延迟焦化技术进展和新技术应用张国伟（辽宁石油化工大学抚顺113001）摘要：21 世纪加工重质原油是中国炼油工业调整原油结构、提高经济效益和提升竞争力的重要战略步骤;。

世界范围内原油重质化和劣质化速度增加快，而对轻质油产品的需求增大，延迟焦化技术因其设备投资少、工艺简单和技术成熟等特点，日益受到重视，成为近年来一个新的研究热点。

综述了分析了当前延迟焦化工艺发展的格局和所处的环境，提出了当前延迟焦化工艺进展主要集中在大型化、灵活性、操作性、安全性以及工艺设计改进。

并介绍了延迟焦化工艺的经济性以及与装置及操作条件优化。

关键字：延迟焦化技术改造技术进展装置条件优化1 前言21世纪中国炼油工业将面临发展和风险共存的局面。

不断增长的油品需求以及为石油化工提供原料的需求将决定中国炼油工业在新世纪内有一定的发展速度, 但是受石油资源等因素的限制也决定了中国炼油工业将同时面临巨大风险【1】。

假如说,20 世纪80、90 年代中国炼油工业在含硫原油加工方面有重大突破的话, 那么21 世纪中国炼油工业的重要发展方向之一就是要大力发展重质(超重质)原油的加工, 这是规避石油资源风险的一个重要措施。

延迟焦化技术因其设备投资少、工艺简单和技术成熟等特点，日益受到重视，延迟焦化工艺是焦炭化过程(简称焦化)主要的工业化形式，是重油加工的重要手段。

由于延迟焦化工艺技术简单，投资及操作费用低和经济效益好等特点，世界上85％以上的焦化处理装置都采用延迟焦化工艺(目前中国只有延迟焦化)。

随着原油性能变差(含硫量增加)[2]，延迟焦化也日益受到重视。

据1998年统计，全世界的焦化总能力已经达184 Mt·a ，相当于原油加工能力的5％，其中延迟焦化占83．5％，灵活焦化和流化焦化分别占10．91％和13．77％。

美国是全世界焦化能力最大的国家，其能力占全世界一半以上，中国2004年焦化能力达到40．60 Mt·/a焦化能力／原油加工能力为16.5％，仅次于美国。

2 延迟焦化原料产品及反应机理和特征2．2 灵活性延迟焦化装置的灵活性表现在延迟焦化的工艺技术有能力去应对原料、产品、产率和质量的变化。

有能力应对下游加工装置(馏分油加氢处理、催化裂化和加氢裂化)的原料、流率、产品和质量的变化。

2.2. 原料延迟焦化装置目前已能处理包括直馏(减粘、加氢裂化)渣油、裂解焦油和循环油、焦油砂、沥青、脱沥青焦油、澄清油、以及煤的衍生物、催化裂化油浆，炼厂污油(泥)等60余种原料。

