焦化提负荷操作指导意见(焦炭塔部分）1.doc

改善焦炭塔系统的设计和操作以适应装置降低循环比、缩短生焦时间提高加工负荷1、 焦炭塔系统概述焦炭塔是焦化装置的核心设备，焦化的裂解和缩合生焦反应在焦炭塔内进行，焦炭塔是焦化装置的反应器通常一台加热炉对应两个焦炭塔，一台在生焦操作，另一台则在除焦操作，一般18~24小时切换一次 塔两个并联间操作，一个作，一般18~24小时切换四通阀一次 因此依 焦炭塔的操作分为生焦和除焦两部分生焦操作时，焦化原料油在加热炉中被快速加热到500℃左右进入焦炭塔，在焦炭塔内适宜的温度、压力条件下发生裂解、缩合反应，生成富气、汽油、柴油、蜡油、循环油组分和焦炭，高温油气进入分馏塔，焦炭停留在塔内该操作过程主要和加热炉及分馏塔密切相关，加热炉及分馏塔的操作会对焦炭塔产生影响，同样焦炭塔的操作也会影响到加热炉及分馏塔除焦操作的工序主要有：①向焦炭塔内少量吹汽；②向焦炭塔内大量吹汽；③向焦炭塔内少量给水；④向焦炭塔内大量给水；⑤排放焦炭塔内的水；⑥拆卸塔顶、塔底出焦口法兰；⑦采用高压水切除焦炭塔内的焦炭；⑧安装塔顶、塔底法兰；⑨对焦炭塔进行蒸汽试压；⑩引另一个焦炭塔的油气对该塔预热。

这十个操作工序是焦化装置特有的操作，是需要人工实现的间断操作为此焦化装置特别配置了冷焦吹汽放空系统、冷切焦水处理系统、水力除焦系统和焦炭储运系统，这些系统的设计和操作对焦炭塔的操作都会产生影响因此针对焦炭塔，降低循环比、缩短生焦时间提高加工负荷应从整个焦炭塔系统考虑2、 焦炭塔系统的生焦2.1 反应过程描述为防止加热炉管结焦，焦化炉出口的反应转化率一般不大，大部分的反应延迟到焦炭塔内进行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，焦化反应主要在泡沫层，一般为450～460℃，泡沫层高度和原料性质及操作条件有关，一般约为3~5米裂解反应生成的气体、汽油、柴油、蜡油、循环油组分，由焦炭塔顶流出并经过急冷油冷却后进入分馏塔随着原料的不断进入，产生的焦炭量增加，焦炭层高度增加，泡沫层也随之升高塔内反应示意图如下： 底部进料 侧面进料2.2 焦炭塔直径的确定焦炭塔的单塔处理量越大，要求的焦炭塔直径和高度越大，焦炭塔直径主要由焦炭塔塔内的允许气速决定。

焦炭塔塔内的允许气速可以按如下公式计算：  u 允许=0.048×C×[(ρ泡沫-ρ油气)/ρ油气]0.5  u 允许——塔内的允许气速；m/s ρ泡沫——泡沫层的密度；kg/m3 ρ油气——油气的密度；kg/m3 C ——系数(0.8~1.0)由此可以看出，焦炭塔塔内的允许气速和泡沫层的密度及油气的密度有关，泡沫层的密度又和原料性质、反应温度、操作压力及是否注入消泡剂等有关，油气的密度和产品分布、产品性质、操作温度及操作压力等有关取气相泡沫密度：30～100kg/m3，油气的密度：5~6kg/m3，计算焦炭塔塔内的允许气速在：0.096~0.21 m/s，即塔内的油气气速大于0.096 m/s时，就有低密度的泡沫油被油气携带，如果塔内的油气气速大于0.21 m/s时，较高密度的泡沫油就会被油气携带，并且携带量大大增加国内外焦炭塔塔内的操作气速大部分在0.09~0.21 m/s之间,因此携带焦粉是不可避免的,关键是如何减少焦粉携带和对携带到油气管线及分馏塔内的焦粉如何及时清除基于国内的设计和油气管道的清焦措施，空塔气速控制在0.15m/s以内为宜，尽量避免油气管道和分馏塔底结焦保证装置长周期生产。

