定向反射深度裂解技術(shù)在稠油焦化中的應(yīng)用

雷 亮，郝盼東，吳振星，李 華

(中國石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834003)

定向反射深度裂解技術(shù)在稠油焦化中的應(yīng)用

雷 亮，郝盼東，吳振星，李 華

(中國石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834003)

中國石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司焦化車間大檢修期間，采用中國石油大學(xué)開發(fā)的“焦化爐管外定向反射與管內(nèi)深度裂解技術(shù)”，在焦化爐總體結(jié)構(gòu)不變的條件下，對(duì)在役的1.2 Mt/a稠油焦化爐進(jìn)行優(yōu)化改造。改造后，加熱爐爐管表面溫度平均降低約30 ℃、汽柴油收率提高2.85百分點(diǎn)，焦炭產(chǎn)率降低1.15百分點(diǎn)，加熱爐熱效率提高2.23百分點(diǎn)。說明改變傳統(tǒng)爐管走向，增加爐管數(shù)量，通過延長重質(zhì)油在管內(nèi)的反應(yīng)停留時(shí)間，提高焦化爐生焦反應(yīng)給熱量及給熱品質(zhì)，對(duì)減少裝置的焦炭產(chǎn)率、提高汽柴油收率有實(shí)際應(yīng)用效果。

加熱爐 深度裂解 稠油焦化

中國石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司1.2 Mt/a稠油焦化加熱爐是雙輻射室，雙對(duì)流室和四管程水平管雙面輻射廂式爐，采用多點(diǎn)注汽、在線清焦及雙向燒焦技術(shù)。爐底共128臺(tái)低氧化氮扁平焰燃燒器，采用空間燃燒方式。工藝介質(zhì)先經(jīng)過對(duì)流室再進(jìn)入輻射室后被加熱至工藝所需的溫度。加熱爐輻射室共有4個(gè)管程，24×4根輻射爐管。輻射室采用單排水平管，雙面輻射受熱方式，每一管程設(shè)有3個(gè)注氣點(diǎn)，分別位于對(duì)流室入口、輻射室入口和輻射出口倒數(shù)第6根管。為了提高加熱爐熱效率、降低焦炭產(chǎn)率、提高汽柴油收率，在裝置大檢修期間，采用中國石油大學(xué)開發(fā)的“焦化爐管外定向反射與管內(nèi)深度裂解技術(shù)”，在焦化爐整體結(jié)構(gòu)不變的條件下對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化改造。本文主要介紹改造內(nèi)容及改造后運(yùn)轉(zhuǎn)效果。

1 深度裂解技術(shù)原理[1-4]

重質(zhì)油分子在高溫下發(fā)生裂解和縮合反應(yīng)。焦化爐爐管上所沉積焦炭來自于重油中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的縮合反應(yīng)，由苯不溶物到喹啉不溶物，進(jìn)而縮聚成焦。在350～430 ℃溫度段，重質(zhì)油在延遲焦化加熱爐內(nèi)主要發(fā)生裂解反應(yīng)。在此溫度段，重質(zhì)油應(yīng)該有充裕的停留時(shí)間，確保重質(zhì)油充分輕質(zhì)化。在430～470 ℃溫度段，主要發(fā)生縮合反應(yīng)。在此溫度段，爐管容易結(jié)焦，應(yīng)該盡量縮短重質(zhì)油在此溫度段的停留時(shí)間。在470～500 ℃溫度段，主要是彌補(bǔ)焦炭塔內(nèi)油氣汽化后焦炭塔內(nèi)熱量損失，以維持縮合反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行。在此溫度段，應(yīng)該充分促使重質(zhì)油在進(jìn)焦炭塔前充分汽化、充分吸熱。

中國石油大學(xué)(華東)研究發(fā)現(xiàn)，重質(zhì)油本質(zhì)在430～470 ℃溫度下，若分別在600 ℃和700 ℃兩種不同爐膛溫度下，其裂解和結(jié)焦雙重反應(yīng)差異較大。在600 ℃左右較低的爐膛溫度下，只要限制重質(zhì)油在爐管表面的結(jié)焦傾向，增加重質(zhì)油在此溫度段的停留時(shí)間，仍可以促進(jìn)重質(zhì)油的裂解反應(yīng)，有利于重質(zhì)油的輕質(zhì)化程度。傳統(tǒng)“下進(jìn)上出”雙面輻射延遲焦化加熱爐內(nèi)，重質(zhì)油在430～470 ℃溫度段的結(jié)焦傾向主要是爐管與火焰距離太近，以及爐管表面熱強(qiáng)度過高造成的。因此，只要充分利用爐膛空間，改變傳統(tǒng)爐管走向，增加爐管數(shù)量，合理調(diào)整注入蒸汽的注入位置和數(shù)量，就可以延長重質(zhì)油在430～470 ℃溫度段的停留時(shí)間，使其充分汽化，達(dá)到多產(chǎn)汽油、柴油，降低焦炭產(chǎn)率的目的。

