延迟焦化工艺进展.PDF

延迟焦化工艺进展 胡德铭 中国石化工程建设公司,北京100011 摘 要分析了当前延迟焦化工艺发展的格局和所处的环境,提出了当前延迟焦化工艺进展主要集中在大型 化、 灵活性、 操作性、 安全性以及工艺设计改进。并介绍了延迟焦化工艺的经济性以及与相关主要工 艺渣油加工RFCC和渣油加氢的比较。 关键词延迟焦化 工艺 设计 经济性 渣油加工 中图分类号TE62413 2 文献标识码B 文章编号1009 - 6809200305 - 0021 - 05 Advances in Delayed Coking Process Hu Deming Sinopec Engineering Incorporation , Beijing100011, China Abstract This article gives a brief description of the status in delayed coking process development nowa2 days. It indicates that the main progress of delayed coking process focuses on the process design for large scale , flexibility , operation , safety and improvement protection. It also describes the economy of delayed coking pro2 cess and gives comparison with other main residue conversion processes RFCC and residue hydroprocessing pro2 cesses . Keywords delayed coking , process ,design , economy ,residual hydroprocessing 1 世界焦化装置加工能力概况[1～4] 据美国 “OG J” 杂志2003年1月1日统计,全世界 共有732个炼厂,其中146个炼厂设有焦化装置,其 总加工能力为228Mt/ a ,比2001年增长7. 08 ,约占 世界原油蒸馏总加工能力的5. 57 。焦化装置总加 工能力中,美国为123Mt/ a ,约占世界焦化总加工能 力的54.07 ,居世界首位。我国不包括台湾省焦 化装置的加工能力为16. 83Mt/ a 我国统计约 2414Mt/ a ,仅次于美国,位居世界第二。其余依次为 委内瑞拉、 墨西哥、 阿根廷和德国,其加工能力分别为 7.97Mt/ a、7.76Mt/ a、6.08Mt/ a和5.85Mt/ a。 据美国SRI报告,世界焦化能力在过去的15年 内增长了70 以上,世界炼厂中约有17 的炼厂有 焦化装置,美国炼厂中约有35 的炼厂有焦化装 置。按原料计,55 的焦化能力在美国;按产量计, 70 的焦化能力在美国。有焦化装置的炼厂比一般 炼厂更为复杂,其中80 的炼厂至少有一套催化裂 化装置,90 的炼厂有产品精制装置。在北美和世 界其他地区有焦化装置的炼厂分别约有50 和 25 有加氢裂化装置,用于加工焦化瓦斯油。世界 和美国延迟焦化加工能力的增长见图1和图2。 年份 图1 世界焦化加工能力的增长 在2002年焦化装置加工能力中,延迟焦化装置 的加工能力最大,为183Mt/ a ,占当年焦化装置总加 工能力的81. 83 。预计到2004年,在美国之外约 有30Mt/ a的延迟焦化能力投产,主要加工加拿大油 收稿日期2003 - 02 - 09 作者简介胡德铭1941 - ,女,安徽合肥人,1965年毕业于华 东化工学院基本有机合成专业,教授级高级工程师。长期从事 石油化工的软课题研究,发表论文数10篇。 科技创新 当 代 石 油 石 化 PETROLEUM 加工低硫轻质原料生产电极焦时,优化 工艺条件以达到馏分油和焦炭产率之间的最佳平衡 和经济操作点;加工重质含硫原料,采用低压、 高温 和低循环比操作以达到最大馏分油产率;加工重质 原料,调整循环周期抑制弹丸焦的生成;改变增加 装置压力,以降低焦炭塔内气相表观速度,提高处理 量;调整装置循环比,在达到最大馏分油产率的同 时,满足蜡油质量要求。 3. 2 焦炭塔的设计和框架结构 焦炭塔的设计中要充分考虑焦炭塔的加热/冷 却周期,保证焦炭塔的寿命。 过去焦炭塔典型的操作周期是24小时。美国 Lummus公司综合考虑了降低焦炭塔的投资,采用 当今焦炭塔在工业可利用的最大尺寸的技术以及未 来装置加工能力的提高和更多劣质焦炭的产生等的 因素下,设计的焦炭塔操作周期为小于或等于18小 时。缩短焦炭塔的生焦周期,要考虑到焦炭塔壳体/ 裙座连接处的应力,采用有限元分析方法,将应力减 至最小。焦炭塔的设计还应包括保温热盒 heat box ,采用全焊透、 自补强的开口,不要补强圈。 按API调查,钼铬钢焦炭塔的寿命为12年,碳 钼钢为8年,碳钢只有7年[9]。 焦炭塔的框架设计一是要方便操作和维修,其 次要优化高度。焦炭塔框架高度主要取决于焦炭塔 的基础基础底面2顶面高度、 焦化冷凝罐的高度和 焦炭塔本身的高度。 3. 3 加热炉设计 美国Lummus公司采用的双面辐射加热炉可以 使炉管热量分布更均匀,降低峰值温度,降低最大热 强度,提高平均热强度并可减少总的辐射面积,从而 延长加热炉操作周期。设计中采用的安全联锁,可 以使加热炉在工艺操作紊乱或仪表故障而造成非计 划停工时起到保护加热炉的作用。