SEI第二届延迟焦化年会文〔5〕
焦炭塔工艺设计应考虑问题
中国石化工程建设公司 李出
1 概述
延迟焦化装置设备加热炉焦炭塔分馏塔放空塔加热炉进料泵水力焦机械等中加热炉认焦化装置关键设备焦炭塔焦化装置核心设备焦炭塔焦化装置反响器加热炉分馏塔放空系统冷切焦水处理系统水力焦系统等设计均关然焦炭塔空筒设备设计涉全装置工艺程焦炭塔工艺设计仅考虑焦炭塔规格尺寸设计应考虑相关系统设计
2 焦炭塔直径高度确实定
焦炭塔直径高度取决装置处理量原料性质操作温度操作压力循环装置处理量决定焦炭塔参数焦炭塔单塔处理量越求焦炭塔直径越焦炭塔塔允许气速决定原料进入焦炭塔塔适宜压力温度停留时间条件发生裂解缩合反响裂解反响产生气体轻质中质油品缩合反响生成焦炭停留塔焦炭层反响区泡沫层泡沫层分轻相泡沫重相泡沫轻相泡沫部密度约30～100kgm3重相泡沫焦层密度约100～700 kgm3泡沫层温度般460～480℃热态焦炭层高度般高冷态焦炭高度着原料断进入产生焦炭量增加焦炭层高度增加泡沫层连续升高
泡沫层反响区般希泡沫油气夹带焦炭塔出口油气线分馏塔导致线结焦分馏塔结焦影响正常操作产品质量应考虑焦炭塔油气适宜气速适宜气速应该泡沫夹带界气速安系数资料报导国外焦炭塔注入消泡剂时设计焦炭塔油气气速般011～017ms消泡剂时泡沫层密度变设计焦炭塔油气速度般012～021ms根适宜油气速度焦炭塔实际油气流量考虑焦炭塔直径减少泡沫夹带新设计焦炭塔建议采低油气速度国焦炭塔设计油气速度般低010～015ms
焦炭塔油气体积流量渣油进料量原料性质操作条件密切关系确定焦炭塔直径前应首先确定焦炭塔操作条件产品分布渣油碳氢硫氮氧等元素分子烃类通常分饱烃芳烃胶质沥青质沥青质含量高残炭值高渣油生焦率较高液体收率较低等处理量焦炭塔油气体积流量应采较直径焦炭塔反应采较直径焦炭塔原料性质确定焦炭塔规格影响较循环反响温度压力循环减少循环油量减少气体汽油柴油收率降焦炭塔油气体积流量减少适宜采较直径焦炭塔循环增加循环油量增加气体汽油柴油收率提高焦炭塔油气体积流量增适宜采较直径焦炭塔提高焦化炉出口温度增产液体产品收率调整幅度窄般情况根原料性质确定正确操作温度采较高焦化炉出口温度时适放焦炭塔直径采低压操作改善焦化产品分布国外已普遍认国焦炭塔顶操作压力般015～018Mpa国外低达01～015Mpa压力降低般提高蜡油收率增焦炭塔气体体积流量势必焦炭塔塔径加装置投资增加应综合设备投资操作费产品分布等素确定适宜操作压力
外焦化加热炉注汽注水量线清焦汽量四通阀切断阀汽封蒸汽量焦炭塔直径确定较影响般加热炉注汽注水量炉新鲜进料10～15％考虑线清焦时应考虑减少渣油进料增加蒸汽量蒸汽量2～8h考虑焦炭塔底阀门汽封般考虑03～06th蒸汽量
