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1、第四章第四章 延延迟焦化装置焦化装置Delayed Coking Unit2023/2/22023/2/21 1.第一节 概述 焦炭化(简称焦化)是深度热裂化过程，也是处理渣油的手段之一。它又是唯一能生产石油焦的工艺过程，是任何其他过程所无法代替的。尤其是某些行业对优质石油焦的特殊需求，致使焦化过程在炼油工业中一直占据着重要地位。2023/2/22023/2/22 2.焦化是以贫氢重质残油(如减压渣油、裂化渣油以及沥青等)为原料，在高温(400500)下进行深度热裂化反应。通过裂解反应，使渣油的一部分转化为气体烃和轻质油品；由于缩合反应，使渣油的另一部分转化为焦炭。一方面由于原料重，含相当数量
2、的芳烃，另一方面焦化的反应条件更加苛刻，因此缩合反应占很大比重，生成焦炭多。2023/2/22023/2/23 3.炼油工业中曾经用过的焦化方法主要是釜式焦化、平炉焦化、接触焦化、延迟焦化、流化焦化和灵活焦化等。延迟焦化应用最广泛，是炼油厂提高轻质油收率和生产石油焦的主要手段，在我国炼油工业中将继续发挥重要作用。2023/2/22023/2/24 4.延延迟迟焦化是一个成熟的减焦化是一个成熟的减压压渣油加工工渣油加工工艺艺，多年来一，多年来一直作直作为为一种重油深加工手段。近年来随着原油性一种重油深加工手段。近年来随着原油性质变质变差差(指含硫量增加指含硫量增加)、重、重质质燃料油消燃料油消费
3、费的减少和的减少和轻质轻质油品需求油品需求的增加，焦化能力增加的的增加，焦化能力增加的趋势趋势很快。很快。延延迟迟焦化装置目前已能焦化装置目前已能处处理包括直理包括直馏馏(减粘、加减粘、加氢氢裂裂化化)渣油、裂解焦油和循渣油、裂解焦油和循环环油、焦油砂、油、焦油砂、沥沥青、脱青、脱沥沥青焦青焦油、澄清油、以及煤的衍生物、催化裂化油油、澄清油、以及煤的衍生物、催化裂化油浆浆、炼炼厂厂污污油油(泥泥)等等6060余种原料。余种原料。处处理原料油的康氏残炭理原料油的康氏残炭为为3 38 84545或以上，比重指数或以上，比重指数为为2.202.20。正由于焦化装置能正由于焦化装置能处处理理炼炼厂各种
4、残渣物料被称之厂各种残渣物料被称之为为炼炼厂的厂的“垃圾桶垃圾桶”，同，同时时也是也是目前目前炼炼厂厂实现实现渣油零排放的渣油零排放的重要装置重要装置。2023/2/22023/2/25 5.延延迟迟焦化装置的作用：焦化装置的作用：将重将重质质油油馏馏分分经经裂解，聚裂解，聚合，生成油气、合，生成油气、轻质轻质油，中油，中间馏间馏分油和焦炭分油和焦炭。工作原理：由于重工作原理：由于重质质油在管式炉中加油在管式炉中加热热，采用，采用高高的流速的流速(在炉管中注水在炉管中注水)及及高的高的热强热强度度(炉出口温度炉出口温度500)500)，使油品在加，使油品在加热热炉中短炉中短时间时间内达到焦化反
5、内达到焦化反应应所需的温度，然后迅速所需的温度，然后迅速进进入焦炭塔，使入焦炭塔，使焦化反焦化反应应不在加不在加热热炉中而延炉中而延迟迟到焦炭塔中去到焦炭塔中去进进行行，因此，因此，称之称之为为延延迟迟焦化焦化。2023/2/22023/2/26 6.延延迟迟焦化焦化约约生生产产70%70%的液体的液体产产品，其中：品，其中：汽油汽油10%20%10%20%；柴油柴油25%35%25%35%；裂化原料（蜡油）裂化原料（蜡油）25%35%25%35%；石油气石油气6%8%6%8%；焦炭（也称石油焦）焦炭（也称石油焦）15%20%15%20%。焦化所得的气体焦化所得的气体烃烃和液体油品中含和液体油
