焦化装置的主要设备

焦化装置的主要设备

1.概述

延迟焦化装置的主要设备有加热炉、焦炭塔、分馏塔、放空塔、加热炉进料泵、水力除焦机械等，其中加热炉被认为是焦化装置的关键设备，而焦炭塔则是焦化装置的核心设备。因为焦炭塔是焦化装置的反应器，加热炉、分馏塔、放空系统、冷切焦水处理系统、水力除焦系统等的设计均与之有关。虽然焦炭塔是一个空筒设备，但它的设计涉及到几乎全装置的工艺过程，因此在焦炭塔的工艺设计不仅要考虑焦炭塔的规格尺寸设计，还应考虑与之相关系统的设计。

2.焦炭塔直径和高度的确定

焦炭塔的直径和高度主要取决于装置的处理量、原料性质、操作温度、操作压力和循环比。装置的处理量是决定焦炭塔大小的主要参数，焦炭塔的单塔处理量越大，要求的焦炭塔直径越大，这主要是由焦炭塔塔内的允许气速决定的。原料进入焦炭塔，在塔内适宜的压力、温度和停留时间的条件下发生裂解和缩合反应，裂解反应产生气体及轻质及中质油品，缩合反应生成焦炭并停留在塔内。在焦炭层以上为主要反应区，即泡沫层。泡沫层分轻相泡沫及重相泡沫，轻相泡沫在上部，其密度约为30～100kg/m3，重相泡沫在焦层以上，其密度约为100～700kg/m3，泡沫层温度一般为460～480℃。热态的焦炭层高度一般高于冷态的焦炭高度。随着原料的不断进入，产生的焦炭量增加，焦炭层高度增加，泡沫层也随之连续升高。

由于泡沫层为反应区，一般不希望泡沫被油气夹带到焦炭塔出口的油气管线和分馏塔，导致管线结焦和分馏塔内结焦影响正常操作和产品质量，因此应考虑焦炭塔内油气的适宜气速，适宜气速应该是泡沫夹带的临界气速乘上一个安全系数。据资料报导，国外在焦炭塔内不注入消泡剂时，设计焦炭塔内油气气速一般为0.11～0.17m/s。在使

用消泡剂时，由于泡沫层密度变大，设计焦炭塔内油气速度一般为0.12～0.21m/s。根据适宜的油气速度和焦炭塔内的实际油气流量来考虑焦炭塔的直径，为减少泡沫夹带，新设计焦炭塔建议采用低的油气速度，国内焦炭塔设计的油气速度一般低于0.10～0.15m/s。

焦炭塔内的油气体积流量和渣油进料量、原料性质、操作条件有密切的关系。在确定焦炭塔的直径以前应首先确定焦炭塔的操作条件和产品分布。渣油是以碳、氢、硫、氮、氧等为主要元素的大分子烃类，通常分为饱和烃、芳烃、胶质和沥青质，沥青质含量高及残炭值高的渣油生焦率较高，液体收率较低，同等处理量的焦炭塔内的油气体积流量小，应采用较小直径的焦炭塔，反之应采用较大直径的焦炭塔。当原料性质确定后，对焦炭塔规格影响较大的主要是循环比、反应温度和压力。循环比减少，循环油量减少，气体、汽油、柴油收率下降，焦炭塔内的油气体积流量减少，适宜采用较小直径的焦炭塔；循环比增加，循环油量增加，气体、汽油、柴油收率提高，焦炭塔内的油气体积流量增大，适宜采用较大直径的焦炭塔。提高焦化炉出口温度可增产液体产品收率，但调整的幅度是很窄的。一般情况下是根据原料性质确定最佳的操作温度，采用较高的焦化炉出口温度时可适当放大焦炭塔的直径。采用低压操作可改善焦化产品分布，在国内外已普遍认可，国内焦炭塔顶操作压力一般为0.15～0.18Mpa，国外最低的达到0.1～0.15Mpa。压力降低一般是提高蜡油的收率，但是增大了焦炭塔的气体体积流量，势必使焦炭塔的塔径加大，装置的投资增加，因此应综合设备投资、操作费用和产品分布等因素确定适宜的操作压力。

另外焦化加热炉的注汽注水量、在线清焦用汽量、四通阀及切断阀的汽封蒸汽量对焦炭塔的直径确定也有较大的影响，一般加热炉的注汽注水量按炉新鲜进料的1.0～1.5％考虑，在线清焦时应考虑减少渣油进料，增加蒸汽量，蒸汽量可按2～8/h考虑。

