延迟焦化技术方案对比-COP和FW教材

Petrochina/PDVSA Guangdong Petrochemical
20 MMTPA Refinery Project
中委广东石化2000万吨/年重油加工工程
560万吨/年延迟焦化装置
引进工艺包技术总结
华东设计院
广东石化公司
2010.4
延迟焦化技术方案对比分析
一、装置特点
即将建设的广东石化公司延迟焦化装置，规模560万吨/年，是目前国内拟建、在建和建成投产的延迟焦化装置中，加工规模最大、原料性质最差、操作周期最频繁。

面对加工的劣质原料，国内没有大规模加工经验，选择一个适合的延迟焦化工艺技术，一定程度上决定了装置能否实现安全运行、良好运行、长周期运行的目标，所以本套延迟焦化装置引进国外有加工委油成熟经验延迟焦化工艺包。

从三月六日到三月十八日在北京分别与COP、FW公司进行了揭阳560万吨/年延迟焦化装置引进工艺包的技术澄清会，并对其技术附件进行了多次确认后，在四月初签署技术附件，完成了技术谈判，现在正处于商务报价阶段。

装置处理量为560万吨/年，年开工时间8400h，生焦周期18h，设计循环比为0.2，操作弹性为60%~110%。

在处理量不变的情况下，操作循环比可在0～0.2范围内调整。

当处理量为110%上限操作时，循环比仍能保持0.2不变；下限60%操作时，循环比仍保持0.2。

本次延迟焦化技术工艺包谈判包括二个专利商，分别为COP、FW，下面就二个技术供应商的技术特点进行如下对比分析。

二、技术对比
广东石化公司延迟焦化装置的原料性质：
1、近5年业绩对比
表-1 技术供应商延迟焦化经验
对比项目COP FW
近5年技术提供（套） 17. 51.
加工委油的装置（套） 2 6
单套最大规模万吨/年1,440.00 875.00
国内经验- 1
从表-1可以看出，FW公司近5年在延迟焦化领域的技术服务要多与COP；在加工委油的经验上FW处于明显的优势；COP公司拥有自己的延迟焦化装置中加工委油减渣的经验；国内目前为止，唯一引进国外工艺包的是惠州焦化，采用的是FW技术。

特别指出的是在美国德克萨斯州的康菲石油Sweeny 炼油厂的延迟焦化装置（Sweeny 焦化装置）, 其设计基础是100%的Merey 减压渣油。

Sweeny 炼油厂扩建项目是菲利普斯（Phillips）和委内瑞拉国家石油公司（PdVSA）的合资企业。

Sweeny 炼油厂扩建项目包括增加一套减压和延迟焦化装置以及其它一些装置和设施。

在开工后的几
年里，Sweeny 焦化装置加工处理100%或近乎100%的Merey 原油减压渣油。

康菲石油公司拥有Sweeny 焦化装置加工处理100%Merey 减压渣油的操作数据、研发数据、试运行数据、原始及扩建设计数据。

下面是COP公司加工委油减渣的Sweeny炼厂的设计和操作数据：
最高焦层离上切线的距离为 4.6m，上切线距油气出口法兰为4.0m，空高很小。

石油焦性质：C 90.2%，H 3.6%， S 4.4% N 1.8% HHN（高热值）35.3MJ/kg。

由于委油减渣的粘度比较大，FW也认为委油减渣进装置的温度应在230℃以上，最低不要低于210℃。

2、供应商技术优势
表-2 技术优势对比
技术优势项目COP FW SEI
零循环比有有有加热炉专有技术有有
焦炭塔长寿命设计有有
焦炭塔顺控系统有有开放式的平台管道布局有
特殊的管线阀门布局减小结焦有
固定倾斜墙和焦坑设计有
重质油冲洗系统有
馏分油循环有
从表-2中可以看出，三家技术供应商各自有各自的特点。

