延遲焦化分餾塔噴淋脫過熱與循環(huán)比的擬合計算

周超強 王俊 王吉峰

摘? ? ? 要：通過PROⅡ軟件模擬計算，對某煉廠延遲焦化裝置進行了核算改造，將裝置循環(huán)比從原0.6降低至0.2，大大提高了裝置的總液收率和經(jīng)濟效益。在分餾塔脫過熱段采用蠟油噴淋替代原焦化原料上進料與焦化油氣換熱的脫過熱方式，大大提高了氣液傳質效率及對焦化油氣中焦粉的洗滌效果，提高了焦化蠟油的指標，減少了原人字板的結焦及焦化液體產(chǎn)品中焦粉的夾帶量。著重介紹了降低循環(huán)比后主分餾塔的工藝調整計算及脫過熱段蠟油噴淋量與循環(huán)比的擬合計算過程，并簡述了脫過熱段的改造工程方案。

關? 鍵? 詞：延遲焦化;噴淋;循環(huán)比;脫過熱

中圖分類號：TE 624? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2020）09-2088-05

Abstract： Based on the simulation by PROⅡ， the recycle ratio of DCU in a North China refinery was reduced from 0.6 to 0.2，which rapidly increased the liquid product yield and the overall economic benefits of the unit. In the de-superheating section of the main fractionator， the trays were replaced by sprinklers and the wax oil was sprayed as the quench oil instead of the heavy residue oil， which greatly improved the gas-liquid mass transfer efficiency and the washing effect of coke powder in the reaction gas， reduced the coke powder in the liquid products and the risk of coking in this section. In this paper， the process adjustment calculation of the main fractionator and how to match the sprayed gas oil and the recycle ratio were introduced emphatically. The engineering modification of the main fractionator was also mentioned briefly.

Key words： Delayed coking unit; Spray; Recycle ratio; De-superheating

延遲焦化因原料適應性強、技術成熟、投資和操作費用低等特點，是渣油加工的主要手段之一[1]。近年來渣油雖普遍采用加氫處理路線，但延遲焦化裝置在煉廠仍承擔著處理高硫、高金屬含量、高殘?zhí)康牧淤|渣油及浮渣、催化油漿等重任，對全廠的重油平衡起著至關重要的調節(jié)作用[2]。低油價時相比渣油加氫技術，延遲焦化在經(jīng)濟效益上也具有明顯優(yōu)勢[3]。

降低延遲焦化裝置的循環(huán)比是提高其液收及經(jīng)濟效益的重要手段[4-5]。某煉廠原產(chǎn)能500萬t·a-1，有一套100萬t·a-1的延遲焦化裝置。因初期全廠無焦化蠟油處理裝置，所以該裝置采用大循環(huán)比設計來減少蠟油產(chǎn)出。其設計循環(huán)比為0.8，實際操作循環(huán)比在0.6～1.0之間。

隨著全廠質量升級改造的進行，廠內新建了加氫裂化、催化裂化等裝置，原油一次處理量也提升至800萬t·a-1。延遲焦化裝置急需做相應改造，降低循環(huán)比來提高液收，同時也可釋放該裝置的處理能力，提高其調節(jié)全廠重油的能力。焦化蠟油可送至裂化裝置生產(chǎn)柴油、石腦油等高附加值產(chǎn)品，提高全廠的經(jīng)濟效益。

1? 新循環(huán)比下裝置收率預測

1.1? 延遲焦化裝置原料分析及當前物料平衡

延遲焦化裝置分餾部分的模擬計算一般根據(jù)質量平衡，依據(jù)各分餾出的產(chǎn)品來調和進分餾塔的反應油氣組成[6-7]。各產(chǎn)品收率一般基于已有裝置的物料平衡或者相應的焦化試驗數(shù)據(jù)。因改造前裝置采用高循環(huán)比操作且無條件做0.2循環(huán)比下的焦化試驗，所以在0.2循環(huán)比下的各產(chǎn)品收率只能根據(jù)原料性質及當前裝置數(shù)據(jù)進行推測。