2 改造內(nèi)容

2.1 對(duì)流室和輻射室布管

圖1為改造后加熱爐介質(zhì)流向。由圖1可知，對(duì)流室頂部利用原有2排預(yù)留管孔增加Φ127 mm×10 mm翅片管16根，新增爐管作為渣油加熱入口爐管。

圖1 改造后加熱爐介質(zhì)流向

輻射室內(nèi)爐管總體布置由“上進(jìn)下出”改為“下進(jìn)上出”流程，出口新增加Φ127 mm×10 mm爐管8根，Φ141 mm×12 mm爐管16根，即每程增加6根爐管，共增加24根。改造后底部采用正三角形錯(cuò)排，第1根到第18根雙排Φ127 mm爐管，第19到26根單排Φ127 mm，第27根到第30根單排Φ141 mm爐管。

2.2 多點(diǎn)注汽

注汽點(diǎn)位置分別為：第一點(diǎn)在對(duì)流室入口，入對(duì)流室前工藝管線上，單程注汽量50～100 kg/h；第二點(diǎn)在進(jìn)輻射室前，蒸汽注入點(diǎn)下移至輻射室入口處，注汽量200～250 kg/h，第三點(diǎn)注汽需流經(jīng)倒數(shù)第4根爐管，注汽量150～250 kg/h。

2.3 燃燒器

改傳統(tǒng)燃燒為無縫附墻燃燒，加熱爐側(cè)墻看火孔全部堵死，只預(yù)留端墻看火孔。每排燃燒器16個(gè)，共128臺(tái)。降低火焰高度，避免火焰發(fā)飄過高舔燒爐管，改善爐墻及爐膛縱向溫度場分布，使?fàn)t管表面受熱更均勻。采用上下階梯燃燒，避免二次燃燒。

2.4 空氣預(yù)熱器

由水熱媒空氣預(yù)熱器改為熱管式空氣預(yù)熱器，并且采用下置式即將空氣預(yù)熱器設(shè)置在地面。出對(duì)流室熱煙氣經(jīng)下行煙道進(jìn)入空氣預(yù)熱器與空氣換熱，出預(yù)熱器的冷煙氣由引風(fēng)機(jī)經(jīng)冷煙道排入煙囪，空氣則有鼓風(fēng)機(jī)送入煙氣預(yù)熱器與煙氣換熱，后經(jīng)風(fēng)道至燃燒器供燃燒器使用。為防止低溫露點(diǎn)腐蝕，尾部換熱管采用陶瓷管。

3 改造效果

改造前數(shù)據(jù)來源于加熱爐機(jī)械清焦后3個(gè)月即2014年6—8月生產(chǎn)數(shù)據(jù)。改造后數(shù)據(jù)來源于檢修改造后3個(gè)月即2015年8—10月生產(chǎn)數(shù)據(jù)。因?yàn)檫@3個(gè)月裝置加工的原料性質(zhì)接近，且無摻煉渣油，因此具有更高的可比性。改造前后原料性質(zhì)及操作條件見表1。

表1 改造前后原料性質(zhì)及操作條件

3.1 爐管表面溫度

燃燒器的改造，降低了火焰高度，避免火焰發(fā)飄過高舔燒爐管，同時(shí)采用貼墻燃燒方式后，改善了爐墻及爐膛縱向溫度場分布，使?fàn)t管表面受熱更均勻。改造前后爐管表面溫度對(duì)比見圖2。由圖2可知，改造后，爐管表面溫度環(huán)比下降30 ℃左右，說明此次改造確實(shí)達(dá)到了降低爐管表面溫度的目的，同時(shí)改造后四路爐管受熱明顯比較均勻，有利于減少爐管結(jié)焦。

