梁麗

（遼河油田經(jīng)濟(jì)貿(mào)易置業(yè)總公司，遼寧 盤錦124000）

焦炭化過程(簡稱焦化)是以渣油為原料，在高溫(500-550℃)下進(jìn)行深度熱裂化反應(yīng)的一種熱加工過程，包括延遲焦化、流化焦化和靈活焦化等多種工藝過程。反應(yīng)產(chǎn)物有氣體、汽油、柴油、蠟油(重餾分油)和焦炭。焦化工藝自20世紀(jì)30年代開發(fā)成功以來，已成為燃料型煉油廠主要的渣油轉(zhuǎn)化過程。

1 延遲焦化產(chǎn)品主要特點(diǎn)

焦化汽油的特點(diǎn)是烯烴含量高，安定性差，馬達(dá)法辛烷值較低。汽油中的硫、氮和氧的含量較高(與原料性質(zhì)有關(guān))，經(jīng)過穩(wěn)定后的焦化汽油只能作為半成品，必須進(jìn)行精制脫除硫化氫和硫醇后才能作為成品汽油的調(diào)和組分。焦化重汽油組分經(jīng)過加氫處理后可作為催化重整的原料，以進(jìn)一步提高質(zhì)量。表15-1為阿拉伯重質(zhì)原料的減壓渣油進(jìn)行焦化時，所得焦化汽油的加氫精制數(shù)據(jù)以及加氫精制前后的汽油質(zhì)量比較。

焦化柴油的十六烷值較高，含有一定量的硫、氮和金屬雜質(zhì);含有一定量的烯烴，性質(zhì)不安定，必須進(jìn)行精制脫除硫、氮雜質(zhì)，使烯烴、芳烴飽和才能作為合格的柴油組分。焦化過程中，轉(zhuǎn)化為焦炭的烴類所釋放的氫轉(zhuǎn)移至蠟油、柴油、汽油和氣體之中。由于原料中的氫轉(zhuǎn)移方向與催化裂化不同，使焦化柴油的質(zhì)量明顯優(yōu)于催化裂化柴油。

焦化蠟油是指350-500℃的焦化餾出油，也稱焦化瓦斯油 (CGO)。焦化蠟油性質(zhì)不穩(wěn)定，它與焦化原料油性質(zhì)和焦化的操作條件有關(guān)。焦化蠟油可作為加氫裂化或催化裂化的原料，有時也用于調(diào)和燃料油。

焦炭，即石油焦，是黑色或暗灰色堅硬固體石油產(chǎn)品，帶有金屬光澤，呈多孔性，是由微小石墨結(jié)晶形成粒狀、柱狀或針狀構(gòu)成的炭體物。石油焦組分是碳?xì)浠衔?，含?0%-97%，含氫1.5%'-8環(huán)，還含有氮、氯、硫及重金屬化合物。延遲焦化過程生產(chǎn)的石油焦稱為原焦，又稱為生焦。由于焦化原料油性質(zhì)不同，生焦在性質(zhì)和外形上也有差異。生焦經(jīng)過燃燒除去揮發(fā)分和水分后即稱為燃燒焦，又稱為熟焦。生焦硬度小，易粉碎，水分和揮發(fā)分含量高。焦炭除了可作為普通固體燃料外，還可用作高爐煉鐵之用。如果焦化原料及生產(chǎn)方法選擇適當(dāng)，石油焦經(jīng)燃燒及石墨化后，可用于制造煉鋁、煉鋼的電極等。

2 影響延遲焦化工藝的主要因素

2.1 原料油性質(zhì)

焦化過程的產(chǎn)品產(chǎn)率在很大程度上取決于原料油的件質(zhì)。對于不同原料油，隨著原料油的密度增大，焦炭產(chǎn)率增大；對于同種原油而拔出深度不同的減壓渣油，隨著減壓渣油產(chǎn)率的下降，焦化產(chǎn)物中蠟油產(chǎn)率和焦炭產(chǎn)率增加，而輕質(zhì)油產(chǎn)率則下降。不同原料油所得產(chǎn)品的性質(zhì)各不相同。

原料油性質(zhì)與加熱爐爐管內(nèi)結(jié)焦的情況有關(guān)。性質(zhì)不同的原料油具有不同的最容易結(jié)焦的溫度范圍，此溫度范圍稱為臨界分解溫度范圍。原料油的特性因數(shù)值越大，則臨界分解溫度范圍的起始溫度越低。在加熱爐加熱時，原料油應(yīng)以高流速通過處于臨界分解溫度范圍的爐管段，縮短在此溫度范圍的停留時間，從而抑制結(jié)焦反應(yīng)。原料油性質(zhì)對選擇適宜的單程裂化深度和循環(huán)比也有重要影響。

2.2 操作溫度

操作溫度一般是指焦化加熱爐出口溫度或焦炭塔溫度，是延遲焦化裝置的重要操作指標(biāo)，它的變化直接影響到爐管內(nèi)和焦炭塔內(nèi)的反應(yīng)深度，從而影響到焦化產(chǎn)物的產(chǎn)率和性質(zhì)。當(dāng)操作壓力和循環(huán)比固定后，提高焦炭塔溫度，將使氣體和石腦油收率增加，瓦斯油收率降低，焦炭產(chǎn)率將下降，并將使焦炭中揮發(fā)分下降。但是，焦炭塔溫度過高，容易造成泡沫帶并使焦炭硬度增大，造成除焦困難。焦炭塔溫度過高還會使加熱爐爐管和轉(zhuǎn)油線的結(jié)焦傾向增大，影響操作周期。如焦炭塔溫度過低，則焦化反應(yīng)不完全，將生成軟焦或?yàn)r青。

