焦炭塔上进料方式对延迟焦化过程的影响

韩海波，王洪彬，李 节，刘淑芳，黄新龙

(中国石化炼化工程(集团)股份有限公司洛阳技术研发中心，河南 洛阳 471003)

焦炭塔上进料方式对延迟焦化过程的影响

韩海波，王洪彬，李 节，刘淑芳，黄新龙

(中国石化炼化工程(集团)股份有限公司洛阳技术研发中心，河南 洛阳 471003)

在延迟焦化中型试验装置上考察了焦炭塔进料方式对延迟焦化过程的影响。结果表明：在操作条件基本一致的情况下，焦炭塔采用上进料方式与常规进料方式相比，干气产率略有降低，焦炭产率减少明显；在循环比0.50左右的条件下，液体产品产率提高了0.87百分点，其中焦化蜡油产率显著提高；通过对焦炭塔两种进料方式下的产品性质分析发现，焦化汽油、焦化柴油的性质基本一致，但上进料方式下的焦化蜡油性质略差，主要表现在密度、残炭、硫含量、金属含量有所升高，馏程变重，其50%和95%馏出温度分别高出15 ℃和16 ℃。

延迟焦化 循环比 进料方式 上进料 产品性质

延迟焦化以其工艺成熟、原料适应性强、装置投资低等特点[1]，备受炼油企业重视，是炼油厂主要的重油加工工艺之一。常规的延迟焦化工艺焦炭塔进料方式均采用底部进料，但该工艺过程存在生成油气在焦炭塔内停留时间较长、油气发生二次裂解几率较大以及焦炭粉末夹带严重等问题[2-3]。中国石化炼化工程(集团)(SEG)洛阳技术研发中心在充分分析和研究重油焦化反应机理的基础上，提出了焦炭塔采用上部进料的工艺技术[4]。本研究以劣质重油为原料，考察焦炭塔进料方式对延迟焦化过程的影响。

1 实 验

1.1 实验装置

焦炭塔采用底部进料(常规进料)和焦炭塔采用上部进料的延迟焦化中型试验在SEG洛阳技术研发中心开发的LYDC-Ⅴ型减黏裂化-延迟焦化-连续蒸馏一体化实验装置上进行，其原则流程见图1。该中型试验装置的延迟焦化进料量为3.0～6.0 kg/h，焦炭塔一次可充约20 kg焦炭[5-6]，来自塔顶的油气经管线进入分馏塔后进行高效分离，从塔底直接得到重油(循环油)，该重油经计量后由高温油泵抽出直接与新鲜进料混合，从而实现了循环油的在线循环操作。

图1 延迟焦化中试装置工艺流程示意

1.2 工艺流程描述

经过预热的原料油由原料泵抽出，经计量后与来自分馏塔塔底经计量的循环油混合后再与一定比例的高温蒸汽混合，然后进入重油加热炉(A或B)加热，控制加热炉的出口温度为495 ℃，然后高温重油经转油线从焦炭塔的底部/上部入塔进行焦化反应；来自焦炭塔顶部的生成油气进入分馏塔进行产品的在线分离，从分馏塔塔底得到的重油(循环油)经计量后由循环油泵抽出直接与新鲜进料混合，从而实现循环油的在线循环操作；而来自分馏塔塔顶的油气经冷却后进入馏分油接收罐以实现气、油、水的三相分离，不凝气经冷阱深冷后计量、放空；得到的生成油经称重后在实沸点蒸馏装置上进行切割，分别得到汽油馏分、柴油馏分和焦化蜡油。试验结束后对焦化塔进行冷却、除焦。分析气体、液体产品和焦炭的性质。

1.3分析方法

利用SBD-VI型实沸点蒸馏装置将焦化生成油切割成小于180 ℃的汽油馏分、180～360 ℃的柴油馏分以及大于360 ℃的焦化蜡油，并分别进行性质分析；焦炭在机械清焦取样后进行常规性质分析。主要分析方法见表1。

表1 主要分析方法

1.4 原料性质

表2为实验所用劣质重油的性质。由表2可见，焦化进料的性质很差，密度(20 ℃)超过1 000 kg/m3，重金属Ni+V含量高，质量分数达到285.1 μgg，尽管残炭仅为19.2%，但其沥青质质量分数高达17.15%。从石油胶体溶液的角度分析[7-9]，焦化进料的胶体体系稳定性较差，由于其沥青质含量偏高，且芳香性储备相对不足，因此在热处理过程中该石油胶体溶液容易过早出现第二液相，故焦化过程应采用较高的循环比操作。

