2022年08 我国大型延迟焦化炉开发研究方向.doc
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1、我国大型延迟焦化炉开发研究方向洛阳石化工程公司工程研究院 郑战利一、我国延迟焦化加热炉现状延迟焦化装置工艺流程简单,技术成熟,投资和操作费用较低,对各种渣油作原料的习惯性强,脱碳完全。因而,被全世界公认为是各种重油加工方案的第一选择。目前,我国共有延迟焦化装置28套,总加工才能20Mt/a以上,拥有延迟焦化装置的数量和总的消费才能仅次于美国,是全世界第二焦化大国。在28套延迟焦化装置的加热炉中,单炉处理才能500 kt/a的占60%,单炉处理才能500 kt/a 的占40%。辐射炉管外表平均热强度最高为33.6kw/ m2 ,最低为20.83kw/ m2,平均值为27.4kw/ m2 ,中国石
2、化集团公司炼油厂管式加热炉设计技术规定中延迟焦化加热炉辐射炉管外表平均热强度推荐值为:32.5kw/ m238.3kw/ m2。焦化加热炉冷油流速最高为1.39m/s,最低为1.06m/s,平均值为1.26m/s,中国石化集团公司炼油厂管式加热炉设计技术规定中规定焦化加热炉冷油流速为1.3m/s1.9m/s;技术兴旺国家焦化加热炉冷油流速规定大于2.1m/s2.2m/s。蜡油循环比在0.40.6之间,技术兴旺国家最低到0.05;辐射炉管注水量占处理量的3%4%,技术兴旺国家最低为1%,且向着少注水或不注水方向开展;焦化炉的热效率最高为88%,最低为78%,技术兴旺国家焦化炉的热效率已经到达92
3、%;辐射炉管烧焦周期最短的只有4个月,大部分为10个月,只有极少数超过12个月,技术兴旺国家焦化炉辐射炉管烧焦周期为18个月。表1是我国延迟焦化加热炉与美国延迟焦化加热炉概况比照表:表1 国家工程中国美国单炉处理才能50100 万吨/年150200 万吨/年蜡油循环比0.30.60.150.05辐射炉管注水量占处理量的3% 1%且向不注水方向开展最高热效率88%92%正常开工周期12个月18个月我国焦化炉的技术水平与国外先进水平相比,存在的差距是:单炉处理才能小、循环比高、辐射炉管注水量大、热效率偏低和正常开工周期短。二、我国大型延迟焦化炉开发研究方向随着我国原油质量变重,石油产品消费构造的变
4、化,重质燃料油需求量减少,轻质油需求量迅速增加,延迟焦化装置在渣油轻质化和处理我国柴汽比偏低的咨询题中将会发挥越来越大的作用。随着我国原油加工量的增加和1000104吨/年炼油厂的建立,我国延迟焦化装置必定向大型化开展。焦化炉是延迟焦化装置的心脏设备,目前我国设计的焦化炉最大处理量为100104吨/年,是我国延迟焦化装置向大型化开展的制约“瓶颈”。开发大型延迟焦化加热炉对促进我国延迟焦化装置向大型化开展有着严重的意义。依照我国延迟焦化加热炉的现状和与技术兴旺国家相比存在的技术差距可知:开发大型延迟焦化加热炉和提高我国焦化加热炉技术水平应从以下几方面着手:1. 降低循环比(蜡油循环量/新鲜原料油
5、量)循环比是妨碍产品分布、操作费用的主要要素。在焦化炉热负荷一定时,循环比大,就意味着蜡油循环量大,装置处理新鲜原料的才能小。循环比小,意味着返回焦化炉辐射室进展二次加热和裂化的蜡油量少,相应地降低了气体和焦炭的产率,提高液体产品的收率。长期的消费实践证明:循环比降低0.1,液体产品收率增加1.5%,因而,降低循环比能够有效地提高焦化装置的液体产品的收率和处理才能;降低焦化装置的能耗。降低循环比是我国开发大型延迟焦化炉的一项重要内容。2、减少辐射炉管的注水量 焦化炉辐射炉管注水的目的是提高炉管内油品的流速,使流型发生变化,减缓炉管结焦,使焦化炉有一个较长的开工周期。由于水的汽化潜热大,辐射炉管