根确定焦炭塔直径根原料性质焦炭产率生焦时间泡沫层高度确定焦炭塔高度焦炭产率原料性质操作条件关泡沫层高度原料性质反响温度压力关焦炭塔注入消泡剂泡沫层高度减少单塔处理力原料性质操作条件确定塔焦层高度确定生焦时间目前国焦化装置设计生焦时间均24时国外焦化生焦时间般10～24时采18时占数采短生焦时间提高焦炭塔利率者等规模焦炭塔高度减少确定焦炭塔高度时应留定安空高安空高般塔顶切线离泡沫层顶部距离国设计焦炭塔般安空高3～5米国外焦炭塔安空高般2～3米空高越焦炭塔利率越低油气塔沉降时间延长减少油气线分馏塔结焦利焦炭塔直径高度相互补充装置处理量操作条件确定直径增适降低高度高度增加适减少塔径国建设焦炭塔直径般54～64米高径般3～4建设直径焦炭塔高径般2～3美国焦炭塔高径般2～3
焦炭塔直径高度受冷焦焦力设备制造运输吊装等限制直径宜太太高美国目前运行焦炭塔直径914米建议装置处理量较采炉二塔焦炭塔直径高度特庞时采缩短生焦时间二炉四塔三炉六塔更适宜
3 焦炭塔相关系统设计
焦炭塔相关系统吹汽放空水冷焦冷焦水处理水力焦切焦水处理油气预热等焦炭塔焦炭塔操作周期相关系统设计产生较影响焦炭塔操作周期假设达样处理效果操作动化程度吹入蒸汽流量冷焦水流量切焦水压力流量油气预热流量会相应系统配置较差异确定焦炭塔生焦周期时应慎重考虑采较短生焦时间表达装置设计水美国常采16～18时国采24时仅操作理工作制度关焦炭塔设计配套系统设计关设计焦炭塔时应分考虑
31 吹汽放空系统
焦炭塔停止生焦未反响渣油反响生成局部油气停留焦炭塔假设影响焦炭质量增加冷焦水中油含量通常先少量吹入蒸汽焦炭塔焦层汽提轻质油品焦化分馏塔吹汽蒸汽量焦炭塔直径焦炭产量生焦时间关生焦时间短焦炭塔直径焦炭产量情况焦炭塔中轻油充分吹出应加蒸汽量蒸汽量增加受分馏塔设计限制般2～50th吹汽焦炭塔然存许重质污油应该量蒸汽进行汽提蒸汽量般8～18th视塔径焦炭产量定时进分馏塔影响分馏塔操作焦化装置设置吹汽放空系统专门处理焦炭塔吹汽时吹出油汽水冷焦时产生含油蒸汽目前国吹汽放空系统般设计密闭油吸收式放空系统该系统蜡油吸收油汽中污油空冷器水冷器冷凝未吸收蒸汽轻质油气该系统仅减少环境污染回收量污油污水放空塔设计吹汽蒸汽流量关空塔气速吸收油品蒸汽夹带原放空塔塔径根蒸汽油气流量允许空塔气速确定吸收换热挡板根入口蒸汽中含油量换热量确定国外般采挡板作吸收换热板挡板数量8～16层确定焦炭塔直径时应考虑放空塔直径放空系统冷凝冷器设计直径焦炭塔短生焦时间需汽提蒸汽量配套放空塔冷凝冷器应该加
32 水冷焦冷焦水处理系统
焦炭塔拆卸塔顶底盖前必须焦炭塔冷焦炭燃点更低防止翻开塔顶底盖发生焦炭燃量油汽外出影响环境通常塔通入少量水〔约10～30th〕水塔汽化吸热冷焦炭产生蒸汽排放空系统进行处理塔量水〔200～400th〕焦炭塔充满溢流冷焦炭100℃然底部排水冷焦水处理系统焦炭塔设计应考虑水冷焦水冷焦操作条件决定着冷焦水处理系统设计焦炭塔直径越径焦层厚度增加塔壁处焦炭易冷外焦炭塔体积增充满焦炭塔需次冷水量增加冷焦水水量冷时间应适延长冷焦水处理系统应该考虑加冷焦水热水冷水贮罐贮水池满足次冷焦冷焦水冷水泵热水泵应考虑选流量泵保证规定时间充满焦炭塔冷焦水处理系统旋流油器冷器考虑延长操作时间定焦炭塔塔径增加选太焦炭塔水线特放水线应加直径防止放水时间太长冷焦操作时常出现吹汽水时焦炭未硬结塌落导致水畅通炼油厂采先水通道焦炭固化水渡水效果拟明显
