焦碳塔

太快。
9
2
C 4 和更轻组份
汽油
分
焦
柴油
馏
炭
塔
塔
蜡油ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
重蜡油
原料油
加热炉
图 1 延迟焦化流程
焦 炭 塔 的 工 艺 设 计 主 要 包 括 焦 炭 塔 直 径 的 确 定 、塔 高 的 确 定 、和 相 关 系 统 的 设
计。
焦炭塔的直径和高度
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
9
1
或燃料油。
表1
除焦及其它辅助操作
序 号
操作时间(小时)
24
18
操作条件
介质来源及 去向
操作主要目的
1 切换四通阀 0.5
现场切换，电动或 气动操作
渣油由 A 塔改 去B塔
0.5 2 少量吹蒸汽 1.0
蒸汽：2～5t/h
蒸汽来自管网 油气去分馏塔
汽提焦炭塔内 轻质油，油气 及泡沫层
3 大量吹蒸汽 2.5
随 着 原 料 的 不 断 进 入 ，产 生 的 焦 炭 量 不 断 增 加 ，焦 炭 层 高 度 增 加 ，泡 沫 层 也 随 之连续升高。塔内反应示意见图 2。
图 2 焦炭塔内生焦示意图 由 于 泡 沫 层 为 反 应 区 ，一 般 不 希 望 正 在 反 应 的 泡 沫 被 油 气 夹 带 到 焦 炭 塔 顶 口 的 大油气管线和分馏塔，导致管线结焦和分馏塔内结焦而影响产品质量。焦炭塔内油 气的允许气速可用下式计算：
焦 炭 塔 一 般 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 。在 每 组 塔 中 ，一 台 塔 在 反 应 生 焦 时 ，另 一 台 塔 则 处 于 除 焦 阶 段 。 即当一台塔内焦炭积聚到一定高度时进行切换，切换后先通入少量蒸汽把轻质烃类 汽提去分馏塔，再大量通入蒸汽，汽提重质烃类去放空冷却塔，回收重油和水。待 含在焦炭内的大量油被吹出后再通入冷却水使焦炭冷却到 80℃左右，然后除焦。除 焦完成后再把另一个塔的油气预热到 400℃左右，然后切换进料。每台塔的切换使 用周期一般为 48 小时，其中生焦 24 小时，除焦及其它辅助操作 24 小时（见表 7 －1）。除焦采用高压水，高压水压力达 14.8～35MPa。压力值取决于塔径的大小。 随着技术的进步，目前每台塔的切换周期已缩短，一般 30～36 小时，除下的焦炭 落入焦池，同时用桥式起重抓斗经皮带输送到别处存放或装车外运。装置所产的气 体 和 汽 油 ，分 别 用 气 体 压 缩 机 和 泵 送 入 稳 定 吸 收 系 统 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及加氢裂化原料
9
3
为防止加热炉炉管结焦，炉出口的反应转化率一般不大于 8％（气体和汽油的转化 率 ）， 大 部 分 的 反 应 延 迟 到 焦 炭 塔 内 进 行 。 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 为 吸 热 反 应 ，缩 合 为 放 热 反 应 ， 裂解的热量除了来自原料渣油本身外还有一部分由缩合反应提供，缩合反应生成的 焦炭停留在塔内，并由塔壁向中心扩展，中心形成进料通道，在焦炭层以上为主要 反应区，即泡沫层。泡沫层分油相泡沫和气相泡沫，气相泡沫在上部，其密度约为 30～100kg/m3，油相泡沫在焦层以上，其密度约为 100～700 kg/m3，焦化反应温度 即为泡沫层温度，一般为 460～480℃，并且生焦率越高，该反应温度越高。
3 100～120 φ8400～φ8600×24000（切） 90 年代以来 1.15～1.35
4 140～160 φ8800～φ9400×27000（切） 21 世纪初
1.15～1.25
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。焦化原料渣油在加热炉中被快速加热到 500℃左右进入焦炭塔，
力和循环比。装置的处理量是决定焦炭塔大小的主要参数，目前国内单塔处理量和
焦炭塔规格的对应关系如下：
表2 序 单塔处理量 号 (万吨/年)
焦炭塔规格 （mm）
建设时间
操作循环比
1 20～30
φ5400×18000（切）
50 年代至 70 年代 1.3～1.4
2 40～50
φ6100×21000（切）
80 年代至 90 年代 1.3～1.4
300m3/h
池
备
9 装塔盖
10
试压
0.5 1.0
0.75
风动扳手或液压自 动卸盖
蒸汽试压到 0.3MPa
先装底盖后装 顶盖
蒸汽来自管网
密封试验，赶 空气
使焦炭塔塔体
11 油气预热 4.5 3.5
油气：～420℃ ～0.2MPa
油 气 来 自 B 升温到 400℃
塔，不凝气去 左右，防止换
分馏塔
塔时温度变化
1.0
蒸汽:10～18t/h
蒸汽来自管网 油汽去放空塔
汽提焦炭内的 大量重油，冷 却焦炭。
水来自冷焦水 快速冷却焦
4 少量给水 1.5
冷焦水:10～20t/h 处理系统，蒸 炭，进一步汽
汽去放空塔 提焦炭内重油
5.5
水来自冷焦水 处理系统，蒸 冷却焦炭及焦
5 大量给水 3.5
冷焦水:～350t/h 汽去放空塔， 炭塔，达到
uc = 0.048
ρL − ρV ρV
其中 Uc 为塔内气相线速，m/s；
9
4
ρL 为轻相泡沫层密度，kg/m3；