表2 原料油性质

2 结果与讨论

2.1 操作条件和产品分布

表3为焦炭塔采用不同进料方式下的延迟焦化操作条件和产品分布。由表3可见，在重油加热炉出口温度495 ℃、焦炭塔塔顶压力0.17 MPa、循环比0.50左右以及注汽总量相差不大的情况下，焦炭塔采用上进料方式与下进料方式相比，液体产品产率提高0.87百分点，干气产率略有降低，而焦炭产率减少明显，降低了0.92百分点。究其原因主要是进料方式改变引起的。焦炭塔采用上进料方式时，来自重油加热炉B出口的约485 ℃的高温物流从焦炭塔的上部以旋流的方式入塔，该高温物流为气液混合物，入塔后气液混合物快速分离，气相向上快速逸出焦炭塔；而液相则沿着塔壁旋流而下，并穿过泡沫层进入焦炭塔的液相反应区，其反应生成的气体、焦化汽油、焦化柴油、焦化蜡油以及焦化循环油呈气相上行穿过液相反应区、泡沫层后离开焦炭塔，而未反应组分以及缩合生成的焦炭留在软焦层继续反应。

表3 进料方式对产品分布的影响

在上述过程中，从焦炭塔上部入塔的约485 ℃的高温物料含有10%～40%的气相组分，而入塔闪蒸出来的高温气相组分与来自塔内重油反应生成的气相组分混合后一起从焦炭塔的顶部离开。但因入塔闪蒸出来的高温气相组分在塔内的停留时间较短，从而有效抑制了这部分物料尤其是循环油馏分的二次反应，因此增加了液体收率，降低了干气和焦炭的产率。此外，因焦炭塔采用上进料方式后，从焦炭塔底部进适量的蒸汽，有效降低了生焦孔内的油气线速，也降低了穿过液体反应层和泡沫层的油气线速，从而还可带来以下好处：① 因生焦孔内线速降低，有效减轻了生焦层内焦炭的涌动，即减轻或消除了焦炭塔的震动，为装置的安全运行提供了条件；② 因降低了穿越泡沫层的油气线速，可减低泡沫层的高度，有利于提高焦炭塔的安全生产高度，从而降低焦粉的携带量；或可提高焦化塔的处理能力。

2.2 产品性质

2.2.1进料方式对汽油馏分和柴油馏分性质的影响表4和表5分别为不同进料方式下汽油馏分和柴油馏分的性质。由表4和表5可见，两种进料方式下产出的汽油馏分、柴油馏分的性质基本相同，说明改变进料方式不会对焦化汽油和柴油的性质产生较大影响。

表4 进料方式对汽油馏分性质的影响

2.2.2进料方式对焦化蜡油和循环油性质的影响表6和表7分别为不同进料方式下焦化蜡油和焦化循环油的主要性质。由表6可见，在工艺条件基本相同的情况下，与焦炭塔采用下进料方式相比，采用上进料方式时生成的焦化蜡油性质略差，主要表现为密度、残炭、硫含量以及金属(Ni+V+Fe+Ca)含量均有所升高；同时上进料方式时焦化蜡油馏程的50%和95%馏出温度分别比下进料方式时高出15 ℃和16 ℃。表明在反应深度上，焦炭塔采用上进料方式时总体表现要浅一些，而采用下进料方式时相对较深，这主要是因为采用上进料方式时入塔高温油气经快速闪蒸，闪蒸出来的以循环油馏分为主的油气在塔内停留时间较短，二次反应深度较低造成的[10]。由于焦化蜡油的性质变化幅度并不大，因此对其后续加工工艺不会产生较大影响。

表5 进料方式对柴油馏分性质的影响

表6 进料方式对焦化蜡油性质的影响

表7 进料方式对循环油性质的影响

由表7可见，在工艺条件基本相同的情况下，与下进料方式相比，焦炭塔采用上进料方式时生成的焦化循环油的性质相对略差，主要表现在密度、残炭、沥青质含量以及金属含量相对较高。尽管循环油性质的变化会对加热炉辐射进料的性质产生影响，但因变化较小，故不会对加热炉辐射段的炉管结焦趋势产生突变式影响。

