降低延遲焦化裝置石油焦揮發分的優化措施

牛小娟，孔繁韜，薛金召

（1.中國石油烏魯木齊石化公司，新疆烏魯木齊 830019;2.湖南石油化工職業技術學院，湖南岳陽 414012）

關鍵字：石油焦 揮發分 工藝優化 分析準確性

延遲焦化是將重質原油（如減壓渣油等）以較高流速通過加熱爐爐管加熱，在高熱強度條件下，短時間內達到所需溫度，在爐管內基本上不進行焦化反應，而是延遲至焦碳塔內靠自身帶入的熱量進行熱裂化和縮合反應的過程。目前延遲焦化已經成為煉廠提高輕質油收率和生產石油焦的主要加工工藝[1]。

石油焦主要用于煉鋁行業、碳素行業、石墨電極的生產或作為燃料等[2-3]，用途十分廣泛，素有“黑金”美譽，其質量直接影響裝置經濟效益。

1 現狀

根據硫含量、揮發分、灰分的不同，NB/SH/T 0527—2015將石油焦分為1號、2A、2B、3A、3B五個牌號，具體質量指標見表1。

表1 普通石油焦（生焦）的質量指標

烏石化共有兩套延遲焦化裝置，產能分別為60萬t/a和120 萬t/a，其中120 萬t/a延遲焦化裝置建于2011年，主要處理原油蒸餾裝置產生的渣油，生產焦化汽油、柴油、蠟油和石油焦等產品。

2018年7月之前，烏石化生產的各牌號石油焦產品分布和石油焦質量情況見圖1和表2。不難看出，該公司生產的石油焦主要為3A、3B、協議品1號甚至有部分協議品2號，石油焦牌號普遍偏低。制約石油焦牌號的主要因素是揮發分含量高，因此降低石油焦的揮發分是提升石油焦牌號的關鍵。

圖1 2018年1-6月石油焦牌號分布

表2 2018年1-6月石油焦質量情況

近年來，石油焦市場前景較好，尤其是對高牌號石油焦的需求越來越大，為了提質增效，企業從工藝技術優化、質量管理兩方面同步進行攻關，以生產2級高牌號石油焦。

2 影響石油焦揮發分的因素及改進措施

石油焦揮發分高意味著焦化不完全，影響裝置的液體收率。揮發分的多少和裝置的原料性質、操作條件、吹汽量等都有一定關系[4]。結合裝置實際情況，主要通過提高加熱爐出口溫度、控制合適的三泥回煉量、增大焦炭塔大吹汽量來降低石油焦的揮發分。

2.1 提高加熱爐出口溫度

焦化裝置操作溫度的可調節范圍很窄，溫度過高會導致爐管結焦、轉油線結焦、開工周期短，同時易生成硬質石油焦；溫度過低導致熱量不足，反應深度不夠，輕油收率低。因此，實施變溫操作，在盡量不影響開工周期的前提下，有利于提高液體收率和有效降低焦炭揮發分。

根據華東院對120 萬t/a焦化裝置原料渣油的分析，裝置加熱爐溫度適宜控制在494～496℃范圍內，因此裝置通過調整1#、2#、3#、4#分支加熱爐的溫度，進而提高加熱爐出口溫度。從表3中的測定數據來看，提高加熱爐出口溫度對降低石油焦揮發分有明顯作用，原因是加熱爐出口溫度高時，更利于揮發性的油蒸氣與固相脫離而進入液相，使得固相（石油焦）中揮發性油蒸氣減少，揮發分降低。

表3 加熱爐出口溫度對石油焦揮發分的影響

2.2 控制三泥回煉量

烏石化凈化水廠在處理煉油廠各裝置含硫污水過程中不可避免產生了三泥，所謂三泥主要是指隔油池底泥、浮渣及剩余活性污泥，為解決三泥帶來的環保壓力，焦化裝置對三泥進行回煉[5]，回煉方式采用間歇性大流量集中回煉，由于三泥性質較差，對石油焦質量產生一定影響，統計數據見表4。

由表4可以看出，石油焦的揮發分隨著三泥回煉量的增加而呈現增長趨勢，如果將回煉量控制在10 t/塔以內（此工況只是延長了三泥的回煉時間，仍能保證污水處理過程中三泥被完全處理），依然可確保揮發分滿足2級石油焦的要求。

表4 三泥回煉量對石油焦揮發分的影響

2.3 增大焦炭塔大吹汽量

在加熱爐出口溫度保持在487℃的前提下，將焦炭塔中大吹汽量由12～13 t/h增大至14～15 t/h，石油焦揮發分平均值由12.17%下降至11.74%，說明增大焦炭塔大吹汽量有益于降低石油焦的揮發分。因為大吹汽量更易于石油焦中油蒸氣脫離，而且吹汽量越大，石油焦下落速度越慢（汽流由下向上，石油焦由上向下），石油焦與蒸汽接觸時間長，油蒸氣脫離更徹底。吹汽量對石油焦揮發分的影響見表5。

表5 吹汽量對石油焦揮發分的影響

2.4 其他影響因素及調整

降低焦炭塔壓力和提高循環比也可以降低石油焦揮發分，但焦炭塔設計操作壓力為0.10 MPa，調整幅度極小，且極易引起焦炭塔泡沫層升高。提高循環比雖然可以改善原料性質，提高液收，降低揮發分，但是會大大降低裝置運行負荷，打破全廠重油加工平衡。因此，在實際生產過程中，沒有將二者作為調節石油焦揮發分的手段，其影響程度也未進行定量研究。

3 規范揮發分質量分析

3.1 嚴格按照規范取樣

按照SH/T0313—1992標準要求應在焦堆表面各距底和頂0.5 m和焦堆半高處的三條圓周線上，分別等間距的取3、5、8個點進行取樣，在各采樣點表層（長期堆放后應在焦堆層下0.2～0.3 m處）取不少于0.5 kg的石油焦，試樣總量不少于8 kg。

3.2 分析過程要準確

石油焦的揮發分測定是在無空氣通入的情況下，將試樣加熱至（850±10）℃，并保持7 min，損失總質量與蒸發水分損失之間的差即為石油焦的揮發分。需要注意的是試樣煅燒溫度和煅燒時間，規程要求放進試樣關閉爐門后，爐溫要在3 min內達到（850±10）℃，而且從放進試樣立即計時，7 min后迅速取出，此步驟非常關鍵[6]。

3.3 效果驗證

圖2和圖3分別統計了2018年10月至2019年3月石油焦的揮發分數據和各牌號石油焦分布。由圖2、3可以看出，石油焦的揮發分有了明顯降低，且集中在12%以下，滿足2級焦的要求。2級石油焦量占58%，協議品1號產量由原來的31%降至3%，杜絕了協議品2號的出現，石油焦質量有了整體提升，石油焦牌號明顯提高，提升了企業的經濟效益。

圖2 2018年10月至2019年3月石油焦揮發分含量

圖3 2018 年10 月至2019 年3 月石油焦牌號分布

4 結論

通過提高加熱爐出口溫度、控制三泥回煉量、增大焦炭塔吹汽量都有助于降低石油焦的揮發分，其中焦化溫度對揮發分的影響十分顯著，在調整過程中，需要同時兼顧裝置的長周期運行及液體收率。為減少質量分析誤差，必須規范質量分析管理，一要保證采取的樣品具有代表性；二在分析過程中，保證試樣煅燒溫度和煅燒時間，確保分析過程的規范性。