[炼厂技术·七]延迟焦化装置工艺手册
目录
第一章 延迟焦化装置简介... 5一. 装置概况... 5二. 工艺技术特点... 71. 加热炉... 72. 焦炭塔... 83. 分馏塔... 84. 焦炭塔密闭放空技术... 95. 冷焦水旋流分离技术... 96. 全井架水力除焦技术... 97. 焦化富气压缩吸收技术... 9第二章 工艺原理及工艺流程说明... 10一. 延迟焦化工艺原理... 101. 延迟焦化工艺过程... 102. 延迟焦化反应机理... 123. 烃类的热反应... 144. 渣油热反应的特征... 22二. 延迟焦化工艺流程... 241. 工艺流程说明... 242. 原则流程图... 32第三章 自动化控制及安全设施... 36一. 装置对自动化控制的要求... 36二. 主要控制方案... 36三. 控制仪表明细... 38四. 主要安全设施... 471. 自动化安全设施... 472. 安全阀明细... 49第四章 原料与产品的设计基础数据... 51一. 原料来源及性质... 51二. 产品性质... 521.焦化汽油、柴油、蜡油、重蜡油、富吸收汽油的性质... 522. 焦炭性质... 543.焦化富气、液态烃、焦化干气性质... 54三. 物料平衡... 551. 焦化部分... 552. 压缩吸收部分... 56四. 主要控制条件... 561. 焦化部分... 562. 压缩吸收部分... 57五. 主要经济技术指标... 581. 公用工程消耗量... 582. 辅助材料消耗量... 643. 装置能耗... 644. 节能措施... 65第五章 影响产品质量及收率的因素... 67一. 原料油的性质... 67二. 循环比... 68三. 反应压力... 68四. 反应温度... 69五. 对产品收率或质量的要求... 70第六章 常用化工原材料性质及作用... 71一. 常用化工原材料的规格及物化性质... 71二. 常用化工原材料的作用... 721. 消泡剂... 722. 破乳剂... 723. 中和缓蚀剂... 72第七章 装置界区条件及公用工程... 73一. 界区物料走向说明... 73二. 装置界区条件... 73三. 公用工程... 77第八章 主要设备简介... 78一. 加热炉(F601). 78二. 焦炭塔(C601). 79三. 分馏塔(C602). 80四. 接触冷却塔(C603). 80五. 汽油吸收塔(C651). 80六. 柴油吸收塔(C652). 81七. 加热炉进料泵(P602). 81八. 原料泵(P601). 81九. 机组(K601). 811. 汽轮机... 812. 气压机... 82十. 高压水泵(P620). 83十一. 换热器... 83十二. 特殊阀门... 83十三. 除焦系统的设备... 83十四. 全部设备一览表... 86十五. 引进设备一览表... 95第九章 安全和环保... 96一. 装置的安全和环保特点... 96二. 可燃气体及有毒气体检测报警器分布情况... 97三. 装置火灾报警设施分布情况... 99
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第一章 延迟焦化装置简介一. 装置概况延迟焦化技术是渣油热破坏加工常用的手段，其目的是从重质渣油中获得较多的轻质油品和石油焦。延迟焦化工艺是当今世界最常见的渣油加工技术之一，与其它渣油加工工艺相比，延迟焦化工艺不仅技术简单、操作方便、灵活性大、开工率高、运行周期长，而且投资较低、回报较高，是目前炼油行业纷纷采用的渣油加工技术。胜利炼油厂140万吨/年延迟焦化装置于2003年3月破土动工，2003年10月建成投产。