国外延迟焦化工程技术进展.docx
《国外延迟焦化工程技术进展.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《国外延迟焦化工程技术进展.docx（40页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
国外延迟焦化工程技术进展
国外延迟焦化工程技术进展
摘要：
本文分析了当前延迟焦化工艺发展的格局和所处的环境，提出了当前延迟焦化工程技术进展主要集中在大型化、灵活性、操作性、安全性以及工艺设计的改进性。
并介绍了延迟焦化工艺的经济性以及与相关主要渣油加工（RFCC和渣油加氢）的比较。
关键词：
延迟焦化工程设计经济性渣油加工
1概况
延迟焦化是一种石油二次加工技术，是指以贫氢的重质油为原料，在高温（约500℃）进行深度的热裂化和缩合反应，生产气体、汽油、柴油、蜡油、和焦炭的技术。
所谓延迟是指将焦化油（原料油和循环油）经过加热炉加热迅速升温至焦化反应温度，在反应炉管内不生焦，而进入焦炭塔再进行焦化反应，故有延迟作用，称为延迟焦化技术。
1.1世界焦化装置加工的统计
据美国“OGJ”杂志2005年1月1日统计，全世界共有674个炼厂,其中147个炼厂设有焦化装置，其总加工能力为2.44亿t/a，比去年增长5.26%，约占世界原油蒸馏总加工能力的5.93%。
在焦化装置总加工能力中，美国为1.29亿t/a，约占世界焦化装置总加工能力的52.70%，居世界首位，我国（不包括台湾省）焦化装置总加工能力为14.63Mt/a,占世界焦化装置总加工能力的5.99%，仅次于美国，位于世界第二。
其次依次为印度、墨西哥、委内瑞拉和阿根廷等，其加工能力分别为9.33Mt/a、8.53Mt/a、7.97Mt/a和5.86Mt/a。
各自分别占世界焦化装置总加工能力的3.82%、3.49%、3.26%和2.40%[1]。
表－1表示2004年世界前十位国家的焦化装置的加工能力。
图-1表示各种焦化型式的比较。
表－12004年世界焦化装置排名前十位的国家，Mt/a[1]
国名
炼厂数
蒸馏能力
焦化能力
焦化占蒸馏％
焦化占世界焦化能力％
美国
132
838.74
128.70
15.34
52.70
中国＊
56
232.48
14.63
6.29
5.99
印度
17
112.73
9.33
8.28
3.82
墨西哥
6
84.20
8.53
10.13
3.49
委内瑞拉
5
64.11
7.97
12.43
3.26
阿根廷
10
31.25
5.86
18.75
2.40
德国
16
116.16
5.41
4.66
2.22
日本
32
235.35
5.14
2.18
2.10
巴西
13
96.01
4.74
4.94
1.94
俄罗斯
41
271.64
4.67
1.72
1.91
世界合计
674
4120.45
244.21
5.93
100.00
＊：
不包括台湾省在内
图－1各种焦化型式的比较[1～5]
由于延迟焦化装置工艺成熟，原料灵活性大和投资低等特点，对许多炼厂来说是优选的渣油加工方法。
据美国EIA（EnergylnformationAgeney）统计，延迟焦化在世界渣油改质中约占1／3[6]。
据美国SRI报告，世界焦化能力在过去的15内年增长了70％以上，世界炼厂中约有17％的炼厂有焦化装置，美国炼厂中约有35％的炼厂有焦化装置[7]。
2000年，世界焦化加工能力中，按原料计，55％的焦化能力在美国；按产量计，70％的焦化能力在美国[7]。
美国炼厂加工的原油质量逐渐变次变劣，1981年－2001年加工的原油平均密度和含硫量分别从0.8517和0.88%提高到0.8684和1.41%，相应地加工装置构成也随之发生变化。