做为
延迟焦化装置来说，加热炉和焦炭塔区域的技术水平，对装置的安全平稳运行举足轻重。

（1）加热炉技术。

FW公司拥有专有加热炉设备，目前国内引进的工艺包为FW公司的技术。

通过对惠州延迟焦化装置的调研了解到，目前惠州的FW专有技术加热炉真正实现了加热炉的在线清焦，而且已经成功进行了三次，为装置的长周期生产奠定了基础。

（2）焦炭塔顺控技术。

焦化装置焦炭塔换塔操作是影响焦化安全生产的最重要的一个必要的操作过程，尤其是三炉六塔18小时生焦的设计，每天要进行四次换塔操作，开关100余次大小阀门，这样频繁的改动流程对安全生产带来的威胁是很大的，这也是延迟焦化装置生产的难度之所在。

焦炭塔顺控系统的存在，能大大降低因焦炭塔频繁操作导致误操作的可能性，为提高焦化装置的安全系数提供了保障。

(3)COP独特的焦坑设计
这种设计，加大了溜槽的倾斜角度，使除焦时下焦更加顺畅，除焦作业时，最大限度的减少石油焦堵塞溜槽造成堵焦的可能。

（4）FW、COP原料、分馏流程的主要区别
上图为COP的分馏塔底设计，渣油经过换热后进入分馏塔。

分馏塔上重蜡集油槽可以将重蜡油抽出，理论上达到循环油与渣油在分馏塔底不接触。

SEI的设计与COP类似。

FW设计与上述不同，渣油换热后不进分馏塔，而是进入单独设计的辐射进料缓冲罐，循环油（重蜡油）自分馏塔底抽出后，一路作为循环油进入辐射进料缓冲罐，作为可调整的循环油量；另一路出装置。

这种流程设计使循环比调整的灵活性大大提高，零循环比的实现可能性高于上述两者。

三、设计深度
表-3 设计深度对比表
COP FW SEI 是否提供全部的仪表数据表少部分全部全部仪表回路工艺描述部分全部全部
链锁逻辑图提供提供提供主要管线应力布置单线图不能有偿提供不提供焦炭塔详细设计不能有能力有能力
从表-3中可以看出，COP的工程能力较FW薄弱，所以提供的PDP 对单体院转化来说，困难较大，可靠性降低。

四、整体流程设计
表-4 主要流程设计的不同点
COP FW
对分馏塔及后冷结盐设计考虑无有
开工大循环的流程流程不清晰流程不清晰
污泥回炼流程没考虑考虑
冷焦水除焦水流程一个系统一个系统
加热炉注汽注水注汽注冷凝水
广东石化延迟焦化原料中，盐的含量很高。

电脱盐后的减压渣油中，理想状态是钠盐不超过15ppm，实际上包括其他的盐类在内的盐含量会较高。

焦化装置进料盐含量高主要有两个危害：一是钠盐会加速加热炉炉管的结焦速度，使加热炉的生产周期缩短；二是造成分馏塔和分馏塔顶空冷结盐，如果处理不当，会造成分馏塔塔盘或空冷器的堵塞，威胁装置的安全运行。

FW在针对广东焦化原料的特有性质，在分馏塔上设计了专用于冲洗塔盘的水洗积液罐，便于分馏塔结盐时的洗盐操作；同时在分馏塔顶空冷的入口处设计了一个酸性水的水洗流程，可以最大限度的抑制空冷管束里结盐的发生。

开工大循环流程，二个技术供应商都采用了新式的循环流程，消除了国内焦化开工循环流程的弊端，流程简化而适用。

开工时建立装置大循环为：分馏塔→加热炉进料泵→加热炉→四通阀→大油气线→分馏塔，甩开焦炭塔，待引进蜡油加热炉出口温度达到350℃时打开焦炭塔顶油气线上的切断阀，利用油气给焦炭塔预热。