6、注水量占原料油处理量的百分比每增加1,延迟焦化装置单位处理量的能耗就要增加42MJ/t。同时焦化炉辐射炉管注水还能造成如下不良后果。(1) 汽油的辛烷值随着注水量增加而下降,不稳定性随注水量增加而增加。(2) 焦炭塔中汽油的线速度随着注水量的增加而提高。油气的雾沫夹带量随着线速度增加而增加。为了保证汽油雾沫夹带量到达工艺规定的值,焦炭塔的空塔高度随着辐射炉管注水量增加而增加,焦炭塔的利用率随着辐射炉管注水量增加而降低。(3) 油气携带焦粒的才能随着线速度的提高而增加,辐射炉管注水量越大,焦炭塔中油气线速度越高,油气带入分馏塔底部的焦粒越多,因而分馏塔底部和分馏塔底部渣油转油线结焦的可能性就越大
7、。(4) 分馏塔的负荷随着辐射炉管注水量的提高而增加。 综上所述可知:辐射炉管注水不但加大了装置的能耗和原料油流过辐射炉管的压降,而且还造成了汽油质量下降,焦炭塔利用率下降,分馏塔负荷增加和底部及转油线结焦的可能性增加等不良妨碍。因而说,辐射炉管注水量的多少是衡量焦化炉技术水平高低的重要标志之一。开发新的注水技术,提高注水效果,减少注水量,是我国开发大型延迟焦化炉的一项重要内容。3、提高热效率 焦化炉是延迟焦化装置的核心设备,它为整个装置提供热量,其能耗占整个延迟焦化装置能耗的75%;在焦化炉热负荷一定的条件下,热效率高就意味燃料耗费少,装置的能耗低,因而,热效率高低也是衡量焦化炉技术水平的标
8、志。把焦化炉的热效率提高到92%是我国开发大型延迟焦化炉的又一项重要内容。4、减缓辐射炉管结焦速率,延长开工周期 由于延迟焦化装置的原料油为重质渣油,比严重、粘度高、临界反响温度低、在加热过程中容易结焦,但又必须在焦化炉内把原料油加热到焦化反响所需的温度。焦化炉辐射炉管结焦是不可防止的。在辐射进料中参加一部分蜡油和向辐射炉管内注软化水都是为了减缓炉管结焦速率。要降低循环比,减少辐射炉管注水量,延长焦化炉的开工周期,减缓炉管结焦速率是先决条件。开发减缓辐射炉管结焦速率技术,是我国开发大型延迟焦化炉的重要内容之一。5、科学地组织辐射室传热5、1焦化原料油热转反响机理 焦化原料油是以碳、氢为主要元素
9、的大分子烃类(饱和烃、芳烃、胶质、沥青质)的混合物。在热转化过程中,有二种主要化学反响:一种是大分子转化成小分子的吸热反响,称作裂化;另一种是小分子转化成大分子的放热反响,称作缩合。而分子大小不变,只变其内部构造的异构化反响和分子量成倍增加的叠合反响,在没有催化剂参加的热转化中是特别少发生的。因而,焦化原料油热转化过程的反响机理,主要是由自由基反响机理来解释断裂的化学现象,和由中间相成焦机理来说明缩合的化学现象。1自由基反响机理 烃类分子内的原子本是借助原子间引力的化学键结合起来的。随着原子结合方式的不同,这种引力的强弱亦有所不同;这就构成大小不等的键能。其中键能小的化学键接受一定的热能后即进
