延迟焦化（精选7篇）
延迟焦化 篇1
延迟焦化工艺原料适应性强, 技术成熟, 柴汽比高, 利于增产中间馏分。因而, 延迟焦化逐步成为石油化工热加工的主要方法之一。近年来国内新建的延迟焦化装置呈增加趋势。随着成品油需求的增加, 油品质量标准的提高, 原料油品的特性越来越复杂, 节能减排指标的提升, 炼油成本不断增加。延迟焦化炼化装置面临原油单位耗水量超标的新问题。
1 装置概述
延迟焦化属于重质油热炼化工艺, 在加热炉的高热强度炉管中, 油品达到结焦温度;同时, 通过提高流速使油品无法结焦, 而延迟到在焦炭塔中裂化、结焦。延迟焦化的原料多为重油、渣油、沥青及各种污油, 产品主要为焦炭、汽油、柴油、蜡油、液态烃及副气等。延迟焦化装置通常为间歇操作, 最常用的为“一炉两塔”工艺。在延迟焦化装置“一炉两塔”流程中, 始终有一个塔处于生产状态, 另一个处于准备冷焦、除焦或油气预热状态。来自加热炉的物料进入焦炭塔, 待充装一定容积后, 先用四通阀将物料切换至另一个焦炭塔。在焦炭塔内的油气经充分裂解、缩合后, 轻组分分别进入分馏塔, 焦炭留在塔内。再通过四通阀通入蒸汽, 将遗留的油气进一步提升至放空冷却塔, 同时降低塔内温度。然后用水将塔内焦层冷却至80～90℃后, 水从塔内排出, 该过程所用水称为冷焦水。延迟焦化装置通常采用水力除焦, 即水力切焦器利用高压水产生的高速水流将焦炭切割成块, 焦炭及水从焦炭塔内流出, 进入储焦池, 该过程所用水称为切焦水。
2 工艺特点分析
延迟焦化装置所用水主要用于冷焦水、切焦水和循环冷却水。三种水均为循环使用, 但它们在延迟焦化装置内起着不同的作用, 采用不同的处理工艺。
2.1 冷焦水处理工艺
冷焦水主要用于冷却焦炭, 出焦炭塔时水温为80～90℃ (称为冷焦热水) , 含油量为2000～10000mg/L, 焦粉含量约为2000mg/L。根据焦化工艺及加工流程的不同, 水中油及焦粉的含量相差较大。
目前焦化装置中所采用的新型冷焦水工艺一般为密闭流程, 冷焦水在整个循环处理过程中均在密闭管道及容器内, 具体流程如图1。水出焦炭塔后自流进入冷焦热水罐, 进行焦粉沉降和重力除油, 经泵提升至旋流焦粉分离器, 利用离心分离原理, 进一步除去焦粉, 水中焦粉含量≤150mg/L, 随后, 热水经过旋流油水分离器, 含油量降至100mg/L以下。分离出来的污油进污油脱水罐进行脱水;热水进空冷器热冷却后至冷焦冷水罐储存 (称为冷焦冷水) , 以备下次冷焦用。
早期的延迟焦化装置冷焦水处理多为开放式工艺流程, 主要采用池类构筑物。
同早期的开放式流程相比, 新型工艺中采用密闭罐体代替敞开池体, 节省占地, 减少了水的渗漏和蒸发损失;增加了除油和除焦粉设备, 改善水质, 提高水的循环使用率;用空冷器取代了冷却塔, 消除了冷焦热水的蒸发及风吹损失, 有效节约新鲜水用量, 减少冷焦水污染, 提高冷焦水循环利用率。
结合装置运行实践, 得出冷焦水的损失主要为:
(1) 工艺过程要求的先蒸汽吹扫焦炭塔内油气、后小流量冷焦过程的蒸发及排污损失。以规模为100万t/a的延迟焦化装置为例, 该过程每冷焦一次, 通常将约40～50m3冷焦水作为含油污水外排, 造成冷焦水损失。
(2) 旋流油水分离器和旋流焦粉分离器的反冲洗排水。根据冷焦水的工艺特点, 运行一段时间后, 旋流油水分离器需要反冲洗。根据实际工程运行调研, 约10～20天反冲洗一次, 水量约为单小时处理水量的20%。
(3) 除油过程中污油带走和污油脱水排污损失。经过冷焦热水罐的沉降, 所得污油含水率为40%～60%。该污油再经过污油脱水罐脱水后, 含水率降至10%左右, 其中所脱出的水均排至含油污水系统;其余水量与污油至全厂污油罐。
2.2 切焦水处理工艺
切焦水主要用于切割焦炭塔内结焦焦炭。切焦水与焦炭混合, 自流进入储焦池, 焦炭留在储焦池与水分离后运走, 切焦水流经各沉淀池, 焦粉逐级沉淀。后经泵加压通过旋流焦粉分离器, 焦粉再次分离, 切焦水进入高位水罐储存, 以备循环使用。具体流程示意见图2。
结合工程实践得出, 切焦水的水量损失主要为:
(1) 储焦池、粉焦池及沉淀池中水的蒸发, 是切焦水损失的首要原因。由于储焦池面积较大, 通常达1000m2以上;要定期用天车运送池内焦炭, 池体无法设置盖板, 切焦水的蒸发损失不可避免。
(2) 外运焦炭时, 所含水分被一并带走, 造成水量损失, 该部分水通常约为焦炭重量的3%。
(3) 储焦池、粉焦池及沉淀池等的渗漏及排污损失。
2.3 循环冷却水
循环冷却水主要用于延迟焦化装置内的空冷器、风机、冷换设备和水泵等设备及物料的冷却。以大港100万t/a延迟焦化装置为例, 2005年循环水平均用量6.81m3/t渣油。循环冷水来自循环水场, 进装置后供至各用水点;循环热水一部分采用余压回到循环水场, 另一部分则需要水泵加压, 尚有一部分因冷却水泵无法回收而直接排入含油污水系统。因此, 循环冷却水的损失主要由直接排水量造成。
3 节水措施
通过上述工艺分析, 从装置设计及正常操作运行角度考虑, 针对冷焦水、切焦水和循环冷却水的不同损失特征, 应采取相应的节水措施。
3.1 冷焦水节水措施
(1) 合理设计冷焦热水罐的容积, 保证焦炭塔出来的冷焦热水在罐中有充分的停留时间, 使得水体中所含油分及焦粉有充分的分离、沉降时间, 提高重力沉降去除率, 减轻后续设备的负荷, 增长其反冲洗周期, 从而降低排污量。根据调研, 停留时间2h, 冷焦热水罐除油率可达80%以上。
