周超强 王俊 王吉峰

摘      要：通过PROⅡ软件模拟计算，对某炼厂延迟焦化装置进行了核算改造，将装置循环比从原0.6降低至0.2，大大提高了装置的总液收率和经济效益。在分馏塔脱过热段采用蜡油喷淋替代原焦化原料上进料与焦化油气换热的脱过热方式，大大提高了气液传质效率及对焦化油气中焦粉的洗涤效果，提高了焦化蜡油的指标，减少了原人字板的结焦及焦化液体产品中焦粉的夹带量。着重介绍了降低循环比后主分馏塔的工艺调整计算及脱过热段蜡油喷淋量与循环比的拟合计算过程，并简述了脱过热段的改造工程方案。

关  键  词：延迟焦化;喷淋;循环比;脱过热

中图分类号：TE 624       文献标识码： A       文章编号： 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

延遲焦化因原料适应性强、技术成熟、投资和操作费用低等特点，是渣油加工的主要手段之一[1]。近年来渣油虽普遍采用加氢处理路线，但延迟焦化装置在炼厂仍承担着处理高硫、高金属含量、高残炭的劣质渣油及浮渣、催化油浆等重任，对全厂的重油平衡起着至关重要的调节作用[2]。低油价时相比渣油加氢技术，延迟焦化在经济效益上也具有明显优势[3]。

降低延迟焦化装置的循环比是提高其液收及经济效益的重要手段[4-5]。某炼厂原产能500万t·a-1，有一套100万t·a-1的延迟焦化装置。因初期全厂无焦化蜡油处理装置，所以该装置采用大循环比设计来减少蜡油产出。其设计循环比为0.8，实际操作循环比在0.6～1.0之间。

随着全厂质量升级改造的进行，厂内新建了加氢裂化、催化裂化等装置，原油一次处理量也提升至800万t·a-1。延迟焦化装置急需做相应改造，降低循环比来提高液收，同时也可释放该装置的处理能力，提高其调节全厂重油的能力。焦化蜡油可送至裂化装置生产柴油、石脑油等高附加值产品，提高全厂的经济效益。

1  新循环比下装置收率预测

1.1  延迟焦化装置原料分析及当前物料平衡

延迟焦化装置分馏部分的模拟计算一般根据质量平衡，依据各分馏出的产品来调和进分馏塔的反应油气组成[6-7]。各产品收率一般基于已有装置的物料平衡或者相应的焦化试验数据。因改造前装置采用高循环比操作且无条件做0.2循环比下的焦化试验，所以在0.2循环比下的各产品收率只能根据原料性质及当前装置数据进行推测。

1.1.1  装置的原料分析

由表1数据可知，该焦化原料残碳值高、密度大、硫质量分数高，产出焦炭为高硫焦，应尽量降低其收率。原料中较高质量分数的胶质保证其较好的稳定性，满足降低操作循环比的条件。

1.1.2  当前物料平衡

根据现场标定数据，装置当前在0.6循环比条件下的物料平衡数据见表2。

1.2  新循环比条件下产品收率的推测

延迟焦化装置焦炭及各产品的收率除主要受原料性质影响外，还受焦化温度、循环比、焦炭塔压力等因素影响[4]。

本次改造其余操作条件不变，仅降低装置操作循环比，所以仅需预测循环比对产品收率的影响。降循环比后焦化炉、焦炭塔、分馏塔及吸收稳定部分的负荷均会降低，所以装置处理能力增加。本次按照120万t·a-1处理量进行核算，根据相关资料的经验预测[8]，得到降循环比后物料平衡如表3所示。

1.3  产品指标要求

改造后各产品指标要求不变，与分馏部分相关的各产品指标见表4。

焦化蜡油残炭值无法在流程模拟中进行控制，计算中通过控制蜡油的TBP干点来实现，核算时蜡油干点控制值与改造前基本一致。焦化蜡油的残炭质量分数控制指标为≤1.00%，但是加氢裂化进料蜡油质量分数控制值为<0.1%，所以焦化蜡油残炭值越低，其掺炼比例就能越高。

