延遲焦化裝置節(jié)能知識李出和

2005年8月29日11.國內(nèi)外延遲焦化裝置現(xiàn)狀2.延遲焦化工藝流程說明3.延遲焦化的主要反響條件4.目前焦化裝置的能耗水平5.焦化裝置的能耗計算6.焦化裝置的能耗分析7.焦化裝置節(jié)能措施目錄2

1、國內(nèi)外延遲焦化裝置現(xiàn)狀

返回目錄3延遲焦化是以渣油或類似渣油的污油、原油為原料，通過加熱爐快速加熱到一定的溫度〔500℃〕，焦化的結(jié)焦反響不在加熱爐中進行，而是使之延遲到焦炭塔中進行。同時在塔內(nèi)適宜的溫度、壓力條件下發(fā)生裂解、縮合反響，生成氣體、汽油、柴油、蠟油、循環(huán)油組分和焦炭的工藝過程。1.1延遲焦化工藝41.2延遲焦化裝置的作用處理煉油廠過剩而無出路的減壓渣油；減少重油催化裂化的摻煉比例，提高催化汽油、柴油的質(zhì)量；提高作為優(yōu)質(zhì)乙烯裂解原料-焦化石腦油的產(chǎn)量；增產(chǎn)高十六烷值柴油，提高煉油廠的柴汽比；增加中間餾分焦化蠟油，為催化裂化及加氫裂化提供原料；利用焦化干氣或石油焦作為制氫裝置的原料。提供冶金行業(yè)使用的石油焦。5延遲焦化的原料來源和產(chǎn)品去向61.3延遲焦化反響視圖左圖為延遲焦化工藝的主要反響局部流程，原料在加熱爐加熱后在焦炭塔反響，焦炭塔兩個并聯(lián)間斷操作，一個在生焦，另一個那么在除焦，一般18~24小時切換一次。71.4中石化已建和在建焦化裝置統(tǒng)計

81.4中石化已建和在建焦化裝置統(tǒng)計91.4中石化已建和在建焦化裝置統(tǒng)計101.5中石油已建和在建焦化裝置統(tǒng)計111.5中石油已建和在建焦化裝置121.6地方已建和在建焦化裝置13據(jù)統(tǒng)計，在焦化裝置總加工能力中，美國為1.23億t/a，約占世界焦化裝置總加工能力的54.07%，居世界首位，我國〔不包括臺灣省〕焦化裝置總加工能力為16.83Mt/a〔石化〕，占世界焦化裝置總加工能力的7.37%，僅次于美國，位于世界第二。其次依次為委內(nèi)瑞拉、墨西哥、和阿根廷等，其加工能力分別為7.97Mt/a、7.76Mt/a和6.08Mt/a。各自分別占世界焦化裝置總加工能力的3.49%、3.39%、和2.66%。下表表示2002年世界前十位國家的焦化裝置的加工能力。1.7國內(nèi)外焦化開展比照14世界焦化裝置排名前十位的國家，Mt/a[1]＊：不包括臺灣省在內(nèi)15據(jù)預(yù)測，在今后20年焦化工藝仍將以每年7％以上的速度逐步增長。圖－1世界焦化加工能力〔1990---〕16圖－2世界石油焦產(chǎn)量〔1975～2000〕[3]17圖－3美國焦化加工能力[2，5]18圖－4中石化延遲焦化裝置加工能力的增長[6]19由上圖可以看出，中國的延遲焦化工藝自1998年以來開展較快，并有不斷繼續(xù)開展的趨勢，根據(jù)目前的規(guī)劃，中海油擬建420萬噸/年，金山石化擬再建240萬噸/年，齊魯石化擬再建160萬噸/年，天津石化擬再建240萬噸/年，獨山子石化擬再建120萬噸/年，湛江擬再建140萬噸/年等，2021年后將有更大型化的焦化裝置建設(shè)投產(chǎn)。20212223242526272829303132返回目錄33

2.延遲焦化工藝流程工藝流程說明：延遲焦化的工藝流程一般分4個局部，主要包括：2.1焦化局部〔加熱爐局部、焦炭塔局部及分餾塔局部〕2.2焦炭塔的吹汽放空局部2.3冷切焦水處理局部2.4焦化富氣壓縮回收局部返回目錄342.1焦化局部35圖2－1原料預(yù)熱流程36分餾塔底油，焦化油或聯(lián)合油在300~340℃下，用加熱爐進料泵抽出打入加熱爐的對流段，流經(jīng)輻射段被快速升溫到495~505℃，然后經(jīng)四通閥入焦炭塔底部。2.1.3焦炭塔局部循環(huán)油和原料減渣中蠟油以上餾分，在焦炭塔內(nèi)由于高溫長停留時間，產(chǎn)生裂解、縮合等一系列反響，最后生成富氣、汽油、柴油、蠟油、等產(chǎn)品和石油焦。焦炭結(jié)聚在塔內(nèi)。高溫油氣經(jīng)急冷油急冷后(420℃)，流入分餾塔換熱板下。

2.1.2加熱爐局部37圖2－2加熱爐及焦炭塔局部流程38

●從焦炭塔頂流出的熱油氣入分餾塔換熱段(420℃)，與原料油直接換熱后冷凝出循環(huán)油落入塔底，其余大量油氣升經(jīng)五層換熱板，進入集油箱以上分餾段。從下往上分餾出重蠟油、蠟油、柴油、汽油和富氣。

●蠟油集油箱中的蠟油由蠟油泵抽出，送經(jīng)蠟油原料油換熱器，換熱后去穩(wěn)定塔底和脫吸塔底重沸器做熱源，再經(jīng)蠟油蒸汽發(fā)生器降溫到220℃再分成二股物流；一股返回分餾塔作回流，另一股經(jīng)蠟油脫氧水換熱、蠟油空冷器冷到90℃送出裝置。

●中段回流從分餾塔抽出(310℃)，由中段回流泵抽送經(jīng)中段回流原料換熱器、蒸汽發(fā)生器，換熱到220℃后返回分餾塔作回流。

2.1.4分餾塔局部3940圖2－3分餾塔局部流程412.2焦炭塔的吹汽放空局部42圖2－4焦炭塔的吹汽放空局部流程432.3冷切焦水處理局部4445圖2－5冷切焦水處理局部流程462.4焦化富氣的壓縮吸收穩(wěn)定局部47圖2－6焦化富氣的壓縮吸收局部流程2.4.1焦化富氣的壓縮吸收穩(wěn)定局部原那么流程482.5關(guān)鍵的生產(chǎn)工序說明

