延遲焦化裝置焦炭自燃的原因及對策

魯妙霞

安徽實華工程技術股份有限公司 安徽合肥 230091

克拉瑪依石化150萬/噸延遲焦化裝置主要由克拉瑪依重油制成，其產品包括干氣，液化石油氣，汽油，柴油，蠟油和焦炭。自投入生產以來，其焦炭池中產生的焦炭經歷了許多自燃現象，不但對產品造成了一定的損失，也污染了環境，同時，對密閉系統的安全運行也帶來了一定的影響。

1 焦池生焦自燃原因分析

1.1 溫度

焦炭溫度是焦炭池中焦炭自燃的主要原因。焦炭自燃所需的最低溫度稱為臨界自燃溫度（通常為60至80℃）。只有在該溫度以上，低溫下焦炭氧化產生的熱量累積速率才能滿足焦炭自燃所需的熱量。測定中的焦炭管的溫度通過熱圖像進行測定。發現焦炭塔中的焦炭冷卻不均勻。平均焦炭溫度為76℃，而一些焦炭團的溫度最高為220℃。在焦炭轉移和積累過程中，這些高溫焦炭塊被埋在焦炭堆中，從而提供低溫熱能和焦炭自燃的早期熱源，并成為最初的反應中心。同時，焦炭束本身的溫度越高，在內部擴散過程中空氣中的氧氣從焦炭表面擴散到焦炭內部的速度就越快，相產物的擴散速度就越快從焦炭內部到焦炭表面的低溫焦炭氧化氣體。活性部位的低溫氧化反應速率越快，對所有焦炭的低溫氧化反應越有用，并加速了低溫氧化熱的積累[1]。

1.2 灰分

焦炭灰主要來自原油本身所含的金屬鹽以及在原油的提取和加工過程中添加的各種化學添加劑所含的金屬和非金屬元素。灰分主要是鈣，鈉，鐵，鎂和一些硅。一些以氧化物的形式存在。克拉瑪依重油屬于酸值最高的原油。487mgKOH/g，最大鹽含量為200mg/L，焦炭中的鈣鹽含量為75%。可以看出，當上游原油電脫鹽裝置的脫鹽效果較弱時，原油中的大部分鈣鹽進入延遲焦化裝置并沉積在焦炭產品中。但是，含高酸油的原油與水混合后會嚴重乳化。即使將破乳劑的注入量和破乳溫度調節到最佳條件，也不能獲得更好的脫水和脫鹽效果。這導致大量的CaCO3進入焦炭，并且焦炭的低溫氧化反應具有一定的催化作用，從而加速了焦炭堆的蓄熱。

1.3 含水量

焦炭塔的自燃與煤柱的自燃相似。研究表明，性質不同的煤在低水分含量和煤含量段中具有吸氧和放熱的峰值。TarabaB和PavelekZ使用脈沖量熱法分析了具有不同特性的煤樣品的自燃特性，發現20%的次煙煤更容易自燃。Chen等研究發現，當水含量在7%至17%之間時，低溫下煤的氧化速度會更快。一旦焦炭沿著放電罐落入焦炭罐中，它就被轉移和收集而沒有完全冷卻。此時，焦炭含水量相對較大，并且焦炭堆的表面散發出大量的蒸汽，并且表面溫度緩慢降低。同時，水蒸氣沿著蜂窩狀通道和焦炭塊之間的間隙攜帶焦炭堆的內部熱量。隨著外部空氣溫度的下降，焦炭堆的表面溫度會進一步下降。攜帶焦炭堆內部熱量的水蒸氣被冷卻成液滴，并在焦炭堆表面以下1-2m處散發熱量，焦堆內熱量無法釋放，產生積聚，在低焦炭溫度下加速氧化[2]。

1.4 粒徑與孔隙率

焦炭堆的粒徑不同，導致在空氣中的接觸面積也有所不同，同時，在低氧化反應下活化能所需能量的不同，導致其反應速率也有一定的差別。粒度越小，焦炭組分與空氣之間的接觸面積越大，低溫下氧化反應所需的活化能越低，內部擴散和反應速率越低。當粒徑小到一定程度時，氧化反應逐漸從內部擴散控制轉移到動態控制。焦炭反應性成為控制低焦炭溫度下氧化程度的唯一因素。此時，即使焦炭粒徑繼續減小，低溫氧化率也保持不變。

2 對策及建議

2.1 降低石油焦溫度

在延遲收集裝置的運行過程中，冷焦的質量主要與供水時間，供水量和冷焦的供水方式有關。通常，由于設備原料的性質不同和處理負荷的不同，冷焦炭給水的方式有兩種，一種是靜態發泡，另一種是動態溢流的冷焦炭。與氣泡焦相比，過量填充的冷焦效果更好。因此，在條件允許的情況下，請嘗試使用過量填充的冷焦炭將焦炭完全冷卻，并避免形成高溫焦炭。同時，裝飾時可以繼續通過供水管線供水，以冷卻切成塊的焦炭，減少高溫焦炭。

2.2 改變石油焦堆積樣式

通常，焦炭池中的生焦積聚成圓錐形，而高溫焦炭則被埋在焦炭堆中，從而為自燃的焦炭燃燒積累熱量創造了條件。通過降低焦炭堆積的高度和減小焦炭堆積的角度，可以使高溫下的積炭盡可能地靠近焦盆水的表面，并且可以降低其溫度以防止焦炭的自燃[3]。

2.3 安裝特征氣體檢測儀

在自燃中，階段的不同，其所釋放中的氣體也有著不同的特性。建議安裝特征性的自燃氣體檢測器，以確定焦池中焦炭堆的哪個相可自燃，以及是否對安全生產構成威脅。這種方法可以使其密閉除焦系統不受焦炭堆自燃的威脅。通過前兩項措施，大大降低了克拉瑪依石化焦炭庫150萬噸/一個延遲焦炭裝置中焦炭的自燃，不僅減少了產品損失，避免了環境污染，而且提高了焦炭的可靠性，保證設備的安全操作[4]。

3 結語

影響收割后期焦炭骨料自燃的主要因素是溫度，灰分，水含量，粒徑和孔隙率，風速和堆積方式以及硫化亞鐵的自燃。焦炭溫度是焦炭堆自燃的主要原因。降低焦炭溫度并改變焦炭收集方式，可有效控制焦炭在焦炭池中的自燃。。