(一)裝置發展及類型

　　1．裝置發展

　　延遲焦化裝置是一種重質油熱加工工藝，是煉油廠重質油輕質化、提高煉廠輕油收率的一種主要手段。1930年8月，世界上第一套延遲焦化裝置在美國Whiting煉油廠投產。我國的第一套延遲焦化裝置于1958年在撫順石油二廠投產。據統計，到2000年年底，全國共有31套延遲集化裝置，總加工能力約22Mt／a，其中石化集團公司20套，加工能力14．25Mt／a，單套裝置規模也發展到1.2Mt／a。

　　2．裝置工藝流程與單元組成及設備

　　(1)工藝流程

　　典型工藝流程見圖2—20。

　　原料渣油從常減壓裝置(或罐區)進裝置原料緩沖罐，由原料油泵抽出，經換熱后進加熱爐的對流段加熱到330℃左右，分上、下兩路進入分餾塔，上部進料與焦炭塔來的高溫反應油氣(410-430℃)接觸換熱，油氣中的循環油被冷凝下來與原料油混合在一起落入塔底，然后經輻射進料泵送到加熱爐的輻射段，在注水的作用下快速通過爐管，油品被加熱到490—505℃，通過四通閥從底部進入焦炭塔進行焦化反應。反應產物焦炭聚集在塔內，其他產物均呈汽相從頂部逸出經揮發線進人分餾塔，與原料油換熱后，經過分餾得到氣體、汽油、柴油和蠟油。焦炭塔內的焦炭聚集到一定的高度(通常是控制一定的生焦時間)后，停止進料，切換到另一個已預熱好的焦炭塔內繼續生產。停止進料后的塔通過吹汽和冷焦，將焦炭冷卻到安全溫度以內，焦炭經水力除焦進入焦池，用行吊裝車出廠。

　　(2)組成單元

　　①加熱爐

　　加熱爐是延遲焦化裝置的核心部分，其操作的好壞、運行周期的長短，都對延遲焦化裝置的技術經濟指標起著決定性的作用。加熱爐分輻射室和對流室，主要包括五個部分：焦化加熱部分、原料預熱部分、注水部分、過熱蒸汽部分及煙氣余熱回收部分。輻射爐管一般是鉻—鉬合金管，輻射出口采用出口溫度與爐膛膛溫或燃料氣(油)串級控制的方案。目前投用的焦化爐有三種型式。即：雙面側燒無焰爐、立式爐、雙面輻射爐。

　　②焦炭塔及其冷焦和放空系統

　　焦炭塔是原料油進行焦化反應的場所，也是焦化反應后生成的焦炭的暫時儲存器。早期的焦炭塔在中下部裝有一個風動堵焦閥，以滿足裝置開、停工及焦炭塔預熱的需要。對焦炭塔來說，它的生產是周期性的，在一個循環周期內要經過試壓、預熱、切換生產、冷焦、除焦等從常溫到500℃左右的溫度驟變的過程。

　　目前，隨著焦化裝置規模擴大，焦炭塔的尺寸亦逐步大型化，世界上最大直徑的焦炭塔在加拿大的Syncor油砂加工廠的焦化裝置，其直徑為Φ12200mm。國內已投產的最大直徑焦炭塔是上海金山的Φ8400mm焦炭塔。

　　冷焦和放空系統：當焦炭塔生焦到一定高度(或一定時間)以后，就要切換到另一個焦炭塔生產，原生產焦炭塔要進行冷焦處理。

　　該系統的主要設備有：冷焦給水泵、放空脫水塔、冷卻器(冷卻槽)以及污油回收設施。冷焦、放空及除焦產生的油氣和污水是焦化裝置環保方面的一個主要課題。多年來，陸續開發了冷焦和除焦水閉路循環使用、焦炭塔密閉式放空等技術，已在國內各煉廠得到了廣泛的使用。

　　③分餾塔及換熱單元

　　延遲焦化的分餾塔是把焦炭塔頂來的反應后的高溫油氣按各物料的沸點差，從上至下分離為富氣、汽油、柴油、蠟油(或重蠟油)。一般焦化流程中，輻射進料(渣油+循環油)從分餾塔底抽出。為了增加高溫位熱量的回收和平衡全塔汽、液負荷，焦化分餾塔一般設2—3個循環回流。

