《延迟焦化装置》PPT课件.ppt

西南石油大学西南石油大学第四章第四章 延迟焦化装置延迟焦化装置Delayed Coking Unit10/27/202210/27/20221 1西南石油大学西南石油大学第一节 概述 焦炭化(简称焦化)是深度热裂化过程，也是处理渣油的手段之一。它又是唯一能生产石油焦的工艺过程，是任何其他过程所无法代替的。尤其是某些行业对优质石油焦的特殊需求，致使焦化过程在炼油工业中一直占据着重要地位。10/27/202210/27/20222 2西南石油大学西南石油大学焦化是以贫氢重质残油(如减压渣油、裂化渣油以及沥青等)为原料，在高温(400500)下进行深度热裂化反应。通过裂解反应，使渣油的一部分转化为气体烃和轻质油品；由于缩合反应，使渣油的另一部分转化为焦炭。一方面由于原料重，含相当数量的芳烃，另一方面焦化的反应条件更加苛刻，因此缩合反应占很大比重，生成焦炭多。10/27/202210/27/20223 3西南石油大学西南石油大学炼油工业中曾经用过的焦化方法主要是釜式焦化、平炉焦化、接触焦化、延迟焦化、流化焦化和灵活焦化等。延迟焦化应用最广泛，是炼油厂提高轻质油收率和生产石油焦的主要手段，在我国炼油工业中将继续发挥重要作用。10/27/202210/27/20224 4西南石油大学西南石油大学延迟焦化是一个成熟的减压渣油加工工艺，多年来一延迟焦化是一个成熟的减压渣油加工工艺，多年来一直作为一种重油深加工手段。近年来随着原油性质变差直作为一种重油深加工手段。近年来随着原油性质变差(指含硫量增加指含硫量增加)、重质燃料油消费的减少和轻质油品需求、重质燃料油消费的减少和轻质油品需求的增加，焦化能力增加的趋势很快。的增加，焦化能力增加的趋势很快。延迟焦化装置目前已能处理包括直馏延迟焦化装置目前已能处理包括直馏(减粘、加氢裂化减粘、加氢裂化)渣油、裂解焦油和循环油、焦油砂、沥青、脱沥青焦油、渣油、裂解焦油和循环油、焦油砂、沥青、脱沥青焦油、澄清油、以及煤的衍生物、催化裂化油浆、炼厂污油澄清油、以及煤的衍生物、催化裂化油浆、炼厂污油(泥泥)等等6060余种原料。处理原料油的康氏残炭为余种原料。处理原料油的康氏残炭为3 38 84545或或以上，比重指数为。以上，比重指数为。正由于焦化装置能处理炼厂各种残渣物料被称之为炼正由于焦化装置能处理炼厂各种残渣物料被称之为炼厂的厂的“垃圾桶垃圾桶”，同时也是，同时也是目前炼厂实现渣油零排放的重目前炼厂实现渣油零排放的重要装置要装置。10/27/202210/27/20225 5西南石油大学西南石油大学延迟焦化装置的作用：延迟焦化装置的作用：将重质油馏分经裂解，聚将重质油馏分经裂解，聚合，生成油气、轻质油，中间馏分油和焦炭合，生成油气、轻质油，中间馏分油和焦炭。工作原理：由于重质油在管式炉中加热，采用工作原理：由于重质油在管式炉中加热，采用高高的流速的流速(在炉管中注水在炉管中注水)及及高的热强度高的热强度(炉出口温度炉出口温度500)500)，使油品在加热炉中短时间内达到焦化反，使油品在加热炉中短时间内达到焦化反应所需的温度，然后迅速进入焦炭塔，使应所需的温度，然后迅速进入焦炭塔，使焦化反焦化反应不在加热炉中而延迟到焦炭塔中去进行应不在加热炉中而延迟到焦炭塔中去进行，因此，因此，称之为称之为延迟焦化延迟焦化。