1987年－2001年间美国焦化加工能力增加56％，加氢裂化加工能力增加37％，催化裂化加工能力增加14％，而同期原油蒸馏的加工能力增加8％。
1998年－2001年间，美国共新建8套延迟焦化装置，加工能力增加14.85%Mt/a，主要目的是加工更多的渣油和降低残渣燃料油量。
[8,9]
2003年，美国的141个炼厂中有56个炼厂拥有58套焦化装置，其中52套是延迟焦化装置，4套流化焦化装置和2套灵活焦化装置。
美国ExxonMobil公司的德克萨斯州的贝汤炼厂（Baytown）有231万t/a的延迟焦化装置和231万t/a的灵活焦化装置。
美国Shell公司的加利福尼亚州的马丁内兹炼厂（Martinez）有143万t/a的延迟焦化装置和124万t/a的灵活焦化装置。
美国10大炼油公司拥有的41套延迟焦化装置，占全美石油焦生产总量的78％[4]。
有焦化装置的炼厂比一般炼厂更为复杂，其中80％的炼厂至少有一套催化裂化装置，90％的炼厂有产品精制装置[7]。
在北美有焦化的炼厂约有一半的炼厂有加氢裂化装置，多用于加工焦化瓦斯油。
非北美炼厂中，一般有焦化装置的炼厂约有25％炼厂有加氢裂化装置，也是用于加工焦化瓦斯油。
2004年在美国之外约有30Mt/a的延迟焦化装置的加工能力投产，主要加工加拿大油砂和委内瑞拉的Orincco重油[7,10]。
此外，加工能力超过495万t/a的延迟焦化装置正在建设中[11]。
1990年美国拥有全球焦化能力的2/3，随着委内瑞拉、墨西哥和加拿大重质、劣质原油进入美国市场，予计今后10年内，美国将为延迟焦化工艺投资70亿美元，其中30亿美元用于增加生产能力，10亿美元用于维持生产能力，30亿美元用于满足空气清洁修正案。
最近，美国空军开始着手进行一项包括将煤浆液化进行延迟焦化的项目，PARC技术服务公司参与此项项目，将煤浆液化经焦化后所得到的含有较多芳烃的焦化馏分油再经加氢处理，生产热稳定性好的喷汽燃料[12,13]。
2000年全球焦化能力增加约7000万t/a。
据予测石油焦生产能力有望继续提高，大部分增长主要集中在美国以外的其他地区[4]。
据预测，在今后20年焦化工艺仍将以每年7％以上的速度逐步增长。
在世界上，其生产能力远远领先于渣油加氢转化工艺，但这种工艺需要后加氢精制，才能得到优质的中馏分油[14]。
图－2表示世界焦化加工能力（1990年－2004年），图－3表示世界石油焦产量1975年－2004年），图－4表示石油焦按地区分配，图－5表示美国焦化装置加工能力（1946年－2004年），图－6表示我国延迟焦化加工能力的增长（1990年－2004年）。
图－2世界焦化装置加工能力[1～3,15～16]
图－3世界石油焦产量[1～4,9,13,15,16]
图－42004年石油焦按地区分配[1]
图－5美国焦化装置加工能力[1,15,16]
图－6我国延迟焦化装置加工能力的增长[15,17,18]
1.2近期建设和投产的延迟焦化装置
1.2.1近期投产的延迟焦化装置
（1）1998年，Sincor公司投资3.5亿美元，在委内瑞拉的Jose投产一座加工超重原油生产合成原油的炼厂（Zuata原油S4.2m%,API8,CCR15m%）常压蒸馏能力14.20Mt/a，其中延迟焦化装置的处理能力为4.90Mt/a，是目前世界上第二大的延迟焦化装置，采用“三炉六塔”型式，每个焦炭塔直径为28英尺（8.54m），总高120英尺（36.6m）循环周期为16小时，并设有1个100万t的贮焦池，该装置采用联锁和程序控制[19]。