污泥回炼流程，FW明确给出了回炼流程。

COP表示能够实现污泥回炼。

但三个专利商都表示，污泥回炼对焦化的生产会带来负面影响，均建议不宜采用焦化装置来回炼污泥。

冷焦水和切焦水部分，二个专利商均提出的是冷焦水和切焦水处理为一套系统，即冷焦放水和切焦水均先进入焦池，经过逐级沉降和过滤后由泵提升到储水罐，冷焦水和切焦水均自该罐抽出，储水罐的焦粉经过搅拌可以自压到焦池。

该流程简化，简单适用，取消了冷焦水放水罐的设计，给生产管理带来方便。

FW在国内和国外、COP在国外，对于各种焦化原料均采用此方案，均称完全可以达到环境保护要求。

主要是通过以下三个措施实现冷焦水少带甚至不带油和含硫物质：1)提高反应温度，增加反应深度，使得焦化油中的硫组份充分分解。

2)改进极冷油的注入方式，避免极冷油进入泡沫层，降低泡沫层的局部温度，生成粘焦。

3）冷焦时逐步加大给水量，采用泡焦冷焦工艺，增加了对焦炭的汽提效果。

加热炉注水注汽方式上，FW提出的观点是注水和注汽对提高炉管内油品流速和降低油品分压的作用没有差别，但在线清焦操作上，选择注水要比注汽效果明显，较大的温差会是炉管上结焦的剥离效果明显。

COP的技术方案选择的注汽，在线清焦温差较小。

五、加热炉设计
FW加热炉 COP加热炉从上图可以看出，COP改进后的加热炉为一室两管程，这种设计的优点在于其可以节省投资。

FW设计的加热炉为一室一管程，相比之下投资较多。

但从实现在线清焦的灵活程度上，COP很难实现单个管程的在线清焦，因为一室内在无法很好控制单个管程的温度变化和另一管程的正常恒定温度；而FW加热炉设计方式容易实现单一管程的在线清焦的变温控制。

从热场分布上来看，COP加热炉主要靠明火的辐射热来加热炉油品，热场分布不均匀；而FW的加热炉主要靠火焰和炉墙的反射辐射热来加热炉油品，热场分布均匀。

从安全性上来看，COP加热炉出现火焰直接燎炉管的情况大，FW加热炉火焰对炉管直接的威胁较小，所以FW加热炉的安全性相对较高。

目前，在国内真正实现在线清焦的只有FW技术的惠州炼油分公司的延迟焦化装置，先后进行了三次在线清焦。

而国内其他焦化装置加热炉，大多没有实现，个别的曾经进行过在线清焦操作，但深度不够，效果不明显。

操作便利上，通过对惠州焦化装置现场的调研，FW设计的加热
炉操作便利性好，燃烧器燃料阀门和风道挡板设置在地平面上，一个人可以实现点火和调整火焰操作；COP和国内炉型，燃烧器燃料阀门和风门设置在两层平台，且燃烧器布置位置高，在点火和调整火焰作业时需两人配合，操作不便利。

表焦化加热炉技术方案对比
六、主要参数
表-5 主要操作数据对比
项目COP FW
加热炉出口温度，℃500 493-506
循环比0-0.2 0-0.2
操作压力，MPa（a）0.1 0.1
生焦周期，h 18 18
从表-5可以看出，二家技术供应商的循环比和操作压力基本一致，没有什么差别。

但反应温度差别较大，针对广东石化公司的原料性质，二个技术供应商中。

COP和FW的反应温度相对适合，在保证反应温度的同时能最大程度避免弹丸焦的生成。

七、能耗情况对比
能耗项目FW COP
加热炉燃料 MW 173 45.8×3
加热炉燃料 kg/h 31140 21072.14
耗电量 KW 12566 13449
低压蒸汽产出量 kg/h 12639
中压蒸汽产出量 kg/h 17808 21226
高压蒸汽消耗量 kg/h 42571 45004
锅炉给水消耗 kg/h 50733 54351
凝液量 kg/h 35054 40922
冷却水 t/h 4276
1299
由于技术供应商提供的能耗不全面，所以暂时无法全面对各自的能耗情况进行对比。