　　延遲焦化是個熱量過剩的裝置，其熱量一般首先用來預熱原料渣油，以減輕爐負荷、降低燃料消耗，其余熱量可用于發生蒸汽，也有的直接以熱物料的方式供下游裝置，還有的用于低溫熱回收。

　　④水力除焦系統

　　最早的水力除焦實現于1938年，水力除焦的出現，大大促進了延遲焦化的發展。除焦系統的主要設備有高壓水泵、鉆機、鉆機絞車(或水龍帶絞車)、切焦器、儲水罐等。

　　水力除焦型式分有井架、半井架、無井架三種。與有井架相比，無井架水力除焦使用水龍帶絞車代替井架和鉆桿，因此，它的鋼材耗量少、一次投資小。不足的是除焦時間稍長、水龍帶因質量問題壽命短，因此操作費用高。半井架介于二者之間，我國只有石油一廠的焦化裝置使用半井架技術。

　　高壓水泵是水力除焦系統的主要設備，其出口壓力視焦炭塔塔徑而變化，一般要求是塔徑每增加1000mm，高壓水泵的出口壓力約需增加2．72MPa。

　　水力除焦的關鍵部件就是鉆頭和切焦器。過去均使用單一鉆頭，先用鉆頭進行鉆孔，再將鉆具提出塔外更換切焦器。近年來，我國自行開發的全自動的鉆孔—聯合切焦器已在不少廠家使用，它的特點是可在塔內利用水壓的變化完成兩者之間的切換，因而可有效地減少除焦時間和勞動工作量。還有一種半自動的鉆孔—聯合切焦器，它的特點是鉆孔器與切焦器合為一體，轉換時仍需將其提出塔外人工進行切換。

　　⑤富氣壓縮—吸收系統

　　該系統的主要設備有富氣壓縮機、與壓縮機配套的動力透平或電機以及用于富氣吸收的吸收塔等設備。它的作用是將焦化富氣壓縮，脫除C₄以上組分并冷卻后送下道工序。

　　(二)延遲焦化工藝及操作特點

　　延遲焦化和其他形式的焦化共同之點是采用加熱裂解，使渣油深度反應轉化為氣體、汽油、柴油、蠟油和焦炭的過程。延遲焦化與其他焦化方法不同的是渣油以高的流速流過加熱爐的爐管，加熱到反應所需的溫度，然后進入焦炭塔，在焦炭塔里靠自身帶人的熱量進行裂化與縮合反應。

　　雖然熱渣油在離開爐管前就達到了反應溫度，但由于渣油的流速很快，停留時間很短，還來不及發生反應就離開了加熱爐，把反應推遲到焦炭塔里進行，所以稱為延遲焦化。 熱渣油在焦炭塔里處于高溫狀態，不但壓力大大減小，而且有足夠的反應停留時間。因此，反應能很好地進行。

　　為了避免爐管結焦，在工藝上采用爐管注水(或蒸汽)，以增大流速，縮短停留時間。工藝流程上采用的是一個加熱爐配二個焦炭塔。熱渣油進入其中的一個，一定時間(或一定高度)后，將進料切換到另一個焦炭塔去。對于加熱爐和分餾塔等系統來說，是連續操作，而對于焦炭塔來說就要進行新塔準備、切換、老塔處理、除焦等間歇操作。所以，延遲焦化是既連續又間歇的生產過程，由于焦炭塔操作的周期性，不可避免地給分餾塔及加熱爐的操作帶來周期性的波動，只要及時調節，認真操作，完全可以保證生產平穩和產品質量的合格。

　　(三)主要操作條件及其分析

　　(1)主要操作條件見表2—60。

　　 (2)操作條件分析

　　①加熱爐出口溫度

　　加熱爐出口溫度是焦化裝置的重要工藝指標。它在產品分布上的影響是：對于同一種原料，加熱爐出口溫度升高，反應深度和反應速度增加，焦化蠟油在焦炭塔里再次裂解，氣體、汽油、柴油產率上升，而蠟油產率降低，由于加熱爐出口溫度升高，焦炭中的揮發分降低，因此，焦炭產率下降。在產品質量方面，焦炭揮發分降低，液體產品中不飽和烴含量增加。此外，加熱爐出口溫度還影響到焦炭塔泡沫層的高度，泡沫層本身就是反應不徹底的產物，從焦化反應的熱效應來看，提高爐出口溫度，有利于泡沫層的進一步反應。因此，加熱爐出口溫度越高，泡沫層就越低。