4950圖2－7焦炭塔切換操作局部流程返回目錄513．延遲焦化的主要反響條件焦化熱轉(zhuǎn)化反響是自由的、無選擇性的熱裂化反響，不同于催化裂化、加氫裂化在催化劑的作用下發(fā)生的選擇性裂化反響，因此焦化熱轉(zhuǎn)化反響的產(chǎn)品分布和產(chǎn)品質(zhì)量只和原料性質(zhì)及操作條件有關(guān)。3.1原料性質(zhì)3.2循環(huán)比3.3反響壓力3.4反響溫度返回目錄523.1原料性質(zhì)焦化原料油是以碳、氫、硫、氮、氧為主要元素的大分子〔分子量約為500~1000〕烴類混合物，熱轉(zhuǎn)化過程中發(fā)生的化學(xué)反響是：大分子轉(zhuǎn)化為小分子的吸熱的裂化反響，小分子轉(zhuǎn)化為大分子的放熱的縮合反響，裂化反響的活化能約為:167KJ/MOL，縮合反響的活化能約為:209KJ/MOL，當(dāng)原料被加熱時，裂化反響比縮合反響優(yōu)先發(fā)生，開始裂化反響占主導(dǎo)地位，隨著溫度的升高裂化反響逐漸由主導(dǎo)地位轉(zhuǎn)化為次要地位，縮合反響占主導(dǎo)地位，隨著渣油轉(zhuǎn)化反響的不斷進行，渣油中的局部物質(zhì)轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油品，局部物質(zhì)轉(zhuǎn)化為焦碳。渣油熱轉(zhuǎn)化反響是一種非常復(fù)雜的裂化和縮合相平衡的順序反響，很難用化學(xué)反響方程式來表達。533.1原料性質(zhì)通常把渣油分為四組分：飽和烴、芳烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。飽和烴包括烷烴和環(huán)烷烴，烷烴較易裂化，斷鏈生成烷烴、烯烴和氫氣；環(huán)烷烴的熱反響主要是斷側(cè)鏈生成烯烴或烷烴，斷環(huán)鏈生成烯烴和二烯烴。芳烴較穩(wěn)定，一般條件下芳環(huán)不會斷裂，一般發(fā)生側(cè)鏈斷裂或脫烷基反響，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)主要是多環(huán)及稠環(huán)化合物，在熱轉(zhuǎn)化反響中，除了縮合反響生成焦碳外，還斷側(cè)鏈生成較小分子的烴。543.1原料性質(zhì)在四組分共存的情況下，發(fā)生混合反響，可歸納為：a.飽和烴斷側(cè)鏈產(chǎn)生裂化產(chǎn)物；b.芳烴斷側(cè)鏈產(chǎn)生裂化產(chǎn)物和飽和烴，芳烴縮合產(chǎn)生膠質(zhì);膠質(zhì)斷側(cè)鏈產(chǎn)生裂化產(chǎn)物和芳烴，膠質(zhì)縮合產(chǎn)生瀝青質(zhì)；c.瀝青質(zhì)斷側(cè)鏈產(chǎn)生裂化產(chǎn)物，瀝青質(zhì)縮合產(chǎn)生苯不溶物，苯不溶物逐漸再縮合生成喹啉不容物或碳質(zhì)瀝青，喹啉不容物縮合最后生成焦碳。另外在焦化原料流經(jīng)焦化加熱爐和焦炭塔過程中，在給定的循環(huán)比下，隨著溫度和停留時間增加，隨著反響中烴分壓的變化，導(dǎo)致焦化料的四組成比例結(jié)構(gòu)也發(fā)生迅速變化，影響并決定著加熱爐和焦炭塔內(nèi)的熱轉(zhuǎn)化反響。加熱爐的設(shè)計要求在渣油的裂化反響開始而縮合反響還未大量開始時，把渣油加熱到500℃并使之離開。55渣油熱轉(zhuǎn)化反響視圖如下：563.1原料性質(zhì)焦化熱轉(zhuǎn)化反響產(chǎn)品分布和四組分的含量有密切的關(guān)系，通常采用渣油的殘?zhí)恐岛退慕M分的含量來判斷原料的好壞及產(chǎn)品分布情況，瀝青質(zhì)含量高或渣油殘?zhí)恐蹈叩脑腿菀捉Y(jié)焦，生焦率較高，輕油收率較低。產(chǎn)品分布和渣油中的殘?zhí)康拇蟾抨P(guān)系為:(1)硫化氫收率：W%:H2S=0.25*Sf(2)干氣收率：W%:RG=3.5+0.1*CCR(3)LPG收率：W%:LPG=3.0+0.044*CCR(4)焦炭收率：W%:COK=1.6*CCR(5)石腦油收率：W%:Nao=11.38+0.335*CCR(6)瓦斯油收率：W%:TGO=100-(H2S+RG+LPG+COK+Nao)(7)柴油收率/瓦斯油收率：R=0.38+0.011*CCR-0.00031*CCR(8)柴油收率：W%:LCGO=R*TGO(9)蠟油收率：W%:HCGO=TGO-LCGO注：CCR為渣油的康氏殘?zhí)縲t%。Sf為渣油中的硫含量wt%。57

循環(huán)比的概念在各種文獻上不太統(tǒng)一，通常有兩種不同的表示方法:一種是進加熱爐的總流量(或輻射進料量)，和新鮮原料量的比值(或?qū)α鬟M料量)，公式為:聯(lián)合循環(huán)比=(新鮮原料量+循環(huán)油量)/新鮮原料量。該種方法表示的循環(huán)比大于1.0，另一種是進加熱爐的循環(huán)油流量，和新鮮原料量的比值(或?qū)α鬟M料量)，公式為:循環(huán)比=循環(huán)油量/新鮮原料量。該種方法表示的循環(huán)比小于1.0，當(dāng)無循環(huán)油量時，循環(huán)比為零，有時叫單程操作。兩種方法都能顯示加熱爐中循環(huán)油或回?zé)捰退嫉谋壤Ｔ谛迈r原料中摻入焦化裝置反響自產(chǎn)的反復(fù)循環(huán)的循環(huán)油，改變了原料的性質(zhì)，聯(lián)合油的四組分比例結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使熱轉(zhuǎn)化反響發(fā)生變化.循環(huán)油相當(dāng)于重蠟油或蠟油，在加熱爐和焦炭塔也產(chǎn)生局部熱裂化反響。3.2

