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浅谈提高处理量的可行性分析
摘要 随着国内高硫高酸重质原油加工能力的逐步提高,特别是原油变重变差,导致炼油厂的渣油加工能力不足,所以通过对多套延迟焦化装置进行降低循环比、缩短生焦周期操作,不同程度的提高了加工负荷,但因此也带来了一些问题,鉴于此,本文对塔河常压焦化装置进行分析。
关键词 焦炭塔;循环比;生焦周期
中图分类号TE626 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)25-0079-02
0 引言
塔河分公司常压焦化装置设计加工塔河劣质稠油,原设计规模为120×104t/a,装置采用原油经常压蒸馏后常底渣油进焦化装置进行加工的工艺流程。
塔河原油属于劣质稠油,硫含量高、酸值高、粘度大、盐含量高、胶质和沥青质含量高、轻组分含量低,故采用“两炉四塔”工艺,大循环比焦化技术路线。理论基础
国内延迟焦化技术,按进料形式分为原料(渣油)进分馏塔和不进分馏塔两种,前一种是国内最早的技术;后一种是近几年采用的一种可灵活调节循环的技术。对于采用前一种工艺流程的装置,操作循环比不要低于0.2,否则会造成分馏塔下部结焦,影响装置长周期生产;对于采用第二种工艺流程的装置,循环比可以降到0.1~0.15操作,实际运行证明是安全可靠的。
从目前国内焦化生产情况看,焦化装置加工原料性质越来越重质化和劣质化(高沥青质原料),采用较小的循环比操作时,焦炭塔不同程度的出现了弹丸焦的倾向,引起焦炭塔振动、弹丸焦处理、分馏塔下部及加热炉炉管结焦等问题,严重影响了装置的安全和长周期稳定生产,同时也带来焦化蜡油质量变差和焦炭塔挥发份增加的生产技术问题,基于此,塔河采用多产轻质油品延迟焦化技术,设计循环比为0.8~1.0。
短循环周期虽然能提高装置处理能力,但这是以降低操作效率,增加维护费用和缩短装置使用寿命为代价,塔河分公司生焦周期设计为24h。设备基础
2.1 加热炉
加热炉是整个装置的核心单元设备,决定了操作周期与经济效益。塔河分公司加热炉采用双面辐射、急弯弯头连接方式、辐射炉管材质为Cr9Mo,新型低NOx燃烧器及“双点注汽”技术。
提高处理量后,虽然Cr9Mo的材质能够耐高温耐腐蚀,但是原料在加热炉内的停留时间缩短,如果达到相同的条件,管壁温度增加,处于管壁处的油膜温度增高,由于靠近管壁处原料处于层流状态,介质容易结焦,又由于处理量提高后电脱盐脱盐效果下降,加热炉进料性质变差,导致炉管结焦和弹丸焦的产生,所以提高处理量后在管理上应安排专人用红外测温仪等工具定期检测炉管表面温度、炉墙温度、炉管挂钩等附件温度,一般每半月检测一次并出检测结果;技术人员利用日检进行查火嘴、炉膛火焰等情况,根据检查情况指导岗位操作。
2.2 焦炭塔
焦炭塔是焦化装置的核心设备,是焦化反应场所。塔河分公司焦炭塔,壳体直径φ7 600mm,高度34.086m,容积为1 209m3,缩短生焦周期主要是针对焦炭塔容积能力不足而提出的,既通过缩短生焦周期,提高单位时间内焦炭塔的进料量来达到提高加工能力的目的,焦炭塔提高处理量受限于空塔气速和空高的影响。
2.2.1 焦炭塔空塔气速
焦炭塔的单塔处理量越大,要求的焦炭塔直径和高度越大,焦炭塔直径主要由焦炭塔塔内的允许气速决定。