1.1.1? 裝置的原料分析

由表1數(shù)據(jù)可知，該焦化原料殘?zhí)贾蹈摺⒚芏却?、硫質量分數(shù)高，產(chǎn)出焦炭為高硫焦，應盡量降低其收率。原料中較高質量分數(shù)的膠質保證其較好的穩(wěn)定性，滿足降低操作循環(huán)比的條件。

1.1.2? 當前物料平衡

根據(jù)現(xiàn)場標定數(shù)據(jù)，裝置當前在0.6循環(huán)比條件下的物料平衡數(shù)據(jù)見表2。

1.2? 新循環(huán)比條件下產(chǎn)品收率的推測

延遲焦化裝置焦炭及各產(chǎn)品的收率除主要受原料性質影響外，還受焦化溫度、循環(huán)比、焦炭塔壓力等因素影響[4]。

本次改造其余操作條件不變，僅降低裝置操作循環(huán)比，所以僅需預測循環(huán)比對產(chǎn)品收率的影響。降循環(huán)比后焦化爐、焦炭塔、分餾塔及吸收穩(wěn)定部分的負荷均會降低，所以裝置處理能力增加。本次按照120萬t·a-1處理量進行核算，根據(jù)相關資料的經(jīng)驗預測[8]，得到降循環(huán)比后物料平衡如表3所示。

1.3? 產(chǎn)品指標要求

改造后各產(chǎn)品指標要求不變，與分餾部分相關的各產(chǎn)品指標見表4。

焦化蠟油殘?zhí)恐禑o法在流程模擬中進行控制，計算中通過控制蠟油的TBP干點來實現(xiàn)，核算時蠟油干點控制值與改造前基本一致。焦化蠟油的殘?zhí)抠|量分數(shù)控制指標為≤1.00%，但是加氫裂化進料蠟油質量分數(shù)控制值為<0.1%，所以焦化蠟油殘?zhí)恐翟降?，其摻煉比例就能越高?/p>

2? 焦化分餾流程的模擬計算

2.1? 模型的建立

根據(jù)表3的物料平衡，各產(chǎn)品組成或餾程按裝置改造前標定數(shù)據(jù)來調和焦炭塔頂反應油氣，包括上游各處注汽所帶入的蒸汽。反應油氣中還有物料平衡中未體現(xiàn)的循環(huán)油組分，需通過不斷地推測來實現(xiàn)結果的匹配。計算采用SIMSCI的PROⅡ流程模擬軟件，物性方法采用GS。

2.1.1? 反應油氣中循環(huán)油餾程的推測

焦化油氣中不僅是分餾塔得到的石腦油、柴油、蠟油及富氣等。油氣中有一部分未知餾程的重組分油在急冷和脫過熱過程中冷凝落入焦炭塔及分餾塔底?？梢钥隙ǖ氖谴酥亟M分油比蠟油重，其餾程大部分與蠟油的重組分重疊。另根據(jù)物料平衡，焦炭塔出來的油氣總量為分餾塔液相產(chǎn)品量加上與總循環(huán)油量一致的循環(huán)油氣量。未知的重組分量與蠟油中的重組分一起構成循環(huán)油，在模擬時須預設此重組分的餾程，并在計算過程中不斷調整其量與蠟油的比例，讓油氣組成與實際不斷接近。預設焦化油氣中重油組分的餾程及參數(shù)見表5。

2.1.2? 分餾塔的主要操作參數(shù)設置

在進行核算時，考慮分餾塔的主要操作參數(shù)與改造前基本保持一致，模擬計算時分餾系統(tǒng)的主要操作參數(shù)設置見表6。

因分餾塔各產(chǎn)品收率變化，各中段取熱須做相應調整。由于分餾與吸收穩(wěn)定有熱聯(lián)合及物料關聯(lián)，計算時也包含了吸收穩(wěn)定部分的內容。

