靈活焦化洗滌塔系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化

杭廣成

(浙江恒逸工程管理有限公司，浙江 杭州 311215)

0 引言

延遲焦化工藝自20 世紀(jì)30年代工業(yè)化以來，是目前應(yīng)用最廣的渣油加工技術(shù)。比較成熟業(yè)績較多的延遲焦化技術(shù)有福斯特-惠勒( Foster Wheeler 以下簡稱FW)、美國康菲 (Conoco Philips 以下簡稱COP)、中國石化工程建設(shè)有限公司(以下簡稱SEI)、中國石化洛陽工程建設(shè)有限公司(以下簡稱LPEC)的專有延遲焦化技術(shù)。世界上大部分延遲焦化裝置都是采用這些專有技術(shù)設(shè)計(jì)、建設(shè)的，在工藝流程、設(shè)備等方面大同小異，但又各有技術(shù)特點(diǎn)。

延遲焦化裝置分餾塔系統(tǒng)結(jié)焦問題曾是影響其長周期運(yùn)行的主要原因之一。近年來為解決延遲焦化裝置分餾系統(tǒng)結(jié)焦問題，延遲焦化各專利提供商均對分餾系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)。因循環(huán)重蠟油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等易結(jié)焦成分遠(yuǎn)低于減壓渣油，其結(jié)焦傾向比減壓渣油明顯降低，故各專利商均取消了原渣油與反應(yīng)油氣直接換熱流程，改為蠟油與反應(yīng)油氣換熱，通過巧妙的工藝流程設(shè)計(jì)解決了分餾系統(tǒng)的長周期運(yùn)行問題。從各大煉廠檢修情況來看，分餾系統(tǒng)結(jié)焦問題得到了徹底解決。

目前新建設(shè)的延遲焦化裝置均取消了減壓渣油與反應(yīng)油氣直接換熱的工藝設(shè)計(jì)，其它在役裝置如鎮(zhèn)海煉化Ⅱ焦化、天津石化Ⅰ焦化、齊魯Ⅲ焦化等都進(jìn)行了換熱流程改造，取消了渣油與油氣直接換熱的流程。

1 延遲焦化分餾系統(tǒng)防結(jié)焦改進(jìn)

1.1 LPEC分餾塔系統(tǒng)防結(jié)焦工藝

近年LPEC 設(shè)計(jì)的大型延遲焦化裝置其分餾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)均采用“可調(diào)循環(huán)比技術(shù)”(圖1)。其主要特點(diǎn)是渣油不再進(jìn)焦化分餾塔底，換熱后的渣油自焦化爐對流室直接進(jìn)入輻射室后進(jìn)入焦炭塔生焦。焦炭塔塔頂油氣通過與塔底循環(huán)蠟油換熱以實(shí)現(xiàn)油氣的脫過熱。重蠟油組分中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)較減壓渣油大幅度降低，結(jié)焦溫度點(diǎn)高，極大的減緩了分餾系統(tǒng)的結(jié)焦傾向。

1.2 SEI“全蠟油回流脫過熱”延遲焦化工藝

SEI 設(shè)計(jì)的大型延遲焦化裝置采用SEI 專利“全蠟油下回流脫過熱”延遲焦化工藝(圖2)，渣油在分餾塔內(nèi)與焦炭塔塔頂油氣不再直接換熱。油氣的脫過熱全部通過蠟油下回流與油氣直接換熱實(shí)現(xiàn)。最新SEI 分餾塔塔底采用隔板式設(shè)計(jì)，盡量減少重蠟油返回分餾塔塔底，理論上可以實(shí)現(xiàn)低循環(huán)比操作。這種設(shè)計(jì)方式也大大延長了分餾塔的運(yùn)行周期，從近年運(yùn)行裝置的實(shí)際情況來看，分餾系統(tǒng)經(jīng)過四年的運(yùn)行，塔底系統(tǒng)仍未出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。

圖1 LPEC“可調(diào)循環(huán)比”延遲焦化工藝示意圖

圖2 SEI“全蠟油下回流脫過熱”示意圖

1.3 FW、COP原料分餾系統(tǒng)與SEI、LPEC對比

圖3 為COP 的分餾塔底設(shè)計(jì)，渣油經(jīng)過換熱后進(jìn)入分餾塔。分餾塔上重蠟集油槽可以將重蠟油抽出，理論上可達(dá)到循環(huán)油與渣油在分餾塔底不接觸。反應(yīng)油氣與渣油不接觸，避免了渣油結(jié)焦。SEI 延遲焦化工藝分餾系統(tǒng)設(shè)計(jì)與COP 類似。