焦炭塔塔内的允许气速和泡沫层的密度及油气的密度有关,泡沫层的密度又和原料性质、反应温度、操作压力及是否注入消泡剂等有关,油气的密度和产品分布、产品性质、操作温度及操作压力等有关。根据计算,焦炭塔塔内的允许气速在:0.096m/s~0.21 m/s,即塔内的油气气速大于0.096 m/s时,就有低密度的泡沫油被油气携带,如果塔内的油气气速大于0.21 m/s时,较高密度的泡沫油就会被油气携带,并且携带量大大增加。国内外焦炭塔塔内的操作气速大部分在0.09m/s~0.21 m/s之间,因此携带焦粉是不可避免的,关键是如何减少焦粉携带和对携带到油气管线及分馏塔内的焦粉如何及时清除。基于国内的设计和油气管道的清焦措施,空塔气速控制在0.15m/s以内为宜,尽量避免油气管道和分馏塔底结焦,保证装置长周期生产。而塔河焦化装置空塔气速设计为0.1m/s,在正常生产状态下焦炭塔内空塔气速在0.1m/s左右,根据2008年3月份分馏塔过虑器检查情况来,泡沫层的进一步夹带现象不明显,在控制指标内。
2009年期间提高处理量的几个月里,常压焦化装置空塔气速几次曾超过0.107m/s运行,如果再提高处理量,则空塔气速将进一步增加,不可避免的影响到装置的长周期运行。
2.2.2 焦炭塔空高
国内设计的焦炭塔一般安全空高为3m~5m,国外焦炭塔的安全空高一般为2m左右。空高越大,焦炭塔的利用率越低,但油气在塔内的停留时间延长,有利于泡沫层气泡的破裂,对减少油气线和分馏塔内结焦有利。
缩短生焦周期的同时,必须借助中子料位计正确监测焦炭塔泡沫层高度,正确注入消泡剂.塔河分公司焦炭塔上中下安装有3个中子料位计,能够有效检测出焦的上升高度,焦炭塔内的泡沫层高度约为3m~5m,当在焦炭塔内注入消泡剂后,泡沫层的高度一般减少1m以上。塔河分公司采用的高效消泡剂,有效降低了泡沫层高度,减少焦粉夹带。
由于塔河原油性质特点,泡沫层高度相对较高,而常压焦化现在生焦高度在21m~22m,而焦炭塔高度为34.086m(含封头和锥体),基于此,焦炭塔进一步提高处理量的富裕度不大。
2.3 分馏塔
分馏塔是塔径4.8m, 筒体材质为复合钢板,由于原料含硫及含酸较高,为防止设备腐蚀,筒体和封头设计采用复合板。
在工艺上调节好分馏塔上、下进料配比,控制好蒸发段温度、蜡油集油箱下部油气温度、分馏塔底温度及蜡油下回流流量,以防止分馏塔下部结焦、各馏分携带焦粉;运行好分馏塔低循环泵,根据管径,保证塔底循环量。
分馏塔负荷还有很大的富裕度,具备降低循环比、缩短生焦周期提高处理量的硬件基础,可以进行尝试降低循环比、缩短生焦周期提高处理量的操作。
2.4 除焦系统
循环比降低、缩短生焦周期后,加热炉和焦炭塔的进料变差,易导致弹丸焦的产生。根据国外资料报道和国内经验:API小于7或残碳/沥青质=1.68~1.45的劣质渣油可能产生弹丸焦,国内操作经验是采用较大循环比操作、较低的空塔气速,尽可能避免产生弹丸焦,保证安全生产。如果不考虑弹丸焦的影响和蜡油质量,可采用低循环比操作,国外许多焦化装置是允许产生弹丸焦的,但是他们大部分都采用了自动卸盖机,其他系统也配套完善。塔河分公司常压焦化没有安装自动底盖机,为防止生成弹丸焦,不宜采用太低的循环比。
缩短生焦周期提高处理量后,设备故障率高,应加强设备备品备件的储备,特别是除焦系统的,以免造成延误或停工。