但从目前数据上看，COP加热炉设计热负荷比FW
低42MW，COP高压蒸汽耗量要明显高于FW。

八、装置性能保证
表-7 装置性能保证值对比表
性能保证COP FW
装置长周期无保证无保证
加热炉运行周期无保证保证2年
HCGO沥青质 ppm ≯500 ≯200
HCGO残炭 w% ≤0.5 ≤0.5
HCGO中Ni+V ppm ≯2 ≯1 LPG游离水0 0
LPG C2- V/V ＜3% ＜3%
LPG C5+ V/V ＜2% ＜2% 干气 C3 ＜2% PLG中C3回收率
95%以上石油焦挥发分＜12% ＜12%
HHCGO焦粉含量过滤前含量小于
800ppm 过滤前的含量小于800ppm
加热炉热效率91% 九、工艺技术方案比较
1 加热炉和焦炭塔的系
列数三炉六塔方案三炉六塔方案（三个系列）（三个系列）
2 分馏塔系统工艺流程未设顶循和中段未设顶循和中段
·回流取热方案蜡油上下回流、柴
油上下回流和塔顶
冷回流蜡油上下回流、柴油上下回流和塔顶
冷回流
·分馏塔塔板数
·产品汽提塔的设置设柴油、蜡油汽提
塔设柴油、蜡油汽提塔，盐洗罐
·原料换热流程经柴油、蜡油换热
后进入分馏塔经柴油、蜡油换热后进入缓冲罐
·塔底换热洗涤段的
设置
原料和油气不换
热，采用重蜡油下
回流洗涤的工艺技
术。

原料和油气不换
热，采用重蜡油下
回流洗涤的工艺技
术。

3 加热炉的注汽或注水
流程
三点注高压蒸汽三点注高压冷凝水
4 加热炉对流段设置只加热渣油和蒸汽只加热渣油和蒸汽
5 焦炭塔注急冷油工艺放空塔底油高温蜡油注入
放空塔底油
6 焦炭塔甩油工艺流程无甩油罐设立式甩油罐和离
心式甩油泵
7 焦炭塔是否注消泡剂采用注消泡剂技术采用注消泡剂技术
8 压缩机部分流程无无
9 吸收稳定部分
·工艺流程四塔吸收流程
吸收和脱吸塔重叠
四塔吸收流程吸收和脱吸塔重叠
·技术特点设脱吸塔底重沸器
和稳定塔底重沸
器，中压蒸汽做热
源
设脱吸塔底重沸器
和稳定塔底重沸
器，中压蒸汽做热
源
续表
序号项目COP FW
10 吹汽放空系
统工艺
塔底设蒸汽加热器
塔底油采用空冷冷却
甩油进入放空塔
塔底设蒸汽加热器
塔底油采用空冷冷却
甩油进入放空塔
11 冷、切焦水系
统工艺冷、切焦水合并在一
起处理的工艺流程.
冷、切焦水合并在一
起处理的工艺流程.
12 贮焦池和焦
炭运输
敞开式焦池
设皮带运输机
敞开式焦池
设皮带运输机
焦炭塔除焦自动卸盖机自动卸盖机13 焦化原料预
处理方案
未设置未设置
14 产品收率比
较
见附表1 见附表1 ·设计循环比0-0.2 0-0.2 ·气体
·液化气
·C5－C6
·石脑油见附表2 见附表2
·柴油见附表3 见附表3
·蜡油见附表4 见附表4
·重蜡油见附表5 见附表5
·石油焦见附表6 见附表6 15 产品质量比
较
46～200℃54～200℃·石脑油：馏
程范围
200～360℃200～360℃·焦化柴油：
馏程范围
360～500℃360～500℃·焦化轻蜡
油：馏程范围
沥青质,wppm 350
NI + V, wppm 1
残炭, wt% ＜0.5 ＜0.5
500+℃500+℃·焦化重蜡
油：馏程范围
残炭wt% 14 7.5（20%未出）续表
序号项目COP FW
17 主要操作条件
·循环比0～0.2 0～0.2
·生焦周期18hr 18hr
·焦炭塔顶压力0.1MPa 0.1MPa
500℃未论述（无）·加热炉出口温
度
·焦炭塔顶温度
18 化学药剂
·消泡剂320L/d 31t/y
·缓蚀剂未论述
·破乳剂未论述
19 操作性能
·弹性60%~110% 60%~110%
2年（用FW炉）·加热炉运转周
期
·装置寿命20年20年
附表1 物料平衡对比表
注1：循环比0.1+0.1表示0.1的自然循环比和0.1的馏份油循环。