FW 設(shè)計(jì)與上述不同，渣油換熱后不進(jìn)分餾塔，而是進(jìn)入單獨(dú)設(shè)計(jì)的輻射進(jìn)料緩沖罐，循環(huán)油(重蠟油)自分餾塔底抽出后，一路作為循環(huán)油進(jìn)入輻射進(jìn)料緩沖罐，作為可調(diào)整的循環(huán)油量，另一路出裝置。這種流程設(shè)計(jì)使循環(huán)比調(diào)整的靈活性大大提高，零循環(huán)比的實(shí)現(xiàn)可能性高于上述兩者。FW 延遲焦化工藝分餾系統(tǒng)設(shè)計(jì)與LPEC 相似。

圖3 COP分餾系統(tǒng)示意圖

關(guān)于延遲焦化裝置原料分餾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，各專利廠商均改進(jìn)了原渣油與焦炭塔頂油氣在分餾塔內(nèi)直接換熱的設(shè)計(jì)。這種專利設(shè)計(jì)理論上均能在低循環(huán)比操作的同時減緩分餾塔系統(tǒng)結(jié)焦，保證分餾系統(tǒng)的長周期運(yùn)行。

2 埃克森美孚(Exxon Mobil Corporation)靈活焦化油氣脫過熱

2.1 埃克森美孚洗滌塔系統(tǒng)設(shè)計(jì)

埃克森美孚靈活焦化工藝(圖4)：減壓渣油換熱到270℃左右進(jìn)入洗滌塔，在洗滌塔內(nèi)減壓渣油(含部分反應(yīng)油氣重組分)直接與500℃左右的反應(yīng)高溫油氣換熱，同時洗滌油氣中的攜帶的重組分。減壓渣油組分復(fù)雜，結(jié)焦溫度低，直接與溫度高的反應(yīng)油氣換熱易造成洗滌塔及抽出管線易結(jié)焦，反應(yīng)油氣攜帶焦粉包裹渣油后形成結(jié)焦前驅(qū)物，給洗滌塔底系統(tǒng)長周期運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)。較早的延遲焦化分餾塔難以長周期運(yùn)行也是因?yàn)檫@個問題。

圖4 靈活焦化洗滌塔系統(tǒng)示意圖

2.2 優(yōu)化方案

新增減壓渣油進(jìn)料罐一臺，原洗滌油泵改為反應(yīng)器進(jìn)料泵(圖5)。洗滌塔底新增沖洗環(huán)系統(tǒng)，將反應(yīng)油氣攜帶的焦粉攪拌避免沉積，通過新增一臺小功率焦粉抽出循環(huán)泵以除去洗滌塔底焦粉。新增渣油-洗滌塔底油換熱器以取走洗滌塔底過剩熱量同時保證反應(yīng)器進(jìn)料渣油溫度維持375℃左右。

(1)改造后進(jìn)反應(yīng)器物料組分不變，物料進(jìn)料溫度不變，反應(yīng)系統(tǒng)無變化。洗滌塔熱量由渣油-洗滌塔底油換熱器取出。

(2)改造后渣油不直接與反應(yīng)油氣換熱，會很大程度上減緩洗滌塔系統(tǒng)的結(jié)焦，延長該系統(tǒng)運(yùn)行周期。

(3)改造后可以靈活調(diào)整循環(huán)油的量，靈活調(diào)整循環(huán)比，改變產(chǎn)品分布。

改造工作量小，大部分工作可在生產(chǎn)期間完成，短時間停工期間即可完成剩余改造。

圖5 改造后靈活焦化洗滌塔系統(tǒng)示意圖

3 結(jié)語

延遲焦化裝置分餾塔系統(tǒng)結(jié)焦問題曾是影響其長周期運(yùn)行的主要原因。近年來為解決延遲焦化裝置分餾系統(tǒng)結(jié)焦問題，延遲焦化各專利提供商均對分餾系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)。各專利商均取消了原渣油與反應(yīng)油氣直接換熱流程，改為蠟油與反應(yīng)油氣換熱，通過巧妙的工藝流程設(shè)計(jì)解決了分餾系統(tǒng)的長周期運(yùn)行問題。從各大煉廠檢修情況來看，分餾系統(tǒng)結(jié)焦問題得到了徹底解決。

埃克森美孚靈活焦化工藝中減壓渣油直接與500℃左右的反應(yīng)高溫油氣換熱。減壓渣油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量高，結(jié)焦溫度低，直接與溫度高的反應(yīng)油氣換熱造成洗滌塔系統(tǒng)易結(jié)焦，難以長周期運(yùn)行。反應(yīng)油氣中的多環(huán)芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等各類不飽和烴在高溫下，由氧和金屬引發(fā)催化作用，容易脫氫產(chǎn)生芳烴自由基，通過自由基鏈反應(yīng)而產(chǎn)生高分子聚合物，加劇了洗滌系統(tǒng)的結(jié)焦傾向。

本文結(jié)合延遲焦化裝置分餾系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展，提出了對埃克森美孚靈活焦化工藝洗滌塔系統(tǒng)改進(jìn)的建議，從理論上探討了技術(shù)改進(jìn)的可行性。