延迟焦化装置大吹汽过程水代汽节能改造实践

陆晓成

（中石化安庆分公司，安徽安庆246001）

随着社会的发展和国家对石油化工行业的环保要求日趋严苛，石油加工过程能源消耗较大的设备、工艺将逐渐被淘汰。延迟焦化是炼油加工的重要生产流程之一[1]，其主要工艺过程是渣油经加热后进入焦炭塔依次进行生焦冷焦除焦操作，其中冷焦操作过程又分为小吹汽、大吹汽、给水等工艺步骤。

中石化安庆分公司Ⅰ套延迟焦化装置总设计加工规模为50 万吨/年，实际规模50 万吨/年，Ⅰ套采用一炉两塔结构，焦炭塔生焦周期为24 h，每一周期小吹汽1 h，小吹汽蒸汽流量2 t/h，大吹汽2.5 h，大吹汽蒸汽流量约10 t/h。

为了节能降耗，减少延迟焦化装置大吹汽期间蒸汽消耗量，降低焦化装置蒸汽峰值用量，对焦化焦炭塔大吹汽流程进行改造。采取除氧水和蒸汽混合进入焦炭塔的以水代汽工艺，通过新增专用雾化器，采用先进可编程逻辑控制（PLC）系统，在蒸汽进入焦炭塔管线处增加除氧水线。

1 项目实施背景

原料油渣油以高流速通过加热炉管，急剧加热到进行深度热反应所需温度后立即进入焦炭塔内，停留足够的时间来进行热分解和缩合反应。为了保证焦炭塔的长周期稳定运行，温降速度缓和，汽提部分油气以及对生焦质量的保证，故需要引入蒸汽进行吹汽。

在传统工艺中，大吹汽一般是利用1.0 MPa 蒸汽作为冷却介质，将400℃以上的焦炭塔冷却至200℃，这是焦化工艺中蒸汽耗量最多的环节，故此过程的合理优化对装置生产有重要意义[2]。通过分析，我们知道在焦炭塔中蒸汽的能耗约占整个装置能耗的3%。

大吹汽属于间歇性操作，短时间内蒸汽使用量很大，对全厂蒸汽管网冲击很大，且具有很大的安全隐患。

大吹汽流程如下：通过给汽阀给汽—塔底—塔顶—放空系统。

表1 安庆石化延迟焦化装置运行数据

2 改造内容

原有的大吹汽系统的蒸汽保留，新增除氧水和蒸汽管线，分别增设切断阀、流量计、调节阀组，分两路进入Ⅰ套焦炭塔专用雾化器。水和蒸汽进入雾化器后沿原有的大吹汽管线进入焦炭塔内。除氧水和蒸汽在雾化器内混合并雾化，以水雾的形式经原有大吹汽管线进入焦炭塔，雾化后水的体积已经进行初步膨胀，避免除氧水直接接触焦炭塔内高温焦炭层汽化，发生急剧膨胀而产生的炸焦、震动等风险。雾化后的水汽以较高速度进入焦炭内，沿生焦孔道上升迅速汽化，避免焦炭塔塔壁温降速率太大的风险，预防焦炭塔热应力疲劳损坏。

本项目采用先进的PLC 控制系统，通过检测焦炭塔压力以及塔壁温降速度控制蒸汽和除氧水的流量（比例），将焦炭塔温降速率和焦炭塔顶压控制在指标范围内。在控制室内对大吹汽全过程进行操作，实现大吹汽系统的自动控制，并检测整个过程的蒸汽和给水状态，确保焦炭塔安全，且较大幅度降低劳动强度。

3 技术改造实施效果

大吹汽流程改造后于2018 年1 月11 日正式投用，投用前后的焦化辐射量均保持在72 t/h,原料性质基本一致，结果见图2、表2。

图1 除氧水代替大吹汽流程

表2 改造后数据记录表

3.1 能耗

改造前，正常大吹汽按2.5 h，大吹汽期间消耗蒸汽24 t。水代汽项目改造后，焦炭塔大吹汽过程的平均蒸汽用量为9.7 t，节省蒸汽量14.3 t，单次平均节省蒸汽量为原大吹汽量的59.6%；单次平均增加除氧水消耗7.2 t。改造后平均单次大吹汽能耗23.32 MJ/t（每天加工量1440 t），改造前为52.95 MJ/t，能耗减少了29.63 MJ/t。

3.2 运行和安全性能

改造后，大吹汽期间蒸汽最大用量为6 t/h，和正常大吹汽10 t/h 相比，降低4 t/h，并且大部分时间蒸汽用量在5.0 t/h 以内，降低了蒸汽管网的波动。

图2 改造前后单次节省蒸汽量

一般在焦炭塔小吹汽1 h 后就进行大吹汽，大吹汽开始时，焦炭塔内的温度仍然较高，因此控制好焦炭塔塔壁温降速度比较关键，温降过快可能会对焦炭塔本体设备产生伤害。大吹汽期间控制温降速度要小于40 ℃/h，这样可最大限度地保护好焦炭塔本体设备不受到热应力损坏。从改造后的运行情况看，大吹汽期间焦炭塔壁温下降缓慢，最大温降速度是35 ℃/h，平均是29 ℃/h。现场管道及设备未发生水击,焦炭塔设备未发生异常振动，不存在焦炭急冷炸焦的问题，从而保证了焦炭塔的安全运行。

3.3 焦炭的挥发分情况

在原料性质和操作条件基本相同的条件下，大吹汽改造前后焦炭中的挥发分含量进行对比，结果如表3 所示。

表3 改造前后焦炭挥发分含量比较

由表3 可见，焦炭中挥发分含量基本没有变化，符合产品质量要求的指标，挥发分不大于12%。改造后大吹汽初期，保持较大的吹汽量，以汽提出焦炭内的轻油组分。在大吹汽的中后期，逐渐降低蒸汽用量，同时增加除氧水的流量，降低焦炭塔内温度。因此用除氧水代替部分蒸汽进行焦炭塔大吹汽冷焦操作不会对焦炭质量产生影响

2018 年1 月12～17 日焦炭挥发分平均含量为11.65%，满足焦炭产品质量指标要求。

4 结论

大吹汽流程通过节能改造后，装置操作平稳，运行正常。在操作条件基本相同的情况下，与改造前相比，平均单次大吹汽节约蒸汽14.3 t，单次大吹汽平均节省蒸汽比率达到59.6%。装置能耗降低29.63 MJ/t。产品焦炭挥发分的质量分数小于12%。改造后，降低大吹汽蒸汽峰从8 t/h 降至6 t/h，大部分时间蒸汽耗量在5 t/h 以内。焦炭塔塔壁温降较为平缓，现场管道及设备未发生水击，焦炭塔设备未发生异常振动。