循環(huán)比583.2循環(huán)比循環(huán)比對焦化裝置的處理量，產(chǎn)品分布及產(chǎn)品性質(zhì)都有較大的影響。在原料相同的條件下，一般是：循環(huán)比增加，汽油柴油的收率隨著提高，蠟油收率那么隨著下降，焦炭和氣體的收率也少有增加。通常循環(huán)比的選擇是以下游加工裝置的要求為原那么，例如焦化蠟油作為加氫裂化原料時，調(diào)整循環(huán)比的目的是控制蠟油HCGO的殘?zhí)恐担K餾點等。通常如果產(chǎn)品質(zhì)量和裝置操作允許，都采用盡可能低的循環(huán)比操作。循環(huán)比減少，生焦率一般減少，同時焦化蠟油收率增加，氣體、汽油、柴油收率下降。當(dāng)需要提高裝置的液體收率時一般采用降低循環(huán)比〔0.15～0.25〕或零循環(huán)比操作；當(dāng)需要多產(chǎn)焦化石腦油和柴油時一般采用較大循環(huán)比〔0.25～0.45〕操作；當(dāng)焦化蠟油無出路或需要最大可能地生產(chǎn)乙烯原料時一般采用大循環(huán)比〔0.4～1.0〕操作。當(dāng)采用減壓深拔后，焦化原料變差，殘?zhí)考盀r青值升高，為延長開工周期和防止彈丸焦產(chǎn)生，一般也采用較大循環(huán)比。單程和低循環(huán)比操作對蠟油和爐進料油的影響見下表：593.2.1降低循環(huán)比操作單程和低循環(huán)比對蠟油和爐進料油影響(原料為沙輕減壓渣油〔>535℃〕)60從上表可看出：單程和低循環(huán)比下液收高，焦炭收率低，蠟油收率高，但柴油收率低、汽油收率略低；單程和低循環(huán)比下蠟油變重、變稠；低循環(huán)比下焦化爐進料油性質(zhì)變差，特別是康殘和瀝青質(zhì)含量提高，必然會影響到焦化爐運行周期。3.2.1降低循環(huán)比操作

61大循環(huán)比〔0.60～1.0〕操作，盡量提高焦炭塔進料中芳香烴含量和降低瀝青質(zhì)含量，降低殘?zhí)俊．?dāng)要求多產(chǎn)汽柴油和焦化蠟油無去路或原料中瀝青質(zhì)含量太高時，那么應(yīng)全循環(huán)或大循環(huán)比操作。由下表可見，大循環(huán)比操作時，蠟油收率下降較大，蠟油產(chǎn)品和加熱爐進料均得到改善。3.2.2大循環(huán)比〔0.60～1.0〕操作62大循環(huán)比對蠟油和爐進料油影響633.3反響壓力反響壓力一般是指焦炭塔頂?shù)膲毫Γ错憠毫够a(chǎn)品分布有一定影響，壓力升高，反響的深度增加，氣體和焦炭的收率增加，液體收率減少，焦炭的揮發(fā)份提高.反之壓力降低，反響的深度減少，氣體和焦炭的收率減少，液體收率增加，焦炭的揮發(fā)份降低.為了提高裝置的經(jīng)濟效益，通常采用低壓設(shè)計和操作.采用低壓操作可改善焦化產(chǎn)品分布，在國內(nèi)外已普遍認可，國內(nèi)焦炭塔頂操作壓力一般為0.15～0.20MPa，國外最低的到達0.1～0.15MPa。壓力降低一般可提高蠟油的收率，但是壓力太低焦炭塔內(nèi)泡沫層升高，焦粉易攜帶并易產(chǎn)生彈丸焦，另外增大了焦炭塔的氣體體積流量，勢必使焦炭塔的塔徑加大，使分餾塔的塔徑加大，使壓縮機和塔頂冷凝系統(tǒng)的負荷增加，裝置的投資增加，因此應(yīng)綜合設(shè)備投資、操作費用和產(chǎn)品分布等因素確定適宜的操作壓力。64操作壓力對焦化蠟油收率和質(zhì)量影響有上表可以看出：當(dāng)焦炭塔操作壓力降低，雖然石油焦收率下降，蠟油收率增加，但是蠟油變重，蠟油殘?zhí)亢椭亟饘俸烤黾印Ｒ虼耍祲翰僮鲿r還應(yīng)考慮蠟油質(zhì)量。653.4反響溫度反響溫度一般是指加熱爐輻射爐管的出口溫度，這一溫度的變化直接影響著焦炭塔內(nèi)的反響溫度和反響深度，從而影響到產(chǎn)品分布和產(chǎn)品質(zhì)量。溫度低，焦化反響深度缺乏，產(chǎn)品收率低，焦炭揮發(fā)份高。溫度太高反響過深，使汽油和柴油繼續(xù)裂化，降低汽油和柴油的收率，增加氣體收率，焦炭變硬，使除焦困難。反響溫度確實定一般和原料性質(zhì)有關(guān)。提高焦化溫度可增產(chǎn)液體產(chǎn)品收率，但基于焦化反響的特點，反響溫度〔爐出口溫度控制〕調(diào)整的幅度是很窄的，溫度過高會導(dǎo)致提前結(jié)焦，堵塞爐管、轉(zhuǎn)油線結(jié)焦，影響開工周期，同時易生成硬質(zhì)石油焦，使除焦困難；溫度過低導(dǎo)致熱量缺乏反響深度不夠，輕油收率降低，焦炭揮發(fā)分增大或產(chǎn)生焦油。66●焦炭塔頂溫度、壓力和循環(huán)比對產(chǎn)品收率的影響可定性的見以下圖：67溫度、壓力、循環(huán)比、生焦周期對產(chǎn)率影響經(jīng)驗