附表2石脑油的性质
附表3 柴油（LCGO）的性质
附表4轻蜡油（HCGO）的性质
附表5重蜡油（HCGO）的性质
附表6 焦炭的性质
十、主要设备比较
表-8 主要设备对比表
序号项目COP FW
1 焦化加热炉
·热负荷MW 45.8×3 173
·双面辐射是是
·在线清焦是是
·多点注汽是是·炉管规格及材质Gr9Mo Gr9Mo
·热效率（％）90（FW）
·空气预热器有有
·运转周期（年）未保证2（FW）
·热强度(kcal/h.m2) 未论述（无）未论述（无）
2 焦炭塔
·规格尺寸mm φ9400×
25200(T/T) φ9800×35400（Flg/
Flg）
·设计压力MPa(g) 0.41 ·设计温度℃468
·材质 1.25Gr0.5Mo+410S 1.25Gr0.5Mo+410S 3 分馏塔
·规格尺寸mm φ7925×44501 φ8400×36600
·板间距mm 未论述（无）·设计压力MPa(g) 0.34 ·设计温度℃顶部:236 ·材质CS+410S
·塔板
4 吹汽放空塔
·设计压力MPa 0.34
·设计温度℃468
·材质CS+410S
·塔板未论述（无）
5 柴油汽提塔φ2000×6100
6 蜡油汽提塔φ2000×6100
7 换热器总面积m2未论述（无）
8 空冷器总面积m2未论述（无）
9 甩油罐φ2700×6000
10 分馏塔顶分液罐φ5500×16500
11 辐射进料缓冲罐φ5000×15000
12 放空塔顶罐φ3000×13700
12 冷焦水罐、切焦水罐1台，φ13700×26800
13 机泵的总台数39台（辐射两开一备）
14 压缩机
十一、控制系统对比表
表-9 控制系统对比表
序号项目COP FW
1 装置仪表控制DCS DCS
2 装置操作控制优化未论述（无）未论述（无）
3 加热炉系统控制联锁ESD ESD
4 焦炭塔顶／底盖拆卸自动卸盖机自动卸盖机
5 水力除焦控制安全联锁安全联锁
6 冷、切焦水系统自动化自动化
7 压缩机系统控制ESD ESD
8 安全阀放空未论述（无）未论述（无）
9 焦炭塔料面中子料位计中子料位计
十二、安全措施比较
表-10 安全措施对比表
序号项目COP FW
1 除焦操作
·高压水安全联锁，运程控
制盘安全联锁，运程控制
盘
·自动顶底盖远
程控制
有有
·钻具脱落自动抓焦器
·切焦人员环境声光报警器
·切焦操作间通风
2 防止切焦时热
油进塔
安全联锁
3 防止冷焦溢流
水进分馏塔
安全联锁
4 焦炭塔安全阀
放空
去分馏塔去分馏塔
5 H2S泄漏安装检测报警器安装检测报警器
6 加热炉操作安
全措施
·加热炉急停安全联锁ESD 安全联锁ESD ·着火吹入蒸汽吹入蒸汽
7 设备保护安全阀安全阀
8 火灾着火保护和报警系
统
着火保护和报警系统
9 最大泄放量252.5t/h
十三、环境污染及保护
表-11 环境污染及保护对比表
序号项目COP FW
1 含硫污水
·流量 m3/h 74.363
·组成 H2S ppm 8790
NH3 ppm 4433
酚 ppm 700
CN ppm 35
COD mg/l
PH
·去向酸性水汽提酸性水汽提
2 污油(不含水) 装置回炼或送出装置回炼或送出
3 切焦污水,冷焦污水装置内回用装置内回用
4 含水污油去装置外去装置外
5 甩油和吹扫污油去放空塔脱水再
回炼去放空塔脱水再
回炼
6 含油污水去装置外去装置外
7 放空塔顶废气去向压缩机压缩机
低Nox火嘴低Nox火嘴
在线清焦在线清焦9 切焦塔项气体直排直排
10 冷、切焦水焦粉重力分离后去焦
池重力分离后去焦
池
11 焦场围护未考虑未考虑
十四、技术特点
1）COP ThruPlus®延迟焦化技术的一些特点包括：
·专利和专有工艺–可达到行业内最低焦炭产率和最高液体收率；专有的焦炭产率预测模型–基于小试和中试数据以及工业装置运行数据的专有经验模型，用于对各种各样的原料进行焦炭产率预测；专有的焦化加热炉设计–进行苛刻的管-管的管条件模拟使得加热炉设计可以最大化其运行时间；
专有的焦炭处理系统–倾斜的混凝土墙和坑/池布置可以防止焦炭跌落或爆出，并降低焦炭塔框架结构的成本投入和维护成本；
焦化能力最大化–短生焦操作周期和超大焦炭塔径方面的经验可使以最小化的成本投入，实现处理量和焦炭生产的最大化；
专有的焦炭塔设计方法–长期的焦炭塔设计、制造、运行、检查和维护经验使得我们可以设计出防膨胀和开裂的皮实的焦炭塔。

