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        以水代汽智能噴霧技術(shù)在延遲焦化裝置的應(yīng)用

        2022-08-18 02:44:50唐銘辰郭文婷
        精細石油化工進展 2022年4期
        關(guān)鍵詞:氧水石油焦投用

        唐銘辰,郭文婷,李 林

        中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司煉油運行三部,甘肅蘭州730060

        某公司延遲焦化裝置設(shè)計處理量120萬t/a,為一爐兩塔流程,焦炭塔生焦周期24 h,焦炭塔切塔后需要進行小吹汽、大吹汽、給水冷焦等一系列操作。其中,大吹汽操作一般使用1.0 MPa蒸汽為介質(zhì),主要是降低焦炭溫度,確保生焦通道暢通,為后續(xù)給水冷焦創(chuàng)造條件,同時最大限度汽提焦炭中的高溫油氣,增加裝置液體收率,并確保焦炭質(zhì)量合格[1]。大吹汽時間2 h,消耗1.0 MPa蒸汽18 t/h,年消耗1.0 MPa蒸汽在1.2萬噸以上(開工時間按8 400 h計),能源消耗量大。因此,如何通過優(yōu)化改造降低焦炭塔大吹汽過程中的蒸汽用量,顯得尤為重要。延遲焦化工藝中傳統(tǒng)的大吹汽過程用蒸汽而不用水作為冷卻介質(zhì),主要是因為用水冷焦降溫速度過大會造成急冷炸焦,導(dǎo)致焦炭塔生焦孔道堵塞;較大的溫降速度會對焦炭塔塔壁產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力沖擊,從而影響焦炭塔的使用壽命[2]。為實現(xiàn)大吹汽過程中的節(jié)能,部分同類裝置采用污水場浮渣、油泥及活性污泥[3-5]、含水污油[6]、凈化水[7-9]、高濃度污水[10]部分代替大吹汽蒸汽,在一定程度上起到了節(jié)省蒸汽的作用。但是,由于浮渣、油泥及活性污泥、含水污油成分復(fù)雜,會造成石油焦質(zhì)量的波動;凈化水中化學(xué)需氧量(COD)較高,會導(dǎo)致冷焦污水COD高;高濃度污水水質(zhì)較差,在環(huán)保要求日益嚴(yán)格的情況下,會導(dǎo)致冷焦污水水質(zhì)變差,焦池異味大。新型的以水代汽智能噴霧技術(shù)采用智能霧化器將除氧水霧化成微小液滴,代替大部分1.0 MPa蒸汽作為焦炭塔大吹汽介質(zhì),不僅能達到降低蒸汽消耗的目的,而且能避免直接以水冷焦帶來的問題,實現(xiàn)冷焦過程的安全平穩(wěn)運行。

        1 技術(shù)改造原理及方案

        1.1 技術(shù)改造原理

        技術(shù)改造過程中以水代汽智能霧化原理如圖1所示。以1.0 MPa蒸汽作為動力源,經(jīng)抽吸的作用形成射流與除氧水混合,通過直接熱交換,形成飽和水,然后通過高效智能霧化設(shè)備將飽和水霧化成微米級的小霧滴,以霧化飽和水替代部分1.0 MPa蒸汽作為大吹汽介質(zhì),既避免了水直接進入焦炭塔生焦層時因局部汽化、體積迅速膨脹而造成炸焦、堵塔的事故風(fēng)險,又能促使焦層冷卻更均勻,塔壁溫度應(yīng)力影響較小。

        圖1 以水代汽智能霧化原理

        1.2 技術(shù)改造方案

        從汽包給水泵出口引出除氧水,輸送進入霧化器液相入口,1.0 MPa蒸汽從焦炭塔大吹汽管線引出進入智能霧化器汽相入口,除氧水經(jīng)智能霧化器霧化后進入焦炭塔,穿過生焦通道,降低焦炭塔內(nèi)的溫度梯度,確保焦炭塔的安全運行,智能噴霧系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。同時,通過PLC控制系統(tǒng),自動控制蒸汽和水的流量,大吹汽期間實行全自動控制,可以降低操作人員勞動強度。

        圖2 智能噴霧系統(tǒng)工藝流程

        2 智能噴霧系統(tǒng)控制方案

        智能噴霧系統(tǒng)通過PLC控制系統(tǒng)對大吹汽過程的水汽配比進行自動控制,在大吹汽過程中出現(xiàn)焦炭塔溫降、壓力超過給定值后,系統(tǒng)會提示報警并自動停止運行,除氧水控制閥自動關(guān)閉,蒸汽控制閥保持原有閥位,可以手動調(diào)節(jié)蒸汽控制閥進行大吹汽冷焦。智能噴霧系統(tǒng)投用后,由于大吹汽介質(zhì)用量減少,為保證焦炭質(zhì)量及冷焦效果,大吹汽時間延長至2.5 h,因此,該系統(tǒng)投用以來,按照表1的水汽比方案進行控制。

