1、1,1. 焦炭塔系統(tǒng)概述 2.焦炭塔系統(tǒng)的生焦操作 3.焦炭塔系統(tǒng)的除焦操作 4.針對焦炭塔系統(tǒng)的幾點(diǎn)建議,目 錄,3,1、 焦炭塔系統(tǒng)概述,1.1 焦炭塔的作用 1.2 焦炭塔的生焦 1.3 焦炭塔的冷焦和除焦,返回目錄,4,1.1 焦炭塔的作用,焦炭塔是焦化裝置的核心設(shè)備，焦化的裂解和縮合生焦反應(yīng)在焦炭塔內(nèi)進(jìn)行，焦炭塔是焦化裝置的反應(yīng)器。通常一臺加熱爐對應(yīng)兩個焦炭塔，一臺在生焦操作，另一臺則在除焦操作，一般1824小時切換一次。,5,1.2 焦炭塔的生焦,焦炭塔的操作分為生焦和除焦兩部分。生焦操作時，焦化原料油在加熱爐中被快速加熱到500左右進(jìn)入焦炭塔，在焦炭塔內(nèi)適宜的溫度、壓力條件下發(fā)生

2、裂解、縮合反應(yīng)，生成富氣、汽油、柴油、蠟油、循環(huán)油組分和焦炭，高溫油氣進(jìn)入分餾塔，焦炭停留在塔內(nèi)。該操作過程主要和加熱爐及分餾塔密切相關(guān)，加熱爐及分餾塔的操作會對焦炭塔產(chǎn)生影響，同樣焦炭塔的操作也會影響到加熱爐及分餾塔。,6,1.3 焦炭塔的冷焦和除焦,除焦操作的工序主要有：向焦炭塔內(nèi)少量吹汽；向焦炭塔內(nèi)大量吹汽；向焦炭塔內(nèi)少量給水；向焦炭塔內(nèi)大量給水；排放焦炭塔內(nèi)的水；拆卸塔頂、塔底出焦口法蘭；采用高壓水切除焦炭塔內(nèi)的焦炭；安裝塔頂、塔底法蘭；對焦炭塔進(jìn)行蒸汽試壓；引另一個焦炭塔的油氣對該塔預(yù)熱。這十個操作工序是焦化裝置特有的操作，是需要人工實(shí)現(xiàn)的間斷操作。為此焦化裝置特別配置了冷焦吹汽放空

3、系統(tǒng)、冷切焦水處理系統(tǒng)、水力除焦系統(tǒng)和焦炭儲運(yùn)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的設(shè)計和操作對焦炭塔的操作都會產(chǎn)生影響。因此針對焦炭塔，降低循環(huán)比、縮短生焦時間提高加工負(fù)荷應(yīng)從整個焦炭塔系統(tǒng)考慮。,7,2、焦炭塔系統(tǒng)的生焦操作,2.1 反應(yīng)過程描述 為防止加熱爐管結(jié)焦，焦化爐出口的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率一般不大，大部分的反應(yīng)延遲到焦炭塔內(nèi)進(jìn)行。縮合反應(yīng)生成的焦炭停留在塔內(nèi)，并由塔壁向中心擴(kuò)展，中心形成進(jìn)料通道，在焦炭層以上為主要反應(yīng)區(qū)，即泡沫層。泡沫層分油相泡沫和氣相泡沫，氣相泡沫在上部，其密度約為30100kg/m3，油相泡沫在焦層以上，其密度約為100700 kg/m3，焦化反應(yīng)主要在泡沫層，一般為450460，泡沫層高

4、度和原料性質(zhì)及操作條件有關(guān)，一般約為35米。裂解反應(yīng)生成的氣體、汽油、柴油、蠟油、循環(huán)油組分，由焦炭塔頂流出并經(jīng)過急冷油冷卻后進(jìn)入分餾塔。,8,2、焦炭塔系統(tǒng)的生焦操作,2.1 反應(yīng)過程描述隨著原料的不斷進(jìn)入，產(chǎn)生的焦炭量增加，焦炭層高度增加，泡沫層也隨之升高。塔內(nèi)反應(yīng)示意圖如下：,底部進(jìn)料 側(cè)面進(jìn)料,9,2、焦炭塔系統(tǒng)的生焦操作,2.2 焦炭塔直徑的確定 焦炭塔的單塔處理量越大，要求的焦炭塔直徑和高度越大，焦炭塔直徑主要由焦炭塔塔內(nèi)的允許氣速決定。 焦炭塔塔內(nèi)的允許氣速可以按如下公式計算： u 允許=0.048C(泡沫-油氣)/油氣0.5 u 允許塔內(nèi)的允許氣速；m/s 泡沫泡沫層的密度；