〔1〕焦炭塔壓力每降低0.055MPa，焦炭產(chǎn)率降低1.0%〔W〕。〔2〕焦炭塔壓力每降低0.055MPa，液體產(chǎn)率提高1.3%〔V〕。〔3〕焦炭塔油氣線溫度每提高10℃，焦炭產(chǎn)率降低1.44%〔W〕。〔4〕焦炭塔油氣線溫度每提高10℃，瓦斯油產(chǎn)率提高1.9%〔V〕。〔5〕焦炭揮發(fā)份每降低1.0%〔W〕，焦炭塔油氣線溫度要提高3.9~5℃。〔6〕循環(huán)量減少10%〔W〕，焦炭產(chǎn)率降低1.2%〔W〕。〔7〕焦炭產(chǎn)率降低1.0%〔W〕，液體產(chǎn)率提高1.5%〔V〕。〔8〕循環(huán)周期減少6小時，焦炭揮發(fā)份每增加1.0%〔W〕。返回目錄684.目前焦化裝置的能耗水平4.1中國石化股份公司2002年煉油實際能耗表4.2中國石化股份公司2002年主要煉油裝置實際能耗表4.3中國石化股份公司2002年延遲焦化裝置實際能耗表4.4國外延遲焦化裝置設(shè)計能耗表

返回目錄694.1.中國石化股份公司2002年煉油實際能耗表

從上表可見，煉油能耗主要是燃料消耗和催化燒焦，能耗的大小主要和原油的總加工流程及規(guī)模有關(guān)，流程短，產(chǎn)品少的煉油廠能耗低.704.2.中國石化股份公司2002年主要煉油裝置實際能耗表從上表可見，延遲焦化裝置主要是燃料消耗，和其他裝置相比燃料消耗占裝置能耗的比例較大.714.3中國石化股份公司2002年延遲焦化裝置實際能耗表724.3中國石化股份公司2002年延遲焦化裝置實際能耗續(xù)表734.4.國外延遲焦化裝置設(shè)計能耗表單位能耗:21.90(×104Kcal/t原料)/〔916.77MJ/t原料〕(包括吸收穩(wěn)定局部)744.4.國外延遲焦化裝置設(shè)計能耗表單位能耗:21.04(×104Kcal/t原料)/〔881.02MJ/t原料〕(包括吸收穩(wěn)定局部)754.4.國外延遲焦化裝置設(shè)計能耗表單位能耗:20.07(×104Kcal/t原料)/〔840.41MJ/t原料〕(包括吸收穩(wěn)定局部)返回目錄76

5.1能耗指標(biāo)5.2單元設(shè)備能量計算5.3能耗工質(zhì)消耗計算5.4總能耗計算

5．焦化裝置的能耗計算返回目錄775.1能耗指標(biāo)

延遲焦化裝置把渣油轉(zhuǎn)化為氣體、汽油、柴油、蠟油組分和焦炭，需要外部提供能量。根據(jù)熱力學(xué)第一定律：體系能量變化=外界輸入熱量和功-體系對外輸出熱量和功。體系內(nèi)的能量變化主要是動能、勢能、內(nèi)能和熱能的變化。延遲焦化裝置能耗主要是熱量消耗和功的消耗，而熱量消耗和功的消耗主要表達在燃料、電力及耗能工質(zhì)的能量上。根據(jù)相關(guān)能量換算，燃料、電力及耗能工質(zhì)的消耗量和能量可相互換算。其換算表如下：785.1能耗指標(biāo)燃料、電力及耗能工質(zhì)的消耗量和能量可相互換算表如下：

79由上表可以看出：要想計算裝置的能耗首先應(yīng)計算出裝置的水、電、燃料氣、蒸汽和空氣的消耗量。5.1能耗指標(biāo)燃料、電力及耗能工質(zhì)的消耗量和能量可相互換算表(序〕805.2裝置單元設(shè)備物料能量計算

延遲焦化裝置和其他裝置一樣是有數(shù)個化工單元組成的，裝置的能耗是所有化工單元能耗之和，因此要計算裝置能耗必須先計算各化工單元的能耗。一套完整的焦化裝置，其工藝過程涉及到化學(xué)反響、分餾、精餾、吸收、脫吸、化學(xué)吸收、傳熱、氣體液體及固體輸送、過濾、氣體液體及固體的別離等化學(xué)物理過程，是煉油廠應(yīng)用根本化工原理最多的裝置之一。利用上述根本化工原理設(shè)計焦化裝置使原料產(chǎn)生產(chǎn)品，其主要的操作單元有：加熱爐、焦炭塔〔反響器〕、分餾塔、吸收塔、脫吸塔、穩(wěn)定塔、脫硫塔、換熱器、冷凝冷卻器、壓縮機、泵、除焦設(shè)備等，其中加熱爐、焦炭塔〔反響器〕、分餾塔、除焦設(shè)備對裝置的能耗影響較大，如下以齊魯160萬噸/年焦化裝置為例說明主要單元的物平及能耗計算過程。81齊魯160萬噸/年焦化裝置物料平衡82各物料油性質(zhì)