（2）1998年美国泛美公司投资8亿美元，对路易斯安那炼厂进行加工含硫重质原油的改造，改造装置包括常压蒸馏、催化裂化、催化重整、烷基化和工厂系统工程，新建延迟焦化装置、二套硫磺回收装置以及从别的炼厂搬迁过来的一套150万t/a的减压瓦斯油的加氢处理装置。
改造后炼厂的复杂系数将达到11。
炼厂加工能力为1000万t/a，开工率将保持在97％以上，炼厂利润为5美元／桶原料，每年炼厂盈利27亿美元（付息、扣税、折旧前）。
新建的延迟焦化装置加工能力为412万t/a，生产焦炭4000t/d。
该装置是原有的减粘装置基础上建设的，增加了焦炭塔、分馏塔以及清焦和焦炭输送设备，并设置了焦化装置和常减压装置进行热联合。
该项目由美国lummuns公司设计[20]。
（3）美国菲利浦斯石油公司和委内瑞拉国家石油公司（Pdvsa）联合于2000年8月完成了美国德克萨斯州的斯威尼炼厂改造，投资4.5亿美元新建一座3.20Mt/a的延迟焦化装置。
该装置从设计到建成共用时25个月。
装置共有4座9,000mm×39,000mm，重476t的焦炭塔[21]。
（4）2001年10月初，美国独立的MarathonAshlanetPetroleumLLC公司，在美国路易斯安那州的11.60Mt/a的Garyvill炼厂，投产了一套“一炉二塔”型式的延迟焦化装置，该装置加工能力为1.90Mt/a，设有直径30英尺（9.14m）的焦炭塔二座，采用Conoco-Bechtel公司的延迟焦化工艺技术[22]。
（5）2001年月末，美国Exxon-Mobil公司的加工玛耶原油的25.85Mt/a的贝汤炼厂，投产了一套处理能力为2.20Mt/a的延迟焦化装置，该装置采用“一炉二塔”型式的延迟焦化装置，焦炭塔直径为29.8英尺（9.10m），单塔处理能力已达1.10Mt/a。
该装置的建成将为炼厂以低成本的重质原料油生产更多较高价值的清洁燃料。
2002年年底前，在加勒比海沿岸，至少还有6座延迟焦化装置要投产。
这些装置都是将廉价残渣燃料油转化成高产值的轻质产品和石油焦[4]。
1.2.2新近建设的延迟焦化装置
（1）2001年底，Hess公司和委内瑞拉PDV公司联合拥有的6.50Mt/a的Hovensa炼厂正在增建1套3.19Mt/a的延迟焦化装置。
在委内瑞拉和巴西还有几套大型延迟焦化装置，用于加工该地区的超重质原油。
（2）美国Coastal销售公司投资2.5亿美元在美国科珀斯克里斯蒂新建一套加工委内瑞拉原油的3.00Mt/a的延迟焦化装置[4]。
（3）CerroNegro公司投资5亿美元在委内瑞拉新建一套3.30Mt/a的延迟焦化装置[4]。
（4）2002年，美国Premcor公司的阿瑟港炼厂的440万t/a的延迟焦化装置（世界最大的延迟焦化装置之一），扩建为578万t/a，以便炼厂增加更多加工廉价的低劣质原油的能力和减少重质燃料油[9]。
（5）美国Texco公司和美国能源部签订了一份合同。
建设一座EarlyEntranceCorpoduction（EECP）工厂，主要将石油和煤转化成优质运输燃料、电、热能。
这将意味着延迟焦化工艺将用于烃合成液体燃料、电、热能的新纪元的开始[13]。
2延迟焦化工程技术进展
延迟焦化装置的设计取决了装置的参数，其包括：
原料参数、工艺参数和工程参数，如图－7所示[3]。
近年来，延迟焦化工程技术进展主要为：
大型化、灵活性（原料、产品、产率、质量）、操作性、安全性以及设计改进性。
大部分地研究工作着重于延迟焦化装置的操作性和安全性。
特性因素
硫含量
原料参数
康氏残炭
深拔程度
金属含量
时间－温度－压力变化
延迟焦化参数
工艺参数
循环比
除焦因素
间歇－半连续－连续操作
工程参数
加工能力和规模因素
除焦设备
焦炭处理、贮存、运输
图－7延迟焦化参数
2.1大型化