此外,在线清焦 和在线剥焦pigging设计的应用也可延长加热炉操 作周期。 3. 4 焦炭处理系统 焦炭处理系统设计要考虑投资、 设备维修、 平面 布置以及由装置输出焦炭的方法等因素。一般该系 统有将焦炭直接排放到斗式合瓣吊车的焦池以回 收焦炭的铁路装载法;直接将焦炭排至有前部装车 的焦池或焦台系统以及水力仓Hydrobin系统,即 在铁路装载法的污水坑和澄清系统之间,增加一个 水力仓系统进一步进行焦炭脱水。 42 当 代 石 油 石 化 2003 ,115 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 4 延迟焦化和相关工艺渣油加工的经济效益[2 ,10] 由于原油质量日趋变劣,使得原油加工方案中 的馏分油和渣油质量也不断变差,人们关注的焦点 就是在尽量利用投资条件下,选择更好的渣油加工 方案。 表4为美国Kellogg Brown Roon公司对主要渣 油加工装置投资成本的比较。 表4 主要渣油加工装置投资成本 以2000年美元计美元/桶 装置型式投资成本 超临界溶剂脱沥青800～1 250 减粘裂化1 000～1 400 延迟焦化2 000～4 500 渣油催化裂化3 000～4 000 渣油加氢裂化3 000～7 000 注① 加工阿拉伯中质减压渣油,加工能力为1. 0Mt/ a。 ② 投资按界区内装置估计,包括加氢处理和所需氢气的生产 成本。 表5为美国斯坦福研究所SRI的3种渣油转 化工艺的固定成本的比较。 表5 3种渣油转化工艺的固定成本万美元 装置型式固定成本 延迟焦化16 410 渣油催化裂化21 100 加氢裂化34 900 注① 加工重质阿拉伯原油和轻质阿拉伯原油的混合原油的减 压渣油。 ② 装置加工能力为2. 0Mt/ a。 如上所示,3种渣油转化工艺的固定成本费用 中,如果以延迟焦化工艺为1. 0 基准计算,则 RFCC为1. 3 ,加氢裂化最高为2. 1。 5 小结 5. 1 当前延迟焦化工艺的主要特征 ①延迟焦化装置的典型规模为0. 75～2. 75 Mt/ a。② 焦炭塔的标准直径为8 200mm～8 500 mm。③ 延迟焦化装置建设周期为24个月从基础 设计到正式投产。④ 延迟焦化装置设计特点为在 线计算机控制、 自动化的卸盖系统、 双面辐射加热 炉、 现代化的焦炭塔设备设计和革新的水管理/焦炭 回收系统。 5. 2 延迟焦化工艺仍是渣油加工的首选工艺之一 延迟焦化工艺因其工艺技术成熟,投资和成本 较其他渣油加工工艺相对较低,因此在世界各国得 到普遍应用。在过去15年中,全球焦化加工能力增 加了70 以上,今后仍将以年增长率为7 的速率 增加。此外,焦化中馏分油脱硫反应活性与直馏中 馏分油相似,容易改质为优质柴油,如果焦化产生的 负值的焦炭和组合循环一体化IGCC组合将会得 到更大的发展空间。 5. 3 尽管渣油改质技术方案很多,但没有一种方案 能够单独解决问题 渣油改质的技术方案有RFCC、 延迟焦化、 减 粘、 渣油加氢等,但没有一种方案能够单独解决问 题,同时还需要另外投资对其产品进行改质和进一 步加工,以确保所有产品都能达到日益严格的规 格。每个炼厂加工方案的选择与炼厂加工的原料 现在和将来、 产品要求、 投资盈利性、 发展趋势、 价 差、 长期战略的理解以及对风险态度等因素有关。 5.4 优化设计,提高延迟焦化装置的灵活性、 操作 性和安全性 延迟焦化装置因具有间歇2连续、 高温操作的特 殊性,在进行装置设计时,除一般装置设计需考虑的 因素外,还要确定焦炭塔的操作周期,每个焦炭塔切 换操作时相应的流率、 温度和压力曲线,确定与平面 布置有关的焦炭的脱水、 处理、 装载和运输等因素。 尤其是在当前环保法规日趋严格的环境下,延迟焦 化装置的安全设计也已提到日程。对加热炉、 焦炭 塔和框架结构及自动化的卸盖系统、 焦化分馏塔、 焦 炭的输送和存贮、OSHA的设计、 自动控制等方面都 要认真考虑,优化设计,提高延迟焦化装置的灵活 性、 操作性和安全性。如果将延迟焦化工艺和 IGCC装置进行组合可以直接生成合成气并发电, 对实现石油化工一体化确实是一条好途径。 参 考 文 献 1 Jeannie stell. Oil Gas Journal ,2002 ,10052 68～70 2 Richard H. Oil Gas Journal ,2002 ,1005 55～57 3 世界石油大会中国国家委员会等 1 第十六届世界石油大 会论文集 1 北京中国石化出版社,20011458～467 4 张德义 1 当代石油化工,2001 ,92 9～13 5 晁可绳 1 炼油设计,2001 ,3110 1～5 6 Ram Malik. Petroleum Technology Quarterly , Autumn 2002 53～61 7 Gary L. Hamilton. NPRA Annual Meeting , AM - 02 - 06 8 Robert F.Martindale.NPRA Annual Meeting,AM- 01 - 06 9 American Petroleum Institute. 1996 API Coke Drum Survey Report. Capstone Engineering Services Inc. 1998 23～24 10 廖健 1 世界石油工业,2001 ,84 11～14 编辑 王孟 522003 ,115 胡德铭 1 延迟焦化工艺进展 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.