圖2 改造前后爐管表面溫度對(duì)比■—改造前；■—改造后

3.2 停留時(shí)間

改造后，底部爐管正三角形排布，爐管數(shù)量增加，每分支對(duì)流室爐管長度增加88.4 m，輻射室爐管長度增加了137.2 m，重質(zhì)油在爐管內(nèi)的停留時(shí)間延長了20～25 s，使其裂解深度增加，提高了焦化爐生焦反應(yīng)給熱量及給熱品質(zhì)。

3.3 產(chǎn)物收率

改造前后產(chǎn)物收率變化見圖3。由圖3可知，改造后汽柴油收率提高2.85百分點(diǎn)，蠟油收率降低2.09百分點(diǎn)，焦炭產(chǎn)率降低1.15百分點(diǎn)，干氣和液化氣綜合收率降低0.48百分點(diǎn)。

圖3 改造前后產(chǎn)物收率變化■—改造前；■—改造后

3.4 加熱爐熱效率

在確保爐管不發(fā)生露點(diǎn)腐蝕的情況下盡可能降低排煙溫度并提高空氣入爐溫度是提高加熱爐效率的重要措施。改造前后空氣入爐溫度和排煙溫度變化見圖4。由圖4可知，改造后排煙溫度降低了50 ℃左右，空氣入爐溫度提高了10 ℃左右。改造前后加熱爐熱效率見表2。由表2可知，改造后加熱爐熱效率平均提高了2.23百分點(diǎn)。

圖4 改造前后空氣入爐溫度和排煙溫度變化◆—改造前空氣入爐溫度；■—改造后空氣入爐溫度；▲—改造前煙氣排煙溫度；改造后煙氣排煙溫度

表2 改造前后加熱爐熱效率 %

4 結(jié) 論

在低爐膛溫度下，延長原油在430～470 ℃溫度段的停留時(shí)間，可以加深原油的裂解。改造后，加熱爐爐管表面溫度平均降低30 ℃左右，汽柴油收率提高2.85百分點(diǎn)，焦炭產(chǎn)率降低1.15百分點(diǎn)，加熱爐熱效率提高2.23百分點(diǎn)。

[1] 洪琨，馬鳳云，劉景梅，等.塔河常壓渣油及其亞組分的非等溫?zé)徂D(zhuǎn)化反應(yīng)性能研究[J].石油煉制與化工，2015，46(12)：53-58

[2] 鄭戰(zhàn)利.一種提高延遲焦化加熱爐能力及延長運(yùn)行周期的技術(shù)[J].煉油設(shè)計(jì)，1999，29(12)：23-26

[3] 王志剛，翟志清，李曉昌，等.延遲焦化裝置加熱爐單爐室生產(chǎn)方案的應(yīng)用[J].石油煉制與化工，2015，46(12)：64-67

[4] 王志剛，翟志清，曹明，等.延遲焦化加熱爐運(yùn)行周期的影響因素分析與改進(jìn)措施[J].石油煉制與化工，2014，45(12)：63-68

APPLICATION OF DIRECTIONAL REFLECTION DEEP CRACKING TECHNOLOGY IN HEAVY OIL COKING FURNACE

Lei Liang，Hao Pandong，Wu Zhenxing，Li Hua

(PetroChinaKaramayPetrochemicalCo.Ltd.，Karamay，Xinjiang834003)

The directional reflection deep cracking technology developed by the Chinese University of Petroleum was adopted for heater revamping of the 1.2 Mt/a coking plant during overhaul in PetroChina Karamay Petrochemical Co. Ltd. under the preconditions of the constant overall structure of the furnace. In this technology，the tube with oil was heated by fire directively reflected from the furnace wall and the oil in the tube was cracked deeply. After the transformation，the average surface temperature of the tube reduces by 30 ℃，the yield of gasoline and diesel increases 2 percentage points，the coke yield decreases by 1.15 percentage points，and the heat efficiency increases 2.23 percentage points. This means that the measures of changing the tube direction arrangement，increasing the tube number，extending the heavy oil residence time，improving the quantity and quality of heat are in favor of reducing coke yield and increasing gasoline and diesel yield.

heating furnace；deep cracking；heavy oil coking

2015-12-18；修改稿收到日期：2016-03-16。

雷亮，高級(jí)工程師，主要從事煉油生產(chǎn)工作。

雷亮，E-mail：leiliang8002@sina.com。