定向反射焦化爐加工海洋原油減渣的工業(yè)應(yīng)用

徐煥然 胡金亮

山東海化集團(tuán)有限公司 山東濰坊 262737

延遲焦化裝置因其原料適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)成熟可靠、設(shè)備投資低等優(yōu)勢，仍是當(dāng)今煉化企業(yè)重油加工，特別是劣質(zhì)渣油加工的主要手段之一。目前，國內(nèi)已投產(chǎn)的延遲焦化裝置數(shù)量超過100套，總加工能力超過1.2億噸/年，約占原油加工能力的20%左右，僅次于美國，居世界第二位。同時(shí)，隨著延遲焦化裝置加工煉廠廢油、污油的適應(yīng)性和設(shè)備可靠性進(jìn)一步提高，以及低NOx燃燒器、機(jī)械清焦、密閉除焦等環(huán)保技術(shù)水平的提升，使延遲焦化工藝適應(yīng)了原料劣質(zhì)化、多樣化和環(huán)保要求日趨嚴(yán)格的新形勢，仍然具有較強(qiáng)的生命力。

焦化爐是延遲焦化裝置的核心單元設(shè)備，重油在焦炭塔內(nèi)的反應(yīng)過程和吸熱量主要由焦化爐控制。焦化爐的設(shè)計(jì)和操作水平很大程度上決定了裝置規(guī)模、操作周期及產(chǎn)品收率。目前國內(nèi)焦化爐多為雙面輻射爐型，重油在焦化爐內(nèi)從對流管依次進(jìn)入輻射管，在輻射室內(nèi)由上至下快速流動(dòng)加熱，常規(guī)焦化爐管內(nèi)反應(yīng)停留時(shí)間不超過40S，將焦化反應(yīng)延遲到焦炭塔內(nèi)進(jìn)行[1]。

山東海化集團(tuán)有限公司石化分公司延遲焦化裝置原設(shè)計(jì)規(guī)模為100萬噸/年(8000h)，設(shè)計(jì)循環(huán)比1.0。該裝置采用一爐兩塔流程，加熱爐有三個(gè)輻射室和對流室，設(shè)計(jì)為6管程，共用一個(gè)余熱回收系統(tǒng)，排煙溫度160℃。為降低裝置能耗、提高液收，同時(shí)適應(yīng)加工海洋高酸原油減渣的需要，裝置采用中國石油大學(xué)（華東）開發(fā)的定向反射深度裂解焦化爐技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化改造，2018年底順利完成裝置開工。以下對裝置運(yùn)行情況和技術(shù)應(yīng)用效果進(jìn)行介紹。

1 原料性質(zhì)

本裝置改造后主要加工的是旅大10-1、錦州25-1、錦州9-3以及渤南等海洋原油的混合減渣，基本性質(zhì)列于表1。海洋原油的主要特點(diǎn)是低硫高酸，一般原油酸值大于0.5mgKOH/g即為高酸原油，而海洋原油酸值最高達(dá)3.5mgKOH/g。酸值過高不僅造成設(shè)備腐蝕問題嚴(yán)重，因腐蝕而產(chǎn)生的鐵離子大部分隨減渣帶入焦化裝置，已有研究表明原料中的鐵離子對焦化爐管結(jié)焦具有明顯的促進(jìn)作用，焦化爐管內(nèi)焦炭的鐵含量高達(dá)10%以上5,6，這也對加工高酸原油減渣的焦化爐控制爐管結(jié)焦速率帶來了挑戰(zhàn)[2]。

表1 裝置加工的典型海洋原油及減渣性質(zhì)

2 改造內(nèi)容

（1）輻射室流程改造：輻射內(nèi)爐管內(nèi)介質(zhì)走向由原設(shè)計(jì)的“上進(jìn)下出”流程改為“下進(jìn)上出”流程，改變了油品在爐管內(nèi)的升溫歷程，可實(shí)現(xiàn)延緩油品在爐管內(nèi)結(jié)焦的同時(shí)，使重油在爐管內(nèi)的停留時(shí)間達(dá)到40-50S，增加了焦化爐的生焦反應(yīng)給熱了，有利于降低裝置焦炭產(chǎn)率，提高液收[3]。