焦炭塔操作荷重应考虑冷焦操作冷焦操作时焦炭塔充满水水中焦炭焦炭真重水操作荷重水重量加焦炭重量
33 水力焦冷切焦水处理
水力焦切焦水处理系统包括高压水泵控制阀高压胶钻杆切焦器钻机绞车塔底盖装卸机焦炭抓斗切焦水沉淀池切焦水贮水罐〔贮水池〕等述设备设计选型应焦炭塔设计相配套高压水泵压力流量焦炭塔生焦量焦炭塔直径焦炭硬度切焦时间关般情况生焦量切焦时间求短焦炭硬焦炭塔直径求切焦水压力流量焦炭塔直径增加切焦水流量压力应加高压胶控制阀钻杆切焦器设计压力应高压水泵高出口压力考虑目前国产该类设备设计压力32Mpa42Mpa两种
钻机绞车控制阀高压水泵高压水切断阀等联锁控制操作焦炭塔辅助系统设计容该系统采PLC测定钻杆位置钻杆转速焦水压力钢丝绳拉力等显示数值通程序控制实现焦程安操作塔底盖装卸机焦炭塔出焦口高度关目前国φ5400~φ6800焦炭塔出焦口φ1600φ8400~φ8800焦炭塔出焦口φ1800缩短塔顶底盖拆装时间降低劳动强度应逐步考虑采动卸盖机国外已成熟技术国正研究开发中
焦炭抓斗焦速度关直径焦炭生焦量样焦时间单位时间焦量抓斗应时焦炭抓走应考虑选抓吊量抓斗吊车
切焦水沉淀池设计切焦水流速停留时间相关切焦水流量增加达样处理效果应延长停留时间应考虑适加切焦水沉淀池设切焦水滤器
切焦水贮罐高压水泵进料缓罐应满足次切焦水求高压水泵需汽蚀余量〔NPSHR〕该罐设计影响焦炭塔直径越次切焦水耗量越高压水泵流量越泵汽蚀余量越设计切焦水贮罐时应考虑适加直径增加高度
水冷焦水流量焦炭塔直径焦炭产量冷焦时间关水冷焦时径冷速度约：24米时水蔓焦层时应侵泡2时塔满溢流1时方φ9400塔焦炭冷确定焦炭塔直径时应充分考虑冷焦时间冷焦水流量
34 焦炭塔油气预热系统
焦炭塔切换新进料前必须进行蒸汽试压油气预热通常预热300℃目塔体逐渐预热升温防止塔体温差太疲劳寿命减少塔体变形防止巨塔体吸热降低初始反响温度产生出较软焦炭焦炭塔预热时间焦炭塔预热油气量关焦炭塔越定时间完成塔体预热需油气量越焦炭塔油气预热生产塔油气通焦炭塔顶出口油气线引预热塔冷凝冷油气混合物塔底转油线进入甩油罐〔气液离罐〕未凝油气返回分馏塔凝缩油温度流量组成着预热时间进程变化前期温度低含水较期温度较高油品较重炼油厂通常含水凝缩油〔<120℃〕冷送污油罐高温凝缩油〔≥120℃〕直接送分馏塔部回炼焦炭塔设计时应考虑油气预热系统设备阀门般言焦炭塔直径越油气线阀门越甩油罐甩油泵越焦炭塔油气预热分馏塔热衡物料衡影响越油气线电动环阀应调节衡两路气体压力控制适宜预热速度
4 结
焦炭塔焦化装置核心设备设计时仅应考虑影响焦炭塔身结构尺寸素应考虑焦炭塔结构尺寸相关系统影响焦炭塔设计时应综合考虑原料性质装置规模产品分布操作温度操作压力循环泡沫层高度生焦时间焦炭塔制造运输安装热处理等素确定合理焦炭塔规格水力焦机械吹汽放空塔冷切焦水处理设备油气线阀门甩油罐设计选型应焦炭塔设计配套该配套系统设计力设计水直接影响焦炭塔设计焦炭塔设计应成套化设计
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焦炭塔工艺设计应考虑问题