6、品中含较较多的多的烯烯烃烃，安定性，安定性较较差，故往往作差，故往往作为为其他装置的原料或其他装置的原料或经经加加氢氢精制等精制等处处理后成理后成为产为产品。品。思考：焦炭是否是由碳元素形成的单质？2023/2/22023/2/27 7.第二第二节 工工艺流程流程2023/2/22023/2/28 8.一、焦化反一、焦化反应应化学原理化学原理 焦化原料油所含焦化原料油所含烃类烃类的分子很大，并有的分子很大，并有相当数量的芳相当数量的芳烃烃。1.1.裂解反裂解反应应：在高温：在高温(400550)(400550)条件下，大分子条件下，大分子烃类烃类裂解生成小分子裂解生成小分子烃类烃类，使渣油，使
7、渣油转转化化为为气体气体烃烃和和轻质轻质油品；油品；2 2.缩缩合反合反应应：烃类烃类又又发发生生缩缩合反合反应应，使渣油，使渣油转转化化成焦炭。成焦炭。缩缩合反合反应应：是指小分子：是指小分子烃类烃类相互作用生成相互作用生成较较大分大分子的化合物，同子的化合物，同时还时还生成其它小分子的化合物。生成其它小分子的化合物。2023/2/22023/2/29 9.各种各种烃类烃类在焦化在焦化过过程中的反程中的反应应是不相同的。是不相同的。烷烃烷烃在在400600400600下易裂解下易裂解为为小分子的小分子的烷烃烷烃与与烯烃烯烃。环烷烃环烷烃可裂解成可裂解成烯烃烯烃或脱或脱氢转氢转化化为为芳芳烃烃
8、。裂解反裂解反应应示例如下：示例如下：1.1.断断链链2.裂环2023/2/22023/2/21010.3.3.脱脱氢氢缩合反应示例如下：芳香烃不易裂解，而易发生缩合反应，成为大分子的多环或稠环烃，并可与烯烃缩合生成石油焦。石油焦的组成和普通焦炭相似，所以也叫焦炭。2023/2/22023/2/21111.二、工艺流程延延迟迟焦化装置的生焦化装置的生产产工工艺艺分分为为焦化和除焦焦化和除焦两两部分，焦化部分，焦化为连续为连续操作，除焦操作，除焦为间为间隙操作。由于隙操作。由于工工业业装置一般装置一般设设有两个或四个焦炭塔，所以整个有两个或四个焦炭塔，所以整个生生产过产过程仍程仍为连续为连续操作
9、。操作。延延迟迟焦化装置的工焦化装置的工艺艺流程有不同的流程有不同的类类型，就型，就生生产规产规模而言，有模而言，有一炉两塔一炉两塔（焦炭塔）流程、（焦炭塔）流程、两两炉四塔炉四塔流程等。流程等。2023/2/22023/2/21212.340350500左右2023/2/22023/2/21313.1.原油预热阶段：焦化原料焦化原料(减减压压渣油渣油)先先进进入原料入原料缓缓冲罐，冲罐，再用再用泵泵送入加送入加热热炉炉对对流段升温至流段升温至340350 340350 左右。2.2.经预热经预热后的原油后的原油进进入分入分馏馏塔底，与焦炭塔塔底，与焦炭塔产产出的油气在分出的油气在分馏馏塔内（
