降低延迟焦化装置石油焦挥发分的优化措施

牛小娟，孔繁韬，薛金召

（1.中国石油乌鲁木齐石化公司，新疆乌鲁木齐 830019;2.湖南石油化工职业技术学院，湖南岳阳 414012）

关键字：石油焦 挥发分 工艺优化 分析准确性

延迟焦化是将重质原油（如减压渣油等）以较高流速通过加热炉炉管加热，在高热强度条件下，短时间内达到所需温度，在炉管内基本上不进行焦化反应，而是延迟至焦碳塔内靠自身带入的热量进行热裂化和缩合反应的过程。目前延迟焦化已经成为炼厂提高轻质油收率和生产石油焦的主要加工工艺[1]。

石油焦主要用于炼铝行业、碳素行业、石墨电极的生产或作为燃料等[2-3]，用途十分广泛，素有“黑金”美誉，其质量直接影响装置经济效益。

1 现状

根据硫含量、挥发分、灰分的不同，NB/SH/T 0527—2015将石油焦分为1号、2A、2B、3A、3B五个牌号，具体质量指标见表1。

表1 普通石油焦（生焦）的质量指标

乌石化共有两套延迟焦化装置，产能分别为60万t/a和120 万t/a，其中120 万t/a延迟焦化装置建于2011年，主要处理原油蒸馏装置产生的渣油，生产焦化汽油、柴油、蜡油和石油焦等产品。

2018年7月之前，乌石化生产的各牌号石油焦产品分布和石油焦质量情况见图1和表2。不难看出，该公司生产的石油焦主要为3A、3B、协议品1号甚至有部分协议品2号，石油焦牌号普遍偏低。制约石油焦牌号的主要因素是挥发分含量高，因此降低石油焦的挥发分是提升石油焦牌号的关键。

图1 2018年1-6月石油焦牌号分布

表2 2018年1-6月石油焦质量情况

近年来，石油焦市场前景较好，尤其是对高牌号石油焦的需求越来越大，为了提质增效，企业从工艺技术优化、质量管理两方面同步进行攻关，以生产2级高牌号石油焦。

2 影响石油焦挥发分的因素及改进措施

石油焦挥发分高意味着焦化不完全，影响装置的液体收率。挥发分的多少和装置的原料性质、操作条件、吹汽量等都有一定关系[4]。结合装置实际情况，主要通过提高加热炉出口温度、控制合适的三泥回炼量、增大焦炭塔大吹汽量来降低石油焦的挥发分。

2.1 提高加热炉出口温度

焦化装置操作温度的可调节范围很窄，温度过高会导致炉管结焦、转油线结焦、开工周期短，同时易生成硬质石油焦；温度过低导致热量不足，反应深度不够，轻油收率低。因此，实施变温操作，在尽量不影响开工周期的前提下，有利于提高液体收率和有效降低焦炭挥发分。

根据华东院对120 万t/a焦化装置原料渣油的分析，装置加热炉温度适宜控制在494～496℃范围内，因此装置通过调整1#、2#、3#、4#分支加热炉的温度，进而提高加热炉出口温度。从表3中的测定数据来看，提高加热炉出口温度对降低石油焦挥发分有明显作用，原因是加热炉出口温度高时，更利于挥发性的油蒸气与固相脱离而进入液相，使得固相（石油焦）中挥发性油蒸气减少，挥发分降低。

表3 加热炉出口温度对石油焦挥发分的影响

2.2 控制三泥回炼量

乌石化净化水厂在处理炼油厂各装置含硫污水过程中不可避免产生了三泥，所谓三泥主要是指隔油池底泥、浮渣及剩余活性污泥，为解决三泥带来的环保压力，焦化装置对三泥进行回炼[5]，回炼方式采用间歇性大流量集中回炼，由于三泥性质较差，对石油焦质量产生一定影响，统计数据见表4。

由表4可以看出，石油焦的挥发分随着三泥回炼量的增加而呈现增长趋势，如果将回炼量控制在10 t/塔以内（此工况只是延长了三泥的回炼时间，仍能保证污水处理过程中三泥被完全处理），依然可确保挥发分满足2级石油焦的要求。

表4 三泥回炼量对石油焦挥发分的影响

2.3 增大焦炭塔大吹汽量

在加热炉出口温度保持在487℃的前提下，将焦炭塔中大吹汽量由12～13 t/h增大至14～15 t/h，石油焦挥发分平均值由12.17%下降至11.74%，说明增大焦炭塔大吹汽量有益于降低石油焦的挥发分。因为大吹汽量更易于石油焦中油蒸气脱离，而且吹汽量越大，石油焦下落速度越慢（汽流由下向上，石油焦由上向下），石油焦与蒸汽接触时间长，油蒸气脱离更彻底。吹汽量对石油焦挥发分的影响见表5。

表5 吹汽量对石油焦挥发分的影响

2.4 其他影响因素及调整

降低焦炭塔压力和提高循环比也可以降低石油焦挥发分，但焦炭塔设计操作压力为0.10 MPa，调整幅度极小，且极易引起焦炭塔泡沫层升高。提高循环比虽然可以改善原料性质，提高液收，降低挥发分，但是会大大降低装置运行负荷，打破全厂重油加工平衡。因此，在实际生产过程中，没有将二者作为调节石油焦挥发分的手段，其影响程度也未进行定量研究。

3 规范挥发分质量分析

3.1 严格按照规范取样

按照SH/T0313—1992标准要求应在焦堆表面各距底和顶0.5 m和焦堆半高处的三条圆周线上，分别等间距的取3、5、8个点进行取样，在各采样点表层（长期堆放后应在焦堆层下0.2～0.3 m处）取不少于0.5 kg的石油焦，试样总量不少于8 kg。

3.2 分析过程要准确

石油焦的挥发分测定是在无空气通入的情况下，将试样加热至（850±10）℃，并保持7 min，损失总质量与蒸发水分损失之间的差即为石油焦的挥发分。需要注意的是试样煅烧温度和煅烧时间，规程要求放进试样关闭炉门后，炉温要在3 min内达到（850±10）℃，而且从放进试样立即计时，7 min后迅速取出，此步骤非常关键[6]。

3.3 效果验证

图2和图3分别统计了2018年10月至2019年3月石油焦的挥发分数据和各牌号石油焦分布。由图2、3可以看出，石油焦的挥发分有了明显降低，且集中在12%以下，满足2级焦的要求。2级石油焦量占58%，协议品1号产量由原来的31%降至3%，杜绝了协议品2号的出现，石油焦质量有了整体提升，石油焦牌号明显提高，提升了企业的经济效益。

图2 2018年10月至2019年3月石油焦挥发分含量

图3 2018 年10 月至2019 年3 月石油焦牌号分布

4 结论

通过提高加热炉出口温度、控制三泥回炼量、增大焦炭塔吹汽量都有助于降低石油焦的挥发分，其中焦化温度对挥发分的影响十分显著，在调整过程中，需要同时兼顾装置的长周期运行及液体收率。为减少质量分析误差，必须规范质量分析管理，一要保证采取的样品具有代表性；二在分析过程中，保证试样煅烧温度和煅烧时间，确保分析过程的规范性。