缩短生焦时间后,焦炭塔的各步骤操作时间被打乱,因此应编制焦炭塔生产周期确认表,清晰、明确地列出焦炭塔处理步骤及具体时间,供操作班组执行。如果时间赶上晚间除焦,照明及人员的安全等措施也应进一步加强。
制定相关制度(设备首责制等),落实设备、工艺等管理人员对每天夜间设备运行负责,保证夜间设备故障得到及时处理;开展除焦设备每日确认工作,制定除焦工、除焦设备维护工(钳工)、装置设备员设备确认工作表,及时发现并处理设备缺陷,消除故障;开展除焦设备技术攻关,采用新技术,降低设备故障率。案例
在2006年5月大修检修前后对常压焦化装置进行了循环比调整,利用大修对常压焦化装置进行了针对调整循环比及提高焦化炉裂解深度的改造,改造前后标定结果参见表1。
表1循环比对装置产品分布及能耗的影响
根据上表可以看出,塔河分公司循环比降低,而装置处理新鲜进料能力将上升,能耗有所降低。循环比最低可以控制在0.58(只运行了1d),而当循环比降至0.58时,压力开始慢慢上升,直至8h以后,压力开始加速上升和急剧波动,有生成弹丸焦的迹象和倾向。在加热炉辐射出口压力出现急剧波动后,装置恢复1.0的循环比。
现在塔河分公司循环比控制在0.8左右,之所以采用这么大的循环比主要是因为塔河采用多产轻质油品延迟焦化技术,该技术通过高循环比,增加焦化实际进料中芳烃含量,可以抑制弹丸焦的产生和减轻焦化加热炉炉管结焦问题,同时,可将焦化蜡油大部分转化成轻质油品,更重要的是避免加工过程中生成弹丸焦和减轻炉管结焦延长开工周期。循环比调整后,炉膛温度及管外壁温度没有明显变化,装置设备运行正常。
塔河分公司焦化部分具备降低循环比、缩短生焦周期提高处理量的硬件基础(主要是加热炉、分馏塔、焦炭塔和除焦系统),但是塔河油常渣高沥青质含量、高残炭、低热稳定性的焦化料,建议不采用超低循环比操作条件,其循环比不得小于0.58,循环比降低后,相对劣质原料,焦碳塔进料性质变差,弹丸焦产生的倾向增大,给除焦系统带来一定困难,影响到装置的安全生产。相对常压-焦化装置而言,提高加工能力后,由于脱盐设备脱盐效果不好,普遍存在装置辐射炉管的结焦(结盐)及塔顶循环段塔盘结盐现象,影响装置的安全操作。降低循环比、缩短生焦周期受气压机和吸收稳定处理能力的限制,后续处理能力出现“瓶颈”。降低循环比、缩短生焦周期后蜡油产量增加,而塔河分公司无蜡油后续加工装置。提高处理量后,脱盐效果下降,分馏塔顶结盐、装置腐蚀及炉管结焦趋势增加,但是循环比在0.65左右时装置可以连续安全运行。
对于缩短生焦周期的调整,可进行进一步的尝试小于24h生焦周期的工艺调整来提高处理量。结论
提高装置运行效益与确保装置长周期运行相互矛盾,降低循环比及缩短生焦周期工艺上也要相互配套权衡利弊:缩短生焦周期的同时提高炉出口温度,可减少焦炭中的可燃挥发物,但可能加重炉管结焦,影响操作周期;降低循环比的同时降低炉出口温度,对减少炉管结焦有利,但同时减少了生焦反应焦化炉给热量,进而导致焦炭塔内生焦反应不完全,焦炭中低挥发分增多,影响液体产物收率。因而降低循环比及缩短生焦周期的工艺措施必须结合原料特性、装置设计特点及现场操作状况而定,制定相应的配套措施。
参考文献
[1]程之光.重油加工技术[M].中国石化出版社,1994.[2]肖家治,等.焦化炉工艺校核方法的研究[J].炼油设计, 2001(10).
