一、装置概况

◆克拉玛依石化公司150万吨/年延迟焦化装置由中国石化集团北京设计院进行设计，中油一建承建。
◆150万吨/年延迟焦化装置由电脱盐、焦化和吸收稳定三部分组成。
◆以新疆稠油为原料进行二次加工，主要产品有干气、液化石油气、汽油、柴油、蜡油以及焦炭。装置设计年处理能力为150万吨/年，循环比为0.4～0.8（相对于分馏塔常渣进料），装置设计42.81千克标油/吨。
◆标定期间装置处理量按照处理量为150吨/小时（其中原油132吨/小时、渣油18吨/小时），循环比0.6，加热炉出口温度496℃，焦炭塔出口温度420℃

二、装置存在的问题

1) 估算原油中360℃ 以前含量达到20%，但实际直接蒸出仅为5.2%，轻组分收率少；
2) 柴油与蜡油恩氏馏程重叠度太大，接近100℃；
3) 蜡油抽出量偏大，塔底脱过热段温度偏高，闪蒸效果差

三、问题分析

  制约处理量提高和改善分离精确度的关键是全塔高温位热量供给不足，尤其是在分馏塔的中下部。
  减少回流比固然提高了分馏塔中、下部高温位热量的供给，但上升油气携带的焦粉增加；加热炉的热负荷又已接近极限。
  在对延迟焦化装置换热、加热、反应等系统不做大范围改造、调整的基础上，如何提高脱过热段的换热、闪蒸、传质效果，减少分馏塔中、下部的取热量，使热量、温位上移是提高轻质油收率和改善产品质量的核心。

四、改造内容及实施方案

◆柴油与蜡油分离效果差
由于柴油和蜡油分馏塔段的理论级数不够且板效率低，导致柴油、蜡油分离效果较差。
解决方案：
1）中段循环回流上移
将中段循环回流整体向上移动3块塔盘，以增加蜡油抽出口上方的内回流并且有效利用柴油和蜡油抽出口之间的分馏段塔盘；保留原有中段循环系统，灵活操作，并且在优化操作的同时，保留了原有中段循环系统，所以非常安全。
2）高温位热量上移
为减少分馏塔中下部的取热量、使热量、温位上移，建议柴油、蜡油的下返物流不取热。
3）增设蜡油汽提塔
将蜡油产品打入新设的汽提塔，采用炼厂320℃过热蒸汽进行汽提；塔底蜡油产品经冷却器冷却后出装置。
增设的汽提塔较小，经过实地考查可设置在焦化分馏塔旁边的框架上，非常方便。
4）优化柴油和蜡油分馏段的开孔率
该段开孔率不合适，汽液两相传质效果差，由于塔盘材质较贵，所以采用新增工艺孔或固阀以及采用鼓泡紧固件的措施增加开孔率，开孔率较大的塔盘则均匀间隔堵孔，从而优化该分馏段塔板的结构参数，提高分离效果。

◆轻油收率低
原设计塔底脱过热段挡板的换热、闪蒸、传质效果不够理想，况且进料的初始分配效果在此段起着重要作用。提高换热、分离效果并且防堵是脱过热段改造的关键。
解决方案
1）使用抗堵分配器
建议上、下进料处均采用分配、闪蒸效果良好的抗堵分配器。
2）加设抗堵格栅填料
将脱过热段上三层挡板进行改造，换装为2000mm高度的抗堵格栅填料，其闪蒸效果和传质性能将会大大改善，从而有效地提高轻油收率。
3）提高脱过热段的温度
建议蜡油下返不设取热，但取热措施仍然保留；塔底循环油上返量尽量减小，推荐值为20t/h。
该改造方案和抗堵格栅填料在大连西太平洋石化Φ6400mm催化分馏塔上已正常运行5年，无任何问题，安全、可靠。
4）提高原油上进料流量
原操作中原油下进料占总进料的35％（流量为49.86t/h），为提高脱过热段的换热、闪蒸效果，本次改造将下进料调优为占总进料的5％（流量为8.92 t/h）。
考虑到操作的灵活性，本设计并未对原系统破坏，可以方便地恢复原操作。

实施方案
◆中循上移3层；
◆蜡油下返不设取热；
◆柴油下返不设取热；
◆加设蜡油汽提塔;
◆提高原油上进料流量；
◆降低循环油上返塔流量；
◆采用实际应用效果良好的防堵分配器；
◆换热段采用格栅填料。