5、kg/m3 油氣油氣的密度； kg/m3 C 系數(shù)。 (0.81.0) 由此可以看出，焦炭塔塔內(nèi)的允許氣速和泡沫層的密度及油氣的密度有關(guān)，泡沫層的密度又和原料性質(zhì)、反應(yīng)溫度、操作壓力及是否注入消泡劑等有關(guān)，油氣的密度和產(chǎn)品分布、產(chǎn)品性質(zhì)、操作溫度及操作壓力等有關(guān)。,10,2、焦炭塔系統(tǒng)的生焦操作,2.2 焦炭塔直徑的確定 取氣相泡沫密度：30100kg/m3，油氣的密度：56kg/m3，計算焦炭塔塔內(nèi)的允許氣速在：0.0960.21 m/s，即塔內(nèi)的油氣氣速大于0.096 m/s時，就有低密度的泡沫油被油氣攜帶，如果塔內(nèi)的油氣氣速大于0.21 m/s時，較高密度的泡沫油就會被油氣攜帶，并且攜帶

6、量大大增加。國內(nèi)外焦炭塔塔內(nèi)的操作氣速大部分在0.090.21 m/s之間,因此攜帶焦粉是不可避免的,關(guān)鍵是如何減少焦粉攜帶和對攜帶到油氣管線及分餾塔內(nèi)的焦粉如何及時清除。基于國內(nèi)的設(shè)計和油氣管道的清焦措施，空塔氣速控制在0.15m/s以內(nèi)為宜，盡量避免油氣管道和分餾塔底結(jié)焦保證裝置長周期生產(chǎn)。,11,2、焦炭塔系統(tǒng)的生焦操作,2.3 實(shí)際生產(chǎn)中空塔氣速的計算 將所有物料按照操作條件下焦炭塔溫度、壓力等條件還原為實(shí)際體積，得到焦炭塔的氣速，具體計算方法如下： 1）急冷油不計算在內(nèi)；加工損失計算在焦炭中； 2）T-焦炭塔平均溫度=（T1塔頂+T2塔底）/2； 3）P-焦炭塔壓力=10*（塔頂實(shí)測

7、壓力P1+0.1）； kg/cm2（A） 4）根據(jù)產(chǎn)品分布和循環(huán)比求取每個焦炭塔的每個產(chǎn)品的流量，G:Kg/h； 5）根據(jù)產(chǎn)品分析數(shù)據(jù)求取每個產(chǎn)品的分子量，M：Kg/Kmol；,12,2、焦炭塔系統(tǒng)的生焦操作,2.3 實(shí)際生產(chǎn)中空塔氣速的計算 6）列表計算每個焦炭塔產(chǎn)物的總摩爾數(shù)，N=G/M： Kmol/h； 7）每個焦炭塔的體積流量： V=22.4*N*（273+T）/273*P*3600； m3/s; 8) 焦炭塔截面積S= 0.785D2； m2 9）焦炭塔氣速：U=V/S ； m/s;,2、焦炭塔系統(tǒng)的生焦操作,2.4 焦炭塔的高度的計算 焦炭塔的高度根據(jù)焦炭產(chǎn)率、生焦時間、泡沫層高度

8、來確定。焦炭塔內(nèi)的泡沫層高度約為35米，當(dāng)在焦炭塔內(nèi)注入消泡劑后，泡沫層的高度一般減少1米以上。安全空高一般為塔頂切線離泡沫層頂部的距離，或最頂部中子料位計到塔頂切線的距離，國內(nèi)設(shè)計的焦炭塔一般安全空高為35米，國外焦炭塔的安全空高一般為2米左右?？崭咴酱螅固克睦寐试降?，但油氣在塔內(nèi)的停留時間延長，有利于泡沫層氣泡的破裂，對減少油氣線和分餾塔內(nèi)結(jié)焦有利。,14,2.4 焦炭塔的高度的計算 空高的計算公式如下： 其中： H切焦炭塔筒體切線高度, m； G焦焦炭生焦速率, kg/h； 焦生焦時間, hr； 焦塔內(nèi)焦炭堆密度, kg/m3(800900 kg/m3)； V錐焦炭塔錐體體積, m