(2) 改进工艺流程, 将焦炭塔前期蒸汽及小流量冷焦水阶段污水经过除油预处理后, 重新送回冷焦热水罐, 以减少冷焦水损失, 提高循环使用率。根据运行经验发现, 该部分污水除含油量较高外, 其他特征均与后期冷焦水相近。经过除油后再回到冷焦热水罐, 对冷焦水无明显影响。
(3) 将高位水罐的切焦水作为补充水接入冷焦水冷水罐, 可以节省新鲜水。由于切焦水经过沉淀及旋流焦粉分离器处理后, 水质较好, 焦粉颗粒含量在150mg/L以下。同时, 储焦池中焦炭对油分有较强的吸附作用, 切焦水中油含量少, 水温低, 可以达到冷焦水水质要求。
(4) 从切焦水提升泵上接备用管线到冷焦热水罐, 将切焦水采用冷焦水的流程处理合格后, 作冷焦水用。
3.2 切焦水节水措施
(1) 除储焦池的蒸发水量难以克服外, 设计中将冷焦水系统及整个装置区的排污水全部自流汇至储焦池, 作为切焦水的补充水, 减小新鲜水的耗量。根据运行检测, 工艺系统的切焦水质要求不高, 采用旋流焦粉分离器处理后的切焦水, 水质完全能够满足工艺要求, 实际运行良好, 节水效果明显。
(2) 收集外运焦炭时所分离的水分, 即在焦炭外运场周围设置集水沟, 将焦炭中溅溢的水分再汇流到储焦池, 既可以节省切焦水, 又可以保护储焦池周围的环境, 收效良好。
(3) 在降水量较大的华东和华南地区, 通过储焦池的调节容积, 将降水收集后使用, 可同时作为切焦水和冷焦水的补充水。
(4) 做好储焦池、粉焦池及沉淀池等的防渗处理, 尽可能的减少渗漏损失。
3.3 循环水节水措施
(1) 减少循环水直接排污, 提高循环利用率。压力循环热水通过管网进循环水场;自流循环热水也尽可能汇集于循环热水池, 统一加压后进入管网。
(2) 减少自流循环热水, 并保证其在密闭的管道和容器内运行, 以减少水量损失。
(3) 优化工艺流程, 改变循环介质, 如部分水冷可以用需要升温的油冷来替代, 既节省了油品升温的能量, 又降低了循环水的用量。
4 经济效益
以大港100万t/a延迟焦化装置为例, 原来新鲜水平均用量为18.5m3/h, 采用以上节水措施后, 平均用水量约为7.6m3/h, 按每年运行8400h计算, 年节约新鲜水量约9.16×104t;按水价3.5元/t计算, 每年节约32.05万元。同时, 正常情况下装置内生产污水无需外排, 仅在装置检修时外排, 排污量明显减少。
5 结语
延迟焦化是众多石油炼化工艺中的一种。通过对延迟焦化装置中冷焦水、切焦水和循环冷却水系统的工艺特征和漏失因素的分析, 得出了目前延迟焦化装置节能减排的方向和节水的具体措施。对相似类型石化炼化装置的节水也有重要的借鉴意义。
参考文献
[1]李淑培.石油加工工艺学 (中册) [M].北京:中国石化出版社, 2006:8-15
[2]翁兴勇, 段金庭, 肖津.延迟焦化节能降耗探讨[C].中国延迟焦化协作组会议, 青岛, 2006
延迟焦化装置防喘振优化 篇2
为了降低装置消耗, 利用延迟焦化装置检修后较好的工况, 根据原料性质的变化、装置负荷变化情况, 及焦化切塔、吹气冷焦、暖塔、甩油时期的不同操作情况, 对富气压缩机反飞动阀的调节开度进行了摸索实验, 将富气反飞动阀的开度由15%左右, 调整至目前的4%~8%之间, 取得了较好的节能效果。
1 气压机防喘振阀调试标定
气压机防喘振阀调试标定是装置在大处理量情况下进行开度调试, 从大阀位关至最小阀位调整时, 气压机的运行情况以及气压机的能耗变化情况, 为气压机的安全经济合理运行提供依据。
1.1 防喘振阀标定
延迟焦化装置气压机反飞动阀调试标定时, 装置满负荷运行, 日处理量为3800 t/d, 各系统运行工况良好, 见表1。
由表1可以看出, 在压缩机防喘振阀标定时, 压缩机入口压力在0.052~0.067 MPa之间, 即入口压力控制在0.05 MPa以上, 能够满足正常生产要求。
压缩机出口压力在1.015~1.045 MPa之间, 入口流量17 293~19 314 m3/d之间, 说明系统操作较为平稳, 操作的波动较小。而表1出口流量的差值, 实际就是气压机反飞量, 反飞量最大达到2615 m3/d, 最小值为144 m3/d, 反飞流量最大的时间段在4:00时, 即焦化系统给水冷焦的过程中;反飞流量最小的时间段在20:00时, 即焦化系统切塔的过程中。
表2所示数据为电气车间所采集数据, 输出功率最大值与最小值的偏差变化为219 k W, 说明气压机在节能降耗方面调节的潜力较大。同时电压相对较为稳定, 电流的变化大一些。
1.2 防喘振阀开度调节
标定期间对暖塔、切塔、吹气冷焦阶段进行防喘振阀开度调节, 调节开度在0~15%之间。暖塔时根据标定方案, 防喘振阀调节在5%~8%之间, 由于当时工况较好, 阀的开度调节在1%~3%之间;切塔时防喘振阀开度约6%;吹气冷焦时防喘振阀开度在0~3%之间, 各种工况较为平稳过渡, 防喘振阀调试标定达到了预期的效果。
标定期间对分馏塔顶压力及温度进行了数据分析, 分析结果认为调试过程中, 对分馏塔顶压力有一定的影响, 因为在调节防喘振阀时分馏塔顶部压力会有波动, 但是对分馏塔顶部温度的影响不大。
2 效益计算
经过调试标定后, 根据气压机电动机输出功率的变化, 计算出气压机平均节电333 k Wh, 按全年反飞动阀位在1%~3%的时间4000 h计算, 年节电133.2×104k Wh, 每度电按0.55元计算, 年可节约73.26万元;年节能445 t标煤, 装置加工能耗降低0.26 kg/t (标油) 。
标定期间, 压缩机入口压力指标工艺卡小于等于0.065 MPa, 但是根据标定时的要求操作, 防喘振阀阀位的减小化操作很难达到。通过标定发现, 如果对指标进行适当的调整, 即控制在小于等于0.05 MPa, 则防喘振阀小阀位的操作较为容易实现。