10/27/202210/27/20226 6西南石油大学西南石油大学延迟焦化约生产延迟焦化约生产70%70%的液体产品，其中：的液体产品，其中：汽油汽油10%20%10%20%；柴油柴油25%35%25%35%；裂化原料（蜡油）裂化原料（蜡油）25%35%25%35%；石油气石油气6%8%6%8%；焦炭（也称石油焦）焦炭（也称石油焦）15%20%15%20%。焦化所得的气体烃和液体油品中含较多的烯焦化所得的气体烃和液体油品中含较多的烯烃，安定性较差，故往往作为其他装置的原料或烃，安定性较差，故往往作为其他装置的原料或经加氢精制等处理后成为产品。经加氢精制等处理后成为产品。思考：焦炭是否是由碳元素形成的单质？10/27/202210/27/20227 7西南石油大学西南石油大学第二节第二节 工艺流程工艺流程10/27/202210/27/20228 8西南石油大学西南石油大学一、焦化反应化学原理一、焦化反应化学原理 焦化原料油所含烃类的分子很大，并有相当焦化原料油所含烃类的分子很大，并有相当数量的芳烃。数量的芳烃。1.1.裂解反应裂解反应：在高温：在高温(400550)(400550)条件下，大分条件下，大分子烃类裂解生成小分子烃类，使渣油转化为气体子烃类裂解生成小分子烃类，使渣油转化为气体烃和轻质油品；烃和轻质油品；2 2.缩合反应缩合反应：烃类又发生缩合反应，使渣油转化：烃类又发生缩合反应，使渣油转化成焦炭。成焦炭。缩合反应：是指小分子烃类相互作用生成较大分缩合反应：是指小分子烃类相互作用生成较大分子的化合物，同时还生成其它小分子的化合物。子的化合物，同时还生成其它小分子的化合物。10/27/202210/27/20229 9西南石油大学西南石油大学各种烃类在焦化过程中的反应是不相同的。各种烃类在焦化过程中的反应是不相同的。烷烃在烷烃在400600400600下易裂解为小分子的烷烃下易裂解为小分子的烷烃与烯烃。环烷烃可裂解成烯烃或脱氢转化为芳烃。与烯烃。环烷烃可裂解成烯烃或脱氢转化为芳烃。裂解反应示例如下：裂解反应示例如下：1.1.断链断链2.裂环10/27/202210/27/20221010西南石油大学西南石油大学3.3.脱氢脱氢缩合反应示例如下：芳香烃不易裂解，而易发生缩合反应，成为大分子的多环或稠环烃，并可与烯烃缩合生成石油焦。石油焦的组成和普通焦炭相似，所以也叫焦炭。10/27/202210/27/20221111西南石油大学西南石油大学二、工艺流程延迟焦化装置的生产工艺分为延迟焦化装置的生产工艺分为焦化和除焦焦化和除焦两两部分，焦化为连续操作，除焦为间隙操作。由于部分，焦化为连续操作，除焦为间隙操作。由于工业装置一般设有两个或四个焦炭塔，所以整个工业装置一般设有两个或四个焦炭塔，所以整个生产过程仍为连续操作。生产过程仍为连续操作。延迟焦化装置的工艺流程有不同的类型，就延迟焦化装置的工艺流程有不同的类型，就生产规模而言，有生产规模而言，有一炉两塔一炉两塔（焦炭塔）流程、（焦炭塔）流程、两两炉四塔炉四塔流程等。流程等。10/27/202210/27/20221212西南石油大学西南石油大学340350500左右10/27/202210/27/20221313西南石油大学西南石油大学1.原油预热阶段：焦化原料焦化原料(减压渣油减压渣油)先进入原料缓冲罐，再先进入原料缓冲罐，再用泵送入加热炉对流段升温至用泵送入加热炉对流段升温至340350 340350 左右。2.2.经预热后的原油进入分馏塔底，与焦炭塔产出的油气在分经预热后的原油进入分馏塔底，与焦炭塔产出的油气在分馏塔内（塔底温度不超过馏塔内（塔底温度不超过400400）换热。）