9、3； D塔焦炭塔直徑, m； H泡沫泡沫層高度, m。 其中塔內(nèi)焦炭堆密度和原料性質(zhì)及操作條件有關(guān)，在設(shè)計時通常采用熱態(tài)的堆密度。,2、焦炭塔系統(tǒng)的生焦操作,15,2、焦炭塔系統(tǒng)的生焦操作,2.5 實(shí)際生產(chǎn)中空高的確定 目前國內(nèi)焦化裝置操作測量的空高是指鉆焦口法蘭離焦炭層的距離，是焦炭冷卻后通過尺子測量的，和設(shè)計的空高有一定的區(qū)別。一是焦炭塔的封頭高度和鉆焦口高度各裝置不同，球型封頭比橢圓封頭的高度多一倍，大直徑焦炭塔的封頭比小直徑焦炭塔的封頭高，二是由于原料性質(zhì)的不同導(dǎo)致塔內(nèi)泡沫層高度各裝置不同，因此采用目前的空高來判斷焦炭塔的利用率不十分合理。,2.5 實(shí)際生產(chǎn)中空高的確定 建議使用焦炭塔

10、空高為筒體切線離冷態(tài)焦層頂部的距離，安全空高應(yīng)充分考慮泡沫層高度、冷態(tài)焦層和熱態(tài)焦層的密度差別，避免泡沫冒頂而沖塔，安全空高可以通過先實(shí)測除焦口到焦層距離，再用實(shí)測值減去焦炭塔封頭高度、鉆焦口高度和生產(chǎn)狀態(tài)下泡沫層高度（通過標(biāo)定得到）的辦法得到實(shí)際的焦炭塔安全空高：H安全空高=H實(shí)測空高-H封頭高度-H鉆焦口高度-H泡沫層高度。焦炭塔空高應(yīng)控制在5-7米，安全空高應(yīng)控制在2米左右。最好安裝焦炭塔料位計，通過焦炭塔料位判斷泡沫層的位置，以確定注消泡劑的時間和切四通閥的時間。,2、焦炭塔系統(tǒng)的生焦操作,17,2.6 降低循環(huán)比對生焦操作的影響 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

11、影響。在原料相同的條件下，循環(huán)比降低，氣體、汽油、柴油和焦炭的收率降低，蠟油收率增加。原料和處理量相同的條件下，焦炭塔的空塔氣速降低，焦層高度降低，反之，在同樣允許氣速和安全空高的條件下，可以提高焦炭塔的加工負(fù)荷。 但是循環(huán)比降低，加熱爐和焦炭塔的進(jìn)料變差，易導(dǎo)致彈丸焦的產(chǎn)生。根據(jù)國外資料報道和國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)：API小于7或殘?zhí)?瀝青質(zhì)=1.681.45的劣質(zhì)渣油可能產(chǎn)生彈丸焦，國內(nèi)操作經(jīng)驗(yàn)是采用較大循環(huán)比操作、較低的空塔氣速，盡可能避免產(chǎn)生彈丸焦，保證安全生產(chǎn)。如果不考慮彈丸焦的影響和蠟油質(zhì)量，可采用低循環(huán)比操作，國外許多焦化裝置是允許產(chǎn)生彈丸焦的，但是他們大部分都采用了自動卸蓋機(jī)，其他系統(tǒng)也配套

12、完善。建議沒有安裝自動底蓋機(jī)的裝置，為防止生成彈丸焦，可適當(dāng)提高循環(huán)比。,2、焦炭塔系統(tǒng)的生焦操作,18,2、焦炭塔系統(tǒng)的生焦操作,2.7 縮短生焦時間對生焦操作的影響 設(shè)計時按照進(jìn)料量、生焦率和生焦時間確定焦炭塔的容積，針對現(xiàn)有的焦化裝置，焦炭塔的容積已經(jīng)限定，要提高進(jìn)料量必須降低生焦率和縮短生焦時間，縮短生焦時間是最有效的措施。在焦炭塔的油氣線速不受限制的條件下，縮短生焦時間和提高處理量基本成比例，如生焦時間由24小時縮短到18小時，焦炭塔的處理量提高約25%。有資料報道，縮短生焦時間焦炭的收率會有所生高。,19,2、焦炭塔系統(tǒng)的生焦操作,2.7 縮短生焦時間對生焦操作的影響 縮短生焦時間

13、提高處理量，焦炭塔進(jìn)料和出料的管道及閥門操作更加頻繁，其可靠程度應(yīng)提高。焦炭塔進(jìn)料閥、四通閥、甩油閥和塔頂油氣隔斷閥等特閥應(yīng)采用可靠度高的防結(jié)焦動力球閥，上述閥門和除焦操作的給汽閥、給水閥、放水閥、放空閥相結(jié)合，采用安全聯(lián)鎖及順序自動控制，可降低勞動強(qiáng)度，保證操作安全。進(jìn)料管線及塔頂大油氣管線的震動也應(yīng)引起重視，應(yīng)全面進(jìn)行應(yīng)力計算，改變配管結(jié)構(gòu)防止震動，保證安全操作。,2、焦炭塔系統(tǒng)的生焦操作,2.7 縮短生焦時間對生焦操作的影響 焦炭塔的材質(zhì)應(yīng)選用14CrMo，裙座連接處應(yīng)采用整體型，已檢測到焦炭塔裙座焊縫開裂，筒體鼓包、開裂、傾斜等存在明顯缺陷的裝置盡量不縮短生焦時間. 塔體材質(zhì)比較,裙座