中国石化工程建设公司 李出
1 概述
延迟焦化装置设备加热炉焦炭塔分馏塔放空塔加热炉进料泵水力焦机械等中加热炉认焦化装置关键设备焦炭塔焦化装置核心设备焦炭塔焦化装置反响器加热炉分馏塔放空系统冷切焦水处理系统水力焦系统等设计均关然焦炭塔空筒设备设计涉全装置工艺程焦炭塔工艺设计仅考虑焦炭塔规格尺寸设计应考虑相关系统设计
2 焦炭塔直径高度确实定
焦炭塔直径高度取决装置处理量原料性质操作温度操作压力循环装置处理量决定焦炭塔参数焦炭塔单塔处理量越求焦炭塔直径越焦炭塔塔允许气速决定原料进入焦炭塔塔适宜压力温度停留时间条件发生裂解缩合反响裂解反响产生气体轻质中质油品缩合反响生成焦炭停留塔焦炭层反响区泡沫层泡沫层分轻相泡沫重相泡沫轻相泡沫部密度约30～100kgm3重相泡沫焦层密度约100～700 kgm3泡沫层温度般460～480℃热态焦炭层高度般高冷态焦炭高度着原料断进入产生焦炭量增加焦炭层高度增加泡沫层连续升高
泡沫层反响区般希泡沫油气夹带焦炭塔出口油气线分馏塔导致线结焦分馏塔结焦影响正常操作产品质量应考虑焦炭塔油气适宜气速适宜气速应该泡沫夹带界气速安系数资料报导国外焦炭塔注入消泡剂时设计焦炭塔油气气速般011～017ms消泡剂时泡沫层密度变设计焦炭塔油气速度般012～021ms根适宜油气速度焦炭塔实际油气流量考虑焦炭塔直径减少泡沫夹带新设计焦炭塔建议采低油气速度国焦炭塔设计油气速度般低010～015ms
焦炭塔油气体积流量渣油进料量原料性质操作条件密切关系确定焦炭塔直径前应首先确定焦炭塔操作条件产品分布渣油碳氢硫氮氧等元素分子烃类通常分饱烃芳烃胶质沥青质沥青质含量高残炭值高渣油生焦率较高液体收率较低等处理量焦炭塔油气体积流量应采较直径焦炭塔反应采较直径焦炭塔原料性质确定焦炭塔规格影响较循环反响温度压力循环减少循环油量减少气体汽油柴油收率降焦炭塔油气体积流量减少适宜采较直径焦炭塔循环增加循环油量增加气体汽油柴油收率提高焦炭塔油气体积流量增适宜采较直径焦炭塔提高焦化炉出口温度增产液体产品收率调整幅度窄般情况根原料性质确定正确操作温度采较高焦化炉出口温度时适放焦炭塔直径采低压操作改善焦化产品分布国外已普遍认国焦炭塔顶操作压力般015～018Mpa国外低达01～015Mpa压力降低般提高蜡油收率增焦炭塔气体体积流量势必焦炭塔塔径加装置投资增加应综合设备投资操作费产品分布等素确定适宜操作压力
外焦化加热炉注汽注水量线清焦汽量四通阀切断阀汽封蒸汽量焦炭塔直径确定较影响般加热炉注汽注水量炉新鲜进料10～15％考虑线清焦时应考虑减少渣油进料增加蒸汽量蒸汽量2～8h考虑焦炭塔底阀门汽封般考虑03～06th蒸汽量