换热。作用：一方面把原料中的轻质油蒸出来，同时又加热了原料作用：一方面把原料中的轻质油蒸出来，同时又加热了原料（至（至390395 390395 左右）。10/27/202210/27/20221414西南石油大学西南石油大学3.3.原料油原料油和和循环油循环油一起从分馏塔底抽出，用热油泵打进加一起从分馏塔底抽出，用热油泵打进加热炉辐射段，加热到焦化反应所需的温度（热炉辐射段，加热到焦化反应所需的温度（500 500 左右）左右），再通过四通阀由下部进入焦炭塔，进行焦化反应。，再通过四通阀由下部进入焦炭塔，进行焦化反应。为防止油在炉管内反应结焦，需向为防止油在炉管内反应结焦，需向炉管内注水，以加大管炉管内注水，以加大管内流速（一般为内流速（一般为2m/s2m/s以上），缩短油在管内的停留时间以上），缩短油在管内的停留时间，注水量约为原料油的注水量约为原料油的2%2%左右。左右。进入焦炭塔的高压渣油，需在塔内停留足够时间，以便进进入焦炭塔的高压渣油，需在塔内停留足够时间，以便进行充分反应。行充分反应。10/27/202210/27/20221515西南石油大学西南石油大学4.4.原料在焦炭塔内反应生成焦炭聚积在焦炭塔内，原料在焦炭塔内反应生成焦炭聚积在焦炭塔内，油气从焦炭塔顶出来进入分馏塔，与原料油换热油气从焦炭塔顶出来进入分馏塔，与原料油换热后，经过分馏得到气体、汽油、柴油和蜡油。塔后，经过分馏得到气体、汽油、柴油和蜡油。塔底循环油和原料一起再进行焦化反应。底循环油和原料一起再进行焦化反应。焦化生成的焦炭留在焦炭塔内，通过焦化生成的焦炭留在焦炭塔内，通过水力除焦水力除焦从从塔内排出。塔内排出。10/27/202210/27/20221616西南石油大学西南石油大学焦炭塔是两台一组。焦炭塔是两台一组。每套延迟焦化装置中有的是一组每套延迟焦化装置中有的是一组(两台两台)，有的是两，有的是两组组(四台四台)焦炭塔。焦炭塔。两组塔既可单独操作，又可并联操作，在每组塔两组塔既可单独操作，又可并联操作，在每组塔中，一台塔在反应中，一台塔在反应生焦生焦时，另一台则处于时，另一台则处于除焦除焦阶阶段。即当一台塔内焦炭积聚到一定高度时（一般段。即当一台塔内焦炭积聚到一定高度时（一般为塔高的为塔高的2/32/3左右高度时）进行切换，切换后左右高度时）进行切换，切换后通入通入蒸气除去轻质烃类并注水冷却，然后除焦蒸气除去轻质烃类并注水冷却，然后除焦。每台塔的每台塔的切换周期切换周期一般为一般为4848小时小时，其中结焦，其中结焦2424小小时，除焦及其它辅助操作时，除焦及其它辅助操作2424小时。小时。10/27/202210/27/20221717西南石油大学西南石油大学延迟焦化装置所产气体、汽油，分别用气体压缩延迟焦化装置所产气体、汽油，分别用气体压缩机和泵送入吸收稳定部分进行分离得到干气及液机和泵送入吸收稳定部分进行分离得到干气及液化气，并使汽油的蒸汽压合格；柴油需要加氢精化气，并使汽油的蒸汽压合格；柴油需要加氢精制；蜡油可作为催化裂化原料或燃料油。制；蜡油可作为催化裂化原料或燃料油。10/27/202210/27/20221818西南石油大学西南石油大学延迟焦化装置的主要矛盾在于：使用的原料为重延迟焦化装置的主要矛盾在于：使用的原料为重质油，容易结焦，但希望它在焦炭塔中结焦，而质油，容易结焦，但希望它在焦炭塔中结焦，而不希望它在加热炉、转油线、焦炭塔馏出线和分不希望它在加热炉、转油线、焦炭塔馏出线和分馏塔底等处结焦。