10、塔底温度不超塔内（塔底温度不超过过400400）换热换热。作用：一方面把原料中的作用：一方面把原料中的轻质轻质油蒸出来，同油蒸出来，同时时又加又加热热了原料了原料（至（至390395 390395 左右）。2023/2/22023/2/21414.3.3.原料油原料油和和循循环环油油一起从分一起从分馏馏塔底抽出，用塔底抽出，用热热油油泵泵打打进进加加热热炉炉辐辐射段，加射段，加热热到焦化反到焦化反应应所需的温度（所需的温度（500 500 左右）左右），再通，再通过过四通四通阀阀由下部由下部进进入焦炭塔，入焦炭塔，进进行焦化反行焦化反应应。为为防止油在炉管内反防止油在炉管内反应结应结焦，需向焦
11、，需向炉管内注水，以加大管炉管内注水，以加大管内流速（一般内流速（一般为为2m/s2m/s以上），以上），缩缩短油在管内的停留短油在管内的停留时间时间，注水量注水量约为约为原料油的原料油的2%2%左右。左右。进进入焦炭塔的高入焦炭塔的高压压渣油，需在塔内停留足渣油，需在塔内停留足够时间够时间，以便，以便进进行充分反行充分反应应。2023/2/22023/2/21515.4.4.原料在焦炭塔内反原料在焦炭塔内反应应生成焦炭聚生成焦炭聚积积在焦炭塔内，在焦炭塔内，油气从焦炭塔油气从焦炭塔顶顶出来出来进进入分入分馏馏塔，与原料油塔，与原料油换热换热后，后，经过经过分分馏馏得到气体、汽油、柴油和蜡油。
12、塔得到气体、汽油、柴油和蜡油。塔底循底循环环油和原料一起再油和原料一起再进进行焦化反行焦化反应应。焦化生成的焦炭留在焦炭塔内，通焦化生成的焦炭留在焦炭塔内，通过过水力除焦水力除焦从从塔内排出。塔内排出。2023/2/22023/2/21616.焦炭塔是两台一焦炭塔是两台一组组。每套延每套延迟迟焦化装置中有的是一焦化装置中有的是一组组(两台两台)，有的是，有的是两两组组(四台四台)焦炭塔。焦炭塔。两两组组塔既可塔既可单单独操作，又可并独操作，又可并联联操作，在每操作，在每组组塔塔中，一台塔在反中，一台塔在反应应生焦生焦时时，另一台，另一台则处则处于于除焦除焦阶阶段。即当一台塔内焦炭段。即当一台塔
13、内焦炭积积聚到一定高度聚到一定高度时时（一般（一般为为塔高的塔高的2/32/3左右高度左右高度时时）进进行切行切换换，切，切换换后后通入通入蒸气除去蒸气除去轻质烃类轻质烃类并注水冷却，然后除焦并注水冷却，然后除焦。每台塔的每台塔的切切换换周期周期一般一般为为4848小小时时，其中，其中结结焦焦2424小小时时，除焦及其它，除焦及其它辅辅助操作助操作2424小小时时。2023/2/22023/2/21717.延延迟迟焦化装置所焦化装置所产产气体、汽油，分气体、汽油，分别别用气体用气体压缩压缩机和机和泵泵送入吸收送入吸收稳稳定部分定部分进进行分离得到干气及液行分离得到干气及液化气，并使汽油的蒸汽化
14、气，并使汽油的蒸汽压压合格；柴油需要加合格；柴油需要加氢氢精精制；蜡油可作制；蜡油可作为为催化裂化原料或燃料油。催化裂化原料或燃料油。2023/2/22023/2/21818.延延迟迟焦化装置的主要矛盾在于：使用的原料焦化装置的主要矛盾在于：使用的原料为为重重质质油，容易油，容易结结焦，但希望它在焦炭塔中焦，但希望它在焦炭塔中结结焦，而焦，而不希望它在加不希望它在加热热炉、炉、转转油油线线、焦炭塔、焦炭塔馏馏出出线线和分和分馏馏塔底等塔底等处结处结焦。焦。这这个矛盾解决了，就可以操作个矛盾解决了，就可以操作平平稳稳，延，延长长开工周期。开工周期。为为了解决了解决这这个矛盾，在流程个矛盾，在流程