大型化是世界石油化工的必然发展趋势，大型化的根本优点为在充分利用资源条件下，以最低的投资和操作成本获取最大经济效益。
延迟焦化装置也不例外。
2.1.1装置规模大型化
80年代初期，世界上最大的延迟焦化装置是美国Chevron公司的Pascagoula炼厂的装置，加工能力为3.01Mt/a，采用“三炉六塔”流程。
1993年装置进行了改造，现该装置处理能力已达4.28Mt/a。
该时期内，委内瑞拉的Lagoven炼厂的延迟焦化装置加工能力为5.39Mt/a（二个平行的装置），也是当时的大型化装置之一，但因种种原因该项目只停留在基础设计阶段[1,23～25]。
90年代初期，加拿大Syncor公司的生产合成原油的油砂加工厂的延迟焦化装置，处理能力为3.65Mt/a，采用“四炉八塔”流程，因其焦炭塔为12,000mm×30,000mm，也是当时世界上大型化装置之一[26]。
1993年加拿大的Suncor公司的FortMeMurray炼厂的延迟焦化装置经改造后处理能力达5.03Mt/a。
1998年印度Reliance公司建成目前世界上最大的延迟焦化装置，加工能力为6.73Mt/a（没投产）采用“四炉八塔”流程，焦炭塔直径为29英尺（8534mm）[27]。
最近，Lummus公司承担一项目的设计，经第一阶段工作后，装置处理能力为6.82Mt/a，据该公司介绍，该装置可处理接近9.90Mt/a的新鲜原料[28,29]。
按照美国Flour公司在70年代对建设单系列25.00Mt/a炼厂的可行性研究报告，炼厂配有原油蒸馏、催化裂化、加氢裂化、延迟焦化、催化重整、加氢精制、烷基化、制氢、硫回收等装置，除催化重整和制氢装置考虑用两套并列外，其余装置均为单系列，延迟焦化装置的配套处理能力为4.50Mt/a，届时需配置9,100mm的焦炭塔10台[30]。
延迟焦化装置大型化之所以成为一种世界性地趋势，是因为大型化具有明显的投资省、劳动生产力高和生产费用低的优越性。
但是，装置规模到底多大比较合适，这是一个十分复杂的问题，它涉及多种因素，如炼油厂本身的类型、资源条件、产品去向、相关配套设备的制造能力和市场（尤其是焦炭市场）容量等。
一般延迟焦化装置的典型规模为0.75Mt/a～2.75Mt/a较为合适[16，23，25，28～29]。
2.1.2焦炭塔的大型化
较大的焦炭塔的设计和操作能减少因配合特殊渣油加工所需要的焦炭塔个数，显著提高投资效益。
自20世纪30年代以来，焦炭塔尺寸一直在加大。
1930年时焦炭塔直径3000mm，80年代后一般8200mm左右。
目前，焦炭塔的标准直径为8,200mm～8,500mm。
某些9,200mm×36,600mm的焦炭塔已在运转[11，16，25，28～29]。
10年前，由于水力除焦能力和技术的限制，焦炭塔直径一般为7,900mm，操作较为平稳。
目前世界上最大的焦炭塔是加拿大的Syncor油砂加工厂的延迟焦化装置，焦炭塔分为四组八塔，每个焦炭塔为12,200mm×30,000mm，结焦时间为21～24小时[26]。
美国的焦炭塔一般直径为8,000mm左右。
美国的FosterWheeler公司为美国Chevron公司所属的Pascagoula炼厂设计的延迟焦化装置的焦炭塔为8,300×33,500mm，是90年代初期最大的焦炭塔。
随后，该公司又设计和建设了一个延迟焦化装置，采用二组四塔，每个焦炭塔为8,534mm×36,576mm[25]。
1998年，该公司为印度设计的6.70Mt/a延迟焦化装置，有8个直径为8840mm的焦炭塔[27]。
目前，该公司已完成5套装置18座8,530mm的焦炭塔设计，予计相继在2002年前后投产，8,840mm×36,576mm的焦炭塔也正在建设中。