　　對于不同性質的原料，應選擇不同的加熱爐出口溫度。原料越重，殘炭越高，爐出口溫度就可低一些。爐出口溫度的提高受到加熱爐負荷的限制，同時，提高加熱爐出口溫度會加快爐管內結焦速度及造成爐管局部過熱而變形，不利于爐子的開工周期。

　　②系統壓力

　　系統壓力直接影響到焦炭塔的操作壓力，是影響焦化裝置運轉的最重要因素之一。系統壓力降低，可以使液相油品宜于蒸發，也縮短了油氣在焦炭塔內的停留時間，因而可以提高液收，降低焦炭產率。但是，降低壓力也意味著富氣壓縮機的壓比提高，從而增大壓縮機的功率和消耗。同時也要注意由于壓力的降低，焦炭塔內油氣線速上升后可能造成的泡沫層和焦分攜帶。

　　以前設計的老裝置，焦炭塔操作壓力通常是0．172—0．206MPa，而新設計和改造的焦化

　　裝置操作壓力是”0．103-0．137MPa。

　　③循環比

　　循環比二(輻射進料量—新鮮進料量)／新鮮進料量。也有用循環系數或聯合循環比表示的，兩者的關系是：循環系數二循環比+1。

　　循環比對產品分布的影響通常與壓力相同。即當循環比增大時，焦炭和氣體產率增加，而戊烷以上的液體產品產率減少。循環比對裝置加工能力的影響最為明顯，從循環比的計算公式可看出，當加熱爐輻射進料量一定時，降低循環比可大幅提高裝置處理能力。因此，循環比是現有裝置調控加工量的一個主要手段。

　　新近開發的靈活循環比焦化流程，幾乎可使裝置在任意循環比下運行，并能實現真正意義的零循環操作(即單程焦化)。該流程己在國內某煉廠得到應用。

　　④生焦周期

　　生焦周期又稱生焦時間。即一個焦炭塔從切換生產到切換處理所用的時間。生焦周期的長短，在一定程度上影響焦炭的揮發分。延長生焦時間，實質就是使生焦過程加長，反應進一步深化，焦床處于高溫狀態時間加長，焦床中未反應的重質油進一步參與反應，所以能降低焦炭揮發分。

　　生焦周期最大的影響體現在裝置的加工能力方面。一般裝置生焦周期為24h，若將裝置生焦周期從24h降到18h，裝置處理能力可提高25%，工業上把生焦周期從24h降到20—18h比較容易，國內曾有裝置排出過16h的生焦時間。縮短生焦時間的基礎在于是否有充分和合理的輔助生產時間，也就是焦炭塔的冷焦、除焦和預熱等工序均能壓縮在合理的時間范圍內。短的生焦時間雖然能提高裝置處理能力，但它是以降低操作效率、增加維護費用和縮短裝置使用壽命為代價的。有資料報道，如果焦化生焦周期從21h縮短到18h，焦炭塔壽命便會損失25%

　　縮短生焦時間還有兩個制約條件。一是加熱爐的負荷能力，如果加熱爐負荷能力有限，那么，縮短生焦時間也就沒有必要；二是焦炭塔內油氣線速，線速過大，易產生泡沫攜帶，不利于裝置的長周期運行。

　　(四)原料及產品性質(見表2—61)

 

　　(五)延遲焦化新技術的應用

　　1．污泥回煉

　　由于焦化裝置對加工原料的適應性強，從而在煉油工藝總體流程中占據越來越重要的位置。它除了可對重油、催化油漿進行深度加工外，還在“三泥”處理、污油利用等方面發揮重要的作用。有的煉廠的焦化裝置采取從焦炭塔頂以直接注入的方式來解決煉廠污水處理“三泥”的出路問題，已取得了較多的環保效益和經濟效益。

　　2．在線清焦技術

　　在線清焦(On Line Spaling)可以使加熱爐在不停工的條件下進行爐管清焦。其物理機理是利用焦層與爐管不同的溫度膨脹系數，通過不斷的冷卻和升溫循環，造成焦層和爐管管壁的分離。在線清焦對延長加熱爐運行周期有非常明顯的作用，但在線清焦的效果逐次遞減，最終還是實行空氣—蒸汽燒焦。