        表1 不同時間的水汽配比

        3 技術(shù)改造效果

        3.1 主要操作條件

        大吹汽智能噴霧系統(tǒng)投用期間,其主要操作條件為:加熱爐出口溫度為493~499℃,焦炭塔頂壓力為0.13~0.18 MPa,1.0 MPa蒸汽壓力為0.6~1.2 MPa,除氧水溫度為94℃。

        3.2 焦炭塔溫度、壓力變化情況

        智能噴霧系統(tǒng)投用前后焦炭塔溫度、壓力變化情況如表2所示。由表2可知:焦炭塔上、中、下塔壁溫度及焦炭塔壓力與投用前變化不大,溫度、壓力變化趨勢與投用前一致。智能噴霧系統(tǒng)投用期間沒有發(fā)生焦炭塔壓力超標(biāo)以及管線振動、炸焦、蒸汽水混合后水擊等其他不良后果,在大吹汽前1 h,塔壁溫度下降速度相對較快,主要是因為大吹汽初期焦炭塔溫度還處于較高時段,與進入焦炭塔的大吹汽介質(zhì)溫差較大,對焦炭的冷卻速率較快,溫度下降相對較快,但沒有超過設(shè)定的40℃/h溫降速率;在大吹汽1 h后,焦炭塔塔壁溫度下降速度放緩,能滿足焦炭塔冷焦的需要。

        表2 投用前后焦炭塔溫度、壓力變化

        3.3 蒸汽、除氧水消耗以及石油焦揮發(fā)分變化情況

        智能噴霧系統(tǒng)投用前,焦炭塔大吹汽時間2 h,蒸汽消耗量36 t;智能噴霧系統(tǒng)投用后,焦炭塔大吹汽時間延長至2.5 h,蒸汽消耗量20 t,除氧水消耗量11.6 t,兩者的前后變化情況如表3所示。由表3可知:智能噴霧系統(tǒng)投用后,每次大吹汽期間可節(jié)省蒸汽16 t,蒸汽耗量比投用前節(jié)省44.4%,但要增加除氧水消耗11.6 t。

        智能噴霧系統(tǒng)投用前后焦炭塔中石油焦揮發(fā)分的變化情況也見表3,由表3可知:智能噴霧系統(tǒng)投用前石油焦揮發(fā)分在9.2%~9.6%;智能噴霧系統(tǒng)投用后,石油焦揮發(fā)分在8.7%~8.8%,石油焦揮發(fā)分低于投用前,主要是大吹汽時間較之前延長半小時,焦炭揮發(fā)分較低,滿足NB/SHIT 0527—2019石油焦(生焦)標(biāo)準(zhǔn)中揮發(fā)分≤12%的要求。因此,智能噴霧系統(tǒng)的投用對石油焦產(chǎn)品質(zhì)量無影響,后期可根據(jù)石油焦揮發(fā)分適當(dāng)減少大吹汽時間,以便達到最佳的節(jié)能效果。

        表3 投用前后蒸汽、除氧水及石油焦揮發(fā)分消耗變化

        4 節(jié)能效果和經(jīng)濟效益評價

        4.1 節(jié)能效果

        按照裝置年加工量120萬t、年開工時間8 400 h計算,全年焦炭塔大吹汽350次,智能噴霧裝置系統(tǒng)投用前后的能耗變化情況如表4所示。由表4可知:智能噴霧系統(tǒng)投用前每年大吹汽消耗蒸汽量12 600 t;智能噴霧系統(tǒng)投用后每年大吹汽消耗蒸汽量7 000 t,消耗除氧水4 060 t,該裝置的綜合能耗可實現(xiàn)每噸原料降低0.356 3 kgEo。

        表4 投用前后能耗變化

        4.2 經(jīng)濟效益

        大吹汽智能噴霧系統(tǒng)投用后,在降低能耗的同時,也間接增加了公司的經(jīng)濟效益,系統(tǒng)投入前后經(jīng)濟效益的比較見表5。由表5可知:大吹汽智能噴霧系統(tǒng)投用后,可節(jié)約蒸汽5 600 t/a,增加除氧水用量4 060 t/a,最終計算可得出實現(xiàn)增效94.06萬元/年。

        表5 投用前后經(jīng)濟效益比較

        5 結(jié)論

        1)120萬t/a延遲焦化裝置大吹汽智能噴霧系統(tǒng)投用后,每次大吹汽過程節(jié)省1.0 MPa蒸汽16 t,蒸汽耗量比投用前節(jié)省44.4%,另外增加除氧水消耗11.6 t,可實現(xiàn)每噸原料降低能耗0.356 3 kgEo,實現(xiàn)增效94.06萬元/年。

        2)120萬t/a延遲焦化裝置大吹汽智能噴霧系統(tǒng)投用后,大吹汽過程中焦炭塔上、中、下塔壁溫度及焦炭塔壓力與投用前變化不大,溫度、壓力變化趨勢與投用前一致,投用期間沒有發(fā)生焦炭塔壓力超標(biāo)以及管線振動、炸焦、蒸汽水混合后水擊等其他不良后果,且石油焦揮發(fā)分較投用前略有下降,可以滿足質(zhì)量指標(biāo)要求。

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