灵活焦化工艺介绍及比较

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1、灵活焦化工艺介绍及比较随着世界石油资源重质化和劣质化程度日益加剧，对重油加工工艺提出更高 挑战。当前重油加工主要有两条路线，一条是加氢工艺，一条是脱碳工艺。基于 流化催化裂化和流化焦化技术发展起来的灵活焦化工艺，属于脱碳工艺的一种， 不同于延迟焦化工艺，灵活焦化不设加热炉，可避免因炉管结焦引起的装置停工， 且灵活焦化工艺为连续操作，将绝大部分石油焦密闭转化为低热值煤气（LHV）, 环境友好，在未来高油价下对于劣质重油的加工具有越来越高的吸引力。1. 灵活焦化工业化应用灵活焦化装置生产大量的低热值煤气，可部分替代天然气作为炼厂燃料，兼 具工艺装置和公用工程的双重角色。目前，世界上已经投产及在建的

2、灵活焦化装 置共有7 套，主要情况见表 1。表 1 灵活焦化工业装置CompanyLocationYear of start-upFeed Rate, kB/D(10kt/a)ExxonMobilNetherlands198642(193)ExxonMobilTexas198642(193)ShellCalifornia198322(100)PDVSAVenezuela198265(300)TOA oilJapan197627(124)HellenicGreeceUnder construction21(95)PetroPeruPeruUnder construction22(100)自 20

3、 世纪 90 年代至 2006 年以前，灵活焦化没有新装置建设，但加工能力 通过不断地扩能始终在增长。近几年来，原油、天然气价格的持续长高，且原油 劣质化程度加剧，延迟焦化工艺加工产生的高硫石油焦的利用成为难题，灵活焦 化的优势又凸显出来，目前又有两套灵活焦化装置新建，且多家企业正在洽谈建 设灵活焦化装置。2. 灵活焦化流程简述灵活焦化主要包括反应器、加热器、气化器、分馏塔等，流程简图见图 1。1）反应器、分馏塔部分反应器部分由反应器主体及其上部的洗涤器组成，减压渣油先进入洗涤器， 与自反应器来的高温油气直接接触，完成热量传递及反应油气的传质与洗涤，洗 涤后的反应油气进入分馏塔，完成馏分分离，

4、灵活焦化的分馏塔部分与延迟焦化 基本相同；其中反应油气的洗涤至少通过二级洗涤，采用喷嘴或者分布环管形式， 通过减压渣油进行粗洗涤，分馏塔分离下来的馏分油进行二次洗涤，减少进入分 馏塔的焦粉携带。换热后的减压渣油及循环油经汽提蒸汽进入焦化反应器，经热焦粉作为热载 体加热后发生裂解-缩合反应，生成类似延迟焦化装置的反应油气，经旋风分离 器分离出夹带的固体后进入洗涤器；在热焦炭载体表面生成的焦炭经高温汽提后 进入流化床加热器。反应器反应所需热量由加热器返回的热焦粉供给，同时始终 保持一股焦粉直接注入反应器的旋风分离器中，防止其堵塞。2）加热器、气化器部分反应器生成的焦粉（冷焦）从反应器底部进入加热器

5、。在加热器中，冷焦与 来自于气化器的低热值气体和热焦粉换热，实现气体初步冷却，同时焦粉变成热 焦，一部分返回反应器作为热源，另一部分进Reactor Vapor to Light EndsSour WaterCoker Naplitha to Light EndsBFWReactoiStealChu nkSteamQuenchWaterHeater OverheadCoker Pioducl FractionatoiReactorStrippi ng SteamFeedAtomizati on SteamFractionator P/A Exchangers600 psig StmStripp

6、erLight Coker Gas OilHeavy Coker Gas Oil600 psig Stm%ReactDistillate DrumTertiaryCyFLEXWash OilVenturiSouCunDry Coke FinesStmCold Coke Li neFrom ReactoripueiHeaterGasifieScrubber Agitati on SystemReactor Aducti on Stm GasifierOverheaGasilier FeedI ineQuercETutriaor1Heater BedPurge图 1 灵活焦化流程简图入气化器。在气

7、化器中，热焦在空气和水蒸汽的作用下发生气化反应，生成低热 值气体，并残存少量细焦粉；低热值气体和热焦粉再返回加热器与冷焦换热后， 先后发生不同等级蒸汽后，经过三级旋风分离器分离除焦粉后进入文丘里洗涤 器，除去气体夹带的细焦粉，然后低热值气体经脱硫后可作为燃料。该工艺可以在反应器、加热器等底部卸出部分焦粉来平衡全厂燃气，这也是 灵活焦化名称的来源。3. 主要参数及物料平衡以一套 200 万吨/年规模的减压渣油加工为例，将灵活焦化技术和延迟焦化 技术进行比较，比较基于的原料性质见表 2。表 2 原料性质项目条件项目条件比重1.035V, wppm517残炭20.7ASTM D1160,C硫，wt%

8、3.45%504氮，wt%0.8310%555Ni, wppm11430%6361)主要操作条件表 3 灵活焦化装置主要操作条件项目操作条件项目操作条件反应器温度，C510反应器停留时间，s15压力，MPa0.086气化器温度，C927加热器温度，C521洗涤油含焦粉量，%3压力，MPa1.8低热值气体发汽后温度，C165表 4 延迟焦化装置主要操作条件项目操作条件项目操作条件加热炉出口温度，C496生焦周期18h循环比0.1急冷油类型蜡油焦炭塔压力,MPa (g)0.105急冷后温度，C4412) 物料平衡表 5 灵活焦化物料平衡项目收率，wt%项目收率，wt%焦化气体8.6净产品焦炭1.2

