用焦化暖塔油代替热蜡油作急冷油的效能分析

产 圣 刘和斌

(中国石油化工股份有限公司安庆分公司， 246002)

用焦化暖塔油代替热蜡油作急冷油的效能分析

产 圣 刘和斌

(中国石油化工股份有限公司安庆分公司， 246002)

焦化装置用暖塔油替代热蜡油注入急冷油系统设计合理、操作便捷，且投资少、见效快，不仅消除了暖塔油直接进分馏塔回炼所带来的隐患，还可以改善加热炉、分馏塔和气压机的操作，是焦化装置节能降耗、科技增效的重要技改措施。

延迟焦化 暖塔油 急冷油 效能分析

中国石油化工股份有限公司安庆分公司(以下简称安庆石化)现有焦化装置3套，总设计能力为1.5 Mt/a。焦化装置暖塔油是指新塔在生产前用生产塔的高温油气倒入新塔循环预热而产生的暖塔凝缩油，目前3套焦化装置同时生产，每天都产生暖塔凝缩油。以前曾采取过如下一些方式将暖塔油在本装置内回炼:将暖塔油引进原料缓冲罐与原料混合回炼;将暖塔油与对流出口的渣油混合进分馏塔回炼;将暖塔油直接送分馏塔底回炼。上述回炼方式由于存在暖塔油含少量水分、焦粉和回炼量不稳定等因素，易造成原料罐突沸冒罐、分馏塔原料分配管堵塞和塔底液面波动、温度降低等问题，严重干扰了分馏塔的操作，因此设想将焦化暖塔油替代热蜡油注入急冷油系统。

1 重油结焦机理

渣油是一种复杂的烃类混合物，其结构非常复杂，沸点高，黏度高，相对分子质量大，残炭高，沥青质高，金属含量高，在高温下会发生裂解和缩合反应，其反应机理［1］如图1所示。焦化大油气管线结焦的原因是渣油在发生裂化反应的同时又产生一种副反应即缩合反应，小分子的烃类缩合成大分子的烃类后会在管线内结焦。工业上通常用临界分解温度来指导生产，所谓临界分解温度是指油品在临界状态下开始发生分解和缩合的温度。油品的性质不同，其临界分解温度也不同。一般来说，油品的特性因数K值越大则临界分解温度越低，渣油临界分解温度一般在420℃左右。另外由于热偶测点挂焦，会导致实际温度高于测量温度。若焦炭塔大油气线温度高于大油气线内油品的临界温度，则重组分就可能在大油气线内结焦。因此为了避免大油气线结焦，焦炭塔顶的操作温度应该低于该油品的临界分解温度，并且介质流速不能太低。

图1 渣油热转化反应过程产物示意

焦化装置焦炭塔在正常生产时，顶部油气温度高达440℃左右，而油气在温度高于420℃发生二次裂化和缩合反应，造成油气线结焦影响装置稳定生产。为了控制塔顶温度，防止大油气管线结焦，在焦塔顶部油气出口处加注急冷油［2－4］。同时，油气中携带的焦粉、泡沫经大油气线进入分馏塔，易堵塞塔盘，而在塔顶注急冷油还可以淋洗焦炭塔中油气携带的焦粉、泡沫。

2 暖塔油作急冷油的可行性

在焦炭塔顶部出口处加注急冷油是为了控制塔顶温度，防止大油气管线结焦。所以，要求急冷油自身结焦倾向低，同时自身温度要低于塔顶温度，这样才能起到好的急冷效果。以前安庆石化急冷油都是用装置自产的热蜡油取出一部分作为急冷油，还曾使用过中段油(重柴油)补充蜡油作为急冷油。

表1列出了蜡油和暖塔油的主要性质。由表1可看出，虽然暖塔油黏度比蜡油大，其50%馏出点及干点温度也比蜡油高，但它的残炭比蜡油小，结焦倾向低;同时它的抽出温度只有250℃，比蜡油的抽出温度338℃低许多，这对用作急冷油是非常有利的。因而使用暖塔油替代热蜡油打急冷油是可行的。