2.2? 模擬流程

分餾的模擬從焦化油氣急冷開始。脫過熱段采用蠟油噴淋來替代原減壓渣油與焦化油氣在塔盤上換熱的流程，原流程在此段設置了8塊“人字板”，計算時按照1塊理論板進行計算[9-10]。

流程模擬建立的分餾部分計算流程見圖1。

圖1中flash1和flash2模塊分別模擬焦化油氣的急冷及蠟油噴淋脫過熱，兩模塊底部的液相均為循環(huán)油的一部分。

2.3? 蠟油噴淋量與循環(huán)比的擬合

在分餾塔脫過熱段噴淋的蠟油與焦化油氣進行傳質、傳熱。蠟油噴淋量越大，對油氣的脫過熱效果及焦粉洗滌效果越好。但過大的噴淋量會使油氣冷后溫度過低，落入分餾塔底的重蠟油組分量大，循環(huán)比增大，蠟油的干點和收率降低。本文中焦化油氣的組成是根據(jù)0.2循環(huán)比下預測的產(chǎn)品收率進行調和的，所以在模擬計算時噴淋的蠟油量還要保證全過程的循環(huán)油量與循環(huán)比匹配，以維持整個系統(tǒng)的平衡。

噴淋脫過熱過程中蠟油部分氣化、油氣中部分重組分冷凝。理論上氣化的蠟油與冷凝的重組分氣化潛熱相差不大，即氣化量與冷凝量相當。未氣化的蠟油、冷凝的重油及急冷時的液相一起作為循環(huán)油。0.2循環(huán)比對應循環(huán)油總量為30 t·h-1，所以模擬時噴淋蠟油的初始量設定為30 t·h-1。計算過程中根據(jù)油氣脫過熱后的溫度、循環(huán)油量等參數(shù)來調整計算，調整過程如圖2所示。

2.4? 模擬計算結果

經(jīng)過上述過程的反復調整計算，模擬計算得到的收率保持與預測值一致，各產(chǎn)品指標均滿足要求。其余的主要結果見表7。

2.5? 蠟油噴淋脫過熱的工程設計

工程設計中為保證焦化蠟油在脫過熱段的良好分布及霧化效果，防止結焦，采取的措施如下：①設置2層噴頭，保證蠟油的分布及其與油氣的接觸時間;②兩層噴淋均設置了流控維持持續(xù)穩(wěn)定量，同時用中段循環(huán)油來維持噴淋蠟油壓力、溫度。

計算過程采用了較多推測，為補償可能存在的計算偏差，選用在計算量60%～120%內均有很好的分布效果的噴頭。保留最下方的3層“人字板”以促進油氣分布及減少大吹汽期間的沖擊。噴淋蠟油與循環(huán)蠟油一起抽出，噴淋蠟油的溫度通過脫過熱后油氣溫度來控制，通過兩個不同溫度點的抽出比例調節(jié)。蠟油噴淋部分的流程示意圖見圖3。

3? 實際應用效果

3.1? 實際運行的物料平衡

當前裝置已完成改造并運行良好，裝置改造后實際按照120萬t·a-1處理量運行。循環(huán)比如期降至0.2。根據(jù)裝置改造后的標定數(shù)據(jù)，各產(chǎn)品實際收率與改造前及模擬計算時預測的收率對比見表8。

由表8可知，相對改造前裝置焦炭收率降低了2.64%，總液收提高了4.01%。計算時預測的產(chǎn)品收率與實際各產(chǎn)品收率非常接近，模擬計算的輸入條件及計算結果較為準確。

3.2? 實際運行分餾塔及脫過熱段的操作參數(shù)

實際運行過中分餾塔的主要操作參數(shù)見表9。

對比表7與表9參數(shù)，實際操作時各中段循環(huán)取熱量與模擬值較為接近，實際操作稍增加了高溫位的中段循環(huán)及蠟油循環(huán)的取熱量，來保證較高的原料油換熱溫度。實際操作蠟油噴淋量與理論計算值接近，循環(huán)比接近目標循環(huán)比0.2。

