延迟焦化装置焦炭自燃的原因及对策

2021-11-23鲁妙霞

商品与质量 2021年7期

鲁妙霞

安徽实华工程技术股份有限公司安徽合肥 230091

克拉玛依石化150万/吨延迟焦化装置主要由克拉玛依重油制成，其产品包括干气，液化石油气，汽油，柴油，蜡油和焦炭。自投入生产以来，其焦炭池中产生的焦炭经历了许多自燃现象，不但对产品造成了一定的损失，也污染了环境，同时，对密闭系统的安全运行也带来了一定的影响。

1 焦池生焦自燃原因分析

1.1 温度

焦炭温度是焦炭池中焦炭自燃的主要原因。焦炭自燃所需的最低温度称为临界自燃温度（通常为60至80℃）。只有在该温度以上，低温下焦炭氧化产生的热量累积速率才能满足焦炭自燃所需的热量。测定中的焦炭管的温度通过热图像进行测定。发现焦炭塔中的焦炭冷却不均匀。平均焦炭温度为76℃，而一些焦炭团的温度最高为220℃。在焦炭转移和积累过程中，这些高温焦炭块被埋在焦炭堆中，从而提供低温热能和焦炭自燃的早期热源，并成为最初的反应中心。同时，焦炭束本身的温度越高，在内部扩散过程中空气中的氧气从焦炭表面扩散到焦炭内部的速度就越快，相产物的扩散速度就越快从焦炭内部到焦炭表面的低温焦炭氧化气体。活性部位的低温氧化反应速率越快，对所有焦炭的低温氧化反应越有用，并加速了低温氧化热的积累[1]。

1.2 灰分

焦炭灰主要来自原油本身所含的金属盐以及在原油的提取和加工过程中添加的各种化学添加剂所含的金属和非金属元素。灰分主要是钙，钠，铁，镁和一些硅。一些以氧化物的形式存在。克拉玛依重油属于酸值最高的原油。487mgKOH/g，最大盐含量为200mg/L，焦炭中的钙盐含量为75%。可以看出，当上游原油电脱盐装置的脱盐效果较弱时，原油中的大部分钙盐进入延迟焦化装置并沉积在焦炭产品中。但是，含高酸油的原油与水混合后会严重乳化。即使将破乳剂的注入量和破乳温度调节到最佳条件，也不能获得更好的脱水和脱盐效果。这导致大量的CaCO3进入焦炭，并且焦炭的低温氧化反应具有一定的催化作用，从而加速了焦炭堆的蓄热。

1.3 含水量

焦炭塔的自燃与煤柱的自燃相似。研究表明，性质不同的煤在低水分含量和煤含量段中具有吸氧和放热的峰值。TarabaB和PavelekZ使用脉冲量热法分析了具有不同特性的煤样品的自燃特性，发现20%的次烟煤更容易自燃。Chen等研究发现，当水含量在7%至17%之间时，低温下煤的氧化速度会更快。一旦焦炭沿着放电罐落入焦炭罐中，它就被转移和收集而没有完全冷却。此时，焦炭含水量相对较大，并且焦炭堆的表面散发出大量的蒸汽，并且表面温度缓慢降低。同时，水蒸气沿着蜂窝状通道和焦炭块之间的间隙携带焦炭堆的内部热量。随着外部空气温度的下降，焦炭堆的表面温度会进一步下降。携带焦炭堆内部热量的水蒸气被冷却成液滴，并在焦炭堆表面以下1-2m处散发热量，焦堆内热量无法释放，产生积聚，在低焦炭温度下加速氧化[2]。

1.4 粒径与孔隙率

焦炭堆的粒径不同，导致在空气中的接触面积也有所不同，同时，在低氧化反应下活化能所需能量的不同，导致其反应速率也有一定的差别。粒度越小，焦炭组分与空气之间的接触面积越大，低温下氧化反应所需的活化能越低，内部扩散和反应速率越低。当粒径小到一定程度时，氧化反应逐渐从内部扩散控制转移到动态控制。焦炭反应性成为控制低焦炭温度下氧化程度的唯一因素。此时，即使焦炭粒径继续减小，低温氧化率也保持不变。

2 对策及建议

2.1 降低石油焦温度

在延迟收集装置的运行过程中，冷焦的质量主要与供水时间，供水量和冷焦的供水方式有关。通常，由于设备原料的性质不同和处理负荷的不同，冷焦炭给水的方式有两种，一种是静态发泡，另一种是动态溢流的冷焦炭。与气泡焦相比，过量填充的冷焦效果更好。因此，在条件允许的情况下，请尝试使用过量填充的冷焦炭将焦炭完全冷却，并避免形成高温焦炭。同时，装饰时可以继续通过供水管线供水，以冷却切成块的焦炭，减少高温焦炭。

2.2 改变石油焦堆积样式

通常，焦炭池中的生焦积聚成圆锥形，而高温焦炭则被埋在焦炭堆中，从而为自燃的焦炭燃烧积累热量创造了条件。通过降低焦炭堆积的高度和减小焦炭堆积的角度，可以使高温下的积炭尽可能地靠近焦盆水的表面，并且可以降低其温度以防止焦炭的自燃[3]。

2.3 安装特征气体检测仪

在自燃中，阶段的不同，其所释放中的气体也有着不同的特性。建议安装特征性的自燃气体检测器，以确定焦池中焦炭堆的哪个相可自燃，以及是否对安全生产构成威胁。这种方法可以使其密闭除焦系统不受焦炭堆自燃的威胁。通过前两项措施，大大降低了克拉玛依石化焦炭库150万吨/一个延迟焦炭装置中焦炭的自燃，不仅减少了产品损失，避免了环境污染，而且提高了焦炭的可靠性，保证设备的安全操作[4]。