15、设计设计上就要考上就要考虑虑采取采取措施。如：措施。如：在原料油在原料油进进加加热热炉炉辐辐射管之前，注入蒸汽或射管之前，注入蒸汽或软软化水，以加大原料油在炉管中的流速；化水，以加大原料油在炉管中的流速；在分在分馏馏塔底塔底设设循循环环油油泵泵，并在，并在泵泵入口加入口加过滤过滤器，器，滤滤掉焦炭塔油气掉焦炭塔油气带带来的粉焦。来的粉焦。2023/2/22023/2/21919.主分主分馏塔塔MainMainfractionatorfractionator进料料FreshFreshfeedfeed粗汽油粗汽油 raw gasolineraw gasoline气体气体gasgas柴油柴油dies
16、el oildiesel oil 蜡油蜡油wax oilwax oil焦炭塔焦炭塔cokecoketowertower焦碳焦碳cokecoke流程框图2023/2/22023/2/22020.THANK YOUSUCCESS2023/2/22023/2/22121.焦炭塔是用厚焦炭塔是用厚锅锅炉炉钢钢板板制成的空筒，是制成的空筒，是进进行焦行焦化反化反应应的的场场所。所。一般焦炭塔的高度在一般焦炭塔的高度在3030米以下米以下为为宜。太高宜。太高则则操操作作时时易易产产生振生振动动或或损损坏坏塔壁，又浪塔壁，又浪费钢费钢材材。三、延迟焦化过程的主要设备（一）焦炭塔（一）焦炭塔2023/2/22
17、023/2/22222.塔的塔的顶顶部部设设有除焦口、油气出有除焦口、油气出口；口；塔塔侧设侧设有料面指示有料面指示计计口：口：延延迟迟焦化的化学反焦化的化学反应应主要是主要是在焦炭塔内在焦炭塔内进进行，生成的焦炭行，生成的焦炭也都也都积积存在此塔内。随着油料存在此塔内。随着油料的不断引入，焦的不断引入，焦层层逐逐渐渐升高；升高；为为了防止泡沫了防止泡沫层层冲出塔冲出塔顶顶而引而引起油气管起油气管线线及分及分馏馏塔的塔的结结焦，焦，在焦炭塔的不同高度位置，装在焦炭塔的不同高度位置，装有能有能监测监测焦炭高度的料位焦炭高度的料位计计。塔底部塔底部为锥为锥形，形，锥锥体底端体底端为为排排焦口，正常
18、生焦口，正常生产时产时用法用法兰兰盖封盖封死，排焦死，排焦时时打开。打开。2023/2/22023/2/22323.在运转中，分馏塔有时也会出现结焦现象，为此需控制塔底温度不超过400，并采用塔底油循环过滤的方法滤去焦粉和加强液体的流动来加以防止。2023/2/22023/2/22424.（二）水力除焦（二）水力除焦设备设备焦炭塔是焦炭塔是轮换轮换使用的，即当一个塔内焦炭聚使用的，即当一个塔内焦炭聚结结到一定到一定高度高度时时，通，通过过四通四通阀阀将原料切将原料切换换到另一个焦炭塔聚到另一个焦炭塔聚结结焦炭的焦炭塔先用蒸汽冷却，然后焦炭的焦炭塔先用蒸汽冷却，然后进进行水力除焦。行水力除焦。目
19、前的除焦目前的除焦设备设备都已都已采用采用高高压压水力除焦法。水力除焦法。除焦用水力除焦法，除焦用水力除焦法，即采用即采用11118MPa8MPa高高压压水水除焦。余下的焦炭落入除焦。余下的焦炭落入焦池，同焦池，同时时用用桥桥式起重式起重抓斗送到抓斗送到别处别处存放或装存放或装车车外运。外运。2023/2/22023/2/22525.除焦原理：由高由高压压水水泵输泵输送的高送的高压压水，水，经过经过水水龙带龙带、钻钻杆到水力切焦杆到水力切焦器的器的喷喷嘴，从水力切焦器嘴，从水力切焦器喷喷嘴嘴喷喷出出的高的高压压水形成水形成高高压压射流射流，借高借高压压射流的射流的强强大冲大冲击击力力将石将石油