摘要：延迟焦化装置是石化企业的重点耗能装置, 同时也存在着一定的节能空间, 通过优化压缩机操作, 防止机组喘振事件发生, 对富气压缩机反飞动阀的调节开度进行了摸索实验。将富气反飞动阀的开度由15%左右, 调整至目前的4%8%之间, 取得了较好的节能效果, 可使装置能耗显著降低。年节约电量133.2×104k Wh, 增加效益73.26万元。
延迟焦化技术的现状及展望 篇3
1 世界焦化产能情况
据美国油气杂志2009年1月1日统计, 2008年世界焦化产能达到了2.43亿吨/年, 较2003年增长了5.2%。其中美国焦化产能最大, 2008年为1.34亿吨/年, 较2003年亦增长了6.3%。
2 我国焦化产能情况
近几年, 随着我国炼油装置改扩建、新建装置的增加, 国内焦化能力也迅速增加。由表2的数据可以看到, 由2006年到2008年中国焦化能力增长了36.3%。据统计, 目前国内运行的焦化装置约有68套, 能力合计约为7290万吨/年。预计2009年随着众多炼油新建、改扩建项目的投产, 国内焦化能力将进一步快速增长。
*以上为粗略统计数据;**含中海油广东惠州420万吨/年焦化能力。
3 焦化在渣油加工中的地位
据美国SFA太平洋咨询公司初步统计, 在2007年世界上延迟焦化装置的加工能力已超过渣油总加工能力的32%, 是渣油加工的主要手段之一, 详见表3。因此, 从加工能力的角度讲, 可以说焦化是世界炼油工业中第一位的重油转化或者渣油加工技术[5]。
*为溶剂脱沥青生产燃料油;**为专门设计或改造后能处理康氏残炭值 (CCR) 超过2%的原料的FCC装置。
4 焦化技术现状
4.1 焦化技术主要形式
目前, 焦化的形式以延迟、流化和灵活焦化3种为主。由于流化焦化和灵活焦化的投资和操作费用远高于延迟焦化, 因此发展非常缓慢[6]。据报道, 自1976年日本建成第一套125万吨/年灵活焦化装置以来, 迄今共建成7套灵活焦化工业装置, 总能力为1750万吨/年, 仅占2008年世界焦化总能力2.43亿吨/年的7.2%。因此, 可以说焦化技术的发展是以延迟焦化技术的发展为主。
4.2 主要的延迟焦化工艺
目前, 比较成熟的延迟焦化技术以Foster Wheeler、Lummus和Conoco公司以及Kellogg和中国石化的技术为代表。世界上多数延迟焦化装置均采用这些专利、专有技术设计、建设。这些技术在工艺流程和主要设备上都大同小异, 但又有各自的技术特点。
4.2.1 Foster Wheeler的SYDEC (Selective Yield Delayed Coking) 工艺
Foster Wheeler技术的特点是采用低压、超低循环比设计以保证液体产品的高收率。此外, 该技术采用低焦炭塔操作周期, 一般12～18h, 可以减小焦炭塔尺寸和提高现有装置的处理能力。双面辐射加热炉和加热炉在线清焦技术, 改进的分馏塔及内件设计, 先进的自动化技术设计也是其焦化技术的特点。目前, Foster Wheeler公司在焦化技术上处于领先地位, 主要表现在收率预测、工艺设计、加热炉设计以及详细工程设计等方面[7,8]。
截至目前, 有五十余套装置采用了Foster Wheeler技术, 累计产能达到240万桶/天 (折合约1.37亿吨/年) 。
4.2.2 Lummus公司的延迟焦化技术[9,10]
Lummus延迟焦化技术的主要特点是:
①最大灵活性的设计;
②适应进料的变化;
③适应加工能力的变化;
④工艺设备设计的灵活性。
Lummus的加热炉采用标准室式加热炉, 根据加热炉功率可以选用单燃烧室或双燃烧室。此外, Lummus在设计中普遍采用先进的计算机控制、自动卸盖系统、改进的水/生焦处理系统等。目前, 已有60余套装置采用了Lummus的延迟焦化技术。
4.2.3 Conoco公司ThruPlus工艺[8]
Conoco公司技术的主要特点是馏分油循环技术和一系列设计软件的应用。在流程上采用馏分油循环技术和零循环比后, 可使液体收率提高3%～4%, 焦炭收率下降约3%～4%。ThruPlus工艺目前的应用情况是:用于Conoco自有公司及合资公司建设21套, 能力累计70万桶/天;对外许可装置约49套, 能力累计超过100万桶/天 (折合约5500万吨/年) 。
4.2.4 Kellogg延迟焦化技术[7,9]
Kellogg公司从事焦化工程设计40多年, 共承建约37套延迟焦化装置。其技术的主要特点是采用低压、低循环比操作。目前, Kellogg典型的焦炭塔操作压力为0.10～0.14MPa, 装置的循环比可按0.05设计。
另外, Kellogg公司开发的焦炭塔底盖自动拆卸技术于1993年就已投入工业应用。
4.2.5 中国石化延迟焦化技术
中国石化的焦化技术开发已有近50年的历史。目前, 该技术主要包括石油化工科学研究院以及中国石化工程建设公司和洛阳石化工程公司开发的专利、专有技术。主要特点为:低压、低循环比操作以及高液收。此外, 在焦化消泡剂、可调循环比焦化工艺[11]以及组合工艺[12,13]开发方面也有自己的特点。目前, 国内已有超过50套装置, 累计产能超过了7000万吨/年。
近几年, 中国石化的焦化技术已走出国门, 先后在苏丹、伊朗等地的炼油项目中提供了技术许可及相关设计服务。
5 延迟焦化的发展趋势
延迟焦化工艺在把渣油转化为更有价值的轻质产品方面发挥着重要作用。在工艺流程、生产操作和设备设计等诸多方面均有许多发展和创新, 主要体现在以下几个方面:
5.1 提高液收、减低焦炭收率