（2）爐管系統(tǒng)改造：本次改造在確保100萬噸/年加工量的情況下，每路增加了10根輻射爐管，將焦化爐由6管程改為4管程，從而節(jié)省了1/3的爐管注汽操作費(fèi)用，并減少了一個(gè)爐膛的散熱損失，顯著降低了裝置的能耗。

（3）加熱方式改造：裝置改造采用了焦化爐定向反射技術(shù)，其特點(diǎn)是采用低NOx附墻燃燒器加熱爐墻，使?fàn)t墻成為一個(gè)定向均勻的反射面，爐管受熱更加均勻，杜絕了非正常燃燒時(shí)火焰舔管的現(xiàn)象。

（4）爐墻系統(tǒng)改造：為保證附墻燃燒條件下爐墻的可靠性和降低爐外壁溫度，對輻射室爐墻襯里進(jìn)行了部分改造，加熱爐側(cè)墻采用復(fù)合襯里結(jié)構(gòu)，與爐體鋼板接觸層采用50mm澆注料，中間層為150mm耐火纖維板，與火焰接觸層為一層輕質(zhì)莫來石耐火磚，耐火度1500℃。耐火磚爐墻按照標(biāo)準(zhǔn)SH/T3036-2012設(shè)置膨脹縫。

3 改造效果

為考察優(yōu)化改造后裝置處理能力、裝置能耗變化、產(chǎn)品分布、加熱爐運(yùn)行情況和熱效率等情況，對改后延遲焦化裝置進(jìn)行了標(biāo)定。

3.1 產(chǎn)品分布

標(biāo)定期間統(tǒng)計(jì)的裝置產(chǎn)品分布數(shù)據(jù)參見表2。

表2 標(biāo)定期間裝置產(chǎn)品分布

裝置氣體和液體產(chǎn)品收率數(shù)據(jù)均是采用質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，焦炭產(chǎn)量采用焦高法計(jì)量，焦炭產(chǎn)品堆密度為0.85g/cm3。改造后裝置處理能力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，汽柴油收率為61.81%，在同類裝置中處于較高收率水平，焦炭產(chǎn)率為20.88%。干氣產(chǎn)率偏高（6.08%），主要是由于裝置有2.75%的加氫低分氣并入裝置進(jìn)料。

3.2 裝置能耗

本次標(biāo)定期間焦化裝置總體能耗為38.22kgEo/t，較改前有顯著降低，主要表現(xiàn)在兩方面：一是焦化爐由6管程改為4管程，減少了兩路注汽，同時(shí)單路注汽量由700kg/h降至500kg/h，焦化3.5Mpa蒸汽消耗由4200kg/h降至2000kg/h，相應(yīng)減少了裝置含硫污水的產(chǎn)生。另一方面，焦化爐由三個(gè)爐膛減少為兩個(gè)爐膛，可減少1/3的爐體散熱損失，按原來爐體總散熱損失為3.0%考慮，可提高加熱爐效率1%。僅此兩項(xiàng)節(jié)能效果即可使裝置能耗降低1.23kgEo/t，節(jié)能效果顯著[4]。

表3 標(biāo)定期間裝置的能耗數(shù)據(jù)

3.3 操作參數(shù)

由表4可見，設(shè)計(jì)處理量下焦化爐爐膛溫度為710℃，仍有較大的提量空間。開工運(yùn)行至今焦化爐最高管壁溫度僅為556℃，無明顯升高趨勢，表明爐管結(jié)焦速率低，可保證焦化爐長周期運(yùn)行。焦化爐排煙溫度由160℃降至121℃，熱效率為92.04%，煙氣NOx排放為60mg/m3，SO2排放7.06mg/m3，粉塵含量3.4mg/m3，均處于較優(yōu)水平。

表4 標(biāo)定期間焦化爐主要操作參數(shù)

4 結(jié)語

采用定向反射焦化爐技術(shù)對加工海洋高酸原油減渣的延遲焦化裝置進(jìn)行了優(yōu)化改造，改造后焦化爐最高爐管壁溫度556℃，火焰燃燒穩(wěn)定，徹底杜絕了火焰舔管情況。裝置液體產(chǎn)品收率達(dá)到61.81%，產(chǎn)品合格。焦化爐蒸汽消耗降低1/3以上，熱效率提高到92%以上，裝置能耗下降1.23kgEo/t，經(jīng)濟(jì)效益顯著。