20、焦切割下来，使之与水一起油焦切割下来，使之与水一起由塔底流出。由塔底流出。钻钻杆不断地升降和杆不断地升降和转动转动，直到把焦炭塔内石油焦全部除直到把焦炭塔内石油焦全部除净为净为止。止。2023/2/22023/2/22626.水力除焦装置有两种形式：有井架除焦装置和无水力除焦装置有两种形式：有井架除焦装置和无井架除焦装置。井架除焦装置。清洁水从进水管进入高位贮水罐，由高压水泵输送的高压水经泵出口管到焦炭塔的顶部，用水龙带送到水龙头，进入空心的钻杆和切焦器。高压水经切焦器上的喷嘴喷到焦炭塔里，约11.8MPa的高压水将塔中焦炭切割破碎，水和切割下来的焦炭一同落到焦炭塔底，经28溜槽进入贮焦场。焦
21、场的水经过几道栅栏流入吸水井，而落入焦场的石油焦用桥氏吊车抓走分开堆放。2023/2/22023/2/22727.2023/2/22023/2/22828.（三）无焰燃（三）无焰燃烧烧炉炉焦化加焦化加热热炉是本装炉是本装置的核心置的核心设备设备，其作用，其作用是将炉内迅速流是将炉内迅速流动动的渣的渣油加油加热热至至500500左右的高左右的高温温。因此，要求炉内有。因此，要求炉内有较较高的高的传热传热速率以保速率以保证证在短在短时间时间内内给给油提供足油提供足够够的的热热量，同量，同时时要求提要求提供均匀的供均匀的热场热场，防止局，防止局部部过热过热引起炉管引起炉管结结焦。焦。为为此，此，延延
22、迟迟焦化通常采焦化通常采用无焰炉用无焰炉。2023/2/22023/2/22929.延延延延迟迟焦化焦化焦化焦化过过程的程的程的程的产产品包括气体、汽油、柴油、蜡油和石油焦。品包括气体、汽油、柴油、蜡油和石油焦。品包括气体、汽油、柴油、蜡油和石油焦。品包括气体、汽油、柴油、蜡油和石油焦。焦化焦化产产品的主要性品的主要性质质如下：如下：气体气体 焦化气体中含有焦化气体中含有2035%2035%的不的不饱饱和和烃烃和和3030左右的甲左右的甲烷烷，是化工和制，是化工和制氢氢的很好原料，也可作的很好原料，也可作为为燃料。燃料。汽油汽油 焦化汽油含有焦化汽油含有较较多的多的烯轻组烯轻组分，性能很不安定
23、，辛分，性能很不安定，辛烷值烷值也很低，也很低，质质量量较较差，不能直接作差，不能直接作为为商品汽油出厂，必商品汽油出厂，必须经须经酸碱洗酸碱洗涤涤再蒸再蒸馏馏，或，或经过经过加加氢氢精制，才能作精制，才能作为为出厂商出厂商品汽油的品汽油的调调合合组组分。分。柴油柴油 焦化柴油也因其安定性能不好，亦需再次加工才能焦化柴油也因其安定性能不好，亦需再次加工才能使用。可和蜡油混使用。可和蜡油混炼炼作作为为催化裂化原料，也可作催化加催化裂化原料，也可作催化加氢氢的原料，的原料，进进一步生一步生产产其它其它优质优质燃料油。燃料油。四、延四、延迟焦化焦化过程的程的产品品2023/2/22023/2/230