处理原料油的康氏残炭质量分数为3．8％～45％或以上，重度2～20。

API。

因此，焦化装置是目前炼厂实现渣油零排放的重要装置之一。

随着烃类合成液体燃料和合成原油技术的开发，也多用延迟焦化工艺进行改质。

最近委内瑞拉就利用延迟焦化工艺和加氢处理工艺对Orinoco的原油进行改质，生产重度为16～32。

API，硫质量分数小于0．1％的合成油。

2.2 产品延迟焦化工艺的产品种类和产率都可以通过调节操作参数进行调整。

在产率中，中间馏分油质量产率占总产率的30％～65％左右，在当今多产中间馏分油需求下显得尤为重要，延迟装置典型产率见表1。

2.3 反应机理焦化过程是重质渣油深度裂化和缩合反应的综合过程，渣油的热反应可以用自由基链反应机理来解释。

即：链的引发、链的增长和链的终止。

一般认为，环烷烃环上的C-C键加热条件下会断裂生成小分子烯烃，还可能发生脱氢反应生成环烯烃直至芳香烃，最后缩合反应生成环数更多的芳烃，甚至成为焦炭。

反应特征渣油热反应比单体烃更明显地表现出平行一顺序特征，随着反应深度的增大，反应产物的分布也在发生变化。

2.4 技术进展2.4.1 装置规模和焦炭塔大型化装置规模大型化是提高劳动生产率、降低生产成本和增加经济效益的重要手段。

2003年，印度诚工业公司炼油厂焦化加工能力6．73 Mt/a，我国大型的延迟焦化装置也在兴建和扩建中。

目前我国最大的延迟焦化装置分别于2002年9月和2003年l0月在中国石化上海高分公司炼油厂和中国石化胜利炼油厂投产，处理量达到1．40 Mt/a，虽然装置大型化具有优势，但装置规模由炼油厂类型、渣油资源、产品去向和市场(尤其是焦炭市场)等因素决定。

美国Lummus[3]认为，延迟焦化装置典型的规模为7．5～2．75 Mt/a，现在标准的焦炭塔直径为8．2～8．5 1TI，直径为9．4 ITI的焦炭塔也投入应用。

采用较大的焦炭塔可减少炼油厂焦炭塔数目，但其寿命受到限制。

Lummus公司认为，合适的焦炭塔直径为8．2～8．5 m。

２.4.２发展大型延迟焦化的配套设备[4]（一）加热炉加热炉是延迟焦化装置核心设备之一，其运行状况的好坏直接影响产品分布和装置的长周期运行。

最新延迟焦化装置采用双辐射室四管程双面辐射立式炉型，多点注汽、在线清焦技术，并采用热管空气预热器预热空气。

不但防止了高温重油在加热炉管内结焦，而且提高了加热炉热效率。

兰州石化公司炼油厂120万t/a延迟焦化装置如表2所示，装置从2005年6月开工至2006年4月，加热炉运行正常，原料油在加热炉进出口的压降无较大变化。

对加热炉改造主要注意一下一些方面：1 降低加热炉自身散热损失为减少加热炉自身散热损失，在加热炉炉墙外表面抹保温灰；弯头箱与对流室门内隔热塞硅酸铝，既防止“漏风”，又使外壁温度不会因为温度过高而造成大量热损失，进而提高加热炉的热效率。

通过检测对比，炉子外壁温度由原来的平均85℃降到55℃左右，有效地降低了炉子外壁的散热损失。

2 对空气预热器进行改造焦化炉余热回收系统一般由空气预热器、风机、吸风口及烟风道组成，根据空气预热器布置位置可分为上置式和下置式两种方案,示意见图3。

装置以前的空气预热器采用的是上置式的方案，缺点是加热炉炉顶结构复杂，空气预热器及附属设备维护难度大，当回收系统内设备出现故障需进行维修时加热炉必须停工，不太适用于大型焦化炉的热量回收。

所以这次技术改造就采用了下置式方案。

下置式方案将空气预热器设置在地面，出对流室热烟气经下行热烟道进入空气预热器与空气换热，出预热器的冷烟气由引风机经冷烟道排入炉顶烟囱或位于地面的独立烟囱，空气则由鼓风机送入空气预热器与烟气换热，而后经热风道至燃烧器供燃烧使用。

由于空气预热器内空气及烟气侧阻力均可以由风机来克服（一般可选择1～2 kPa），因此烟气侧阻力不受到烟囱抽力的限制，烟气及空气侧均可以选择较大的设计流速，从而强化了传热，减少了空气预热器的传热面积及设备投资，而且空气预热器的吸热量也不会受到限制。

该种方案的优点是操作灵活，设备维修方便，焦化炉可独立操作而不受回收系统限制。

3 在炉膛陶纤衬里外表面喷涂HT-1 耐高温辐射涂料。

它能改变辐射能谱分布，强化辐射传热，从而起到节能及降低炉膛温度的目的。

同时它具有耐气流冲刷、抗热震性能和保护炉衬的粉化冲刷，从而延长炉衬的使用寿命。

在辐射管外壁喷吸热涂料，有利于提高炉管的传热系数，增大炉管的表面热强度。

在同等负荷下能最大限度地降低管壁温度，对加热炉的热效率提高大有裨益。

为进一步提高加热炉热效率，在空气预热器上增加一台ESW 激波吹灰器，对预热器的翅片管束进行清除积灰。

（二）焦炭塔焦炭塔为延迟焦化装置的主要反应设备，焦炭塔设计在不增加焦炭塔法兰面高度的条件下尽量增加切线高度，该高度增加后，不但提高了焦炭塔容积，正常生产中空高增高，而且更重要的是减少了进分馏塔油气中焦粉的携带量。