2  焦化分馏流程的模拟计算

2.1  模型的建立

根据表3的物料平衡，各产品组成或馏程按装置改造前标定数据来调和焦炭塔顶反应油气，包括上游各处注汽所带入的蒸汽。反应油气中还有物料平衡中未體现的循环油组分，需通过不断地推测来实现结果的匹配。计算采用SIMSCI的PROⅡ流程模拟软件，物性方法采用GS。

2.1.1  反应油气中循环油馏程的推测

焦化油气中不仅是分馏塔得到的石脑油、柴油、蜡油及富气等。油气中有一部分未知馏程的重组分油在急冷和脱过热过程中冷凝落入焦炭塔及分馏塔底。可以肯定的是此重组分油比蜡油重，其馏程大部分与蜡油的重组分重叠。另根据物料平衡，焦炭塔出来的油气总量为分馏塔液相产品量加上与总循环油量一致的循环油气量。未知的重组分量与蜡油中的重组分一起构成循环油，在模拟时须预设此重组分的馏程，并在计算过程中不断调整其量与蜡油的比例，让油气组成与实际不断接近。预设焦化油气中重油组分的馏程及参数见表5。

2.1.2  分馏塔的主要操作参数设置

在进行核算时，考虑分馏塔的主要操作参数与改造前基本保持一致，模拟计算时分馏系统的主要操作参数设置见表6。

因分馏塔各产品收率变化，各中段取热须做相应调整。由于分馏与吸收稳定有热联合及物料关联，计算时也包含了吸收稳定部分的内容。

2.2  模拟流程

分馏的模拟从焦化油气急冷开始。脱过热段采用蜡油喷淋来替代原减压渣油与焦化油气在塔盘上换热的流程，原流程在此段设置了8块“人字板”，计算时按照1块理论板进行计算[9-10]。

流程模拟建立的分馏部分计算流程见图1。

图1中flash1和flash2模块分别模拟焦化油气的急冷及蜡油喷淋脱过热，两模块底部的液相均为循环油的一部分。

2.3  蜡油喷淋量与循环比的拟合

在分馏塔脱过热段喷淋的蜡油与焦化油气进行传质、传热。蜡油喷淋量越大，对油气的脱过热效果及焦粉洗涤效果越好。但过大的喷淋量会使油气冷后温度过低，落入分馏塔底的重蜡油组分量大，循环比增大，蜡油的干点和收率降低。本文中焦化油气的组成是根据0.2循环比下预测的产品收率进行调和的，所以在模拟计算时喷淋的蜡油量还要保证全过程的循环油量与循环比匹配，以维持整个系统的平衡。

喷淋脱过热过程中蜡油部分气化、油气中部分重组分冷凝。理论上气化的蜡油与冷凝的重组分气化潜热相差不大，即气化量与冷凝量相当。未气化的蜡油、冷凝的重油及急冷时的液相一起作为循环油。0.2循环比对应循环油总量为30 t·h-1，所以模拟时喷淋蜡油的初始量设定为30 t·h-1。计算过程中根据油气脱过热后的温度、循环油量等参数来调整计算，调整过程如图2所示。

2.4  模拟计算结果

经过上述过程的反复调整计算，模拟计算得到的收率保持与预测值一致，各产品指标均满足要求。其余的主要结果见表7。

2.5  蜡油喷淋脱过热的工程设计

工程设计中为保证焦化蜡油在脱过热段的良好分布及雾化效果，防止结焦，采取的措施如下：①设置2层喷头，保证蜡油的分布及其与油气的接触时间;②两层喷淋均设置了流控维持持续稳定量，同时用中段循环油来维持喷淋蜡油压力、温度。