　　3．中子料位計和消泡劑的應用

　　中子料位計的工作原理是：安裝在焦炭塔外壁的中子源發出的快中子穿過塔壁，與塔壁內的原子核相互作用。通過彈性散射，快中子很快損失自己的能量，逐步被慢化。這些被慢化的中子有一定幾率擴散到塔壁之外，被安裝在對面外壁的探測器接收。該探測器只對慢中子靈敏，這樣接收到的慢中子通量與塔內物料密度有很強相關關系。測量這些慢中子通量及其隨時間的相對變化，則可有效地確定塔內物料相對密度的大小及其變化，判定物料狀態是氣體、泡沫、還是焦炭。一座焦炭塔通常設置2—3個檢測點，泡沫上沿高度信號是根據這幾個點的檢測信號及塔底進料信號的時間關系，在假定泡沫是勻速增長的條件下推算的。需注明的是中子料位計只能測量某一個點的物料密度變化情況，系統給出的泡沫上沿高度值在檢測點處是準確的，在其他高度處，給出值僅供參考。

　　目前，中子料位計的使用在安全上是非常可靠的。國內生產的241Am—Be中子源活度1．85X10⁹Bg，是國外同類產品的十分之一，在無任何屏蔽條件下，距源點1m處輻射總劑≤1．3μSV／h。消泡劑通常是一些表面張力和溶解度很低的物質，當消泡劑微粒接觸氣泡表面時，會降低接觸點上液膜的表面張力，使液膜變薄，同時使氣泡之間合并，最終導致破裂。同時消泡劑的疏液性不會形成泡沫穩定的定向排列，而是不均勻的吸附在液膜上或頂替汽液界面上的發泡基因，使汽液界面張力局部下降，達到消泡的目的。

　　一般情況下，消泡劑的使用需與焦炭塔料位檢測計同步投用，否則，泡沫上沿值仍是一個未知數。料位計和消泡劑特別適用于焦炭塔空高不大形成生產瓶頸的裝置。

　　二、重點生產部位

　　(一)加熱爐系統

　　加熱爐為焦化反應提供所需的熱量。主要問題是如何減緩爐管的結焦速度，延長加熱爐的運轉周期。正常操作時，要對爐出口溫度、爐膛溫度及膛溫差、爐出人口壓力、注水量、輻射量、對流量、瓦斯量、爐管使用情況、爐火燃燒狀況及爐子泄漏情況等作認真檢查。注水及進料中斷、爐管局部過熱是造成爐管結焦的主要原因。若該系統設備出現較大故障，如輻射管穿孔、注水管泄漏等，應立即停爐處理。

　　(二)焦炭塔系統

　　焦炭塔因是間斷生產，輪流切換，焦炭塔底蓋、頂蓋裝卸頻繁，加之該系統自動化程度相對較低，極易出現操作程序上的錯誤，由此而帶來災難性的后果。針對焦炭塔頂部、底部容易發生的泄漏，首先要以預防為主，除焦后焦炭塔頂底蓋法蘭要清理干凈，安好墊片，上緊螺絲，技工藝要求試壓，并仔細檢查。預熱和生產中發生漏油，應及時匯報，并用蒸汽掩護，做好熱緊工作。當漏油嚴重著火時，爭取立即換塔，然后老塔改放空，如無法換塔，可；降溫循環。如剛換新塔漏油著火，在條件許可情況下，再換回老塔，待問題處理完后再切換；過來。如果泄漏嚴重，無法控制，作緊急停工處理。在正常操作時，要對焦炭塔頂、底部壓力及溫度、急冷油溫度、新塔預熱情況、老塔處理情況、法蘭墊片材質和安裝及設備泄露等；情況作詳細檢查。

　　(三)輻射泵系統

　　輻射泵的作用是輸送溫度為360℃左右的減壓渣油作為加熱爐輻射段進料，輻射泵的運行對裝置安全生產至關重要，俗有裝置心臟之稱。因其出口壓力較高，易引起密封泄漏。在輻射泵開車前要對其所屬設備、潤滑油、封油、冷卻水等系統進行安全檢查。對備用泵預熱并盤車，正常操作時要按規定進行巡回檢查并記錄好運行參數，在操作中應摸清各閥門開度和流量壓力之間的關系。按潤滑油制度要求，定期化驗和更換潤滑油，對封油罐要脫水，防止封油帶水造成輻射泵抽空。