焦化提负荷操作指导意见(焦炭塔部分）.doc

提高现有焦化装置加工负荷的操作指导意见 中国石化炼油事业部 2007年10月20日 4．焦炭塔的操作管理、工艺指标控制及操作指导意见 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。焦化原料渣油在加热炉中被快速加热到500℃左右进入焦炭塔，为防止加热炉管结焦，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，裂解的热量除了来自原料渣油本身外还有一部分由缩合反应提供。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460～470℃，高度约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 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=×C×[(ρ泡沫-ρ油气)/ρ油气]  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 m/s，即 m/s时，就有低密度的泡沫被油气携带，如果 m/s时，较高密度的泡沫就会被油气携带，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即使清除。 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30～50％。安全空高一般为塔顶切线离泡沫层顶部的距离，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2～3米。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。 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，建议使用设计采用的空高概念来判断焦炭塔的利用率。 塔体材质比较 材料 15CrMo 14CrMo 许用应力475℃ MPa 107 116 高温屈服强度475℃ MPa 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） 54384 47262 冷却时的应力值（psi） 21834 13824 计算疲劳寿命 (周期) 5503 10704 焦炭塔是焦化装置的核心，它的操作直接影响到加热炉、分馏塔、吹汽放空塔、冷切焦水系统和焦炭装运系统等。焦炭塔是间歇操作的设备，当一个塔在进料时，另一个塔在进行除焦操作。 主要操作步骤如下： 序号 操作步 骤 操作目的 来源及去向 操作 时间 1 生焦 裂化和缩合反应 进料来自加热炉，产品油气去分馏塔，焦炭在塔内 18 24 2 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 3 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=1~6t/h汽提蒸汽及油气去分馏塔， 4 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