根确定焦炭塔直径根原料性质焦炭产率生焦时间泡沫层高度确定焦炭塔高度焦炭产率原料性质操作条件关泡沫层高度原料性质反响温度压力关焦炭塔注入消泡剂泡沫层高度减少单塔处理力原料性质操作条件确定塔焦层高度确定生焦时间目前国焦化装置设计生焦时间均24时国外焦化生焦时间般10～24时采18时占数采短生焦时间提高焦炭塔利率者等规模焦炭塔高度减少确定焦炭塔高度时应留定安空高安空高般塔顶切线离泡沫层顶部距离国设计焦炭塔般安空高3～5米国外焦炭塔安空高般2～3米空高越焦炭塔利率越低油气塔沉降时间延长减少油气线分馏塔结焦利焦炭塔直径高度相互补充装置处理量操作条件确定直径增适降低高度高度增加适减少塔径国建设焦炭塔直径般54～64米高径般3～4建设直径焦炭塔高径般2～3美国焦炭塔高径般2～3
焦炭塔直径高度受冷焦焦力设备制造运输吊装等限制直径宜太太高美国目前运行焦炭塔直径914米建议装置处理量较采炉二塔焦炭塔直径高度特庞时采缩短生焦时间二炉四塔三炉六塔更适宜
3 焦炭塔相关系统设计
焦炭塔相关系统吹汽放空水冷焦冷焦水处理水力焦切焦水处理油气预热等焦炭塔焦炭塔操作周期相关系统设计产生较影响焦炭塔操作周期假设达样处理效果操作动化程度吹入蒸汽流量冷焦水流量切焦水压力流量油气预热流量会相应系统配置较差异确定焦炭塔生焦周期时应慎重考虑采较短生焦时间表达装置设计水美国常采16～18时国采24时仅操作理工作制度关焦炭塔设计配套系统设计关设计焦炭塔时应分考虑
31 吹汽放空系统
焦炭塔停止生焦未反响渣油反响生成局部油气停留焦炭塔假设影响焦炭质量增加冷焦水中油含量通常先少量吹入蒸汽焦炭塔焦层汽提轻质油品焦化分馏塔吹汽蒸汽量焦炭塔直径焦炭产量生焦时间关生焦时间短焦炭塔直径焦炭产量情况焦炭塔中轻油充分吹出应加蒸汽量蒸汽量增加受分馏塔设计限制般2～50th吹汽焦炭塔然存许重质污油应该量蒸汽进行汽提蒸汽量般8～18th视塔径焦炭产量定时进分馏塔影响分馏塔操作焦化装置设置吹汽放空系统专门处理焦炭塔吹汽时吹出油汽水冷焦时产生含油蒸汽目前国吹汽放空系统般设计密闭油吸收式放空系统该系统蜡油吸收油汽中污油空冷器水冷器冷凝未吸收蒸汽轻质油气该系统仅减少环境污染回收量污油污水放空塔设计吹汽蒸汽流量关空塔气速吸收油品蒸汽夹带原放空塔塔径根蒸汽油气流量允许空塔气速确定吸收换热挡板根入口蒸汽中含油量换热量确定国外般采挡板作吸收换热板挡板数量8～16层确定焦炭塔直径时应考虑放空塔直径放空系统冷凝冷器设计直径焦炭塔短生焦时间需汽提蒸汽量配套放空塔冷凝冷器应该加
32 水冷焦冷焦水处理系统
焦炭塔拆卸塔顶底盖前必须焦炭塔冷焦炭燃点更低防止翻开塔顶底盖发生焦炭燃量油汽外出影响环境通常塔通入少量水〔约10～30th〕水塔汽化吸热冷焦炭产生蒸汽排放空系统进行处理塔量水〔200～400th〕焦炭塔充满溢流冷焦炭100℃然底部排水冷焦水处理系统焦炭塔设计应考虑水冷焦水冷焦操作条件决定着冷焦水处理系统设计焦炭塔直径越径焦层厚度增加塔壁处焦炭易冷外焦炭塔体积增充满焦炭塔需次冷水量增加冷焦水水量冷时间应适延长冷焦水处理系统应该考虑加冷焦水热水冷水贮罐贮水池满足次冷焦冷焦水冷水泵热水泵应考虑选流量泵保证规定时间充满焦炭塔冷焦水处理系统旋流油器冷器考虑延长操作时间定焦炭塔塔径增加选太焦炭塔水线特放水线应加直径防止放水时间太长冷焦操作时常出现吹汽水时焦炭未硬结塌落导致水畅通炼油厂采先水通道焦炭固化水渡水效果拟明显
