對(duì)密閉系統(tǒng)的安全運(yùn)行也帶來了一定的影響。

1 焦池生焦自燃原因分析

1.1 溫度

焦炭溫度是焦炭池中焦炭自燃的主要原因。焦炭自燃所需的最低溫度稱為臨界自燃溫度（通常為60至80℃）。只有在該溫度以上，低溫下焦炭氧化產(chǎn)生的熱量累積速率才能滿足焦炭自燃所需的熱量。測(cè)定中的焦炭管的溫度通過熱圖像進(jìn)行測(cè)定。發(fā)現(xiàn)焦炭塔中的焦炭冷卻不均勻。平均焦炭溫度為76℃，而一些焦炭團(tuán)的溫度最高為220℃。在焦炭轉(zhuǎn)移和積累過程中，這些高溫焦炭塊被埋在焦炭堆中，從而提供低溫?zé)崮芎徒固孔匀嫉脑缙跓嵩?，并成為最初的反?yīng)中心。同時(shí)，焦炭束本身的溫度越高，在內(nèi)部擴(kuò)散過程中空氣中的氧氣從焦炭表面擴(kuò)散到焦炭?jī)?nèi)部的速度就越快，相產(chǎn)物的擴(kuò)散速度就越快從焦炭?jī)?nèi)部到焦炭表面的低溫焦炭氧化氣體?；钚圆课坏牡蜏匮趸磻?yīng)速率越快，對(duì)所有焦炭的低溫氧化反應(yīng)越有用，并加速了低溫氧化熱的積累[1]。

1.2 灰分

焦炭灰主要來自原油本身所含的金屬鹽以及在原油的提取和加工過程中添加的各種化學(xué)添加劑所含的金屬和非金屬元素?；曳种饕氢}，鈉，鐵，鎂和一些硅。一些以氧化物的形式存在?？死斠乐赜蛯儆谒嶂底罡叩脑?。487mgKOH/g，最大鹽含量為200mg/L，焦炭中的鈣鹽含量為75%?？梢钥闯?，當(dāng)上游原油電脫鹽裝置的脫鹽效果較弱時(shí)，原油中的大部分鈣鹽進(jìn)入延遲焦化裝置并沉積在焦炭產(chǎn)品中。但是，含高酸油的原油與水混合后會(huì)嚴(yán)重乳化。即使將破乳劑的注入量和破乳溫度調(diào)節(jié)到最佳條件，也不能獲得更好的脫水和脫鹽效果。這導(dǎo)致大量的CaCO3進(jìn)入焦炭，并且焦炭的低溫氧化反應(yīng)具有一定的催化作用，從而加速了焦炭堆的蓄熱。

1.3 含水量

焦炭塔的自燃與煤柱的自燃相似。研究表明，性質(zhì)不同的煤在低水分含量和煤含量段中具有吸氧和放熱的峰值。TarabaB和PavelekZ使用脈沖量熱法分析了具有不同特性的煤樣品的自燃特性，發(fā)現(xiàn)20%的次煙煤更容易自燃。Chen等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水含量在7%至17%之間時(shí)，低溫下煤的氧化速度會(huì)更快。一旦焦炭沿著放電罐落入焦炭罐中，它就被轉(zhuǎn)移和收集而沒有完全冷卻。此時(shí)，焦炭含水量相對(duì)較大，并且焦炭堆的表面散發(fā)出大量的蒸汽，并且表面溫度緩慢降低。同時(shí)，水蒸氣沿著蜂窩狀通道和焦炭塊之間的間隙攜帶焦炭堆的內(nèi)部熱量。隨著外部空氣溫度的下降，焦炭堆的表面溫度會(huì)進(jìn)一步下降。攜帶焦炭堆內(nèi)部熱量的水蒸氣被冷卻成液滴，并在焦炭堆表面以下1-2m處散發(fā)熱量，焦堆內(nèi)熱量無法釋放，產(chǎn)生積聚，在低焦炭溫度下加速氧化[2]。

1.4 粒徑與孔隙率

焦炭堆的粒徑不同，導(dǎo)致在空氣中的接觸面積也有所不同，同時(shí)，在低氧化反應(yīng)下活化能所需能量的不同，導(dǎo)致其反應(yīng)速率也有一定的差別。粒度越小，焦炭組分與空氣之間的接觸面積越大，低溫下氧化反應(yīng)所需的活化能越低，內(nèi)部擴(kuò)散和反應(yīng)速率越低。當(dāng)粒徑小到一定程度時(shí)，氧化反應(yīng)逐漸從內(nèi)部擴(kuò)散控制轉(zhuǎn)移到動(dòng)態(tài)控制。焦炭反應(yīng)性成為控制低焦炭溫度下氧化程度的唯一因素。此時(shí)，即使焦炭粒徑繼續(xù)減小，低溫氧化率也保持不變。

2 對(duì)策及建議

2.1 降低石油焦溫度

在延遲收集裝置的運(yùn)行過程中，冷焦的質(zhì)量主要與供水時(shí)間，供水量和冷焦的供水方式有關(guān)。通常，由于設(shè)備原料的性質(zhì)不同和處理負(fù)荷的不同，冷焦炭給水的方式有兩種，一種是靜態(tài)發(fā)泡，另一種是動(dòng)態(tài)溢流的冷焦炭。與氣泡焦相比，過量填充的冷焦效果更好。因此，在條件允許的情況下，請(qǐng)嘗試使用過量填充的冷焦炭將焦炭完全冷卻，并避免形成高溫焦炭。同時(shí)，裝飾時(shí)可以繼續(xù)通過供水管線供水，以冷卻切成塊的焦炭，減少高溫焦炭。

2.2 改變石油焦堆積樣式

通常，焦炭池中的生焦積聚成圓錐形，而高溫焦炭則被埋在焦炭堆中，從而為自燃的焦炭燃燒積累熱量創(chuàng)造了條件。通過降低焦炭堆積的高度和減小焦炭堆積的角度，可以使高溫下的積炭盡可能地靠近焦盆水的表面，并且可以降低其溫度以防止焦炭的自燃[3]。

2.3 安裝特征氣體檢測(cè)儀

在自燃中，階段的不同，其所釋放中的氣體也有著不同的特性。建議安裝特征性的自燃?xì)怏w檢測(cè)器，以確定焦池中焦炭堆的哪個(gè)相可自燃，以及是否對(duì)安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅。這種方法可以使其密閉除焦系統(tǒng)不受焦炭堆自燃的威脅。通過前兩項(xiàng)措施，大大降低了克拉瑪依石化焦炭庫150萬噸/一個(gè)延遲焦炭裝置中焦炭的自燃，不僅減少了產(chǎn)品損失，避免了環(huán)境污染，而且提高了焦炭的可靠性，保證設(shè)備的安全操作[4]。

3 結(jié)語

影響收割后期焦炭骨料自燃的主要因素是溫度，灰分，水含量，粒徑和孔隙率，風(fēng)速和堆積方式以及硫化亞鐵的自燃。焦炭溫度是焦炭堆自燃的主要原因。降低焦炭溫度并改變焦炭收集方式，可有效控制焦炭在焦炭池中的自燃。。