2.2.3进料方式对焦炭性质的影响表8为进料方式对焦炭性质的影响。由表8可见，进料方式对焦炭性质的影响较小，两种进料方式下的焦炭性质基本相当，但因硫含量较高，为4.19%以上，远大于3B石油焦的硫含量(质量分数不大于3.0%)指标要求，因此仅能作为高硫焦出售或作为CFB锅炉的燃料。

表8 焦炭的性质

3 结 论

(1)在操作条件基本相同的情况下，延迟焦化焦炭塔采用上进料方式与下进料方式相比，干气产率略有降低，焦炭产率降低明显；在循环比0.50左右的条件下，液体产品产率提高了0.87百分点，其中汽油馏分和柴油馏分的产率有所降低，但焦化蜡油的产率提高明显。

(2)焦炭塔采用上进料方式操作与下进料方式操作相比，焦化汽柴油的性质基本一致，而焦化蜡油和焦化循环油的性质略差，主要表现在密度、残炭、硫含量以及金属含量等均有所升高；其中焦化蜡油的馏程变重，50%和95%馏出温度分别高出15 ℃和16 ℃，但这些性质的变化不会对后续加工产生较大影响。

(3)无论焦炭塔采用上进料方式操作，还是采用下进料方式操作，焦炭的硫质量分数均在4%以上，仅能作为高硫焦出售或作为CFB锅炉的燃料进行发电。

[1] 瞿国华.延迟焦化工艺与工程[M].北京：中国石化出版社，2008：3-10

[2] 徐春明，杨朝合.石油炼制工程[M].北京：石油工业出版社，2009：278-279

[3] 王洪彬，韩海波，江莉，等.循环比对塔河常压渣油延迟焦化工艺过程的影响[J].石油炼制与化工，2016，47(1)：58-61

[4] 王龙延，李和杰，秦如意，等.一种延迟焦化工艺：中国，201010144902.4[P].2010-03-07

[5] 黄新龙，李节，王少锋，等.劣质重油浅度热裂化中试研究[J].石油学报(石油加工)，2014，30(3)：434-438

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[8] 李生华，刘晨光，梁文杰，等.从石油溶液到碳质中间相.Ⅱ.石油溶液热转化过程中的相变化[J].石油学报(石油加工)，1995，11(1)：61-65

[9] 李生华，刘晨光，梁文杰，等.从石油溶液到碳质中间相.Ⅲ.抑制生结焦的物理化学[J].石油学报(石油加工)，1995，11(2)：72-76

[10] 王宝石，朱建华，王龙延，等.焦化中间产物二次热裂化反应性能的研究[C]第六届全国化学工程与生物化工年会，长沙，2010：1-7

INFLUENCEOFUPPER-FEEDINGMODEOFCOKINGDRUMONDELAYEDCOKINGPROCESSWTBZ

Han Haibo， Wang Hongbin， Li Jie， Liu Shufang， Huang Xinlong

(LuoyangR&DCenterofEngineeringandTechnologyofSINOPECEngineering(Group)Co.Ltd.，Luoyang，Henan471003)

The influence of feeding from the upper part of the delayed coking tower on product distribution was tested in a pilot plant.The results showed that upper-feeding method is superior in reduction of C1—C4yield slightly and coke significantly under the same operation conditions than conventional feeding mode.The liquid yield is improved 0.87 percentage points at the recycle ratio of about 0.5，in which the yield of coking gas oil increases significantly.It is found that the properties of coking gasoline and diesel by the upper feeding are close to the products by bottom feeding way，but the gas oil quality becomes poor.The density，residual carbon，sulfur and metal content are all increased，the distillation range is heavier，the 50% and 95% distillate temperatures of diesel is 15 ℃ and 16 ℃ higher than the old mode，respectively.

delayed coking； recycle ratio； feeding method； upper-feeding； product property

2017-06-14，；修改稿收到日期2017-08-15。

韩海波，高级工程师，主要从事石油加工技术开发工作。

黄新龙，E-mail：huangxinl.lpec@sinopec.com。

中国石油化工股份有限公司合同项目(110063)。