计算过程采用了较多推测，为补偿可能存在的计算偏差，选用在计算量60%～120%内均有很好的分布效果的喷头。保留最下方的3层“人字板”以促进油气分布及减少大吹汽期间的冲击。喷淋蜡油与循环蜡油一起抽出，喷淋蜡油的温度通过脱过热后油气温度来控制，通过两个不同温度点的抽出比例调节。蜡油喷淋部分的流程示意图见图3。

3  实际应用效果

3.1  实际运行的物料平衡

当前装置已完成改造并运行良好，装置改造后实际按照120万t·a-1处理量运行。循环比如期降至0.2。根据装置改造后的标定数据，各产品实际收率与改造前及模拟计算时预测的收率对比见表8。

由表8可知，相对改造前装置焦炭收率降低了2.64%，总液收提高了4.01%。计算时预测的产品收率与实际各产品收率非常接近，模拟计算的输入条件及计算结果较为准确。

3.2  实际运行分馏塔及脱过热段的操作参数

实际运行过中分馏塔的主要操作参数见表9。

对比表7与表9参数，实际操作时各中段循环取热量与模拟值较为接近，实际操作稍增加了高温位的中段循环及蜡油循环的取热量，来保证较高的原料油换热温度。实际操作蜡油喷淋量与理论计算值接近，循环比接近目标循环比0.2。

3.3  蜡油产品指标及焦粉洗涤效果

改造前后蜡油产品的主要指标对比见表10。

由表10可知，改造后蜡油产品中的残炭值相对改造前未升高反而有所降低，蜡油中重馏分质量分数相对改造前降低。

正常情况下，降低延迟焦化装置的循环比，焦化蜡油变重、变稠，康氏残炭值升高[8]。本文因采用了蜡油喷淋技术，将油气中的重组分及喷淋蜡油中的重组分带入塔底作为循环油，减少了高残炭的重组分进入蜡油集油箱，改善了蜡油的指标。

在喷淋过程中，均匀分布及密集的液滴将焦化油气中的焦粉带入塔底，蜡油循环对油气进行了二次洗涤，大大减少了进入分馏段油气中的焦粉，从而减少了各液相产品中的焦粉夹带量。

焦化液相产品中的焦粉夹带量暂无较好的测定方法。但改造后下游装置原料过滤器反冲洗周期显著延长可反映出各产品焦粉夹带量的减少。

4  结 论

本文的模拟计算指导了延迟焦化装置降循环比改造及分馏塔脱过热改造。模拟计算过程中虽根据经验及理论预测了装置物料平衡及焦化油气中的循环油组成，但是在计算过程中进行了反复的调整，在工程设计过程中充分考虑了模拟计算的偏差。现场工程实践证明，本文建立的计算模型准确率高，与实际运行结果很接近。

改造后的延迟焦化装置循环比成功地由0.6降低至0.2，处理能力由100万t·a-1提高至120万t·a-1，焦炭收率降低，总液收大大提高。采用的蜡油喷淋脱过热工艺降低了焦化蜡油的残炭值，完全满足下游装置的進料指标要求，大大降低了液相产品中焦粉的夹带量，减轻了下游加氢装置过滤器的反冲洗频率，减少了污油排放量，取得了成功的改造效果。

参考文献：

[1]翟国华，黄大智，梁文杰.延迟焦化在我国石油加工中的地位和前景[J].石油学报（石油加工），2005，21（3）：47-53.

[2]张明超.试析高油价下渣油加工路线的选择[J].当代化工，2016，45（8）：1900-1906.

[3]杨成炯，魏鑫，朱华兴，等.延迟焦化装置密闭除焦技术现状及发展[J].炼油技术与工程，2018，48（1）：33-36.

[4]洪晓瑛.提高延迟焦化装置液体收率方法[J].广东石油化工学院学报，2013，23（4） ： 5-8.

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[9]王阳峰，张英，崔连来. 焦化分馏塔工艺模拟与用能优化，[J].中外能源，2015，20（10）：82-87.

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