予计不久将来要设计9,750mm×42,672mm（总高）的焦炭塔。
随着机械设计方面的改进和水力除焦技术的进步，该公司有可能设计12,192mm（40）的焦炭塔[25]。
美国Bechtel公司承包，采用Conoco公司技术建设的Sweeny炼厂的延迟焦化装置为二组四塔，每个焦炭塔为9,000mm×39,000mm，重476t[21]。
图－8表示历史上的焦炭塔直径的变化。
图－8焦炭塔直径的变化[1,2,25]
图－9和图－10分别表示塔径和塔高（T－T）与安装年份的关系。
从图－9和图－10可见，据美国API的统计，1965年～1970年间世界性的焦炭塔塔径位于6,096mm～7,620mm（20～25）之间，最大7,925mm（26）。
塔高（T－T）在21,336mm（70）左右。
1995年焦炭塔的塔径达到8,534mm（28），塔高（T－T）约为27,737mm（91）[31]。
图－9焦炭塔的直径和安装年份的关系[31]
图－10焦炭塔的塔高（T－T）和安装年份的关系[31]
2.2灵活性
延迟焦化装置的灵活性表现在延迟焦化的工艺技术有能力去应对原料、产品、产率和质量的变化。
有能力应对下游加工装置（馏分油加氢处理、催化裂化和加氢裂化）的原料、流率、产品和质量的变化。
2.2.1原料
延迟焦化装置目前已能处理约60种原料，包括直馏渣油、减粘后渣油、加氢裂化后渣油、裂解焦油和循环油、焦油砂、沥青、脱沥青焦油、澄清油、溶剂精制后的煤以及从煤衍生物、催化裂化的油浆、炼厂污油和污泥等等。
处理的原料油性质范围广，一般康氏残炭3.8w%～>45w%，API重度2～20API[8，28，29]。
正由于焦化装置能处理炼厂各种残渣物料被称之为炼厂的“垃圾桶”，同时也是目前炼厂实现渣油零排放的重要装置。
随着原油质量的变差变劣，重质、含硫、含酸、高金属、高残炭等原油的增加，延迟焦化更显得愈来愈重要。
目前，随着烃类合成液体燃料和合成原油技术的开发，也多用延迟焦化工艺进行改质。
最近委内瑞拉就利用延迟焦化和加氢处理工艺对Orinoco的原油进行改质生产API16～32，S<0.1m%的合成油项目[14]。
表－2委内瑞拉策略联盟的四个项目[14]
Sincor
Hamaca
Petrozuata*
CerroHegro
原生原油产量，桶/天
212,000
220,000
132,000
129,000
合成原油产量，桶/天
180,000
208,000
112,000
116,000
合成原油API
32
26
22
16.5
基建投资，亿美元
57
42.5
43.7
23.6
改质设施费＊＊，亿美元
27
21.7
18.3
11.5
*加工Zuata原油（API8，S4.2m%，CCR15m%）
**改质设施包括：
脱盐、减压蒸馏、延迟焦化和加氢处理
由于所有融资机构均要求实施的改质工艺必须是经工业化证实的技术，而上述联盟至所以选用延迟焦化工艺正是由于该工艺的技术成熟性。
将延迟焦化工艺作为改质工艺，并对延迟焦化产品进行各种加氢精制，合成原油的质量将取决于延迟焦化馏分油的质量和其加氢处理的苛刻度。
2.2.2产品
延迟焦化工艺生产LPG、石脑油、中间馏分油和焦炭。
根据原料性质不同，生产的焦炭可以为燃料焦或电极焦。
延迟焦化工艺可生产的石脑油、柴油馏分和蜡油馏分必须进一步加氢处理才可作为下游装置原料或作为产品（柴油）出厂。
在延迟焦化工艺中产品种类和产品产率都可以通过调节操作参数进行调整。
在产率中尤以中间馏分油产率占总产率的30w%～65w%左右，在当今多产中间馏分油需求下显得尤为重要[28，29]。
图－11延迟焦化工艺
图-11延迟焦化工艺流程
（1）美国Lummus公司
由于延迟焦化装置为间歇生产、焦炭塔周期性操作。