2.3 操作壓力

操作壓力是指焦炭塔塔頂壓力。焦炭塔塔頂最低壓力是為克服焦化分餾塔及后繼系統(tǒng)壓降所需的壓力。操作溫度和循環(huán)比固定之后，提高操作壓力將使塔內(nèi)焦炭中滯留的重質(zhì)烴量增多和氣體產(chǎn)物在塔內(nèi)停留時間延長，增加了二次裂化反應(yīng)的概率，從而使焦炭產(chǎn)率增加和氣體產(chǎn)率略有增加，1-s以上液體產(chǎn)品產(chǎn)率下降，焦炭的揮發(fā)分含量也會略有增加。延遲焦化工藝的發(fā)展趨勢之一是盡量降低操作壓力，以提高液體產(chǎn)品的收率。焦炭塔的操作壓力控制在0.1～ 0.28MPa，但在生產(chǎn)針狀焦時，為了使富芳烴的油品進(jìn)行深度反應(yīng)，采用0.7MPa的操作壓力。

2.4 循環(huán)比

降低循環(huán)比也是延遲焦化工藝發(fā)展趨向之一，其目的是通過增產(chǎn)焦化蠟油來擴(kuò)大催化裂化和加氫裂化的原料油量，然后，通過加大裂化裝置處理量來提高成品汽、柴油的產(chǎn)量。另外，在加熱爐能力確定的情況下，低循環(huán)比還可以增加裝置的處理能力。降低循環(huán)比的辦法是減少分餾塔下部重瓦斯油回流量，提高蒸發(fā)段和塔底溫度。這將引起塔底和爐管結(jié)焦，開工周期縮短。因此塔底溫度不宜超過4000C。

3 延遲焦化工藝新技術(shù)探索

2.1 除焦技術(shù)

水力除焦是間斷性操作，每一次由熱渣油進(jìn)入焦炭塔進(jìn)行焦化到打開焦炭塔進(jìn)行水力除焦，再到重新封閉焦炭塔，進(jìn)行預(yù)熱和進(jìn)料，都要切換大最的閥門和進(jìn)行一系列的操作。為了減輕勞動強(qiáng)度，避免誤動作，提高自動化水平，保證人員和設(shè)備的安全，提高出焦過程的自動控制水平至關(guān)重要。在消化吸收引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，國產(chǎn)的水力除焦程序控制系統(tǒng)，已經(jīng)具有國外類似產(chǎn)品的功能，能夠?qū)θ砍乖O(shè)備的操作，實(shí)現(xiàn)顯示、白動控制和安全聯(lián)鎖。鉆具位移模擬顯示系統(tǒng)，可以以米為單位顯示鉆具在焦炭塔內(nèi)的位置。除焦控制閥，鉆機(jī)絞車和高壓水泵的工況得到了完整的顯示，安全聯(lián)鎖防止了誤操作的發(fā)生，只有在塔位選擇正確、鉆機(jī)選擇正確，各相關(guān)閥門開關(guān)位置正確，除焦控制閥工況正確的情況下，高壓水泵才能具備啟動條件，避免可能發(fā)生的事故。國產(chǎn)的變頻鉆機(jī)和大型化的鉆桿及自動切換聯(lián)合切焦器在焦炭塔直徑為9.4m的揚(yáng)子1.60Mt/a延遲焦化裝置上取得了很好的效果。

3.2 環(huán)境保護(hù)新技術(shù)

通過采用旋液分離器將冷焦水中所含的油和焦粉回收后，整個冷焦水系統(tǒng)可以處于全密閉的狀態(tài)。由焦炭塔排出的冷焦水進(jìn)入冷焦水緩沖罐，然后用泵送至旋液分離器，分離出油和焦粉，進(jìn)入空冷器冷卻后循環(huán)使用。由于冷焦水處于全密閉狀態(tài)，冷焦水緩沖罐和冷焦水沉降罐的罐頂設(shè)置有脫硫劑，將這幾個罐由于呼吸而排放出的大最有害氣體進(jìn)行吸收。冷焦水密閉循環(huán)流程的成功設(shè)計和運(yùn)行，徹底解決了過去存在的冷焦水污染問題。同時山于冷焦水密閉循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的旋液分離器具有除油作用，冷焦水的補(bǔ)充水可以使用延遲焦化裝置自身所產(chǎn)的含油污水，這樣，既減少了裝置的污水排放量，又節(jié)約了新鮮水的用量。

結(jié)語

近年來，隨著原油重質(zhì)化、劣質(zhì)化趨勢的加劇，原油加工難度加大，輕質(zhì)油品收率降低，而市場對優(yōu)質(zhì)輕質(zhì)油品的需求又在不斷增加，環(huán)保法規(guī)也越來越趨向嚴(yán)格。煉油工業(yè)面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，重油加工和充分利用正成為全球煉油業(yè)關(guān)注的主要話題。

[1]尹先清.《化學(xué)化工專業(yè)實(shí)習(xí)》,石油工業(yè)出版社,2009.

[2]肖瑞華編,《煉焦化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)問答》,冶金工業(yè)出版社,2007.

[3]中國材料研究學(xué)會主編,《材料科學(xué)與工程新進(jìn)展》,冶金工業(yè)出版社，2005.