炼厂是以生产液体燃料为目的, 因此追求高液收、低焦炭收率也成为延迟焦化工艺发展的首要目标。为实现这一目标主要措施有:降低循环比;降低操作压力、提高操作温度;馏分油循环[14]和减压蒸馏采取减压深拔等。
Foster-Wheeler公司为提高液体收率, 开发了低压 (0.103MPa) 和超低循环比 (0.05) 的新工艺。采用该工艺的延迟焦化装置, 在低压、超低循环比条件下操作, 可以少产焦炭25%, 同时可以多产10%以上的重焦化蜡油, 其残碳和金属含量仍符合催化裂化和加氢裂化装置的原料要求。
5.2 提高装置的灵活性
焦炭塔为间歇操作, 焦化装置应能适应焦炭塔切换造成的波动, 所以在焦化装置的设计上应具备一定的灵活性。目前, 在延迟焦化装置的灵活性上工作主要集中在增强原料适应性 (加工不同的原料油) 、提高操作弹性、高液收或多产优质石油焦、可处理炼厂废渣和不合格油以及适应炼厂总流程变化上。
中国石化洛阳石化工程公司开发了可调循环比的延迟焦化工艺[11], 该工艺将加热后的原料直接进入焦炭塔, 而非分馏塔, 分馏塔内的反应尤其热量由塔底抽出的循环油回流取走。进加热炉的循环油量可根据需要调节, 从而实现可调节循环比流程。在广州石化的应用表明, 可调循环比的工艺流程提高了延迟焦化装置的操作灵活性, 现场可根据原料性质、产品要求处理量等情况, 选择合适的循环比和操作条件, 优化装置操作。
5.3 提高装置的处理能力
5.3.1 装置的大型化
装置的大型化是提高劳动生产率、降低成本和增加效益的重要手段。因此, 世界和我国的焦化装置的规模也在向大型化方向发展, 见表4。
5.3.2 焦炭塔大型化
随着焦化装置能力的增大, 焦炭塔的设计也随之趋于大型化, 见表5。采用较大的焦炭塔可以减少炼厂焦炭塔的数量, 但塔的寿命会受到限制。ABB Lummus公司建议焦炭塔直径为8200～8500mm[5,15]。
5.3.3 缩短生焦周期
目前, 新设计的焦化装置生焦周期一般为16～20h。据报道[8], 目前国外一些装置采用了14h的生焦周期, 亦有尝试突破装置瓶颈, 采用12h生焦周期的研究者, 典型的短生焦周期的焦化装置的清焦操作时间分配见表6。
缩短生焦周期将大幅提高焦化装置的生产能力, 但若将周期缩短到12h, 则需要采用大量的设备并进行系统瓶颈的消除。
5.4 生产优质石油焦
延迟焦化的传统应用是处理减压渣油、增加轻质油品的产量, 同时副产石油焦。随着焦化技术的发展和石油焦用途的扩大, 一些延迟焦化装置也在特定的操作条件下生产优质石油焦。石油焦中附加值最高的是针状焦, 目前国内仅有锦州石化拥有5万吨/年的产能。随着国内炼钢电极焦需求的增长, 国内的煤系
针状焦和石油系针状焦产量远不能满足国内的需求。因此, 发展优质石油焦生产也是大势所趋。
6 结 语
鉴于原油重质化、劣质化趋势的发展, 面对提高重油转化深度、增加轻质油品产量需求以及日益严格的环境保护形势, 延迟焦化由于可以加工高含沥青质、硫和金属含量的重质渣油进料, 最大量地生产馏分油, 在重油、渣油转化加工中的地位和作用将日益突出。今后, 延迟焦化技术将会沿着最大限度地提高液体产品收率、提高装置灵活性和原料适应性、提高控制水平和设备自动化水平以及加强环境保护方面继续发展。
摘要：随着世界范围内原油重质化和劣质化速度加快, 对轻质油产品的需求增大, 延迟焦化作为重质渣油转化和加工的主要途径之一地位日益重要。近年来, 世界和我国的焦化生产能力增长迅速, 延迟焦化技术也在朝着低压、低循环比以及提高装置灵活性和装置大型化等方向发展。
延迟焦化装置的腐蚀及选材 篇4
延迟焦化是将渣油等劣质原料经热裂化转化为气体、轻质、中质馏份油及焦炭的加工过程。延迟焦化装置有以下特点:
(1) 加工原料广泛, 可加工高沥青质、高金属含量的劣质重油 (重质原油、渣油、油浆、脱沥青油) 。 (2) 加工成本低。 (3) 延迟焦化过程不使用任何催化剂。
2 焦化装置的腐蚀及损伤分析
延迟焦化装置设备和管道主要的腐蚀类型有高温硫腐蚀、环烷酸腐蚀 (含酸油) 、湿硫化氢腐蚀。
2.1 高温硫腐蚀
原料中的硫化氢或含硫化合物等在高温下形成硫化氢与金属发生反应;或硫及含硫化合物高温下直接与金属发生反应产生腐蚀。
Fe+H2S=FeS+H2
硫化氢在350~400℃可以分解为S和H2, 分解出来的元素硫比硫化氢的腐蚀还要激烈。
Fe+S=FeS
硫腐蚀始于200℃, 至240℃以上开始明显加剧。高温硫腐蚀的腐蚀率随硫S含量和温度的提高而增加。高温 (≥240℃) 硫腐蚀的腐蚀速率可以由经过修正的Mc Conomy曲线 (图1) 预测。
2.2 环烷酸腐蚀 (NAC)
环烷酸腐蚀一般认为自220℃开始发生腐蚀, 在温度低于400℃腐蚀随温度的升高逐渐加剧。超过400℃环烷酸开始分解或转变为气相。环烷酸腐蚀主要影响因素为:
2.2.1 环烷酸的含量
环烷酸的含量是一个重要的因素, 目前原油或馏分油中的TAN (总酸量) 大于0.5, 就要考虑环烷酸腐蚀。一般认为当TAN值大于1时, 将会产生较为严重的腐蚀问题。
2.2.2 流速
流动状态对环烷酸腐蚀有很重要的影响, 一般酸含量越高, 对对流速的敏感性越大, 腐蚀也越严重。对此, 应控制工艺管线内流速小于60m/s, 最好应控制在小于40m/s。
2.3 湿H2S腐蚀开裂
2.3.1 湿硫化氢环境的定义
湿硫化氢环境定义:介质中存在游离水, 且符合下列条件之一: (1) H2S在液相游离水中的质量分数≥50μg/g (ppmw) ; (2) 液相游离水中的p H≤4, 且有H2S存在; (3) 液相游离水中的p H≥7.6, 且在液相游离水中的HCN质量分数≥20μg/g (ppmw) , 并有H2S存在; (4) H2S在气相中的分压≥0.0003MPa。