更安全的焦炭塔框架结构管道排布–简化的操作框架平台管道布置便捷了操作中的交流并提高了安全度。

专有的放空系统–环保清洁又无故障操作。

2)FW SYDECSM 的技术优势
有效的利用较低的焦化反应压力和设计需要的循环比，获取最大量的液相产品。

这包括焦炭塔塔顶设计及操作压力15 psig，同时采用低循环比。

焦化燃料油零循环
运用计算机对分馏塔设计，操作及运行测试进行模拟，使得我们的技术拥有更有效的方式预测详细蒸馏过程，使我们的设计更为紧凑和经济。

我们对延迟焦化加热炉进行了全面工艺设计，热量核算以及设备规格的详细说明，并由我们的加热炉部门制定了有关延迟焦化加热炉的工
业标准。

对焦炭塔管道的合理布置使得管线及阀门结焦降到最低，并使得焦炭塔切换、蒸汽吹扫、冷却和预热一系列操作更为便捷。

同时，我们还在塔顶气相管线中注入瓦斯油，进一步降低结焦。

详细设计并建造目前水力切焦极限下最大能力的焦炭塔。

我们已经为CNOOC 设计并建造了世界上最大的焦炭塔，其直径为32 ft。

对焦炭塔进行更为深入细致的应力分析，消除机械上的问题，延长了焦炭塔的使用寿命。

冶金专家组从专业的角度审核了包括我们和其他公司设计的焦化装置。

这份详细的分类信息赋予我们全面的背景参考资料，从而保证我们在材料运用上作出合理的正确的选择。

我们在许多不同类型的基础上设计并建造焦炭塔的支撑框架以及焦炭
池，其中包括回填料、桩基及沉箱。

我们已经设计出世界上最高的延迟
焦化装置框架结构。

对于特殊的环保考虑，我们开发了泥浆型焦炭全封闭处理系统。

开发了双燃烧管加热炉技术。

改进了焦炭塔塔顶管线设计以及减少焦炭沉积的操作技术，同时保持在较低循环比下操作，提供最大化在线操作时间。

运用特殊的合金使得焦化炉使用寿命更长。

采用先进的控制急冷焦炭塔的专利技术，并限制焦炭塔应力变化范围。

设计并提供水力清焦系统吊装设备及旋转接头。

开发了专有的焦化生产程序及其物性生成程序。