2.3 实际生产中空塔气速的计算将所有物料按照操作条件下焦炭塔温度、压力等条件还原为实际体积，得到焦炭塔的气速，具体计算方法如下：1） 急冷油不计算在内；加工损失计算在焦炭中；2） T--焦炭塔平均温度=（T1焦炭塔顶+T2焦炭塔底）/2；℃ P--焦炭塔压力=10*（塔顶实测压力P1+0.1）； kg/cm2（A）3） 根据产品分布和循环比求取每个焦炭塔的每个产品的流量，G:Kg/h；4） 根据产品分析数据求取每个产品的分子量，M：Kg/Kmol；5） 列表计算每个焦炭塔产物的总摩尔数，N=G/M： Kmol/h；6）每个焦炭塔的体积流量：V=22.4*N*（273+T）/273*P*3600； m3/s;7) 焦炭塔截面积S= ； m28）焦炭塔气速：U=V/S ； m/s;2.4 焦炭塔的高度的计算焦炭塔的高度根据焦炭产率、生焦时间、泡沫层高度来确定焦炭塔内的泡沫层高度约为3～5米，当在焦炭塔内注入消泡剂后，泡沫层的高度一般减少1米以上安全空高一般为塔顶切线离泡沫层顶部的距离，或最顶部中子料位计到塔顶切线的距离，国内设计的焦炭塔一般安全空高为3~5米，国外焦炭塔的安全空高一般为2米左右。

空高越大，焦炭塔的利用率越低，但油气在塔内的停留时间延长，有利于泡沫层气泡的破裂，对减少油气线和分馏塔内结焦有利空高的计算公式如下：其中：H切－焦炭塔筒体切线高度, m； G焦－焦炭生焦速率, kg/h； τ焦－生焦时间, hr； ρ焦－塔内焦炭堆密度, kg/m3(800～900 kg/m3)； V锥－焦炭塔锥体体积, m3； D塔－焦炭塔直径, m； H泡沫－泡沫层高度, m其中塔内焦炭堆密度和原料性质及操作条件有关，在设计时通常采用热态的堆密度2.5 实际生产中空高的确定目前国内焦化装置操作测量的空高是指钻焦口法兰离焦炭层的距离，是焦炭冷却后通过尺子测量的，和设计的空高有一定的区别一是焦炭塔的封头高度和钻焦口高度各装置不同，球型封头比椭圆封头的高度多一倍，大直径焦炭塔的封头比小直径焦炭塔的封头高，二是由于原料性质的不同导致塔内泡沫层高度各装置不同，因此采用目前的空高来判断焦炭塔的利用率不十分合理，建议使用焦炭塔空高为筒体切线离冷态焦层顶部的距离，安全空高应充分考虑泡沫层高度、冷态焦层和热态焦层的密度差别，避免泡沫冒顶而冲塔，安全空高可以通过先实测除焦口到焦层距离，再用实测值减去焦炭塔封头高度、钻焦口高度及生产状态下泡沫层高度（通过标定得到）的办法得到实际的焦炭塔安全空高：H安全空高=H实测空高-H封头高度-H钻焦口高度-H泡沫层高度。

焦炭塔空高应控制在5-7米，安全空高应控制在2米左右最好安装焦炭塔料位计，通过焦炭塔料位判断泡沫层的位置，以确定注消泡剂的时间和切四通阀的时间2.6 降低循环比对生焦操作的影响循环比对焦化装置的处理量，产品分布及产品性质都有较大的影响在原料相同的条件下，循环比降低，气体、汽油、柴油和焦炭的收率降低，蜡油收率增加原料和处理量相同的条件下，焦炭塔的空塔气速降低，焦层高度降低，反之，在同样允许气速和安全空高的条件下，可以提高焦炭塔的加工负荷但是循环比降低，加热炉和焦炭塔的进料变差，导致弹丸焦的产生根据国外资料报道和国内经验：API小于7或残碳/沥青质=1.68～1.45的劣质渣油可能产生弹丸焦，国内操作经验是采用较大循环比操作，尽可能避免产生弹丸焦，保证安全生产如果不考虑弹丸焦的影响和蜡油质量，循环比可降低，国外许多焦化装置是允许产生弹丸焦的，但是他们大部分都采用了自动卸盖机，其他系统也比较配套建议没有安装自动底盖机的装置，为防止生成弹丸焦，可适当提高循环比2.7 缩短生焦时间对生焦操作的影响设计时按照进料量、生焦率和生焦时间确定焦炭塔的容积，针对现有的焦化装置，焦炭塔的容积已经限定，要提高进料量必须降低生焦率和缩短生焦时间，缩短生焦时间是最有效的措施。