ρV 为气相层密度，kg/m3； 据 资 料 报 导 ， 国 外 在 焦 炭 塔 内 不 注 入 消 泡 剂 时 ， 允 许 气 速 一 般 为 0.11～ 0.17m/s。在使用消泡剂时，正常的设计油气速度应低于 0.12～0.21m/s。根据允许 的油气速度和焦炭塔内的油气流量，结合进料性质和塔顶操作压力即可确定焦炭塔 的直径。 焦 炭 塔 内 的 油 气 体 积 流 量 除 和 渣 油 进 料 量 有 关 外 ，与 原 料 性 质 、操 作 条 件 也 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 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 的 渣 油 生 焦 率 较 高 ，轻 油 收 率 较 低 。一 般 生 焦 率 的 估 算 可 按 式 ：Wc =1.6K 进行，其中 K 为渣油的康氏残炭，产品分布一般最终由试验确定。当原料性质确定 后，对生焦率和产品分布影响较大的主要是循环比、反应温度和压力。循环比减少 10％，生焦率一般减少 1％，同时焦化蜡油收率增加，气体、汽油、柴油收率下降。 当 需 要 提 高 装 置 的 液 体 收 率 时 一 般 采 用 降 低 循 环 比（ 0.1 5～ 0 .25 ）或 零 循 环 比 操 作 ； 当需要多产焦化石脑油和柴油时一般采用较大循环比（0.25～0.45）操作；当焦化 蜡 油 无 出 路 或 需 要 最 大 可 能 地 生 产 柴 油 和 乙 烯 原 料 时 一 般 采 用 大 循 环 比 （ 0.4 ～ 1.0）操作。循环比越大，焦炭塔内的油气体积流量越大。提高焦化温度可增产液 体产品收率，但基于焦化反应的特点，反应温度（炉出口温度控制）调整的幅度是 很窄的，温度过高会导致提前结焦，堵塞炉管、转油线，影响开工周期，同时易生 成 硬 质 石 油 焦 ，使 除 焦 困 难 ；温 度 过 低 导 致 热 量 不 足 反 应 深 度 不 够 ，轻 油 收 率 降 低 ， 焦炭挥发增大或产生焦油。一般情况下是根据原料性质确定最佳的操作温度，通常 焦化炉出口温度为 495～505℃，芳烃含量和沥青质含量的比值较大时宜采用较高的 炉出口温度。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 塔塔顶操作压力一般为 0.15～0.20Mpa，国外最低的达到 0.1～0.15Mpa。压力降低 一般能提高蜡油的收率，但是增大了焦炭塔的气体体积流量，势必使焦炭塔的塔径 和油气管线加大，并且压缩机的处理量加大，所以装置的投资增加，因此应综合设
大型焦炭塔
中国石化工程建设公司顾一天 二○○六年六月二十五日
目
录
1 焦炭塔的工艺特点和结构特点............................................................................. 1 2 焦炭塔操作特点及对寿命的影响 ......................................................................... 8 3 焦炭塔材质的选择 ..............................................................................................11 4 关于裙座结构型式 ............................................................................................. 19 5 焦炭塔保温 ........................................................................................................ 29 6 结构设计改进 ..................................................................................................... 31 7 焦炭塔大型化 ..................................................................................................... 35 8 焦炭塔仪表、自动化.......................................................................................... 38 9 头盖自动装卸设施 ......................................................................................... 41 10 焦炭塔的检测和寿命评估： ............................................................................ 44
溢流水去水处 80℃以下
理系统
6 排放冷焦水 4.0 1.5
排水：400t/h
排水至冷焦水 放净塔内水，
处理系统
便于卸顶底盖
7
卸塔盖
0.5
0.25
风动扳手或液压自 动卸盖
先卸顶盖后卸 底盖
为除焦作准备
水压力：15～30MPa 水来自高压水 清除塔内的焦
8 水力除焦 4.5
5 水 流 量 ： 150 ～ 泵，焦炭去焦 炭为换塔作准
1 焦炭塔的工艺特点和结构特点 延 迟 焦 化 是 以 渣 油 或 类 似 渣 油 的 各 种 重 质 油 、污 油 及 原 油 为 原 料 ，通 过 加 热 炉
快速加热到一定的温度后进入焦炭塔，在塔内适宜的温度、压力条件下发生裂解、 缩合反应，生成气体、汽油、柴油、蜡油、循环油组分和焦炭的工艺过程，见图 7 －1。延迟焦化装置的主要设备有焦化加热炉、焦炭塔、焦化分馏塔、吹汽放空塔、 加热炉进料泵、水力除焦机械等，其中焦化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。
焦炭塔的工艺特点是操作温度高，最高可达到 495℃，操作温度变化频繁，每 一个操作周期都要由常温变化到最高操作温度，并且生焦周期越短，温度变化速度 越快；它不但是一个反应器而且还是一个装焦炭的容器，操作不当会使生焦的泡沫 溢出，造成后部系统结焦。焦炭塔在生焦过程中基本处于恒温操作。在除焦过程中 要经过先降温再升温的变化过程，往往由于这一个变温操作过程使焦炭塔及其相关 系统的设计有些复杂。