装置的灵活性就是要求优化工艺操作参数（如温度、压力和循环比）。
应针对不同的原料，优化工艺条件，实现适宜的馏分油与焦炭产率之间的物料平衡，从而实现最大的经济效益。
表－3表示延迟焦化装置的典型产率（以原料w%计）。
该表说明原料和操作条件对装置产率的影响。
对高康氏残炭的减压渣油方案，在低压、低循环比、24小时操作周期的条件下，如果延迟焦化装置加工能力为1.10Mt/a，在原料相同，设计合理，如果略提高操作压力，再将操作周期改为18小时，则该装置可以加工1.375Mt/a的原料[28，29]。
表－3延迟焦化装置典型的产率[28，29]
项目
减压渣油
低CCR
减压渣油
高CCR
减压渣油
高CCR
焦炭塔压力
低
低
高
产品产率,w%
气体
8.0
9.0
9.4
石脑油
14.0
11.7
11.3
轻蜡油
26.2
27.2
26.3
重蜡油
29.7
19.4
18.7
焦炭
22.1
32.7
34.3
（2）Fosterwheeler/UOPLLC公司
过去五年，大多数的新建和改造的延迟焦化装置均加工高硫、高金属渣油，最大量地生产液体燃料和石油焦。
在考虑设计基础基础方案时，必须确定最佳操作条件，以得到最大的液化并能适合下游加工的HCGO,美国FW／UOPLLC公司开发的SYDECTM（SelectiveYieldDelayedcoking）工艺以最高液体产品收率方案操作，表－4表示SYDECTM的原料性质和产品产率[32,33]。
表－4SYDECTM的原性性质和产品产率
原料，来源
委内瑞拉
南非
类型
减压渣油
减压渣油
澄清油
重度,°API
2.6
15.2
-0.7
硫,wt%
4.4
0.7
0.5
CCR,wt%
23.3
16.7
/
操作方案
最大馏分油
阳极焦
针焦
产品产率，wt%
气体
8.7
7.7
9.8
石脑油
10.0
19.9
8.4
瓦斯油
50.3
46.0
41.6
焦炭
31.0
26.4
40.2
（3）美国Fosterwheeler公司和Conoco公司[25,34]
美国Fosterwheeler公司和Conoco公司大大改进延迟焦化技术，新设计的焦化装置为了提高液收，降低焦炭产率，通常采用低压（0.103MPa表压）、低循环（而不是零循环）的工艺设计。
因为真正的零循环虽然可进一步减少焦炭产率，稍微增加液收，但增收的HCGO质量价值不高，表－5给出了超低循环和真正零循环的产率比较。
表－6表示真正零循环操作上的HCGO的性质。
表－5超低循环和真正零循环操作的产率比较＊
项目
超低循环
真正零循环
增加值
干气，lv％（FOE）
5.80
5.78
+0.02
C3/C4，lv％
7.27
7.07
+0.20
石脑油，lv％
13.34
12.41
+0.93
LCGO，lv％
32.54
30.48
+2.04
HCGO，lv％
24.02
27.83
-3.81
焦炭，m%
32.73
31.43
+1.30
＊：
1、真正零循环操作中HCGO增加的产率被其他液体产品收率的降低部分抵消了。
2、真正零循环操作中的总液收仅增加0.6LV%。
表－6超低循环和真正零循环操作所得到的重瓦斯油性质比较
超低循环
真正零循环
增加的重瓦斯油馏分
比重，API
12.78
11.55
4.35
S，m%
2.58
2.55
2.37
N，wppm
5303
5087
3806
CCR，m%
0.53
2.43
13.70
C7不溶物，m%
432
2000
11300
Ni+V
1.0
3.8
20.4
馏程，℃
10％，v％
387
390
体积平均沸点
50％，v％
462
478
579
EP，℃
578
616
/
watson
升级会员 