这个矛盾解决了，就可以操作馏塔底等处结焦。这个矛盾解决了，就可以操作平稳，延长开工周期。平稳，延长开工周期。为了解决这个矛盾，在流程设计上就要考虑采取为了解决这个矛盾，在流程设计上就要考虑采取措施。如：措施。如：在原料油进加热炉辐射管之前，注入蒸汽或在原料油进加热炉辐射管之前，注入蒸汽或软化水，以加大原料油在炉管中的流速；软化水，以加大原料油在炉管中的流速；在分馏塔底设循环油泵，并在泵入口加过滤在分馏塔底设循环油泵，并在泵入口加过滤器，滤掉焦炭塔油气带来的粉焦。器，滤掉焦炭塔油气带来的粉焦。10/27/202210/27/20221919西南石油大学西南石油大学主分馏塔主分馏塔Mainfractionator进料进料Freshfeed粗汽油粗汽油 raw gasoline气体气体gas柴油柴油diesel oil 蜡油蜡油wax oil焦炭塔焦炭塔coketower焦碳焦碳coke流程框图10/27/202210/27/20222020西南石油大学西南石油大学焦炭塔是用厚锅炉钢板焦炭塔是用厚锅炉钢板制成的空筒，是进行焦制成的空筒，是进行焦化反应的场所。化反应的场所。一般焦炭塔的高度在一般焦炭塔的高度在3030米以下为宜。太高则操米以下为宜。太高则操作时易产生振动或损坏作时易产生振动或损坏塔壁，又浪费钢材塔壁，又浪费钢材。三、延迟焦化过程的主要设备（一）焦炭塔（一）焦炭塔10/27/202210/27/20222121西南石油大学西南石油大学塔的顶部设有除焦口、油气出塔的顶部设有除焦口、油气出口；口；塔侧设有料面指示计口：塔侧设有料面指示计口：延迟焦化的化学反应主要是在延迟焦化的化学反应主要是在焦炭塔内进行，生成的焦炭也焦炭塔内进行，生成的焦炭也都积存在此塔内。随着油料的都积存在此塔内。随着油料的不断引入，焦层逐渐升高；为不断引入，焦层逐渐升高；为了防止泡沫层冲出塔顶而引起了防止泡沫层冲出塔顶而引起油气管线及分馏塔的结焦，在油气管线及分馏塔的结焦，在焦炭塔的不同高度位置，装有焦炭塔的不同高度位置，装有能监测焦炭高度的料位计。能监测焦炭高度的料位计。塔底部为锥形，锥体底端为排塔底部为锥形，锥体底端为排焦口，正常生产时用法兰盖封焦口，正常生产时用法兰盖封死，排焦时打开。死，排焦时打开。10/27/202210/27/20222222西南石油大学西南石油大学在运转中，分馏塔有时也会出现结焦现象，为此需控制塔底温度不超过400，并采用塔底油循环过滤的方法滤去焦粉和加强液体的流动来加以防止。10/27/202210/27/20222323西南石油大学西南石油大学（二）水力除焦设备（二）水力除焦设备焦炭塔是轮换使用的，即当一个塔内焦炭聚结到一定焦炭塔是轮换使用的，即当一个塔内焦炭聚结到一定高度时，通过四通阀将原料切换到另一个焦炭塔聚高度时，通过四通阀将原料切换到另一个焦炭塔聚结焦炭的焦炭塔先用蒸汽冷却，然后进行水力除焦。结焦炭的焦炭塔先用蒸汽冷却，然后进行水力除焦。目前的除焦设备都已目前的除焦设备都已采用采用高压水力除焦法。高压水力除焦法。除焦用水力除焦法，除焦用水力除焦法，即采用即采用11118MPa8MPa高压高压水除焦。余下的焦炭落水除焦。余下的焦炭落入焦池，同时用桥式起入焦池，同时用桥式起重抓斗送到别处存放或重抓斗送到别处存放或装车外运。装车外运。