焦炭塔底阀门的汽封一般考虑0.3～0.6t/h的蒸汽量。

在基本确定焦炭塔的直径后，根据原料性质、焦炭产率、生焦时间、泡沫层高度来确定焦炭塔的高度。焦炭产率和原料性质、操作条件有关，泡沫层高度和原料性质、反应温度及压力有关。当在焦炭塔内注入消泡剂后，泡沫层的高度减少。当单塔处理能力、原料性质和操作条件确定后，塔内的焦层高度主要确定于生焦时间。目前国内焦化装置设计的生焦时间均为24小时，国外焦化生焦时间一般为10～24小时，采用18小时的占大多数，采用短的生焦时间，可以提高焦炭塔的利用率，或者同等规模的焦炭塔的高度减少。在确定焦炭塔高度时应留有一定的安全空高，安全空高一般为塔顶切线离泡沫层顶部的距离，国内设计的焦炭塔一般安全空高3～5米，国外焦炭塔的安全空高一般为2～3米。空高越大，焦炭塔的利用率越低，但油气在塔内的沉降时间延长，对减少油气线和分馏塔内结焦有利。焦炭塔直径和高度相互补充，当装置处理量、操作条件确定后，直径增大可以适当降低高度，高度增加也可以适当减少塔径。国内在过去建设的焦炭塔的直径一般为5.4～6.4米，其高径比一般为3～4。最近建设的大直径焦炭塔的高径比一般为2～3。美国焦炭塔的高径比一般为2～3。

焦炭塔的直径和高度受到冷焦和除焦能力、设备制造、运输、吊装等的限制，直径不宜太大和太高，美国目前运行的最大焦炭塔的直径为9.14米。建议在装置处理量较大，采用一炉二塔使焦炭塔的直径和高度特别庞大时，采用缩短生焦时间或二炉四塔或三炉六塔更为适宜。

3.焦炭塔相关系统的设计

焦炭塔的相关系统主要是吹汽放空、给水冷焦及冷焦水处理、水力除焦及切焦水处理、油气预热等。焦炭塔的大小和焦炭塔的操作周期对其相关系统的设计产生较大影响，焦炭塔的大小和操作周期不同，若达到同样的处理效果，操作自动化程度、吹入蒸

汽的流量、冷焦水的流量、切焦水压力和流量、油气预热流量不会同，即其相应系统的配置有较大的差别，因此在确定焦炭塔的大小和生焦周期时应慎重考虑。采用较短的生焦时间可体现装置的设计水平，美国经常采用的是16～18小时，而国内都是采用24小时。这不仅和操作管理及工作制度有关，而且和焦炭塔的设计及配套系统设计有关，在设计焦炭塔时应分别给于考虑。

3.1吹汽放空系统

焦炭塔停止生焦以后，未反应的渣油和反应生成的部分油气停留在焦炭塔内，若不去除将影响焦炭的质量和增加冷焦水中的油含量。通常先少量吹入蒸汽，从焦炭塔焦层汽提轻质油品至焦化分馏塔，小吹汽的蒸汽量和焦炭塔的直径、焦炭产量、生焦时间有关，在生焦时间短，焦炭塔直径大、焦炭产量多的情况下，要使焦炭塔中的轻油充分吹出,应加大蒸汽量,但蒸汽量的增加将受到分馏塔设计的限制，一般为2～5.0t/h。小吹汽后，焦炭塔内仍然存在许多重质污油，应该用大量蒸汽进行汽提，蒸汽量一般为8～18t/h，视塔径及焦炭产量不同而定，此时再进分馏塔，将影响分馏塔的操作。因此在焦化装置设置吹汽放空系统，专门处理焦炭塔大吹汽时吹出的油汽和给水冷焦时产生的含油蒸汽。目前国内的吹汽放空系统一般设计为密闭的油吸收式放空系统，该系统是用蜡油吸收油汽中的污油，用空冷器或水冷器冷凝未被吸收的蒸汽及轻质油气，该系统不仅减少了环境污染，而且回收了大量的污油和污水。放空塔的设计和大吹汽的蒸汽流量有关，最大空塔气速以吸收油品不被蒸汽夹带为原则，放空塔塔径根据蒸汽及油气流量和允许空塔气速确定，吸收及换热挡板根据入口蒸汽中含油量和换热量确定。国内外一般采用挡板作为吸收换热板，挡板数量为8～16层。在确定焦炭塔直径的同时应考虑放空塔直径和放空系统的冷凝冷却器的设计。大直径的焦炭塔和短的生焦时间，需要的汽提蒸汽量大，配套的放空塔及冷凝冷却器也应该加大。