24、30.蜡油蜡油 焦化蜡油可供其它二次加工装置做原料，很少直接焦化蜡油可供其它二次加工装置做原料，很少直接出厂。亦可和其它渣油出厂。亦可和其它渣油调调合作合作为锅为锅炉燃料。炉燃料。石油焦石油焦 石油焦是石油焦是焦化装置的独有焦化装置的独有产产品品，其数量和，其数量和质质量是量是延延迟迟焦化装置的主要控制指焦化装置的主要控制指标标。石油焦的用途不同，石油焦的用途不同，对对石油焦石油焦产产品品质质量的要求也不同。一量的要求也不同。一级级焦用做冶焦用做冶炼钢炼钢和和铝铝的工的工业电业电极焦，它的极焦，它的质质量要求最量要求最为严为严格；二格；二级级焦用做一般焦用做一般电电极和极和绝缘绝缘材料，一些主
25、要指材料，一些主要指标标同于同于一一级级焦焦标标准，但是不如一准，但是不如一级级焦那么焦那么严严格；三格；三级级焦作焦作为为冶金冶金工工业业的燃料，它的的燃料，它的质质量要求不高，在一般的延量要求不高，在一般的延迟迟焦化工焦化工艺艺条件下都能生条件下都能生产产；等外焦；等外焦则则多用于煅多用于煅烧烧和民用燃料，无和民用燃料，无过过高高质质量要求，只控制量要求，只控制挥发挥发分不大于分不大于1616(挥发挥发分与原料的分与原料的含含盐盐量有关量有关)。2023/2/22023/2/23131.石油焦的质量标准2023/2/22023/2/23232.第二第二节 焦炭塔的塔体焦炭塔的塔体变形、开裂
26、及形、开裂及可能可能产生的腐生的腐蚀一、焦炭塔塔体变形焦炭塔塔体由于长期处于冷、热交变的操作下，受热应力影响，易发生塔体鼓胀变形，经对国内八家炼厂的焦炭塔进行调查(88年秋)有5家有明显变形，变形部位多在塔体下部，塔壁径向鼓凸，呈糖葫芦状。塔壁的鼓凸变形过程如下图。2023/2/22023/2/23333.焦炭塔塔壁变形示意图2023/2/22023/2/23434.胜利炼油厂3号焦炭塔塔壁变形的检查结果2023/2/22023/2/23535.塔体变形的规律一般规律是环缝处直径小，而环缝之间直径大，中下部变化大，顶部较小；中下部东西直径大，南北直径小，成为椭圆形状(1)塔体下封头筒体环焊缝以
27、上第二至第四道圈板之间变形最大。(2)塔体环焊缝处变形较小，多年来基本无变化。(3)塔体变形量达一定数值后，渐趋缓慢。2023/2/22023/2/23636.二、焦炭塔塔体二、焦炭塔塔体焊缝裂裂纹1裙座焊缝开裂通过对国内八个炼油厂焦炭塔裙座焊缝的调查发现，发生裂纹最多的位置是裙座焊缝开裂。2023/2/22023/2/23737.裙座焊缝裂纹示意图 2023/2/22023/2/23838.2堵焦阀接管焊缝开裂有四个炼厂，堵焦阀接管焊缝开裂，有的接管内壁焊缝开裂为纵向裂纹一直延伸至母材长20到200mm。有的为接管外壁加强板角焊缝开裂，环向裂纹长度接近一周。2023/2/22023/2/23939.第三节 主要设备用材的推荐选用自学延迟焦化装置塔器的选材，首先按所处理原料油的硫含量和酸值大小分为轻微腐蚀和严重腐蚀两种条件。2023/2/22023/2/24040.本章重点1.延迟焦化的作用是什么？2.延迟焦化的工作原理3.延迟焦化的工艺流程及流程框图4.工艺流程图中加入软化水的作用以及塔底循环泵的作用分别是什么？5.目前除焦常用水力除焦法，即采用11.8MPa高压水除焦。2023/2/22023/2/24141.THANK YOUSUCCESS2023/2/22023/2/24242.