10/27/202210/27/20222424西南石油大学西南石油大学除焦原理：由高压水泵输送的高压水，由高压水泵输送的高压水，经过水龙带、钻杆到水力切焦经过水龙带、钻杆到水力切焦器的喷嘴，从水力切焦器器的喷嘴，从水力切焦器喷嘴喷嘴喷出喷出的高压水形成的高压水形成高压射流高压射流，借高压射流的借高压射流的强大冲击力强大冲击力将石将石油焦切割下来，使之与水一起油焦切割下来，使之与水一起由塔底流出。由塔底流出。钻杆不断地升降和转动，钻杆不断地升降和转动，直到把焦炭塔内石油焦全部除直到把焦炭塔内石油焦全部除净为止。净为止。10/27/202210/27/20222525西南石油大学西南石油大学水力除焦装置有两种形式：有井架除焦装置和无水力除焦装置有两种形式：有井架除焦装置和无井架除焦装置。井架除焦装置。清洁水从进水管进入高位贮水罐，由高压水泵输送的高压水经泵出口管到焦炭塔的顶部，用水龙带送到水龙头，进入空心的钻杆和切焦器。高压水经切焦器上的喷嘴喷到焦炭塔里，约的高压水将塔中焦炭切割破碎，水和切割下来的焦炭一同落到焦炭塔底，经28溜槽进入贮焦场。焦场的水经过几道栅栏流入吸水井，而落入焦场的石油焦用桥氏吊车抓走分开堆放。10/27/202210/27/20222626西南石油大学西南石油大学10/27/202210/27/20222727西南石油大学西南石油大学（三）无焰燃烧炉（三）无焰燃烧炉焦化加热炉是本装焦化加热炉是本装置的核心设备，其作用置的核心设备，其作用是将炉内迅速流动的渣是将炉内迅速流动的渣油加热至油加热至500500左右的左右的高温高温。因此，要求炉内。因此，要求炉内有较高的传热速率以保有较高的传热速率以保证在短时间内给油提供证在短时间内给油提供足够的热量，同时要求足够的热量，同时要求提供均匀的热场，防止提供均匀的热场，防止局部过热引起炉管结焦。局部过热引起炉管结焦。为此，为此，延迟焦化通常采延迟焦化通常采用无焰炉用无焰炉。10/27/202210/27/20222828西南石油大学西南石油大学延迟焦化过程的产品包括气体、汽油、柴油、蜡油和石油焦。延迟焦化过程的产品包括气体、汽油、柴油、蜡油和石油焦。焦化产品的主要性质如下：焦化产品的主要性质如下：气体气体 焦化气体中含有焦化气体中含有2035%2035%的不饱和烃和的不饱和烃和3030左右的左右的甲烷，是化工和制氢的很好原料，也可作为燃料。甲烷，是化工和制氢的很好原料，也可作为燃料。汽油汽油 焦化汽油含有较多的烯轻组分，性能很不安定，辛焦化汽油含有较多的烯轻组分，性能很不安定，辛烷值也很低，质量较差，不能直接作为商品汽油出厂，必烷值也很低，质量较差，不能直接作为商品汽油出厂，必须经酸碱洗涤再蒸馏，或经过加氢精制，才能作为出厂商须经酸碱洗涤再蒸馏，或经过加氢精制，才能作为出厂商品汽油的调合组分。品汽油的调合组分。柴油柴油 焦化柴油也因其安定性能不好，亦需再次加工才能焦化柴油也因其安定性能不好，亦需再次加工才能使用。可和蜡油混炼作为催化裂化原料，也可作催化加氢使用。可和蜡油混炼作为催化裂化原料，也可作催化加氢的原料，进一步生产其它优质燃料油。的原料，进一步生产其它优质燃料油。四、延迟焦化过程的产品四、延迟焦化过程的产品10/27/202210/27/20222929西南石油大学西南石油大学蜡油蜡油 焦化蜡油可供其它二次加工装置做原料，很少直接焦化蜡油可供其它二次加工装置做原料，很少直接出厂。亦可和其它渣油调合作为锅炉燃料。出厂。亦可和其它渣油调合作为锅炉燃料。