表1 蜡油、暖塔油主要性质

按目前装置加工负荷95%，全年实际生产时间350 d计算，年加工量为1.37 Mt，每套塔的暖塔油量平均为25 t/d(3套塔总共75 t/d)，全年暖塔油量达26 250 t。3套装置同时生产所需急冷油用量是142.8 t/d，即每年用量为49 980 t。显然，焦化装置自产的暖塔油作急冷油还不够用，因此，该系统还可用收油线接收自产的蜡油进暖塔油罐补充。焦化装置是重油残油加工装置，炼厂大多污油都在该装置吃干榨尽，加氢装置外甩反冲洗污油和焦化放空系统污油等，该系统富裕的50%污油回炼能力将能够得到充分发挥。

3 暖塔油系统的流程

对现有的焦化装置进行技术改造，增加暖塔油回炼系统。该系统由1个暖塔油缓冲罐、2台暖塔油泵及相应的配套管线设施组成，用于接收本装置自产暖塔油，3套自产冷蜡油、加氢装置外甩反冲洗污油和焦化放空系统污油。暖塔油缓冲罐中油品经泵401/1，2抽出用作6台焦炭塔的急冷油。暖塔油回炼系统流程见图2。

图2 暖塔油回炼系统流程

4 增加暖塔油系统后的效果

4.1 改善加热炉的操作

改造前回炼暖塔油直接进入分馏塔底部，由于暖塔油平均温度只有250℃，远远低于分馏塔底部温度(365℃)，造成分馏塔底部温度快速下降20 K左右，使得加热炉在相同处理量下炉负荷大增，炉瓦斯用量也相应突然增加，炉膛温度易超标，炉出口温度难以达标，炉管表面温度接近上控指标。加之回炼量不稳定，易造成分馏塔底液面大幅度波动，炉对流量因此而波动，使炉对流出口温度超标，装置处理量也因此受到影响，装置能耗增加。如果此阶段加热炉降量生产，不仅影响装置处理量，更重要的是该环节因焦炭塔油气循环预热热量不足，新塔预热温度上升更慢，预热时间更长、其暖塔油产量更多、分馏塔底温度恢复更慢，加热炉也就难以维持正常操作。所以分馏塔回炼暖塔油与装置加热炉系统操作是矛盾的，易造成加热炉超负荷结焦，损坏关键设备、不利于装置长周期生产，装置处理能力也因此而下降，能耗上升。

增加暖塔油系统后，分馏塔系统操作不受影响，塔底液面和温度都能控制在指标范围，因而为加热炉正常生产提供了条件，加热炉避免了因回炼暖塔油所带来的不利影响，相应地提高了加热炉效率和装置处理能力。表2和表3列出了暖塔油系统投用前后有关操作参数对比情况。由表2和表3可以看出，暖塔油系统投用后，在炉101和炉102的炉膛温度比以前下降20 K左右的情况下，分馏塔塔底温度能达到工艺所需的360～365℃，这有利于加热炉的平稳操作。

表2 炉101暖塔油系统投用前后有关操作参数对比 ℃

表3 炉102暖塔油系统投用前后有关操作参数对比 ℃

4.2 改善分馏塔的操作

改造前暖塔油直接进分馏塔的零层回炼，由于暖塔油平均温度较低，造成分馏塔底部温度大幅下降;同时因回炼量不稳定，造成分馏塔底液面大幅度波动，给分馏塔系统操作带来很大困难。因此，无论是从分馏塔的热量平衡还是物料平衡来讲，分馏塔系统平衡操作都因回炼暖塔油而被打破，同时加大了焦化产品质量控制的难度。现在使用暖塔油作急冷油，可以避免分馏塔因回炼暖塔油而产生的系统大幅波动。从该系统流程上看，暖塔油不是直接进分馏塔回炼，而是将其送入暖塔油缓冲罐R401，所以避免了分馏塔操作波动。暖塔油回炼经泵401/1，2平稳地、以打急冷油的形式进行回炼，提高了焦炭塔生产塔顶油气温度的控制质量，改善了分馏塔系统操作条件。

4.3 改善装置气压机操作

暖塔油直接进分馏塔底回炼造成分馏塔系统压力大幅波动，因此对气压机系统操作的影响随之而来。焦炭塔油气量和压力变化都直接影响到富气流量变化和气压机入口压力变化，因而分馏塔回炼暖塔油对气压机平稳运行带来不利影响。而暖塔油系统投用后，分馏塔、加热炉都能维持正常工作，消除了对气压机平稳运行的影响，所以该系统投用改善了气压机的操作条件，有利于装置安全平稳生产。

