焦化装置加工劣质原料探索与实践

席占君，李志刚

(1中国石油化工股份有限公司洛阳分公司，河南洛阳 471012;2.河南省化工研究所有限责任公司，河南郑州 450052)

1 概况

中石化洛阳分公司新建焦化装置自2008年6月25一次开车成功，为洛阳分公司原油加工量达到700万t/a，加工塔河油作出了突出贡献。随着塔河油掺炼量的增加，重油平衡难度增大，渣油性质重质化、劣质化趋势与日俱增，焦化装置原料密度、残炭含量随之增加，焦炭收率过高、焦炭塔安全空高低、炉管结焦、后路携带焦粉等(见表1～下页表3)，成为制约装置安全运行和经济效益的突出问题。

焦化装置设计规模140万t/a，采用0.1～0.3的灵活可调循环比，设计生焦周期20 h，原料残炭20.78%(质量分数)，生焦率为30%。但随着渣油性质变差，密度＞1 kg/cm3、残炭高达27.11%，也暴露了焦炭塔出现弹丸焦、泡沫层高度增加、安全空高难以保证、加热炉炉管结焦速率增加和分馏塔顶结盐等一系列现象。装置开工一年多来，通过不断的摸索，针对不同的渣油性质，改变操作条件，调整循环比、缩短生焦周期、甩油在线回炼、重污油回炼、降低装置能耗及加热炉在线清焦等措施，保证了装置在运行两年来各项指标达到最好水平。

2 提高装置各项指标攻关过程及情况分析

2.1 降低装置循环比

焦化装置是炼厂加工减压渣油的主要装置，其生产特点主要是利用高温渣油在焦炭塔内裂解、缩合后，生产出干气、液化气、汽油、柴油、蜡油、焦炭等。为了获得良好的经济效益，必然要采取降低焦炭收率，提高汽油、柴油、蜡油收率的措施，从而实现装置效益最大化。降低装置循环比，不但能够提高液体收率，而且还能明显提高装置处理量。

为了保证焦炭塔不出现弹丸焦，减缓炉管结焦速率，在渣油性质日渐劣质的情况下，循环比又不能降的过低。焦化装置一直根据原料性质来调整合适的循环比，从去年生成弹丸焦时的0.46，调整至目前残炭25.7%才0.34，大负荷时最低降至0.20，循环比每降0.1，能耗约降1 kg标油，处理量可提高10 t/h。由原来单纯的调节循环比，改为炉出口温度、焦炭塔压力综合调整，来降低装置焦炭收率、提高装置液收、提高装置处理量。

表1 混合减压渣油性质

表2 原料油的性质和组分

表3 开工两年前后物料平衡对比

2.2 缩短生焦周期

延迟焦化工艺一般都采用一个连续进料的加热炉与两个交替使用的焦炭塔进行生产，生焦周期是指一个焦炭塔生产切换至另一个焦炭塔进行生产的时间间隔。焦化装置设计生焦周期为20 h，但大部分时间是24 h，主要受厂内重油平衡的影响，最长一次20 h生焦周期只有20 d，装置没有达到满负荷生产。焦化装置根据罐区渣油情况及渣油性质，适时缩短生焦周期，进入2010年生焦周期20 h连续160 d，有效地消化掉了全厂的重油，保证了装置的长周期运行。

在循环比无法再降的情况下，缩短生焦周期可以提高处理量，每缩短1 h，装置可以提高4.35%的处理量，但缩短时间又受焦炭塔内冷焦、除焦时间的限制。当焦炭塔内焦高达到一定高度后必须停止进料，切换到另一个焦炭塔进行生焦，停止进料的焦炭塔需进行吹汽、冷焦、除焦、试压、预热等操作，离线塔的准备时间决定了生焦周期缩短的空间。生焦周期的缩短主要靠调整吹汽、给水冷焦、除焦及预热等操作步骤的时间来实现。焦化装置20 h生焦周期处理量可以从140 t/h提高至178 t/h，负荷提高了25%，今年焦化装置平均加工量达178 t/h，装置负荷率达到108%，液体收率63.13%，能耗24.93 kg标油/t。

2.3 甩油在线回炼及重污油回炼

焦化装置由于焦炭塔操作的特点，每天都产生80 t左右的污油，如果作为重污油送出装置，造成装置外送重污油量大，污油中轻组分没有很好利用，装置损失率高，所以把这部分重污油回炼，对减少装置外排污油量、提高装置的轻油收率显的非常重要。焦化装置的重污油主要来自三个方面:①在切换塔之前，新的焦炭塔要进行预热，预热过程中形成的污油;②焦炭塔切换之后，处理塔经过冷焦环节时，汽体携带的油气冷凝下来的污油;③装置在正常生产中，由于工艺管线泄漏，机泵、过滤器等设备检修，装置异常事故状态下排放等情况会产生污油。

焦化装置设有一个重污油罐，把装置内产生的重污油收集起来，进行集中回炼，目前回炼方法有两种:①重污油罐作为急冷油回炼，回收重污油中的轻组分，避免蜡油作为急冷油的循环浪费;②焦炭塔预热至200℃时产生的污油直接到分馏塔回炼，有效的利用了这部分污油的热量，补充了分馏塔在油气预热时的热量损失，减少了放空系统的使用，降低了能耗。

