定向反射焦化炉加工海洋原油减渣的工业应用

徐焕然 胡金亮

山东海化集团有限公司 山东潍坊 262737

延迟焦化装置因其原料适应性强、技术成熟可靠、设备投资低等优势，仍是当今炼化企业重油加工，特别是劣质渣油加工的主要手段之一。目前，国内已投产的延迟焦化装置数量超过100套，总加工能力超过1.2亿吨/年，约占原油加工能力的20%左右，仅次于美国，居世界第二位。同时，随着延迟焦化装置加工炼厂废油、污油的适应性和设备可靠性进一步提高，以及低NOx燃烧器、机械清焦、密闭除焦等环保技术水平的提升，使延迟焦化工艺适应了原料劣质化、多样化和环保要求日趋严格的新形势，仍然具有较强的生命力。

焦化炉是延迟焦化装置的核心单元设备，重油在焦炭塔内的反应过程和吸热量主要由焦化炉控制。焦化炉的设计和操作水平很大程度上决定了装置规模、操作周期及产品收率。目前国内焦化炉多为双面辐射炉型，重油在焦化炉内从对流管依次进入辐射管，在辐射室内由上至下快速流动加热，常规焦化炉管内反应停留时间不超过40S，将焦化反应延迟到焦炭塔内进行[1]。

山东海化集团有限公司石化分公司延迟焦化装置原设计规模为100万吨/年(8000h)，设计循环比1.0。该装置采用一炉两塔流程，加热炉有三个辐射室和对流室，设计为6管程，共用一个余热回收系统，排烟温度160℃。为降低装置能耗、提高液收，同时适应加工海洋高酸原油减渣的需要，装置采用中国石油大学（华东）开发的定向反射深度裂解焦化炉技术进行了优化改造，2018年底顺利完成装置开工。以下对装置运行情况和技术应用效果进行介绍。

1 原料性质

本装置改造后主要加工的是旅大10-1、锦州25-1、锦州9-3以及渤南等海洋原油的混合减渣，基本性质列于表1。海洋原油的主要特点是低硫高酸，一般原油酸值大于0.5mgKOH/g即为高酸原油，而海洋原油酸值最高达3.5mgKOH/g。酸值过高不仅造成设备腐蚀问题严重，因腐蚀而产生的铁离子大部分随减渣带入焦化装置，已有研究表明原料中的铁离子对焦化炉管结焦具有明显的促进作用，焦化炉管内焦炭的铁含量高达10%以上5,6，这也对加工高酸原油减渣的焦化炉控制炉管结焦速率带来了挑战[2]。

表1 装置加工的典型海洋原油及减渣性质

2 改造内容

（1）辐射室流程改造：辐射内炉管内介质走向由原设计的“上进下出”流程改为“下进上出”流程，改变了油品在炉管内的升温历程，可实现延缓油品在炉管内结焦的同时，使重油在炉管内的停留时间达到40-50S，增加了焦化炉的生焦反应给热了，有利于降低装置焦炭产率，提高液收[3]。

（2）炉管系统改造：本次改造在确保100万吨/年加工量的情况下，每路增加了10根辐射炉管，将焦化炉由6管程改为4管程，从而节省了1/3的炉管注汽操作费用，并减少了一个炉膛的散热损失，显著降低了装置的能耗。

（3）加热方式改造：装置改造采用了焦化炉定向反射技术，其特点是采用低NOx附墙燃烧器加热炉墙，使炉墙成为一个定向均匀的反射面，炉管受热更加均匀，杜绝了非正常燃烧时火焰舔管的现象。

（4）炉墙系统改造：为保证附墙燃烧条件下炉墙的可靠性和降低炉外壁温度，对辐射室炉墙衬里进行了部分改造，加热炉侧墙采用复合衬里结构，与炉体钢板接触层采用50mm浇注料，中间层为150mm耐火纤维板，与火焰接触层为一层轻质莫来石耐火砖，耐火度1500℃。耐火砖炉墙按照标准SH/T3036-2012设置膨胀缝。

3 改造效果

为考察优化改造后装置处理能力、装置能耗变化、产品分布、加热炉运行情况和热效率等情况，对改后延迟焦化装置进行了标定。

3.1 产品分布

标定期间统计的装置产品分布数据参见表2。

表2 标定期间装置产品分布

装置气体和液体产品收率数据均是采用质量流量计进行计量，焦炭产量采用焦高法计量，焦炭产品堆密度为0.85g/cm3。改造后装置处理能力达到设计要求，汽柴油收率为61.81%，在同类装置中处于较高收率水平，焦炭产率为20.88%。干气产率偏高（6.08%），主要是由于装置有2.75%的加氢低分气并入装置进料。

3.2 装置能耗

本次标定期间焦化装置总体能耗为38.22kgEo/t，较改前有显著降低，主要表现在两方面：一是焦化炉由6管程改为4管程，减少了两路注汽，同时单路注汽量由700kg/h降至500kg/h，焦化3.5Mpa蒸汽消耗由4200kg/h降至2000kg/h，相应减少了装置含硫污水的产生。另一方面，焦化炉由三个炉膛减少为两个炉膛，可减少1/3的炉体散热损失，按原来炉体总散热损失为3.0%考虑，可提高加热炉效率1%。仅此两项节能效果即可使装置能耗降低1.23kgEo/t，节能效果显著[4]。

表3 标定期间装置的能耗数据

3.3 操作参数

由表4可见，设计处理量下焦化炉炉膛温度为710℃，仍有较大的提量空间。开工运行至今焦化炉最高管壁温度仅为556℃，无明显升高趋势，表明炉管结焦速率低，可保证焦化炉长周期运行。焦化炉排烟温度由160℃降至121℃，热效率为92.04%，烟气NOx排放为60mg/m3，SO2排放7.06mg/m3，粉尘含量3.4mg/m3，均处于较优水平。

表4 标定期间焦化炉主要操作参数

4 结语

采用定向反射焦化炉技术对加工海洋高酸原油减渣的延迟焦化装置进行了优化改造，改造后焦化炉最高炉管壁温度556℃，火焰燃烧稳定，彻底杜绝了火焰舔管情况。装置液体产品收率达到61.81%，产品合格。焦化炉蒸汽消耗降低1/3以上，热效率提高到92%以上，装置能耗下降1.23kgEo/t，经济效益显著。