9、焦化石脑油C5/221C12.1气化焦炭23.0焦化柴油221/343 C13.9焦炭总收率24.2焦化蜡油343/524C41.2焦炭总量，t/h58液体产品总收率67.2低热值煤气，t/h317表6延迟焦化物料平衡项目收率，wt%项目收率，wt%焦化气体9.2焦化蜡油343+25.2焦化石脑油C5/221C12.2液体产品收率65.5焦化柴油221/343 C28.1焦炭总量25.3注：基于 0.1 循环比，焦炭塔反应压力 0.105MPa（g）。从上两表可以看出，灵活焦化液体产品收率略高于延迟焦化液体产品收率1.7wt%,气体产品及焦炭总量低于延迟焦化装置。同时，该反应条件下灵活焦化 柴

10、油产品收率明显偏低，与该反应器设计的物料停留时间短有关，可相应延长停 留时间，增加柴油产品收率，但总体来说，灵活焦化装置的柴油收率低于延迟焦 化。从表5 还可以看出，灵活焦化过程可以将 95%以上的石油焦净焦转化为低热 值煤气，脱硫后作为清洁燃料气使用，解决大量劣质石油焦的出路问题，而剩余 的少量石油焦粉焦富含重金属含量高，可进一步作为金属回收资源或者卖给水泥 厂等。相比于延迟焦化装置，灵活焦化洗涤油量较大，循环比不能为零。4. 低热值气体组成及利用 低热值气体组成及主要性质见表7。表 7 低热值气体组成及性质组成mol%流量、热量t/hCO+H240气化焦炭55 t/hN250低热值气体31

11、7 t/h其他10低热值气体热值4898 kJ/kg合计100总热量423 MW从表中可以看出，因气化器中注入大量空气，低热值气体中氮气含量高，热 值约为常规燃料气的一半。低热值煤气虽然热值偏低，但是仍然可以代替天然气或者其他高成本的清洁 燃料作为炼厂加热炉热源，且其用于炼厂加热炉已有 30 多年的历史，加热炉燃 烧所用的火嘴是针对性的，可同时燃用常规燃气和低热值燃气。可采用低热值气体作燃料的加热炉见表 8 所示。表 8 可燃料低热值气体加热炉列表序号加热炉1管道式加热炉2加氢装置加热炉3重整装置加热炉4蒸汽过热加热炉5废热锅炉6动力锅炉7第三方用户推荐低热值气体与常规燃气混合燃烧，比例为 8

12、5:15（按热值），满足加热炉 安全、稳定燃烧要求。采用Flexsorb Amine Gas Treating技术，低热值气体脱硫后H2S含量半10wppm，加热炉燃料排烟温度可以达到100 C，加热炉效率与常规燃气炉基本 相同。5. 能耗 灵活焦化装置能耗见表 9，其中包含石油焦气化部分能耗。 延迟焦化装置能耗见表10所示。表 9 灵活焦化能耗序号项 目单位数量1循环水t/h33442脱氧水t/h1023电力kWh/h770044.0MPa蒸汽t/h1545l.OMPa蒸汽t/h-986仪表风Nm3/h19448合计MJ/t原料1779.0242.49kg标准油/t原料表 10 延迟焦化能耗

13、序号项 目单位数量1燃料kg/h56702脱氧水t/h123电力kWh/h421844.0MPa蒸汽t/h2451.0MPa蒸汽t/h2.76新鲜水t/h4.77仪表风Nm3/h2898除盐水t/h1.99凝结水t/h-11合计MJ/t原料1604.8438. 33kg标准油/t原料从上两表可以看出，灵活焦化能耗咼于延迟焦化4个点，但灵活焦化相当于流化焦化与 POX/IGCC 的整体联合工艺，装置内完成了石油焦的气化，该能耗含 有生成低热值气体的耗能量，且其能耗值所占比例较大；对于延迟焦化装置生成 固体石油焦，尤其是高硫石油焦另行气化（含空气氧提纯）生成co/h2合成气， 在投资和能耗上均远高

14、于灵活焦化装置。6. 灵活焦化工艺的优势1）原料适应性 灵活焦化反应器以热焦粉作为载体，相比于延迟焦化装置，灵活焦化能处理的原料范围更广（API。020，康氏残炭5%40%）,且加工费用和原料中杂质含 量（如重金属、灰分、硫、氮等）影响的关系不大，处理重质原料和大规模加工 情况下更有优势。2）连续性流化焦化是连续工艺，原料持续不断地进入反应器，避免了延迟焦化的切换 循环造成处理量周期性波动及提高操作安全性，同时不需设置除焦班，减少装置 定员及工人劳动强度。3）可靠性高 机械设备少，故障率低，且设备操作压力均不高，采用空气全组分，设备材 质要求低，装置平均开工系数在90%以上，高的达到 95%，

15、装置连续运行周期平 均3 年，正向 4 年的运行周期改进。4）单系统处理量高单系列灵活焦化装置处理能力可达3Mt/a,处理残炭值为40%的脱油沥青时 仍可达 1.6 Mt/a。5）环境友好 整体封闭系统,不同于延迟焦化装置的储焦池及冷切焦系统设置,减少了装 置开工及运行期间造成的粉尘及空气污染,环保污染控制方面优于延迟焦化装 置。6）投资方面 灵活焦化装置内投资约为延迟焦化装置的 1.2 倍,含石油焦气化部分投资, 但远低于延迟焦化+POX/IGCC投资。同时,应该注意到,低热值气体体积大、理论燃烧温度低,造成炉体和换热 面较一般燃油燃气锅炉大,相应用汽设备投资略有增加,约 1.2 倍左右。7. 结论 灵活焦化工艺技术成熟可靠、环境友好,在石油和天然气价格较高的情况下, 是具有竞争力的渣油转化工艺技术,值得推广应用。