3.3? 蠟油產(chǎn)品指標及焦粉洗滌效果

改造前后蠟油產(chǎn)品的主要指標對比見表10。

由表10可知，改造后蠟油產(chǎn)品中的殘?zhí)恐迪鄬Ω脑烨拔瓷叻炊兴档?，蠟油中重餾分質量分數(shù)相對改造前降低。

正常情況下，降低延遲焦化裝置的循環(huán)比，焦化蠟油變重、變稠，康氏殘?zhí)恐瞪遊8]。本文因采用了蠟油噴淋技術，將油氣中的重組分及噴淋蠟油中的重組分帶入塔底作為循環(huán)油，減少了高殘?zhí)康闹亟M分進入蠟油集油箱，改善了蠟油的指標。

在噴淋過程中，均勻分布及密集的液滴將焦化油氣中的焦粉帶入塔底，蠟油循環(huán)對油氣進行了二次洗滌，大大減少了進入分餾段油氣中的焦粉，從而減少了各液相產(chǎn)品中的焦粉夾帶量。

焦化液相產(chǎn)品中的焦粉夾帶量暫無較好的測定方法。但改造后下游裝置原料過濾器反沖洗周期顯著延長可反映出各產(chǎn)品焦粉夾帶量的減少。

4? 結 論

本文的模擬計算指導了延遲焦化裝置降循環(huán)比改造及分餾塔脫過熱改造。模擬計算過程中雖根據(jù)經(jīng)驗及理論預測了裝置物料平衡及焦化油氣中的循環(huán)油組成，但是在計算過程中進行了反復的調整，在工程設計過程中充分考慮了模擬計算的偏差?，F(xiàn)場工程實踐證明，本文建立的計算模型準確率高，與實際運行結果很接近。

改造后的延遲焦化裝置循環(huán)比成功地由0.6降低至0.2，處理能力由100萬t·a-1提高至120萬t·a-1，焦炭收率降低，總液收大大提高。采用的蠟油噴淋脫過熱工藝降低了焦化蠟油的殘?zhí)恐担耆珴M足下游裝置的進料指標要求，大大降低了液相產(chǎn)品中焦粉的夾帶量，減輕了下游加氫裝置過濾器的反沖洗頻率，減少了污油排放量，取得了成功的改造效果。

參考文獻：

[1]翟國華，黃大智，梁文杰.延遲焦化在我國石油加工中的地位和前景[J].石油學報（石油加工），2005，21（3）：47-53.

[2]張明超.試析高油價下渣油加工路線的選擇[J].當代化工，2016，45（8）：1900-1906.

[3]楊成炯，魏鑫，朱華興，等.延遲焦化裝置密閉除焦技術現(xiàn)狀及發(fā)展[J].煉油技術與工程，2018，48（1）：33-36.

[4]洪曉瑛.提高延遲焦化裝置液體收率方法[J].廣東石油化工學院學報，2013，23（4） ： 5-8.

[5]楊有文，王曉強，張滿斌，等.1.2Mt/a延遲焦化裝置低循環(huán)比運行可行性分析[J].中外能源，2017，22（8）：70-75.

[6]王陽峰，張英，高景山，等.延遲焦化分餾塔模擬與側線取熱優(yōu)化研究，[J].煉油技術與工程，2015，45（10）：30-34.

[7]易國剛，陳清林，張冰劍. 延遲焦化主分餾塔模擬策略研究[J].計算機與應用化學，2007，10（24）：1367-1370.

[8]瞿國華.延遲焦化工藝與工程[M].北京： 中國石化出版社，2017.

[9]王陽峰，張英，崔連來. 焦化分餾塔工藝模擬與用能優(yōu)化，[J].中外能源，2015，20（10）：82-87.

[10]LEI Y， ZHANG B J.A novel strategy for simulating the main fractionator of delayed cokers by separting the de-superheating process[J]. Chinese Journal of Chemical Engineering， 2013， 21（3）：285-294.