五、抗堵防结焦性能分析

1 物流结焦性能分析
催化裂化油浆经过多次循环和正碳离子反应，其中含有大量的难裂化的稠环芳烃，生焦潜在物芳烃和胶质含量在60%(m)以上，残炭在8%(m)以上，馏程为250(0%)～460(70%);
焦化循环油经多次循环和热裂化反应，其中含有大量的不稳定烯烃，特别是α-烯烃，馏程为270(0%)～500(70%);
从馏程上看，催化油浆中50%点以后较焦化循环油重，即分子量大的组分多；从密度上看，催化油浆的密度大于焦化循环油的密度.
说明催化油浆中的胶质、芳烃的缩合度大于焦化循环油中的胶质、沥青质的缩合度，更易生焦结炭。
在生焦结炭过程中，烯烃如α-烯烃经芳烃中间体而生焦。故焦化循环油较催化裂化油浆难生焦。
从操作条件看，催化分馏塔塔底温度约为400~420℃，焦化分馏塔塔底温度约为376℃，催化反应温度与焦化反应温度基本相同为500℃，故催化分馏塔塔底油浆容易生焦。
2 脱过热段抗堵性能分析
催化裂化分馏塔脱过热段油气中含有一定量粒径<10μm的催化剂粉末，易在脱过热段换热塔板上沉降富集，形成生焦母体，引起塔板堵塞；
焦化分馏塔脱过热段油气中含有一定量的焦粉，同样易在脱过热段换热塔板上沉降富集，形成生焦母体，引起塔板堵塞。可以通过增加焦炭塔急冷油喷淋密度和喷淋均匀性来减少焦粉的携带量从而减少堵塞的可能性。
故两种分馏塔脱过热段塔板因无机物粉末引起的堵塞可能性基本相当。
3  格栅填料的使用性能
格栅填料是以条状单元体经一定规则组合而成的，具有多种结构形式。格栅填料层整体性好、空隙率高。它能防止汽液急流突然冲击而致的变形与松动。又因构件可自由膨胀，故适用于石油常减压精馏及催化裂化主精馏塔等易堵塞而温度又较高的场合。
格栅填料板片之间距离较大（一般为24~42mm ），空隙率高，比表面积大，气体和液体有固定的走向，每层板的通道均匀，随着气量的增加或者液量加大，气液两相间的作用增强，但是迟滞液量很小，塔的阻力很小，其单塔阻力仅是一般填料塔的五分之一。
格栅填料板片表面光滑，气体和液体有固定通道，在板片之间气体和液体不断冲刷接触，使得含尘、焦油不会在填料表面停滞、淤积和堵塞, 大大减弱了结焦的机会。因此，格栅填料是一种高效、大通量、低压降、不堵塔的新型规整填料，该技术的应用已得到石化、焦化和煤气同行业的肯定。



4 抗堵分配器
主槽巧妙的镶嵌在众多支槽中，在一个塔截面积上液体相互贯通，液体具有相同的液位，分配点采用“V”字形结构的溢流方式，槽内采用较大直径的溢流分配管，这样的结构具有以下特点：
4.1.“V”字形结构的溢流方式，具有不断扩大的液体流通面积，因而可保证该分配器的抗堵性能 
4.2.主槽和支槽液相互贯通，所以分配器具有相同的液位；而所有主槽和支槽分配孔处在同一水平面上，因而任何负荷下各分配孔均有相等的静压，所以各分配点具有液体流量，可保证分配均匀。
4.3.通过连接板分组可拆，安装和检修方便。

六、改造设计原则

1) 尽量挖掘原装置潜力，利用主要设备，减少改动工程量，节约投资；
2) 将改造和技术进步结合起来，借鉴其他焦化装置改造成功的经验，优化操作条件，降低操作费用；
3) 减少改造施工对现有装置的影响，尽量缩短现有装置的停工时间。

七、设计内容

◆焦化分馏塔优化操作工艺设计；
◆焦化分馏塔塔内件的改造设计；
◆蜡油汽提塔设备（含内件）、配管、仪表（显示或自控并入现有中控室）设计；
◆相关的冷换、机泵核算及设计；
◆新增蜡油汽提塔安装框架的载荷计算、加固和改造设计；
◆相关的公用工程配管设计； 

八、改造后流程简述

焦化部分采用2炉4塔焦化工艺。换热到320℃的原料油（原油）分为两部分，一部分从分馏塔脱过热段上方进入分馏塔，另一部分进入分馏塔塔底辅助调节塔釜温度，这两部分原料进塔后都经过抗堵分配器进行均匀分配和闪蒸；上段进料与来自焦炭塔的热油气(420℃)通过3层原设计档板和新增设的2000mm高度格栅填料进行传热、传质和闪蒸;循环油(373.4℃)上返不取热，循环油下返取热后进入塔底，以调节塔釜温度避免结焦；
焦化油气自焦炭塔顶来进入分馏塔换热板下方；分馏塔顶部设有塔顶循环回流；中段循环回流整体上移3块板，同时保留原有中段循环系统，与改造后的系统并联，可灵活操作；柴油(230.9℃)的抽出分别设置了上返(110℃)取热，下返不取热；蜡油(355.7℃)抽出一股作为蜡油下返（不取热）；另一股部分换热作为蜡油(223℃)上返，其余部分去蜡油汽提塔，汽提后的蜡油(344.6℃)经换热后作为蜡油产品出装置。

九、改造前后物性比较

十、改造效果

◆改善柴油、蜡油分离效果
    柴油的95%馏出温度为346.2℃，蜡油的5%馏出温度为349.3℃，大大减少了蜡油与柴油的重叠，符合要求； 
    蜡油的10%馏出温度低于360℃，符合要求； 
◆减少循环比，降低能耗近3个单位
    焦化渣油低于360℃的馏出量小于7~8%，塔底油中的轻组分明显减少，符合要求。

十一、经济效益分析

◆焦化分馏塔原设计存在缺陷，表现在：  
（1）柴油、蜡油重叠严重，导致蜡油中柴油组分达20~24%。
（2）加热炉进料中含柴油组分17.2~19.8%。循环比大，焦化部分能耗偏高，低价值的焦和气体收率较高

◆上部改造后蜡油5%与柴油95%脱空，当柴油95%控制在365℃左右时，蜡油中组分在5%左右。预期蜡油将减少15~19%。以减少15%估计，蜡油收率降低8.5×0.15=1.28百分点。按1.50Mt/a，将减少催化料1.92万吨，差价按200元/吨估计，效益达384万元。

◆进料段改造后，加热炉进料中柴油组分将减少到7.5~8.2%，减少约10%。全循环比从1.6降低到1.42，焦化部分能耗估计从37kg/t降低到33~35kg/t，节能效益约450万元。循环比降低，还将减少低价值的焦和气体收率，提高液收。

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