2009年7月17日焦化装置实现了在线回炼，全厂重污油作焦炭塔急冷油，通过生产上优化调整和精心操作，目前回炼量维持在8～10 t/h，回炼重污油后，进一步提高了焦化装置经济效益和增加重油加工能力，但在污油回炼期间也出现了污油回炼泵抽空、焦炭塔压力、温度容易产生大幅度波动、对分馏造成冲击、甚至向下游系统夹带焦粉，针对以上情况采取重污油连续回炼，通过优化装置工艺操作，消除回炼重污油对焦化造成的冲击。装置汽油收率14.92%，柴油收率达到33.98%，轻收比上月增加0.10%，总液收60.18%，比上月增加0.35%。

2.4 优化加热炉操作

随着分公司塔河油参炼越来越高，焦化装置原料性质越来越差，9月份残炭平均达到24.57%，在既要节能降低循环比的情况下，做好加热炉监控，调整优化参数，避免炉管结焦:①为控制辐射管结焦速率，可适当提高炉管注汽量;②辐射炉管注入防焦剂，在炉管内壁形成一层耐高温的化学保护膜，可以防止原料中夹带的小焦垢颗粒聚结、沉积，同时对炉管内壁形成的焦垢有清除作用;③适当增加炉管管壁测温点和强化现场监控措施，加强对炉管壁温度和出口压降的监测，及早发现炉管结焦现象;④加强加热炉现场燃烧状况巡检，勤调、细调保证加热炉火嘴燃烧短火苗、齐火焰。

焦化炉辐射出口温度，是焦化操作的重要参数之一，适当提高温度，不仅可以提高焦化轻质液体产品收率，还可以使焦炭的挥发分下降。焦化炉出口温度对装置开工周期有密切的影响，温度超过一定限度将导致炉管提前结焦，缩短焦化开工周期，同时也容易产生泡沫携带、促进弹丸焦的生成、生成硬质石油焦、生成更多焦粉等，进而使正常的安全生产受到干扰。炉出口温度的确定必须谨慎，应根据原料油的性质和对产品的不同要求来确定，2008年在原料性质突变的情况下，残炭达到27.11%，生产一次弹丸焦，装置差点被迫停工。

焦化加热炉运行一段时间后，受渣油性质的影响，炉管内部会结一层焦，直接影响到加热炉热效率和装置的经济效益。焦化装置开工运行近1年来，由于加工掺炼了塔河油的混合减渣，减渣中盐、沥青质和重金属等含量均偏高，炉管表面温度由开工初期的520～530℃升至目前的580～600℃，部分热电偶已达到或超过600℃，加热炉的对流入口压力也由开工初期的1.25 MPa升至目前的1.45 MPa，判断炉管结焦已经有一定厚度，装置在4月份对加热炉实施在线机械清焦一次，清焦结束后炉管表面温度下降50℃，燃料气单耗下降0.6 kg标油/t。

2.5 做好泡沫层高度预测，充分利用焦炭塔容积

洛阳焦化焦炭塔容积偏小，按原料残炭(质量分数)25%计算(塔河原油的渣油比例由36%提高至50%)，焦炭产率约36.3%，按140万 t/a处理量、20 h生焦周期计算，焦炭塔空高仅4.5 m，达不到焦炭塔安全空高6～7 m的要求。焦炭塔从底切线向上3.18、16.58、19.78 m的塔壁处均装有中子料位计，中子料位计能够判断在不同时间在同一部位的物料是焦炭层、泡沫层或是油气。

焦化装置一直坚持焦炭塔泡沫层预测计算，根据中子料位计C点见泡沫层时间、见焦时间和原料性质预测出第二天焦炭塔中子料位计B点见泡沫层时间，同时根据晚八点原料化验结果修正泡沫层预测计算值，车间根据计算结果控制装置处理负荷和焦炭塔关键操作步骤调整，确保控制焦炭塔的检尺高度范围为13.5 m左右，同时充分利用消泡剂的消泡功能把焦炭塔安全空高控制在5.5～6.5 m，在保证焦炭塔安全高度的情况下充分利用其有效容积来增大装置处理量，通过焦炭塔泡沫层和焦高模拟计算，能及时、准确、简便地预计焦高，调整加工量，精确控制焦炭塔安全高度，充分利用现有的焦炭塔容积资源，保证装置大处理量生产的实现，每次多利用焦炭塔1 m，可以多加工120 t渣油。

3 结论

①装置加工劣质渣油，尤其是掺炼塔河油比例大时，采取合适的循环比，优化操作，能够保证装置的平稳运行。降低循环比，可以提高处理量，焦炭收率下降，液收增加，取得良好的经济效益。

②缩短生焦周期后，焦化装置处理能力得到大幅的提高，可达到满负荷生产，处理量可提高至178 t/h。2010年焦化装置平均加工量达178 t/h，装置负荷率达到108%，液体收率61.60%，能耗24.37 kg标油/t。但缩短生焦周期后，需加强对除焦、行车设备的维护和保养，强化装置的日常工艺技术和设备管理水平，来保证装置的安全、长周期运行。

③甩油在线回炼及重污油回炼，能够吃掉全厂的重污油，提高了焦化重油的加工能力，充分回收重污油的轻组分，避免了加工损失，提高了全装置的液体收率，带来了良好的经济效益。

④优化加热炉操作，提高炉管流速，调整火焰燃烧，能够减缓炉管结焦。炉出口温度的确定必须谨慎，需根据不同原料油性质和不同的产品要求来确定。加热炉运行8～12个月必须进行一次清焦，保证炉子热效率，降低燃料气单耗。