83加熱爐能耗計算84

加熱爐熱負荷

加熱爐熱負荷(160萬噸/年)85上表為加熱爐被加熱介質(zhì)吸熱平衡表，是有效熱量。有效熱的大小和過熱蒸汽量、加熱爐的注汽量、加熱爐出口汽化率、加熱深度、焦化油性質(zhì)及操作條件有關(guān)。過熱蒸汽量是裝置自產(chǎn)蒸汽量，是根據(jù)焦化分餾塔系統(tǒng)的熱利用及換熱流程確定的。加熱爐出口汽化率和渣油性質(zhì)、爐出口溫度及壓力有關(guān)，爐出口溫度高壓力低，加熱爐出口汽化率高，而爐出口溫度的上下決定于渣油性質(zhì)，一般情況下，重質(zhì)渣油采用較低的爐出口溫度。加熱深度表示爐管內(nèi)的加熱時間及爐管內(nèi)的裂化程度，為到達較高的液體收率，應(yīng)提高渣油的加熱深度，但燃料消耗會增加。操作條件中的循環(huán)比對燃料消耗影響較大，循環(huán)比加大燃料消耗會增加。假設(shè)加熱爐的熱效率為90%，那么循環(huán)比為0.25時，加熱爐的熱負荷為：4090.49*104Kcal/h，燃料的消耗量為：4545kg/h，燃料單耗為：23.86kg/t原料，循環(huán)比降到0.15時的加熱爐熱平衡如下表，此時加熱爐的熱負荷為：3786.7*104Kcal/h，燃料的消耗量為：4207kg/h，燃料單耗為：22.08kg/t原料，比循環(huán)比0.25時下降約1.78kg/t原料。86加熱爐熱負荷(160萬噸/年)〔R=0.15〕8788加熱爐的熱效率按90%，燃料的消耗量為：3578.7kg/h，燃料單耗為：18.79kg/t。假設(shè)同時進爐溫度提高到350℃，反響深度不高，爐出口汽化率為：30%，那么加熱爐的熱負荷為：3220.8-438.2=2782.6*104Kcal/h，燃料氣的消耗量降為：3092kg/h，燃料單耗為：16.23kg/t原料，雖然燃料單耗大大降低，但是焦化的液體收率將付出代價，不一定是焦化裝置的最經(jīng)濟運行工況。895.2.1.3加熱爐的熱效率計算

加熱爐的熱效率是影響裝置能耗的主要因素，80—90年代，焦化爐設(shè)計熱效率一般要求大于86%，90年代末開始，焦化爐設(shè)計熱效率一般要求大于90%，由此大大降低了燃料消耗和裝置的能耗。加熱爐的熱效率和燃料氣組成、排煙溫度、過剩空氣系數(shù)及熱損失有關(guān)。90燃料氣熱值計算91

理論空氣量計算V0=[0.5H2+0.5CO+∑〔m+n/4〕CmHn+1.5H2S-O2]/21=[0.5*14.88+211.4]/21=10.4207立方米空氣/立方米燃料氣〔經(jīng)驗式〕實際空氣量計算實際空氣量=過剩空氣系數(shù)*理論空氣量。焦化加熱爐的過剩空氣系數(shù)一般為1.15~1.25，過剩空氣系數(shù)取的太小會燃燒不完全，熱分布惡化，爐管腐蝕嚴(yán)重。過剩空氣系數(shù)取的太大，燃燒效果會好，但是爐子效率降低。過剩空氣系數(shù)每降低10%，加熱爐效率可提高約1~1.5%。目前設(shè)計焦化爐，過剩空氣系數(shù)取1.15，已保證加熱爐熱效率大于90%。在現(xiàn)有裝置中，煙氣中的氧含量或煙氣組成，可計算加熱爐的過剩空氣系數(shù)，實際空氣量V1=1.15*10.4207立方米空氣/立方米燃料氣=11.9838立方米空氣/立方米燃料氣，19.1894kg/kg燃料其中：N29.4672立方米/立方米燃料氣，79%O22.5166立方米/立方米燃料氣，21%92煙氣量計算(完全燃燒)93因此煙氣：N29.4672立方米/立方米燃料氣，14.718kg/kg燃料O20.3285立方米/立方米燃料氣，0.5832kg/kg燃料CO21.1396立方米/立方米燃料氣，2.7840kg/kg燃料H2O2.1053立方米/立方米燃料氣，2.1041kg/kg燃料合計13.0404立方米/立方米燃料氣，20.1894kg/kg燃料簡單計算可查相關(guān)手冊得到煙氣量，條件為：燃料氣的低熱值、理論空氣量和過剩空氣系數(shù)。94煙氣熱損失〔排煙溫度163℃〕簡單計算可查相關(guān)手冊得到煙氣熱損失占加熱爐負荷的比例，條件為：排煙溫度和過剩空氣系數(shù)。排煙溫度決定于煙氣的露點腐蝕，和燃料氣的組成密切相關(guān)。95燃料帶入熱〔溫度100℃〕〔在空氣預(yù)熱器空氣和煙氣換熱到295℃〕96加熱爐的散熱損失

加熱爐的散熱損失和加熱爐的外表面積、外表溫度、環(huán)境溫度及風(fēng)速等有關(guān)，160萬噸/年的焦化爐外表積約為1600平方米，設(shè)計外表溫度60℃，環(huán)境溫度取20℃。散熱損失=18*1600*〔60-20〕=115萬千卡/時，0.03萬千卡/公斤燃料。裝置有標(biāo)定數(shù)據(jù)時，可以按照實測數(shù)據(jù)計算。當(dāng)沒有相關(guān)數(shù)據(jù)時，散熱損失可取加熱爐熱負荷的2~4%。〔燃料量：3838kg/h〕加熱爐附屬設(shè)備能耗引風(fēng)機和鼓風(fēng)機的電極功率之和為300KW，相當(dāng)25.79萬千卡/時，0.0067萬千卡/公斤燃料。。97加熱爐總輸入熱量總輸入熱量=燃料低發(fā)熱值+燃料顯熱+空氣顯熱+輔助設(shè)備輸入熱=11840.81+178.92+1477.29+67=13564.0千卡/公斤燃料加熱爐的熱效率熱效率=1.0-散熱損失/總輸入熱量-煙氣熱損失/總輸入熱量=1.0-2.21%-5.82%=91.97%熱效率=〔4090.49*10000+1750.34*3838〕/3838*13564.0=91.48%加熱爐總輸入熱量與熱效率985.2.1.4加熱爐能量平衡圖995.2.2焦炭塔能耗計算焦炭塔物料平衡圖