5 暖塔油系统的效益评估

(1)用暖塔油替代热蜡油注急冷油，只是改变了暖塔油的回炼方式和回炼位置。从焦化产品看，装置可多产热蜡油去催化裂化(即暖塔油替代出的蜡油量26 250 t)，其经济效益比在焦化装置产生的效益显著，同时还能降低装置能耗。表4列出了暖塔油系统投用前后主要能耗下降情况。由表4可以看出，该系统投用后，装置的燃料气消耗下降了10%，若全年装置加工量按照1.37 Mt计算，则可减少瓦斯气用量3 kt，按1 t瓦斯1 000元计，就可增效300万元。因为从焦化装置工艺要求来讲，焦炭塔顶必须注急冷油，使塔顶温度从440℃降至410～420℃。该系统充分利用了这一部分热能来回炼暖塔油，而以前暖塔油进分馏塔回炼需要在加热炉中取热将其温度从250℃升至494℃。因此，该系统的投用使装置能耗下降。

表4 暖塔油系统投用前后燃料气消耗情况 t/t

(2)用暖塔油替代热蜡油注急冷油系统投用，相应地降低了分馏塔内循环回流量。系统投用前在新塔预热阶段，以牺牲处理量来回炼暖塔油，增加暖塔油系统后这一问题得到了彻底解决，装置在此阶段加工量较过去提高，污油回炼能力也得到了较大提升。由于目前暖塔油用作急冷油还有近50%缺口，用自产蜡油补充，若这一部分污油回炼能力能充分利用，每年可创造可观的经济效益。将焦化放空污油和加氢装置外甩污油送进R401回炼，将实现焦化装置少出甚至不出污油的目标。

(3)焦化暖塔油系统投资少、见效快、回报率高，是焦化装置节能降耗、科技增效的重要技改措施。由于系统对设备、工艺没有苛刻的要求，故投资少(总投资为35万元)。主要设备为两台螺杆泵，一座原炼厂减黏装置报废的容器，即暖塔油缓冲罐R401(利旧)，以及相关的配管，其他系统都共用装置原有设备。从操作费用上看，该系统只有一台泵(另一台备用)工作，其功率为11 kW，每小时耗电约10 kW·h，操作费用很低。显然该系统的投资与其所取得的经济效益相比是微不足道的。更重要的是能避免回炼暖塔油所带来的生产操作波动，提高了装置平稳生产水平和安全可靠性，有利于装置长周期生产，其经济作用不言而喻。

6 结论

(1)焦化暖塔油系统经过两年多时间的生产运行证明，焦化装置用暖塔油替代热蜡油打急冷油方案设计合理，切实可行。该系统消除了暖塔油直接进分馏塔回炼所带来的隐患，实现了装置安全平稳生产。

(2)焦化暖塔油系统，投资少、见效快、回报率高，是焦化装置节能降耗、科技增效的重要技改措施。

(3)虽然该系统只是改变了暖塔油回炼方式方法，但它彻底地解决了焦化装置暖塔油回炼这一难题，使焦化装置未来少出甚至不出污油的目标变为现实。

［1］ 赵春年．渣油加工工艺［M］．北京:中国石化出版社，2002．

［2］ 龚朝兵．惠炼焦化大油气线结焦原因分析及对策［J］．广东化工，2009(11):211－212．

［3］ 张立海．焦化塔大油气线结焦原因分析及对策［J］．中外能源，2008(6):81－83．

［4］ 许维相．延迟焦化装置大油气线结焦因素及预防措施［J］．中外能源，2010(3):85－88．

Performance Analysis on Injecting Coking Warm Tower Oil in Oil－quenching System

Chan Sheng，Liu Hebin
(SINOPEC Anqing Company，246002)

SINOPEC Anqing petrochemical coking plant replaced hot wax oil with warm tower oil injecting in oilquenching system．The system has smoothly operated for many years，so the scheme was proved to be feasible．With the strong points of reasonable design，simple operation，low investment and quick return，the scheme could not only eliminate hidden dangers from freshening of warm tower oil in fractionating tower，but also improve operation of heating furnace，fractionating tower，and air compressor，which should be an important technical reforming measure for energy reserving and consumption reduction and efficiency improvement with science and technology．

delayed coking，warm tower oil，quenching oil，performance analysis

1674－1099 (2012)04－0010－04

TE624

A

2012-05-07。

产圣，男，1988年毕业于华东理工大学化学专业，高级工程师，从事石油化工科研工作。