分馏塔底过滤器设计两组，开工近1年来，仅投用一组，另一组仍为备用状态，说明该设计的合理性。

（三）注急冷油技术焦炭塔顶到分馏塔的大油气管线采用注急冷油（中段油）技术。

该技术实施后，焦炭塔顶温度一般控制在420 ℃以下，从装置运行近一年的结果看焦炭塔压差不到0.01 Mpa，说明大油气线结焦情况不严重。

3 优化操作条件3．1 反应温度延迟焦化的反应温度由加热炉出口温度控制。

当压力和循环比一定时，相对于新鲜原料，温度每增加5．6℃，柴油收率增加1．1％。

但反应温度过高，焦炭变硬，给除焦带来困难，炉管结焦趋势变大，开工周期缩短。

因此，要根据装置的特点进行优化。

3.2 反应压力一般认为，焦炭塔压力每降低0．05 MPa，液体体积收率增加1．3％，焦炭产率下降l％，延迟焦化通常采用低压操作。

Lummus公司的设计是通过控制炭塔顶压力，从而达到低压操作。

一般将压缩机入口处压力设定为7～14 kPa(表压)，焦炭塔典型低压操作的压力为105 kPa(表压)。

3.3 循环比延迟焦化工艺的发展方向是追求最大液收和最小焦炭产率，通过降低循环比可以达到。

目前，国内延迟焦化装置循环比较高(约0．4)。

国外循环比为0．05-0．25，单程焦化工艺循环比甚至为零。

可灵活调节循环比工艺流程是由中国石化洛阳石化工程公司开发的专利技术[5]。

循环比调节灵活，可实现低循环比。

当降低循环比操作后，部分或全部焦化重蜡油出装置再加工，从而扩大了延迟焦化装置的处理能力，装置的操作弹性较大。

孙在春等[6]考察了循环比对胜利渣油焦化行为的影响，发现生焦率随循环比的提高而增加。

为降低焦炭产率，提高液体油品收率和增加装置的处理能力，应采用低循环比操作。

施昌智等[7]认为，较小的循环比，主要增加了焦化蜡油的收率，而焦化蜡油的质量较差，给后续加工带来很大困难。

提出了在普通延迟焦化装置的基础上，增加焦化蜡油补入原料系统的设施，在焦炭塔操作周期后期的一段时间内，通过切换焦化蜡油为装置原料来提高加热炉出口温度，实现焦化蜡油深度热裂化，达到大幅度降低焦化蜡油收率的目的。

该技术与循环比为0．8的普通延迟焦化相比，更有效地降低了焦化蜡油收率。

2.4 焦炭塔消泡剂的应用Ｎａｌｃｏ化学公司[加]在1971年提出了用粘度≥l 500 cm2·s－１的聚二甲基硅氧烷作为焦化塔消泡剂。

硅氧烷聚合物可以减少焦化塔内泡沫的表面张力从而导致破泡，因而20世纪7O年代以来，以聚二甲基硅氧烷为代表的含硅聚合物在延迟焦化的焦化塔消泡中得到广泛应用。

中国石化石油化工科学研究院也研制开发CDF-10系列焦化消泡剂以及相关的注入技术。

中型试验及工业试验应用结果表明，该产品的消泡性能己达到国外同类产品水平。

该产品及其配套技术已在中国石化镇海炼化公司和中国石化高桥石化公司焦化装置上相继使用，效果良好。

3．5 加热炉阻焦剂的应用中国石油辽宁石化分公司与中国石化洛阳石化工程公司炼制研究所共同合作，进行CAF-1型阻焦剂工业应用试验。

工业应用结果表明，加热炉运行周期由原来的101天延长至171天，每年获经济效益约200万美元。

3.6 延迟焦化组合工艺李家栋等[8]比较了延迟焦化与催化裂化的经济性，发现延迟焦化无论在经济效益还是工艺的可行性方面，仍起着催化裂化不可替代的作用。