1005.2.2.2正常操作物料及熱量平衡(R=0.25)1011025.2.2.3冷焦操作焦炭塔物料及熱量平衡切換焦炭塔后，老的焦炭塔需要進行冷焦操作，冷焦過程一般是：小吹汽--大吹汽—小給水—大給水—放水。最終把焦炭及塔體由440℃降到90℃。103大吹汽2.5小時〔G=19000KG/H〕104小給水2.0小時〔G=28835KG/H〕105小給水消耗冷焦水，汽化后去放空塔，同時冷卻焦炭和塔體。大吹汽和小給水時焦炭塔產(chǎn)生的蒸汽及油氣去放空塔，通過放空塔頂空冷器及水冷器冷卻回收污水和污油，空冷器和機泵消耗電能，冷卻器消耗循環(huán)水。放空系統(tǒng)設(shè)10臺空冷器，2臺操作泵和兩臺水冷器，每天消耗電約為：16*10*4.5+70*4.5=1035KW.h，每天消耗水約為：500*4.5=2250噸。冷凝冷卻負荷約為7680萬千卡/天。106大給水4.0小時〔G=400t/h〕焦炭塔容積：2224立方米，焦炭體積：1380立方米，焦炭空隙體積：483立方米，塔滿時水的體積：1327立方米，給水冷焦時中心向外的冷卻速度為：2.4米/時，當(dāng)水蔓過焦層時應(yīng)侵泡2小時或塔滿后溢流1小時。冷焦用水量計算如下。107108水力除焦能耗計算3.5小時〔G=300t/h〕焦炭產(chǎn)量：1173.48噸/天，每天除焦一次，使焦炭破碎并從塔內(nèi)流出需要能量，該能量由高壓水泵提供，電耗約為：3100*3.5=10850KW.h/天，噸焦。使除焦設(shè)備能夠運轉(zhuǎn)也需要能量，如卸蓋機、鉆機絞車、抓斗吊車等均由電機驅(qū)動，電耗約為：天，噸焦。切焦水循環(huán)使用，需要處理，處理耗能設(shè)備主要是機泵，電耗約為：55*6.0=330KW.h/天，噸焦。除焦總的電耗約為：11884.5KW.h/天，噸焦。1095.2.2.4焦炭塔的油氣預(yù)熱〔利用另一個塔25%的油氣量〕110注:1.在預(yù)熱前用蒸汽試壓并預(yù)熱，使塔體根本到達110℃，0.2MPa，充滿消耗蒸汽量約為：2790.8kg/塔，加熱消耗蒸汽量約為：5000kg/塔，共計消耗蒸汽量約為：8000kg/塔。2.預(yù)熱過程是變溫，油品冷凝速度也在變化，在此采用簡單計算。根據(jù)凝縮油性質(zhì)數(shù)據(jù)，凝縮油是柴油、蠟油及循環(huán)油的混合組分，因此假設(shè)可冷凝油為柴油、蠟油和循環(huán)油，凝縮油量約為：40342kg/h。1115.2.2.5焦炭塔耗能匯總

1125.2.3分餾塔能耗計算5.2.3.1分餾塔物料平衡圖5.2.3.2分餾塔熱量平衡確定回流量

5.2.3.3分餾系統(tǒng)換熱流程5.2.3.4分餾塔熱利用率113分餾塔物料平衡圖114分餾塔熱量平衡確定回流量物料名稱物料流率Kg/h介質(zhì)比重或分子量溫度℃熱焓kal/kg熱量萬kal/h入方

蒸汽3000.0M6干氣11429.0M=21420395451.4液化氣4914.00.530420380186.7汽油30914.00.758420323998.5柴油57638.00.8584203151815.6蠟油36686.00.9124203041115.3急冷油19420.00.885420320621.4循環(huán)油47619.00.9364203001428.6渣油1904760.9982901603047.6合計402096

9902.7出方

蒸汽3000.0M=18120/40647/40194.1干氣11429.0M=21120/40220/185251.4液化氣4914.00.530120/40210/180103.2汽油30914.00.758120145/28448.3柴油57638.00.858235135778.1蠟油36686.00.912355215788.7急冷油19420.00.885310186361.2循環(huán)油47619.00.936325188895.2渣油1904760.9983251753333.3合計402096

7153.5注:操作條件根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)確定，在此不管述.115分餾塔的過剩熱量=9902.7-7153.5=2749.2萬kal/h，該熱量應(yīng)通過回流取出。如何合理利用分餾塔的過剩熱量和產(chǎn)品的冷卻熱是分餾系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵，回流個數(shù)及回流取熱比例確實定、換熱流程的優(yōu)化將是分餾系統(tǒng)設(shè)計及操作的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)盡可能利用該局部熱量去加熱原料和產(chǎn)生蒸汽，降低進空冷器的溫度，提高熱回收率。回流取熱比例和產(chǎn)品質(zhì)量有關(guān)，從產(chǎn)品分餾來看，塔頂取熱比例越高對汽柴油的別離約好，柴油下回流及中段取熱比例越高對柴蠟油的別離約好，但是從熱利用來看，高溫位熱量比低溫位熱量好利用，因此蠟油和柴油多取熱有利于提高熱回收率。通常的取熱比例為：塔頂循環(huán)回流：15~25%本例題：18%柴油回流：15~25%20%中段回流：20~35%28%蠟油回流：20~3534%回流取熱溫差確實定應(yīng)該考慮：換熱流程、被加熱介質(zhì)溫位、產(chǎn)生蒸汽壓力、回流泵的功率消耗、泵及換熱器的投資等，一般為80~150℃。本例題確定：塔頂循環(huán)回流：150-60℃溫差：90℃柴油回流：235-135℃溫差：100℃中段回流：310-220℃溫差：90℃蠟油回流：355-220℃溫差：135℃116由此計算各回流取熱和回流量：

117

5.2.3.3分餾系統(tǒng)換熱流程產(chǎn)品冷卻到出裝置要求的溫度放出熱量

118該產(chǎn)品冷卻熱量一局部去換熱回收，一局部要經(jīng)過水冷或空冷冷卻被浪費，在優(yōu)化換熱流程時應(yīng)降低進空冷器或水冷器的溫度，一般控制在110~130℃進空冷器或水冷器的溫度，有低溫位介質(zhì)需要加熱時，盡量和產(chǎn)品及塔頂回流換熱。也可以熱出料減少冷卻負荷。熱量的利用首先考慮和原料換熱，然后再考慮熱輸出和產(chǎn)生蒸汽。假設(shè)渣油進裝置溫度150℃，加熱到290℃吸熱量約為：〔160-75〕*190476=1619.05萬kal/h，加熱介質(zhì)出口溫度可到達160℃，通常的考慮是渣油盡可能的和柴油換熱，柴油換熱到160℃，然后和中段回流換熱，缺乏局部用蠟油補充，中段回流和蠟油的多余熱量可用于產(chǎn)汽或給吸收穩(wěn)定做熱源。119換熱系統(tǒng)熱平衡-渣油換熱