10、展断裂,随后又重新组合成键能较大的化学键;从而产生键能变化,构成吸热或放热反响和新的化合物,所吸热或放热即为反响热。 自由基机理认为:烃类在热反响时,一些易反响分子首先在键能较弱的化学键上断裂成自由基。其中较小的自由基如H、CH3、C2H5等能在短时间内存在;因而可与别的分子碰撞,又生成新的自由基。较大的自由基比拟爽朗而不稳定,只能瞬时存在,并特别快再断裂成烯烃和小的自由基。如此就构成一种连锁反响。反响后的生成物在离开反响系统终止反响时,自由基与自由基又互相结合成烷烃。故断裂的最终结果为生成较反响原料分子要小的烯烃和烷烃;其中也包括气体烯烃。这个过程用自由基化学方程式说明如下: 1、大分子断裂
11、成自由基 C16H34 CH3C15H31 2、小自由基与大分子碰撞 CH3C16H34 CH4C16H33 3、大自由基不稳定,递出小自由基 C15H31 C15H30H C16H33 C16H32H 4、大自由基特别快再断裂 C15H31 C7H14C3H C8H17 C4H8C4H9 C4H9 C6H6CH3 C4H9 C2H4C2H5 5、反响终止时,自由基互相结合 HH H2 CH3H CH4 C2H5CH3 C3H8 C3H7C2H5 C5H12 因而,按自由基反响机理,正构烷烃是最容易断裂成各种小分子烷烃和烯烃的。断裂表如今CH键处时,就生成烯烃和氢气。异构烷烃的断裂与正构烷烃根
12、本一样。带侧链的环烷烃则首先在侧链上发生断裂;其次是环烷环的断裂,生成环烯或二烯烃,但需要更高的温度。带侧链的芳烃,烷基链也发生和烷烃相类似的断裂;但芳环特别巩固,不能断裂。它能构成如H,CH3一样比拟稳定的芳香环自由基。侧链部分断裂成小分子烃的同时,芳香环自由基互相结合成为缩合反响,构成更为稳定的多环芳烃。因而,含有芳烃的渣油在热转化时,裂化和缩合两种反响是同时发生的。由于缩合反响所需的温度比裂化反响所需温度高,在母体温度较低时,渣油的热转化以裂化反响为主,随着温度升高,逐步转化为以缩合反响为主。2中间相成焦机理 中间相成焦机理又称二次生焦机理,是描绘热转化反响液相反响物的缩合过程。在渣油热
13、转化过程中,裂化和缩合两种反响虽是同时发生的,但裂化反响的活化能较低,在温度较低时,裂化反响的反响速度大于缩合反响的反响速度,渣油热转化生成物也主要是裂化反响产物;随着温度的升高和裂化反响深度的增加,缩合反响的反响速度逐步加大,当温度升高到渣油临界温度的下限时,沥青质中的稠环化合物的分子在热力作用下,靠分子极性产生的吸引力互相吸引而平移得以接近,到达稳定的层堆叠合,构成更大的分子.当这种大分子中的碳原子数到达100个,分子量到达1500左右时,便在渣油中构成一种与母体有明显界面的液晶;它既有各向异性的固体特征,又有能流淌、悬浮时呈球状的液体特性,被称作中间相小球体。最初,中间相小球体的球径只有
14、百分之几微米,靠吸收母液中的稠环芳烃分子长大,当长大到外表张力不能维持有最小外表积时,开场互相融并和有序的陈列,构成中间相体(称作第二相)。随着渣油温度的升高和缩合反响深度的增加,中间相体内部的粘度也随之增大,当中间相体内部粘度到达不受外力的妨碍时,中间相体的形状就固定了,成为初级缩合产物(称作碳质沥青质)。在各种溶剂中研究碳质沥青质缩合成焦炭的动力学说明:只有碳质沥青质从溶剂中别离出来后才能发生进一步缩合反响构成焦炭。碳质沥青质能否从溶剂中别离出来,取决于它在溶剂中的浓度和溶剂对碳质沥青质的溶解才能。由于溶剂的物性不同,对碳质沥青质的溶解才能不同,因而碳质沥青质从各种溶剂中别离出来要到达的浓
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