第四章 延迟焦化装置知识讲解

➢ 石油焦的用途不同，对石油焦产品质量的要求也不同。一 级焦用做冶炼钢和铝的工业电极焦，它的质量要求最为严 格；二级焦用做一般电极和绝缘材料，一些主要指标同于 一级焦标准，但是不如一级焦那么严格；三级焦作为冶金 工业的燃料，它的质量要求不高，在一般的延迟焦化工艺 条件下都能生产；等外焦则多用于煅烧和民用燃料，无过 高质量要求，只控制挥发分不大于16％(挥发分与原料的 含盐量有关)。
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延迟焦化是一个成熟的减压渣油加工工艺，多年来一 直作为一种重油深加工手段。近年来随着原油性质变差 (指含硫量增加)、重质燃料油消费的减少和轻质油品需求 的增加，焦化能力增加的趋势很快。
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为3．8％~45％或 以上，比重指数为2.20。
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除焦原理：
由高压水泵输送的高压水， 经过水龙带、钻杆到水力切焦 器的喷嘴，从水力切焦器喷嘴 喷出的高压水形成高压射流， 借高压射流的强大冲击力将石 油焦切割下来，使之与水一起 由塔底流出。
钻杆不断地升降和转动， 直到把焦炭塔内石油焦全部除 净为止。
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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。
➢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。
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➢ 3.原料油和循环油一起从分馏塔底抽出，用热油泵打进加
热炉辐射段，加热到焦化反应所需的温度（500 ℃ 左
右），再通过四通阀由下部进入焦炭塔，进行焦化反应。
➢ 为防止油在炉管内反应结焦，需向炉管内注水，以加大管
内流速（一般为2m/s以上），缩短油在管内的停留时间，
焦炭塔 coke tower
气体 gas
粗汽油 raw gasoline
柴油 diesel oil
蜡油 wax oil
焦碳coke
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三、延迟焦化过程的主要设备
（一）焦炭塔
➢ 焦炭塔是用厚锅炉钢板 制成的空筒，是进行焦 化反应的场所。
➢ 一般焦炭塔的高度在30 米以下为宜。太高则操 作时易产生振动或损坏
塔壁，又浪费钢材。
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➢ 塔的顶部设有除焦口、油气出 口；
➢ 塔侧设有料面指示计口：
延迟焦化的化学反应主要是在 焦炭塔内进行，生成的焦炭也 都积存在此塔内。随着油料的 不断引入，焦层逐渐升高；为 了防止泡沫层冲出塔顶而引起 油气管线及分馏塔的结焦，在 焦炭塔的不同高度位置，装有 能监测焦炭高度的料位计。
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延迟焦化约生产70%的液体产品，其中：
➢ 汽油10%~20%；
➢ 柴油25%~35%；
➢ 裂化原料（蜡油）25%~35%；
➢ 石油气6%~8%；
思考：焦炭是否是由碳 元素形成的单质？
➢ 焦炭（也称石油焦）15%~20%。
焦化所得的气体烃和液体油品中含较多的烯 烃，安定性较差，故往往作为其他装置的原料或 经加氢精制等处理后成为产品。
➢ 柴油 焦化柴油也因其安定性能不好，亦需再次加工才能 使用。可和蜡油混炼作为催化裂化原料，也可作催化加氢 的原料，进一步生产其它优质燃料油。
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➢ 蜡油 焦化蜡油可供其它二次加工装置做原料，很少直接 出厂。亦可和其它渣油调合作为锅炉燃料。
➢ 石油焦 石油焦是焦化装置的独有产品，其数量和质量是 延迟焦化装置的主要控制指标。
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（三）无焰燃烧炉
焦化加热炉是本装 置的核心设备，其作用 是将炉内迅速流动的渣 油加热至500℃左右的 高温。因此，要求炉内 有较高的传热速率以保 证在短时间内给油提供 足够的热量，同时要求 提供均匀的热场，防止 局部过热引起炉管结焦。 为此，延迟焦化通常采 用无焰炉。
注水量约为原料油的2%左右。
Hale Waihona Puke ➢ 进入焦炭塔的高压渣油，需在塔内停留足够时间，以便进
行充分反应。
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➢ 4.原料在焦炭塔内反应生成焦炭聚积在焦炭塔内， 油气从焦炭塔顶出来进入分馏塔，与原料油换热 后，经过分馏得到气体、汽油、柴油和蜡油。塔 底循环油和原料一起再进行焦化反应。
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第二节 工艺流程
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一、焦化反应化学原理
焦化原料油所含烃类的分子很大，并有相当 数量的芳烃。
➢ 1.裂解反应：在高温(400~550℃)条件下，大分 子烃类裂解生成小分子烃类，使渣油转化为气体 烃和轻质油品；
延迟焦化装置的生产工艺分为焦化和除焦两 部分，焦化为连续操作，除焦为间隙操作。由于 工业装置一般设有两个或四个焦炭塔，所以整个 生产过程仍为连续操作。
延迟焦化装置的工艺流程有不同的类型，就 生产规模而言，有一炉两塔（焦炭塔）流程、两 炉四塔流程等。
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四、延迟焦化过程的产品
延迟焦化过程的产品包括气体、汽油、柴油、蜡油和石油焦。
焦化产品的主要性质如下：
➢ 气体 焦化气体中含有20~35%的不饱和烃和30％左右的 甲烷，是化工和制氢的很好原料，也可作为燃料。
➢ 汽油 焦化汽油含有较多的烯轻组分，性能很不安定，辛 烷值也很低，质量较差，不能直接作为商品汽油出厂，必 须经酸碱洗涤再蒸馏，或经过加氢精制，才能作为出厂商 品汽油的调合组分。
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石油焦的质量标准
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第二节 焦炭塔的塔体变形、开裂 及可能产生的腐蚀
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。
➢ 塔底部为锥形，锥体底端为排 焦口，正常生产时用法兰盖封 死，排焦时打开。
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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。
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➢ 延迟焦化装置所产气体、汽油，分别用气体压缩 机和泵送入吸收稳定部分进行分离得到干气及液 化气，并使汽油的蒸汽压合格；柴油需要加氢精 制；蜡油可作为催化裂化原料或燃料油。
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➢ 延迟焦化装置的主要矛盾在于：使用的原料为重 质油，容易结焦，但希望它在焦炭塔中结焦，而 不希望它在加热炉、转油线、焦炭塔馏出线和分 馏塔底等处结焦。这个矛盾解决了，就可以操作 平稳，延长开工周期。
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西南石油大学 （二）水力除焦设备
➢ 焦炭塔是轮换使用的，即当一个塔内焦炭聚结到一定 高度时，通过四通阀将原料切换到另一个焦炭塔．聚 结焦炭的焦炭塔先用蒸汽冷却，然后进行水力除焦。
➢目前的除焦设备都已 采用高压水力除焦法。 ➢除焦用水力除焦法， 即采用11．8MPa高压 水除焦。余下的焦炭落 入焦池，同时用桥式起 重抓斗送到别处存放或 装车外运。
➢2.裂环
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➢ 3.脱氢
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。
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二、工艺流程
➢ 焦化生成的焦炭留在焦炭塔内，通过水力除焦从 塔内排出。
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➢ 焦炭塔是两台一组。 ➢ 每套延迟焦化装置中有的是一组(两台)，有的是
两组(四台)焦炭塔。 ➢ 两组塔既可单独操作，又可并联操作，在每组塔