120換熱系統(tǒng)熱平衡-其他換熱121冷卻負荷

122分餾塔熱利用率

123總熱量利用率：〔3269.01+411.9〕/〔3269.01+411.9+1051.85〕=77.78%由此可以看出要降低能耗提高分餾塔系統(tǒng)的熱利用率必須充分利用低溫?zé)嵩矗貏e是塔頂?shù)睦淠裏嶝摵伞?245.3能量工質(zhì)計算〔100萬噸/年〕5.3.1燃料氣消耗量計算1255.3.1燃料氣消耗量計算上表中：a:加熱爐的熱效率一般為90%，那么燃料氣的消耗量為：3167.5kg/h，燃料單耗為：25.34kg/t原料，加熱爐的熱效率提高到91%，那么燃料氣的消耗量為：3132.7kg/h，燃料單耗為：25.06kg/t原料。b:假設(shè)加熱爐焦化油進爐溫度提高到350℃，那么燃料氣的消耗量降為：2830.03kg/h，燃料單耗為：22.64kg/t原料c：假設(shè)循環(huán)比降為0.15，加熱爐焦化油進爐溫度提高到350℃那么燃料氣的消耗量降為：2422.26kg/h，燃料單耗為：19.38kg/t原料d：當(dāng)循環(huán)比為0.15，加熱爐焦化油進爐溫度350℃，反響深度不高，爐出口汽化率為：38%，不考慮反響熱時，那么燃料氣的消耗量降為：1829.2kg/h，燃料單耗為：14.64kg/t原料。e：當(dāng)循環(huán)比為0.0，加熱爐焦化油進爐溫度350℃，反響深度不高，爐出口汽化率為：38%，不考慮反響熱時，那么燃料氣的消耗量降為：1811.14kg/h，燃料單耗為：14.49kg/t原料。加熱爐的燃料單耗理論值一般最低為：14.49kg/t原料。1265.3.2蒸汽的消耗計算由于原料的進裝置溫度較高，焦化裝置分餾系統(tǒng)是熱量過剩的，一般通過產(chǎn)生1.0MPa蒸汽來保證分餾系統(tǒng)的熱平衡。焦化裝置的用汽主要是蒸汽往復(fù)泵、焦炭塔吹汽、焦化爐注汽、閥門汽封用汽、設(shè)備、管線、儀表加熱及伴熱用汽和`管線吹掃用汽。焦化爐注汽、閥門汽封用汽、設(shè)備、管線、儀表加熱及伴熱用汽一般是連續(xù)的，蒸汽往復(fù)泵、焦炭塔吹汽、管線吹掃用汽一般是間斷的，焦炭塔吹汽的用量較大，會導(dǎo)致裝置的用汽不穩(wěn)定。計算裝置耗蒸汽量時，要把間斷用量折合為連續(xù)耗量。如下表：(100萬噸/年)1275.3.2蒸汽的消耗計算128焦化裝置消耗的水主要是新鮮水、除鹽水和循環(huán)冷水，外排水主要有循環(huán)熱水、含油污水、含硫污水和生活污水，新鮮水用于開停工、加熱爐燒焦和生活用水，除鹽水用于裝置內(nèi)除氧后產(chǎn)蒸汽，循環(huán)水用于焦化介質(zhì)的冷凝冷卻，根據(jù)流程模擬和冷卻器的熱負荷確定。含油污水主要來自機泵的機封冷卻和停工水洗排水，含硫污水是加熱爐注水、閥門汽封、焦炭塔吹汽、油品汽提蒸汽在分餾塔頂冷凝的水。常規(guī)水量統(tǒng)計表如下：(100萬噸/年)5.3.3水的消耗量計算1295.3.4水的消耗量計算1305.3.5.電耗量的計算1315.3.5電的耗量計算132冷卻用電

133

除焦用電134說明：焦化裝置用電量為：1793.4KW，其中：介質(zhì)輸送用電占58%，冷卻用電占7%，除焦用電占25%。

除焦用電135

5.4焦化裝置總能耗計算返回目錄1366．焦化裝置的能耗分析6.1焦化裝置能耗分布6.2焦化裝置能耗分析6.3焦化裝置總能耗

返回目錄1376.1焦化裝置能耗分布138由上表可以看出，延遲焦化裝置的耗能主要是燃料氣的消耗，蒸汽的消耗和電力的消耗，其耗能占總能耗的比例分別為：66.58%、17.08%和13.94%，三者總計為：97.60%。燃料氣主要是加熱爐消耗，要把渣油加熱到500度，產(chǎn)生熱裂化反響主要靠熱量，燃料氣的消耗占裝置總能耗的比例最高，為：66.58%。在消耗的蒸汽中加熱爐注汽占裝置總能耗的4.35%，焦炭塔吹汽占裝置總能耗的5.35%。工藝泵用電占裝置總能耗的比例為：8.085%，介質(zhì)冷卻用電占裝置總能耗的比例為：0.976%，除焦用電占裝置總能耗的比例為：3.485%。因此降低焦化裝置的能耗主要從減少燃料氣的消耗，蒸汽消耗和電的消耗入手。6.2焦化裝置能耗分析1396.2焦化裝置能耗分析