本装置总体设计由北京设计院承担，系统配套由胜利设计院设计，由齐鲁石化公司建设公司承担施工任务。南北长262.30米，东西宽70.70米，总占地面积为18544.6平方米。该装置主要由焦化、吸收两部分组成，设计年开工时间为8000小时（连续运转）。本装置以工艺流程顺序及相同设备相对集中为准则进行设备平面布置，装置西侧设一条贯通南北的消防检修通道，与装置南北两端东西消防检修通道相接；装置内另设两条通道与装置外消防检修通道相接形成两条环形消防检修通道。由两条环形消防检修通道将整个装置分为三部分：自南向北依次为分馏、吸收部分；焦炭塔、加热炉部分；水处理部分。焦池位于分馏、吸收、焦炭塔、加热炉的东侧，焦池南头汽车装焦，焦池东侧火车装焦，形成良好的运焦环境。分馏、吸收部分西侧为主管廊，东侧布置立、卧式设备。管廊下地面布置机泵，管廊上第一层布置冷换设备，第二层布置空气冷却器。南头布置气压机部分。与系统相关的原料及产品由主管廊西侧进出，水系统由装置南端进出。该装置采用一台加热炉、两台焦炭塔的工艺路线，装置设计循环比为0.20~0.25。以胜利高硫高酸原油的减压渣油为原料，主要产品为干气、液态烃、富吸收汽油、柴油、蜡油、重蜡油和焦炭。焦化干气直接进入原有装置脱硫，脱硫后干气送往北区作为制氢原料或燃料气；汽油、柴油、蜡油、重蜡油及液态烃由管线送出装置至罐区或后续装置加工处理；焦炭通过汽车或铁路运输外销。本装置共有200台（座）设备,其中利旧设备35台（括号内）。
表1-1 主要设备情况
二. 工艺技术特点1. 加热炉采用双辐射室四管程双面辐射立式炉型，采用多点注汽、在线清焦技术。加热炉的热效率可达90%。加热炉火嘴采用扁平焰、低NOx火嘴以减少环境污染。加热炉采用热管空气预热器预热空气，提高炉子的热效率。2. 焦炭塔（1）焦炭塔采用顶部为椭圆封头的设计，在不增加焦炭塔法兰面高度的条件下尽量增加切线高度，提高焦炭塔容积。焦炭塔锥体段采用整体锻件结构，可以为缩短生焦周期创造良好条件。（2）焦炭塔顶到分馏塔的大油气管线采用注急冷油技术，防止管线结焦。（3）焦炭塔采用无堵焦阀暖塔工艺流程，可缩短焦炭塔的预热时间。（4） 焦炭塔必要时打消泡剂，以提高焦炭塔的利用率。（5）焦炭塔设有中子料位计，可以很方便地观察到塔内料位的情况。3. 分馏塔（1） 分馏塔底部油部分循环，并加强过滤除去焦粉，防止炉管和塔底结焦。（2） 增加分馏塔的塔板数量，设置柴油集油箱，加强柴油、蜡油分离效果。（3） 增设了重蜡油集油箱，可优化加氢裂化原料。（4） 在分馏塔的分馏段，采用高效低压降的条型浮阀塔板，提高产品分离精度；在分馏塔的洗涤段，采用人字形洗涤板，可以有效地将油气中的焦粉洗涤下来。（5） 优化分馏塔取热比例，充分利用分馏塔过剩热量，多余热量用于产汽。4. 焦炭塔密闭放空技术采用塔式油吸收密闭放空技术，减少焦炭塔吹汽对环境的污染。5. 冷焦水旋流分离技术冷焦水处理采用罐式隔油分离、过滤、水力旋流分离和密闭冷却工艺技术，冷焦后热水采用空冷器冷却，可有效减少占地和环境污染。6. 全井架水力除焦技术（1） 焦炭塔采用双塔单井架水力除焦技术，可节省约20%的钢材。（2） 焦炭塔水力除焦系统采用先进的PLC安全自保系统。该技术可以保障水力除焦工作的顺利进行和安全操作。7. 焦化富气压缩吸收技术焦化富气采用压缩和汽、柴油吸收的工艺方案，为提高吸收效果减少干气中的C3以上的组分，增设了汽油吸收塔中段回流。 第一章 工艺原理及工艺流程说明
一. 延迟焦化工艺原理