按照前述定义, 根据湿硫化氢的腐蚀破坏的危害程度, 对湿硫化氢工艺环境按下列原则分类:
容器的工作环境为室温~150℃并符合下列其中一条时称为第Ⅱ类湿硫化氢:
(1) 由含水腐蚀产生的氢浓度高, 且液相H2S含量大于50ppm (2) H2S在水中的浓度大于2000mg/l且PH大于7.8; (3) H2S在水中的浓度大于50mg/l且PH值小于5.0; (4) 水中的氢氰酸 (HCN) 或氰化物含量大于20mg/l
其余工况为第Ⅰ类。
2.3.2 对第Ⅰ、Ⅱ类湿硫化氢工况, 其材料要求如下
(1) 材料的强度和使用状况要求
a材料标准规定的屈服强度Rel≤355MPa;b材料实测的抗拉强度Rm≤630MPa;c材料的使用状态为正火+回火, 正火, 退火;
(2) 碳当量要求:
a:板厚≤38mm, Ceq≤0.43;b:板厚39~64mm, Ceq≤0.45;c:板厚65~102mm, Ceq≤0.46;d:板厚>102mm, Ceq≤0.48;
(3) 设备管道壳体板厚大于20mm, 要求100%UT检查;
(4) 热处理后不允许在接触介质一侧打钢印;
(5) 要求焊后热处理, 热处理后焊接接头的硬度HB≤200;
(6) 材料的化学成分要求除满足相应材料标准的规定, 还要求P≤0.010%, S≤0.006%。
2.3.3 对第Ⅱ类环境除满足上述要求外, 还应符合下列规定
(1) 材料成品分析要求P≤0.008wt%、S≤0.004 wt%、Mn≤1.35wt%、Nb+V≤0.02wt%;
(2) 板厚方向断面收缩率Z≥35% (三个试样平均值) 和25% (单个试样最低值) ;
(3) 按NACE TM 0284进行抗HIC试验, 应满足CLR≤10%、CTR≤3%、CSR≤1.5%。
2.3.4 对于介质属于湿硫化氢的管道可不按上述要求执行, 但应尽可能尽可能降低材料的P、S含量, 且焊后应进行消除应力热处理, 焊接接头的硬度HB≤200。
2.3.5 08Cr2Al Mo、09Cr2Al Mo RE钢管、07Cr2Al Mo RE板材、08Cr2Al Mo锻件应通过国家压力容器标准化技术委员会的技术评审并合格。
2.3.6 在湿H2S环境下, 材料的选择和使用应参照下列规范标准
(1) 压力容器安全技术监察规程。
(2) NACE MR 0103在腐蚀性石化炼厂环境抗硫化物应力开裂材料的材料要求。
(3) NACE 8X194 Materials and Fabrication Practices for New Pressure Vessels Used in Wet H2S Refinery Service用于炼油厂湿H2S环境下新压力容器的材料及制造经验。
(4) NACE RP 0472防止碳钢焊缝在腐蚀性炼油厂环境产生环境开裂的方法和措施。
(5) NACE MR0175石油和天然气工业--在含硫化氢的原油和气体产品中的材料选用。
2.4 机械疲劳
焦炭塔由于周期性的冷热循环操作, 导致焦炭塔的低频疲劳破坏, 一是塔壁的塔体鼓包 (径向鼓凸) , 及大家所熟知的"糖葫芦"现象。早期变形仅局限于底部随着时间的推移, 塔上部产生的鼓凸也变得比较明显。
塔体鼓包的根本原因是由于急冷和反复加热产生的过大的局部循环热应力和变形不协调, 使塔壁高温蠕变引起的。由于环焊缝有较高的屈服强度, 而且又比母材厚, 因而环焊缝径向增长小。塔体就产生强制性的气球装的鼓凸, 碳钢制造的焦炭塔这种变形最为明显。
另一种低频疲劳破坏是随着塔的恶劣工作条件而产生的塔体焊缝开裂, 这种破坏危害性大。
3 焦化装置的选材
3.1 高硫低酸油焦化装置主要设备和管道的选材
(1) 焦炭塔
焦炭塔的操作温度是400~505℃, 要求材料要有较好的高温强度和抗蠕变能力, 同时要考虑高温硫腐蚀。焦炭塔的高温硫腐蚀与一般的高温硫腐蚀不同, 焦炭塔的中下段塔壁通常都附着一层牢固而致密的由焦炭形成的保护层, 隔开了腐蚀介质, 一般腐蚀不严重, 因此目前焦炭塔主体材料一般为15Cr Mo R (或14Cr1Mo R) 。上部塔壁和顶封头, 由于介质为气相, 结焦层薄而不牢固, 尤其是开口接管和立柱加强板等处传热速度较快, 塔内达不到结焦温度, 而使塔壁裸露而腐蚀严重, 因此焦炭塔上部泡沫段及以上部分采用0Cr13 (0Cr13Al) 复合板。
铬钼钢具有比碳钢高的多高温抗蠕变能力, 可避免或减缓长期操作的鼓包变形。同时采用铬钼钢时, 焦炭塔的壁厚较薄, 相应减小了温差应力, 即使在相同的总应力下, 铬钼钢的疲劳寿命也比碳钢至少高50%。所以铬钼钢的抗疲劳开裂能力比碳钢高。
(2) 焦化分馏塔
塔底部位存在高温硫腐蚀, 塔顶可能会有氯化胺冷凝形成对塔盘的腐蚀还可能存在湿硫化氢腐蚀.因此, 对于高于260℃的温度段, 塔盘用0Cr18Ni9壳体用20R+00Cr19Ni10, 对低于260℃温度段, 塔盘用0Cr13, 壳体用20R+0Cr13Al。
(3) 加热炉进料缓冲罐
加热炉进料缓冲罐的操作温度一般在300℃以上, 存在高温硫腐蚀, 因此选择20R内衬0Cr13以提高抗硫腐蚀能力。
(4) 分馏塔顶油气分离器
存在湿硫化氢腐蚀, 选20R, 焊后进行消除应力热处理。
(5) 甩油罐
20R+0Cr13以满足高温硫腐蚀的工况要求, 考虑到甩油罐为间歇操作, 也可以选用20R。
(6) 轻蜡油汽提塔
存在严重的高温硫腐蚀, 因此, 塔盘选0Cr13, 壳体用16Mn R+0Cr13。
(7) 焦化分馏塔顶水冷器