14、連接處的應(yīng)力值和疲勞壽命比較,21,2、焦炭塔系統(tǒng)的生焦操作,2.7 縮短生焦時間對生焦操作的影響,為減少油氣出口管道結(jié)焦 和方便清焦， 建議采用專利四通結(jié)構(gòu)的 防焦器。,選用不宜結(jié)焦的中段回流油作為焦炭塔頂?shù)募崩溆?，焦炭塔切換半小時后，急冷油從老塔改至新塔，控制塔頂溫度不大于420。 選用高效消泡劑，并且焦炭塔切換前6小時頂部注入消泡劑，切換半小時后再停注消泡劑。或通過料位計檢測泡沫層的位置，及時注入消泡劑和控制注入量，消泡劑的注入點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離油氣出口。,22,3、焦炭塔系統(tǒng)的除焦操作,3.1不同生焦周期具體時間安排推薦以下模式：,23,3、焦炭塔系統(tǒng)的除焦操作,3.2除焦操作主要步驟的說明,2

15、4,3.2除焦操作主要步驟的說明,返回目錄,3.2除焦操作主要步驟的說明,26,3.3操作條件及注意事項(xiàng),27,3.3操作條件及注意事項(xiàng),28,3.3操作條件及注意事項(xiàng),29,3.3操作條件及注意事項(xiàng),3.3操作條件及注意事項(xiàng),31,3.4 降低循環(huán)比對除焦操作的影響,降低循環(huán)比操作，焦炭性質(zhì)會有所變化，如果不產(chǎn)生彈丸焦，對冷焦、切焦不會有太大的影響。如果產(chǎn)生彈丸焦，冷焦吹汽給水量不宜太大，防止彈丸焦吹到分餾塔和放空塔，放水時會有彈丸焦流到管道和冷焦水罐，一是控制放水速度，二是放水先到焦池或增加放水過濾器，開始含彈丸焦多的水到焦池，減少冷焦水罐清焦頻次。開蓋應(yīng)慢，防止塌方傷人，最好采用自動底蓋

16、機(jī)。切焦下鉆也要慢，防止塌方卡鉆。,返回目錄,3.5 縮短生焦時間對除焦操作的影響,縮短生焦時間對除焦操作的影響最大，生焦時間縮短，要求焦炭塔的吹汽、給水、放水、切焦、開關(guān)頂?shù)咨w和預(yù)熱的時間都要縮短。因此研究如何縮短每個步驟的時間非常必要。 生焦時間由24小時縮短到18小時，吹汽、給水、卸蓋和油氣預(yù)熱的時間都應(yīng)縮短。如果達(dá)到同樣的冷卻和預(yù)熱效果，必然要提高冷卻和預(yù)熱的速度，改變冷卻和預(yù)熱終溫對縮短生焦時間也非常有效。核算分餾塔、放空塔的能力是否滿足要求，冷焦水處理系統(tǒng)是否配套，拆卸和安裝頂/底蓋是否采用了自動化。,返回目錄,3.5 縮短生焦時間對除焦操作的影響,某焦炭塔的冷焦及預(yù)熱計算,34,

17、3.5 縮短生焦時間對除焦操作的影響,國外某公司設(shè)計的18小時除焦操作和國內(nèi)24小時除焦操作對比,35,3.5 縮短生焦時間對除焦操作的影響,小吹汽：減少小吹汽時間控制小吹汽蒸汽流量，減輕油氣攜帶焦粉，防止分餾塔超負(fù)荷。新設(shè)計裝置，分餾塔應(yīng)充分考慮小吹汽對分餾塔的影響。 大吹汽：減少大吹汽時間，控制較大的吹汽蒸汽流量，盡可能把焦炭內(nèi)的油氣吹出到放空塔，防止給水不暢和冷焦不透。新設(shè)計裝置，放空塔應(yīng)充分考慮吹汽時吹出的油氣量。,36,3.5 縮短生焦時間對除焦操作的影響,給水：給水冷焦的水量逐漸由小增大，塔內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽量也會由小變大，隨著水量的增加和焦炭溫度的降低，產(chǎn)生的蒸汽量又會逐漸減少，國內(nèi)是