焦炭塔操作荷重应考虑冷焦操作冷焦操作时焦炭塔充满水水中焦炭焦炭真重水操作荷重水重量加焦炭重量
33 水力焦冷切焦水处理
水力焦切焦水处理系统包括高压水泵控制阀高压胶钻杆切焦器钻机绞车塔底盖装卸机焦炭抓斗切焦水沉淀池切焦水贮水罐〔贮水池〕等述设备设计选型应焦炭塔设计相配套高压水泵压力流量焦炭塔生焦量焦炭塔直径焦炭硬度切焦时间关般情况生焦量切焦时间求短焦炭硬焦炭塔直径求切焦水压力流量焦炭塔直径增加切焦水流量压力应加高压胶控制阀钻杆切焦器设计压力应高压水泵高出口压力考虑目前国产该类设备设计压力32Mpa42Mpa两种
钻机绞车控制阀高压水泵高压水切断阀等联锁控制操作焦炭塔辅助系统设计容该系统采PLC测定钻杆位置钻杆转速焦水压力钢丝绳拉力等显示数值通程序控制实现焦程安操作塔底盖装卸机焦炭塔出焦口高度关目前国φ5400~φ6800焦炭塔出焦口φ1600φ8400~φ8800焦炭塔出焦口φ1800缩短塔顶底盖拆装时间降低劳动强度应逐步考虑采动卸盖机国外已成熟技术国正研究开发中
焦炭抓斗焦速度关直径焦炭生焦量样焦时间单位时间焦量抓斗应时焦炭抓走应考虑选抓吊量抓斗吊车
切焦水沉淀池设计切焦水流速停留时间相关切焦水流量增加达样处理效果应延长停留时间应考虑适加切焦水沉淀池设切焦水滤器
切焦水贮罐高压水泵进料缓罐应满足次切焦水求高压水泵需汽蚀余量〔NPSHR〕该罐设计影响焦炭塔直径越次切焦水耗量越高压水泵流量越泵汽蚀余量越设计切焦水贮罐时应考虑适加直径增加高度
水冷焦水流量焦炭塔直径焦炭产量冷焦时间关水冷焦时径冷速度约：24米时水蔓焦层时应侵泡2时塔满溢流1时方φ9400塔焦炭冷确定焦炭塔直径时应充分考虑冷焦时间冷焦水流量
34 焦炭塔油气预热系统
焦炭塔切换新进料前必须进行蒸汽试压油气预热通常预热300℃目塔体逐渐预热升温防止塔体温差太疲劳寿命减少塔体变形防止巨塔体吸热降低初始反响温度产生出较软焦炭焦炭塔预热时间焦炭塔预热油气量关焦炭塔越定时间完成塔体预热需油气量越焦炭塔油气预热生产塔油气通焦炭塔顶出口油气线引预热塔冷凝冷油气混合物塔底转油线进入甩油罐〔气液离罐〕未凝油气返回分馏塔凝缩油温度流量组成着预热时间进程变化前期温度低含水较期温度较高油品较重炼油厂通常含水凝缩油〔<120℃〕冷送污油罐高温凝缩油〔≥120℃〕直接送分馏塔部回炼焦炭塔设计时应考虑油气预热系统设备阀门般言焦炭塔直径越油气线阀门越甩油罐甩油泵越焦炭塔油气预热分馏塔热衡物料衡影响越油气线电动环阀应调节衡两路气体压力控制适宜预热速度
4 结
焦炭塔焦化装置核心设备设计时仅应考虑影响焦炭塔身结构尺寸素应考虑焦炭塔结构尺寸相关系统影响焦炭塔设计时应综合考虑原料性质装置规模产品分布操作温度操作压力循环泡沫层高度生焦时间焦炭塔制造运输安装热处理等素确定合理焦炭塔规格水力焦机械吹汽放空塔冷切焦水处理设备油气线阀门甩油罐设计选型应焦炭塔设计配套该配套系统设计力设计水直接影响焦炭塔设计焦炭塔设计应成套化设计
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