管程介质循环水, 材料选用20R。壳程介质为富气 (或液化气) 含有较高的硫化氢, 为湿硫化氢环境, 材料选用20R, 并进行焊后热处理, 且热处理后硬度小200HB。换热管采用09Cr2Al Mo Re或08Cr2Al Mo, 可抗硫化氢腐蚀。
(8) 焦化分馏塔顶空冷器顶循空冷器
塔顶气里含有较多的硫化氢, 材料选用09Cr2Al Mo Re或08Cr2Al Mo, 可抗硫化氢腐蚀。
(9) 吸收塔解吸塔再吸收塔稳定塔
进料含有很高的硫化氢, 为湿硫化氢环境, 壳体材料选用16Mn R+0Cr13Al复合板, 塔盘采用0Cr13。
对于油-油换热器, 当介质温度<240℃时, 壳体材料选用碳钢, 管子选用碳钢;当介质温度≥240℃时, 壳体材料选用碳钢+0Cr13复合板, 管子选用00Cr19Ni10, 以防止高温硫腐蚀。
加热炉进出口管道、焦炭塔高温进料管道以及焦炭塔顶高温油气管道、分馏塔下部高温管道以及其它介质温度≥240℃的含硫油品、油气管道, 要考虑高温硫腐蚀, 一般选用1Cr5Mo材料。
分馏塔顶油气管道, 吸收稳定塔顶油气管道, 属于湿硫化氢环境, 在选材时应考虑湿硫化氢应力腐蚀开裂, 一般选用碳钢, 并进行焊后热处理。
3.2 高硫高酸油焦化装置的选材
与焦化加热炉之后的原料油接触的设备、管道选材与上述高硫低酸酸油焦化装置主要设备和管道的选材一致焦化加热炉之前与原料油接触的换热器、管道和加热炉管等高温系统, 应防止环烷酸腐蚀, 原料油温度<220℃的设备、管道以碳钢为主;原料油温度≥220℃的设备、管道可选用00Cr19Ni10、0Cr18Ni10Ti、00Cr17Ni14Mo2及其复合钢板。
加热炉进料缓冲罐
加热炉进料缓冲罐的操作温度一般在300℃以上, 存在高温环烷酸腐蚀, 因此选择20R内衬00Cr17Ni14Mo2以提高抗环烷酸腐蚀能力。
减渣与蜡油换热器
减渣温度≥220℃时, 壳体选用碳钢+00Cr17Ni14Mo2 (或00Cr19Ni10、0Cr18Ni10Ti) , 管束:选用00Cr17Ni14Mo2 (或00Cr19Ni10、0Cr18Ni10Ti) ;蜡油侧温度≥240℃, 壳体选用碳钢+00Cr19Ni10。
加热炉前温度≥220℃的渣油管道选用00Cr17Ni14Mo2。
4 结束语
从以上的分析可知, 延迟焦化装置的存在的腐蚀及损伤主要是高温硫腐蚀、高温环烷酸腐蚀、湿硫化氢腐蚀和疲劳破坏, 因此在焦化装置设备和管道的选材, 高温部位应考虑高温硫腐蚀和高温环烷酸腐蚀 (加热炉前) 、分馏部分和吸收稳定部分应考虑湿硫化氢应力腐蚀开裂。
摘要：延迟焦化装置是炼厂为降低原油加工成本选择劣质原料时的重要装置。焦化装置操作温度高、原料中硫 (酸) 等腐蚀性杂质含量高, 腐蚀严重。通过分析焦化装置的主要腐蚀形式及损伤机理, 说明焦化装置主要设备和管道的选材。
延迟焦化装置污水回收利用的实践 篇5
1 装置耗水及排水现状
延迟焦化装置以稠油为原料,配有原油电脱盐系统,根据工艺特性污水外排主要有三股: 冷焦放空污水、机泵冷却排水和电脱盐系统排水。三股污水共用一套下水系统,合并后直接排入污水处理厂。
1. 1 冷焦放空污水
焦化装置冷焦放空污水在焦塔冷焦期间产生,主要是由冷焦蒸汽和冷焦水汽化后的冷凝水形成,这部分污水不仅含油量大(见表1),破乳困难,而且焦粉含量高,容易堵塞下水系统。按照36 h生产周期计算,放空污水包括35 t的冷焦蒸汽冷凝水和150 t左右冷焦水汽化冷凝水,其中被汽化掉的冷焦水需要用新鲜水补充。
1. 2 机泵冷却排水
焦化装置流程复杂,设备繁多,按照设计共有21台机泵使用新鲜水冷却,新鲜水耗量约为5 t / h,这部分水直接排入下水系统,作为污水送往污水处理厂。
1. 3 电脱盐排水
焦化装置共有三级电脱盐,每级新鲜水用量为5 t/h,目前装置只在电脱盐一级注水,新鲜水注入电脱盐罐,充分溶解吸收原油中的盐分后排出电脱盐系统。这部分含盐污水直接排入下水系统,送往污水处理厂。
1. 5万t / a延迟焦化装置开工初期,每月新鲜水耗量约为15 000 t,其中绝大部分都以污水的形式外排至污水处理厂,使下游装置严重超负荷运行,污水处理水质难以保证。而且,焦化冷焦放空污水水质差、排量大,必须间歇集中排放,最大量至50 t/h左右,多次对污水处理厂造成冲击。
2 污水治理措施
2. 1 下水系统改造
焦化装置机泵冷却排水水质较好,可以直接回收至焦池中,作为冷焦水补水,以减少新鲜水的耗量。而冷焦放空污水是在焦塔冷焦期间产生的,根据谁污染谁治理的原则,初步考虑将这部分污水也直接回收到焦池中循环使用。经过对下水系统的改造,将冷焦放空污水、机泵冷却排水和雨水一并回收到焦池中。焦化装置下水系统流程见图1。
2. 2 冷焦污水流程改造
焦化装置下水系统改造以后发现,放空污水中含油量较大,且难以分离,直接回收到焦池中后,造成焦池水质严重恶化,冷焦水表面浮油厚度超过20 mm,焦池周围油气浓度明显增加,影响装置安全生产。为此,经过工艺改造,在放空塔顶油水分离罐上增加反相破乳剂注入流程。经过实验,选用OW-11型阳离子破乳剂(主要性质见表2),按照50 mg /L的比例用计量泵注入放空塔顶油水分离罐中,与污水中的油滴充分接触,中和油滴表面的负电荷使油滴能聚集增大与水沉降分离[2,3](破乳后的污水分析数据见表1)。分离后放空污油送入污油系统进行回收,经过分离的污水和罐底的焦粉掺入冷焦水给水线回注到焦塔中进行回炼,其流程见图2。
冷焦污水回用前后对石油焦质量进行了跟踪,发现在回用前后,石油焦质量无明显的变化,石油焦质量分析见表3。
%
2. 3 电脱盐注水流程调整