18、通過壓力來控制給水量，為提高冷焦速度，吹汽放空系統(tǒng)的能力應(yīng)足夠，放空塔及冷卻器的設(shè)計應(yīng)充分考慮最大汽化量。目前國內(nèi)的放空系統(tǒng)設(shè)計普遍小于國外，有時限制了給水冷焦速度。國外普遍采用泡焦，國內(nèi)采用溢流；國外冷焦溫度在120以下，國內(nèi)冷焦溫度在90以下；國外放水直接到焦池，國內(nèi)放水到冷焦水熱水罐。國外冷焦水含油較少，國內(nèi)冷焦水含油較多。上述區(qū)別限制了國內(nèi)的給水冷焦和放水的時間。要提高給水速度應(yīng)增加放空冷卻能力；要提高放水溫度應(yīng)增設(shè)塔底自動卸蓋機(jī)；仍采用溢流水到冷焦水熱水罐，罐體的設(shè)計溫度不能滿足要求，應(yīng)混合一部分冷焦冷水，或采用泡焦工藝，塔頂放空；要減少冷焦水含油，溢流水應(yīng)排到池。,37,3.5 縮

19、短生焦時間對除焦操作的影響,卸蓋和上蓋：縮短卸蓋和上蓋時間，應(yīng)采用塔頂?shù)鬃詣有渡w機(jī)；塔底卸蓋機(jī)按自動化形式分分半自動和全自動兩種形式；按其結(jié)構(gòu)分包括旋啟式、閘板式、液壓柱塞式以及目前國內(nèi)正在使用的塔底卸蓋機(jī)四種結(jié)構(gòu)。,旋啟式結(jié)構(gòu)（全自動） 閘板式結(jié)構(gòu)（全自動）,38,3.5 縮短生焦時間對除焦操作的影響,液壓柱塞式結(jié)構(gòu)（全自動） 塔底卸蓋機(jī)結(jié)構(gòu)（半自動）,自動頂蓋機(jī),39,3.5 縮短生焦時間對除焦操作的影響,液壓柱塞式塔底卸蓋機(jī)首先在上海石化試驗(yàn)成功，并通過了中石化的技術(shù)鑒定，工業(yè)應(yīng)用在青島煉化實(shí)施，應(yīng)用結(jié)果表明，底蓋開蓋時間為3.5分鐘，大大縮短了時間。目前該款底蓋機(jī)在洛陽石化、大慶石化安

20、裝完畢，等待開工。 閘板式結(jié)構(gòu)的塔底卸蓋機(jī)，國內(nèi)也已經(jīng)研制成功，08年4月在荊門石化試驗(yàn)成功，等待總公司技術(shù)鑒定，蘭州石化正準(zhǔn)備安裝，需要在大的焦炭塔上進(jìn)一步試驗(yàn)。 切焦：目前國內(nèi)的切焦器和水力除焦控制水平比較先進(jìn)，正常情況下，23小時就能切完一塔焦，對縮短生焦時間貢獻(xiàn)較大。,40,3.5 縮短生焦時間對除焦操作的影響,油氣預(yù)熱：國內(nèi)油氣預(yù)熱焦炭塔底到320400，減少切換進(jìn)料時焦炭塔的熱應(yīng)力，國外為縮短油氣預(yù)熱時間，預(yù)熱焦炭塔底到205260，自另一個焦炭塔引入的油氣量也較大，油氣管線的背壓環(huán)閥經(jīng)常被使用。預(yù)熱速度加快，對一爐兩塔的裝置，會使分餾塔產(chǎn)生較大波動，同時對焦炭塔的熱應(yīng)力提出較高的要求。焦炭塔的材質(zhì)應(yīng)選用14CrMo，裙座連接處應(yīng)采用整體鍛件型對縮短生焦時間是非常必要的。 3.6 縮短生焦時間的操作管理 縮短生焦時間后，焦炭塔的各步驟操作時間被打亂，因此應(yīng)編制焦炭塔生產(chǎn)周期確認(rèn)表，清晰、明確地列出焦炭塔處理步驟及具體時間，供操作班組執(zhí)行。,41,4、針對焦炭塔系統(tǒng)的幾點(diǎn)建議,4.1焦炭塔安全空高為筒體切線離泡沫層頂部的距離。H安全空高=H實(shí)測空高-H封頭高度-H鉆焦口高度-H泡沫層高度，焦炭塔安全空高控制在2米左右。 4.2焦炭塔空塔氣速控制在0.15m/s以內(nèi)。如果油氣管道和分餾塔底有合適的防結(jié)焦措