焦化裝置的能耗和原料性質(zhì)、裝置構(gòu)成及操作條件有很大的關(guān)系。原料渣油比較重，在加熱爐出口的汽化率較低，加熱爐熱負荷低，燃料氣的消耗少，裝置總能耗低。采用低焦炭塔頂壓力、大循環(huán)比和較高的爐出口溫度操作，可提高液收和裝置的效益，但裝置的能耗較高。目前國內(nèi)的焦化裝置主要有如下幾種：〔1〕焦化局部〔加熱、生焦、除焦和產(chǎn)品分餾〕，〔2〕焦化局部+壓縮+柴油吸收，〔3〕焦化局部+壓縮+汽油吸收+柴油吸收，〔4〕焦化局部+壓縮+汽油柴油吸收及脫吸穩(wěn)定，〔5〕焦化局部+壓縮+柴油吸收+干氣脫硫，〔6〕焦化局部+壓縮+柴油吸收+干氣脫硫及溶劑再生，〔7〕焦化局部+壓縮+汽油柴油吸收及脫吸穩(wěn)定+干氣液化氣脫硫及溶劑再生，流程越長裝置的能耗越高。1406.2.1壓縮+柴油吸收局部能耗141 上表為壓縮機采用背壓透平驅(qū)動，能耗較低。假設(shè)采用電機驅(qū)動或凝汽式透平驅(qū)動，單位能耗分別為:4.22(萬千卡/噸原料)/176.68(MJ/h/噸焦化原料)，5.05(萬千卡/噸原料)/211.43(MJ/h/噸焦化原料)。在此根底上增加汽油吸收和干氣脫硫，只是增加汽油增壓泵和脫硫貧液泵的電耗，裝置的能耗增加不多，約0.05萬千卡/噸原料。6.2.1壓縮+柴油吸收局部能耗1426.2.2汽油柴油吸收及脫吸穩(wěn)定

吸收穩(wěn)定局部的耗能主要是脫吸塔和穩(wěn)定塔重沸器所需要的熱量，約為：4.13(萬千卡/噸原料)，其他僅是：1.06(萬千卡/噸原料)。143干氣液化氣脫硫及溶劑再生局部的耗能主要是再生塔重沸器所需要的熱量，約為：2.46(萬千卡/噸原料)，其他僅為：0.45(萬千卡/噸原料)。6.2.3干氣液化氣脫硫及溶劑再生144其中：焦化局部：70.23%，壓縮局部：8.47%，吸收穩(wěn)定局部：13.65%，脫硫再生局部：7.65%。當(dāng)只有焦化、壓縮和吸收穩(wěn)定局部時，裝置的能耗=26.70+3.22+5.19=35.11萬千卡/噸原料(當(dāng)循環(huán)比為0.15時，能耗=14.64+3.22+5.19=23.05萬千卡/噸原料)，和國外的焦化裝置相比，能耗還是相對較高。6.3焦化裝置總能耗返回目錄1457．焦化裝置節(jié)能措施煉油廠的能量主要來自石油和煤炭，石油和煤炭均為不可再生能源，而我國又是一個缺油國家，煉油廠節(jié)能并減少原油無用消耗是非常重要的。焦化裝置的節(jié)能和其他裝置的節(jié)能一樣，是以投資為代價的，必須考慮投入的資本和回收的能量之間的經(jīng)濟合理性。其節(jié)能措施可從如下幾個方面考慮。7．1減少燃料氣消耗7．2減少蒸汽消耗7．3減少電力消耗7．4減少水的消耗7．5優(yōu)化流程提高熱量回收率7．6延長開工周期降低裝置能耗返回目錄1467．1減少燃料氣消耗加熱爐燃料氣消耗的能量占裝置總能耗的比例最大，節(jié)省燃料氣消耗對焦化裝置節(jié)能優(yōu)為重要。〔1〕優(yōu)化操作條件減少被加熱介質(zhì)的有效熱量在滿足產(chǎn)品收率的前提下，降低裝置的循環(huán)比減少加熱爐的進料量，循環(huán)比由0.35降到0.15，燃料氣可節(jié)省約15%，采用單程操作燃料氣可節(jié)省約25%。，假設(shè)燃料氣能耗占裝置能耗66%，那么使裝置能耗降低約5%~10%。在保證分餾塔底不結(jié)焦，加熱爐對流出口煙氣溫度合理的條件下，提高進加熱爐的油品溫度，如由330度提高到355度，燃料氣可節(jié)省約10%。考慮到分餾塔的熱回收率，焦化能耗可降低約1%。1477．1減少燃料氣消耗優(yōu)化加熱爐爐管設(shè)計，采用適宜的流速和停留時間，輻射室停留時間控制在45秒之內(nèi)，防止過度裂化和結(jié)焦，控制爐出口汽化率，減少介質(zhì)吸熱負荷。但是假設(shè)介質(zhì)吸熱負荷缺乏，會導(dǎo)致焦碳塔內(nèi)吸熱的裂化反響深度不夠，使輕油收率降低。有的廠為降低能耗和延長加熱爐的運行周期，有意降低加熱爐出口溫度。1487．1減少燃料氣消耗〔2〕優(yōu)化加熱爐設(shè)計提高爐效率當(dāng)被加熱介質(zhì)的吸熱確定后，如何消耗最少的燃料氣滿足其要求，就要提高加熱效率。爐效率=加熱介質(zhì)的吸熱/燃料氣放熱。爐效率提高1%，燃料氣節(jié)省約1.1%。采用高效空氣預(yù)熱器，回收煙氣余熱加熱燃燒用空氣，降低排煙溫度，提高爐效率，針對焦化裝置一般提高約5~10%。為防止煙氣的低溫露點腐蝕，空氣預(yù)熱器的低溫側(cè)采用耐腐蝕材料，燃料氣加強脫硫。149150151

7．2減少蒸汽消耗減少蒸汽消耗有兩個方面，一是降低用汽量，二是增加產(chǎn)汽量。

焦化裝置的用汽點主要有加熱爐注汽、焦碳塔吹汽、閥門汽封、蒸汽往復(fù)泵用汽、汽輪機用汽、設(shè)備管線伴熱及設(shè)備管線吹掃。在保證爐管流速的條件下，盡可能采用小的注汽量，一般為原料的1~1.5%。并注意同樣管徑條件下，油品流量大可采用小注水量。焦炭塔吹汽量和焦炭塔的大小有較大關(guān)系，應(yīng)保證焦炭揮發(fā)份合格及冷焦水含油不太多的條件下，減少吹汽量和吹汽時間或采用0.45MPa的蒸汽。通常采用自動控制來控制吹汽量和吹汽時間。高溫球閥和四通閥通過注入蒸汽來密封和防止結(jié)焦，連續(xù)注入.該處一般通過限流孔板來限制注入量以節(jié)省蒸汽。采用旋塞閥正常操作蒸汽不注入，可節(jié)省約0.8t/h蒸汽。1521537.3減少電力