1. 延迟焦化工艺过程延迟焦化工艺是焦炭化过程（简称焦化）主要的工业化形式，由于延迟焦化工艺技术简单，投资及操作费用较低，经济效益较好，因此，世界上85%以上的焦化处理装置都采用延迟焦化工艺。也有部分国外炼油厂（如美国）采用流化焦化工艺，这种工艺使焦化过程连续化，解决了除焦问题，而且焦炭产率降低，液体产率提高；另外，由于该工艺加热炉只起到预热原料的作用，炉出口温度较低，从而避免了加热炉管结焦的问题，所以该工艺在原料的选择范围上比延迟焦化有更大的灵活性，但是该工艺由于技术复杂，投资和操作费用较高，且焦炭只能作为一般燃料利用，故流化焦化技术没有得到太广泛的应用。近年来还有一种焦化工艺叫灵活焦化，这种工艺不生产石油焦，但是除了生产焦化气体、液体外，还副产难处理的空气煤气，加之其技术复杂、投资费用高，该工艺也未被广泛采用。而其它比较早的焦化工艺（如釜式焦化等）基本被淘汰。延迟焦化工艺基本原理就是以渣油为原料，经加热炉加热到高温（500℃左右），迅速转移到焦炭塔中进行深度热裂化反应，即把焦化反应延迟到焦炭塔中进行，减轻炉管结焦程度，延长装置运行周期。焦化过程产生的油气从焦炭塔顶部到分馏塔中进行分馏，可获得焦化干气、汽油、柴油、蜡油、重蜡油产品；留在焦炭塔中的焦炭经除焦系统处理，可获得焦炭产品（也称石油焦）。表2-1例举了两种减压渣油进行焦化所得产物的产率分布。表2-2例举了焦化气体的组成。
表2-1 延迟焦化的产率分布
项目大庆减压渣油胜利减压渣油
相对密度，20℃残碳（质量分数），%产品分布（质量分数），% ：气体汽油柴油蜡油焦炭液体收率0.92218.8 8.315.736.325.714.077.70.969813.9 6.814.735.619.023.969.3
表2-2 焦化气体组成
组 分氢甲烷乙烷乙烯丙烷丙烯丁烷丁烯
含量（体积分数），%5.4047.8013.601.828.264.003.443.70
组 分戊烷戊烯六碳烃硫化氢二氧化碳一氧化碳氮+氧-
含量（体积分数），%2.662.200.584.140.320.810.25-
减压渣油经焦化过程可以得到70%～80%的馏分油。焦化汽油和焦化柴油中不饱和烃含量高，而且含硫、含氮等非烃类化合物的含量也高。因此，它们的安定性很差，必须经过加氢精制等精制过程加工后才能作为发动机燃料。焦化蜡油主要是作为加氢裂化或催化裂化的原料，有时也用于调和燃料油。焦炭（也称石油焦）除了可用作燃料外，还可用作高炉炼铁之用，如果焦化原料及生产方法选择适当，石油焦经煅烧及石墨化后，可用于制造炼铝、炼钢的电极等。焦化气体含有较多的甲烷、乙烷以及少量的丙烯、丁烯等，它可用作燃料或用作制氢原料等石油化工原料。从焦化过程的原料和产品可以看到焦化过程是一种渣油轻质化过程。作为轻质化过程，焦化过程的主要优点是它可以加工残碳值及重金属含量很高的各种劣质渣油，而且过程比较简单、投资和操作费用较低。它的主要缺点是焦炭产率高及液体产物的质量差。焦炭产率一般为原料残碳值的1.4～2倍，数量较大。但焦炭在多数情况下只能作为普通固体燃料出售，售价还很低。尽管焦化过程尚不是一个很理想的渣油轻质化过程，但在现代炼油工业中，通过合理地配置石油资源和优化装置结构，它仍然是一个十分重要的提高轻质油收率的有效途径。近年来，对用于制造冶金用电极，特别是超高功率电极的优质石油焦的需求不断增长，对某些炼油厂，生产优质石油焦已成为焦化过程的重要目的之一。2. 延迟焦化反应机理渣油在热的作用下主要发生两类反应：一类是热裂解反应，它是吸热反应；另一类是缩合反应，它是放热反应。总体来讲，焦化反应在宏观上表现为吸热反应。而异构化反应几乎不发生。渣油的热反应可以用自由基链反应机理来解释。一般认为烃类热反应的自由基链反应大体有如下三个阶段：链的引发，链的增长和链的终止。(1). 链的引发烃分子分解为自由基是由于键C—C的均裂，而不是C—H键，因后者的键能较大，并且主要断裂在碳链的中部，如：
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