1. 5万t / a延迟焦化装置电脱盐注水设计有新鲜水和净化水两条流程,装置开工初期使用5 t/h新鲜水注入电脱盐,后经论证,电脱盐注水改为净化水,经过实践证明对电脱盐系统的运行影响不大,可以保证电脱盐排水水质达标( 数据见表4) 。但是由于电脱盐排水含盐量较高,回收到焦池会增加石油焦灰分含量,影响石油焦质量,所以这部分水没有回收。
3 污水治理效果
通过下水系统改造1. 5万t/a延迟焦化装置实现了污水分类分流,回收高品质机泵冷却水约5 t / h; 通过冷焦污水流程改造,提高了油水分离效果,增加了污油回收率,实现了冷焦污水全回用; 通过电脱盐注水流程调整,回用了净化水,减少新鲜水耗量5 t/h。经过流程改造和调整,焦化装置年累计回用污水量130 464 t,污水外排量降低87 264 t,新水用量由每月15 000 t左右降低到3 200 t左右,下降了78. 7% 。
由于焦化装置污水的综合治理,冷焦污水实现了零排放,出装置污水水质得到明显的改善(见表6)。污水外排量的减少有效地降低了污水处理装置 的负荷, 控制了污 水造成的 环境污染[4]。
4 结 语
延迟焦化装置污水治理及工业应用 篇6
1 延迟焦化装置污水的种类
1.1 含油废水
目前在延迟焦化装置含油废水中主要包括四类,既吹气冷凝水、冷焦水、切焦水以及其他含油废水。吹气冷凝水的产生是延迟焦化装置中焦炭塔在生焦之后产生的大量过热蒸汽从底部进入到焦炭塔中,并且吸收焦炭中所吸附的焦油以及硫化物等而产生的废水。冷焦水可区分为小给水以及大给水两部分,当交单他内部经过吹气后,塔顶温度在300℃左右时,这时为销量冷焦水引入塔底,这部分冷焦水回收其中的油以及水,当塔顶温度逐步降低到250℃以下时,冷焦水为大给水,其目的同业是回收油与水。切焦水指的是在待焦炭塔冷焦水防止完毕后,在通过塔顶高压水进行除焦。切焦水其主要作用是进行焦炭塔的清洗,因此切焦水含有大量的焦粉、重油以及其他大量杂质。其他含油废水主要包括机泵冷却水以及容器脱水等废水。
1.2 含硫废水
含硫废水主要来自两方面。一种是延迟焦炭装置中分馏塔底气液分离罐的脱水,这部分脱水一方面来源于加热炉的炉管注气而产生的含硫废水,另一方面来源于能耗方面。另一种含硫废水来自于小吹气吹扫那些已生焦的焦炭塔进料管、阀门等装置而产生的韩流废水,这部分含硫废水相对较难处理。
2 延迟焦化装置污水的治理以及工业应用
2.1 含油废水的治理与工业运用
首先,在吹气冷凝水的治理中,目前我国主要处理方法有两种,既重力沉降分离与化学药剂处理两方法,在重力沉降分离方法中,通过污水的去油水分分离器,最后在污水的沉降罐中进行油水之间的分离,从沉降罐出的切也以直排的方式进入到污水处理系统,这种处理方式的缺点在于吹气冷凝水含有油类以及乳化严重等现象,并且分离时间较长。而化学药剂处理是通过选择相应的破乳剂与污水进行搅拌,在计入絮凝剂,今儿实现沉降分离,提升沉降效果,目前主要的絮凝剂为PAC、SPFS等,化学药剂处理方法的优势在于水质较好,能有效重复利用缺点在于所使用的化学药剂成本较大。目前兰州石化炼油厂的吹起冷凝水采用的便是化学药剂处理方法。
其次,在对冷焦水的处理中,目前主要处理方法同样有两种,既半敞开式处理以及密闭式处理。半敞开式处理指的是在焦炭塔完成对炼油的焦化反应给水红,焦炭塔塔顶溢流以及其他含油一些焦粉的水蒸气进入到冷焦热水罐中。通常情况下冷焦热水罐为常压拱顶罐。在通过谁捧输送到凉水塔进行冷却,这种处理方式对周边的环境有着较大危害,并且伴有恶臭气味。密闭式处理时:温度较高并且含有油的污水自延迟焦化处理的焦炭塔上溢出,在经过热交换到100摄氏度后流入到封闭的沉降罐中,从而较低污水中油对环境的污染,经过沉降罐的沉降后污水进入到旋流器进行污水的进一步处理,处理后继续进入到沉降罐中进行分离,进一步提升分离效果,目前实际操作过程中旋流器大多以多级旋流器为主。影响这种工艺处理应用的因素主要在于污水的性质、旋分器的旋流时间以及强度等。这种处理方式能有效解决冷焦水处理中对环境的污染问题,目前在我国炼油厂对冷焦水的处理也更多集中于密闭式处理工艺中。例如我国的扬子石化、齐鲁分公司胜利炼油厂、上海石化等。
再次,在对切焦水的处理中,由于目前炼油厂对切焦水的进水要求相对较低。因此大部分切焦水经过冷却后进行循环利用。也有部分炼油厂通过将自身的焦池周围设计成坡向,坡入焦池的方式收集雨水作为冷焦水。
最后,对于其他含油废水的处理。通常情况下吹气冷凝水以及冷切焦水大多为新鲜冷水,在经过利用后有压部分循环到冷却差,而无压部分则排入到含油污水的处理系统中进行污水处理。
2.2 含硫废水的处理
通常情况下,炼油厂延迟焦化装置的含硫污水主要为硫化氢,其含量大致为1500mg/l,而氨含量大致约为1200mg/l。还有部分炼油厂的延迟焦化装饰中分馏塔油气线速过高,从而导致含硫污水中含有部分焦粉。目前大部分连油厂通过蒸汽汽提的方法去除污水中的硫化氢与氨。也有部分炼油厂,例如洛阳石化通过设置专用的含硫污水罐进行含硫污水的处理,并且采用水力旋液分离以及浮油自动收集等装置组合的方式进行污水处理,通过离心力的作用实现对污水中油、水以及焦粉进行分离,这种处理下的水可进行循环使用,在保证污水的处理同时降低了对环境的污染。
摘要：随着经济的不断发展,大量企业尤其是污染较大的工业企业随之也在不断提升,而与经济发展相矛盾的环境问题表现的也越来越突出,其中尤其是炼油厂延迟焦化装饰污水的排放与治理问题最为严峻,如何治理此类污水问题已经成为环保部和炼油企业的共同难题。
参考文献
[1]孙松柏,郭守学,熊志强.采用新工艺处理延迟焦化冷焦水恶臭污染[J].安全、健康和环境,2007,7(1).