在焦炭塔的油气线速不受限制的条件下，缩短生焦时间和提高处理量基本成比例，如生焦时间由24小时缩短到18小时，焦炭塔的处理量提高约25%有资料报道，缩短生焦时间焦炭的收率会有所生高缩短生焦时间提高处理量，焦炭塔进料和出料的管道及阀门操作更加频繁，其可靠程度应提高焦炭塔进料阀、四通阀、甩油阀和塔顶油气隔断阀等特阀应采用可靠度高的防结焦动力球阀，上述阀门和除焦操作的给汽阀、给水阀、放水阀、放空阀相结合，采用安全联锁及顺序自动控制，降低劳动强度，保证操作安全进料管线及塔顶大油气管线的震动也应引起重视，应全面进行应力计算，改变配管结构防止震动，保证安全操作 焦炭塔的材质应选用14CrMo，裙座连接处应采用整体型，已检测到焦炭塔裙座焊缝开裂，筒体鼓包、开裂、倾斜等存在明显缺陷的装置尽量不缩短生焦时间塔体材质比较材料15CrMo14CrMo许用应力475℃ MPa107116高温屈服强度475℃ MPa176.5185.5裙座连接处的应力值和疲劳寿命比较型式堆焊型整体型加热时的应力值（psi）5438447262冷却时的应力值（psi）2183413824计算疲劳寿命 (周期)550310704为减少油气出口管道结焦和方便清焦，建议采用专利四通结构的防焦器。

选用不宜结焦的中段回流油作为焦炭塔顶的急冷油，焦炭塔切换半小时后，急冷油从老塔改至新塔，控制塔顶温度不大于420℃选用高效消泡剂，并且焦炭塔切换前6小时顶部注入消泡剂，切换半小时后再停注消泡剂或通过料位计检测泡沫层的位置，及时注入消泡剂和控制注入量3、 焦炭塔系统的除焦3.1不同生焦周期具体时间安排推荐以下模式：周期小时数24小时生焦22小时生焦20小时生焦19小时生焦18小时生焦16小时生焦生焦242220191816小吹汽1.51.51.51.51.01.0大吹汽21.51.51.51.51.5给水溢流冷焦765.5554．5放水2.52.52221．5拆卸上下头盖10.750.750.750.750.5钻孔0.50.50.50.50.50.5除焦2.52.52222安装上下头盖10.750.750.750.750.5试压、预热升温665.554.543.2除焦操作主要步骤的说明序号操作步 骤操作目的来源及去向1切换塔进料切换到另一个塔进料来自加热炉，产品油气去分馏塔，焦炭在塔内2小吹汽汽提焦炭塔和焦炭中的油气,降低焦炭塔和焦炭温度蒸汽来自管网，G=1~5t/h汽提蒸汽及油气去分馏塔，3大吹汽汽提焦炭中的油气,降低焦炭塔和焦炭温度，建立焦炭孔隙率蒸汽来自管网，G=8~20t/h，汽提蒸汽及油气去放空塔，冷凝冷却回收污油和水。

序号操作步骤操作目的来源及去向4小给水慢慢冷却焦炭塔和焦炭以降低温度冷焦水来自冷焦水罐，G=20~50t/h，水汽化产生的蒸汽及少量油气去放空塔，冷凝冷却回收污油和水5大给水快速冷却焦炭塔和焦炭以降低温度冷。