石油焦石油焦 石油焦是石油焦是焦化装置的独有产品焦化装置的独有产品，其数量和质量是，其数量和质量是延迟焦化装置的主要控制指标。延迟焦化装置的主要控制指标。石油焦的用途不同，对石油焦产品质量的要求也不同。一石油焦的用途不同，对石油焦产品质量的要求也不同。一级焦用做冶炼钢和铝的工业电极焦，它的质量要求最为严级焦用做冶炼钢和铝的工业电极焦，它的质量要求最为严格；二级焦用做一般电极和绝缘材料，一些主要指标同于格；二级焦用做一般电极和绝缘材料，一些主要指标同于一级焦标准，但是不如一级焦那么严格；三级焦作为冶金一级焦标准，但是不如一级焦那么严格；三级焦作为冶金工业的燃料，它的质量要求不高，在一般的延迟焦化工艺工业的燃料，它的质量要求不高，在一般的延迟焦化工艺条件下都能生产；等外焦则多用于煅烧和民用燃料，无过条件下都能生产；等外焦则多用于煅烧和民用燃料，无过高质量要求，只控制挥发分不大于高质量要求，只控制挥发分不大于1616(挥发分与原料的挥发分与原料的含盐量有关含盐量有关)。10/27/202210/27/20223030西南石油大学西南石油大学石油焦的质量标准10/27/202210/27/20223131西南石油大学西南石油大学第二节第二节 焦炭塔的塔体变形、开裂焦炭塔的塔体变形、开裂及可能产生的腐蚀及可能产生的腐蚀一、焦炭塔塔体变形焦炭塔塔体由于长期处于冷、热交变的操作下，受热应力影响，易发生塔体鼓胀变形，经对国内八家炼厂的焦炭塔进行调查(88年秋)有5家有明显变形，变形部位多在塔体下部，塔壁径向鼓凸，呈糖葫芦状。塔壁的鼓凸变形过程如下图。10/27/202210/27/20223232西南石油大学西南石油大学焦炭塔塔壁变形示意图10/27/202210/27/20223333西南石油大学西南石油大学胜利炼油厂3号焦炭塔塔壁变形的检查结果10/27/202210/27/20223434西南石油大学西南石油大学塔体变形的规律一般规律是环缝处直径小，而环缝之间直径大，中下部变化大，顶部较小；中下部东西直径大，南北直径小，成为椭圆形状(1)塔体下封头筒体环焊缝以上第二至第四道圈板之间变形最大。(2)塔体环焊缝处变形较小，多年来基本无变化。(3)塔体变形量达一定数值后，渐趋缓慢。10/27/202210/27/20223535西南石油大学西南石油大学二、焦炭塔塔体焊缝裂纹二、焦炭塔塔体焊缝裂纹1裙座焊缝开裂通过对国内八个炼油厂焦炭塔裙座焊缝的调查发现，发生裂纹最多的位置是裙座焊缝开裂。10/27/202210/27/20223636西南石油大学西南石油大学裙座焊缝裂纹示意图 10/27/202210/27/20223737西南石油大学西南石油大学2堵焦阀接管焊缝开裂有四个炼厂，堵焦阀接管焊缝开裂，有的接管内壁焊缝开裂为纵向裂纹一直延伸至母材长20到200mm。有的为接管外壁加强板角焊缝开裂，环向裂纹长度接近一周。10/27/202210/27/20223838西南石油大学西南石油大学第三节 主要设备用材的推荐选用自学延迟焦化装置塔器的选材，首先按所处理原料油的硫含量和酸值大小分为轻微腐蚀和严重腐蚀两种条件。10/27/202210/27/20223939西南石油大学西南石油大学本章重点1.延迟焦化的作用是什么？2.延迟焦化的工作原理3.延迟焦化的工艺流程及流程框图4.工艺流程图中加入软化水的作用以及塔底循环泵的作用分别是什么？5.目前除焦常用水力除焦法，即采用高压水除焦。10/27/202210/27/20224040