[2]傅钢强.延迟焦化装置接触冷却系统存在的问题及改进[J].石油炼制与化工,2011,2(2).
延迟焦化 篇7
中国石化九江分公司100万吨/年延迟焦化装置于2006年3月一次开车成功并产出合格产品, 装置初期设计生焦周期为24小时, 为平衡全厂重油加工工艺, 并应对原油日益劣质化的情况, 焦化装置逐步实行18小时生焦模式。通过近几年观察发现, 延迟焦装置运行出现瓶颈:
(1) 焦炭塔实行18小时生焦, 焦炭塔相应操作间隔时间缩短, 这就要求每一项操作步骤必须精细化, 大油气线保温老化, 导致管线向外界辐射热损失增大, 影响新塔预热速度和分馏系统操作, 致使工艺操作不得不进行调整 (如频繁调整油气线环阀开度等) , 影响装置安全平稳运行;
(2) 大油气线表面平均温度达到90℃, 通过表面温度法核算, 热量损失达到0.68MW, 损失热能折合人民币100万元/年 (按照3.5MPa蒸汽折合计算) , 节能潜力较大;
(3) 大油气线部分管线位于空中巡检走廊, 操作工巡检可能会造成灼烫, 存在安全隐患。
为突破装置运行瓶颈, 达到节能降耗的目的, 对延迟焦化装置大油气线保温进行节能改造。
1 保温材料的选择
1.1 保温材料的性能
超级绝热材料——热盾具有质轻、低导、防水、阻燃、施工性能优良等特点, 常温导热系数≯0.015W/m.k, 小于静止空气的导热系数;热盾材料为三维立体、纳米级孔隙结构 (见图1) , 平均孔径:50~60纳米, 空气分子团自由行程70纳米, 相比于其它保温材料, 热盾材料在相同条件下导热系数更低。
1.2 综合经济效益
大油气线原保温为125mm复合硅酸盐, 而热盾保温厚度仅为50mm, 可以大大减少保温材料的使用, 减轻管道承重负担, 延长保温使用寿命, 具有良好综合经济效益。
1.3 保温材料的选择
通过以上对比, 大油气线保温可采用热盾作为保温材料, 内层用纤维铝箔降低热辐射, 最外层用铝皮/镀锌铁皮作为保护层进行防护。
2 节能改造施工过程
清理干净裸露的管道表面——包裹要求厚度的热盾绝热材料——安装金属外保护壳——喷涂外防腐层。
3 改造后效果及经济性分析
3.1 改造前后测点表面温度对比
为避免阳光直射造成对数据影响, 选择傍晚进行数据收集, 平均温度由90℃下降至30℃, 保温效果明显, 完全符合GB4272-92规定的标准。
3.2 改造前后散热损失对比
散热损失通常以热流密度q (W/M2) 表示, 散热损失和散热面积乘积就是该面积的散热量, 所以散热面积内的散热损失表示该区域保温情况, 该指标是指检验设备保温效果的主要指标。《GB4272-92设备及管道保温技术通则》中给出了不同介质温度下热力设备和管道所允许的最大散热损失值。
通过查询《GB4272-92设备及管道保温技术通则》中相关数据:
露天布置的设备及管道, 可计算出表面换热系数α∶
其中ω为风速, m/s, 查询得知九江平均风速为0.62m/s, 算得:α=17.36
热流密度的计算:
根据被测物表面温度、环境温度及表面换热系数, 计算散热热流密度q:q=α× (TW-TF)
其中:
q为热流密度, W m2;α为表面换热系数;TW为表面温度, K;TF为环境温度, K。
3.3 改造后经济分析
通过现场实测, 施工前后保温表面平均温度分别为90℃、30℃, 环境温度为20℃, 计算可得散热热流密度:
施工前后保温外半径分别为0.387m、0.312m, 管线长度为230m, 计算出施工前后表面积分别为559m3、451m3。
计算得出全年减少热损失为:
节能量折合3.5MPa蒸汽为3185.7 Kj/Kg, 蒸汽价格为151元/吨, 计算新型热盾保温节能费用为89.8万元, 此次改造投资94万元, 静态回收期为1.05年, 超过了预期。
4 结语
(1) 通过对延迟焦化装置大油气线进行保温节能改造, 其平均外表面温度由90℃降为30℃, 节能效果明显, 消除装置运行瓶颈。
(2) 该项保温技术的施行, 不仅可在短时间内收回投资, 而且减少污染物的排放, 取得良好的经济效益和社会效益。
摘要：节能降耗一直是石化企业节能工作的重点, 通过引进超级绝热材料——热盾技术, 对延迟焦化装置大油气线进行节能改造, 改造后利用表面温度法对大油气线保温进行节能评定, 发现节能效果明显, 并以此作为依据之一进行推广应用。
关键词：石化企业,延迟焦化,热盾技术,节能改造
参考文献
[1]刘闯.保温管线热损失计算方法《石油石化节能》, 2012.11.