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1、1,1. 焦炭塔系统概述 2.焦炭塔系统的生焦操作 3.焦炭塔系统的除焦操作 4.针对焦炭塔系统的几点建议,目 录,3,1、 焦炭塔系统概述,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,返回目录,4,1.1 焦炭塔的作用,焦炭塔是焦化装置的核心设备，焦化的裂解和缩合生焦反应在焦炭塔内进行，焦炭塔是焦化装置的反应器。通常一台加热炉对应两个焦炭塔，一台在生焦操作，另一台则在除焦操作，一般1824小时切换一次。,5,1.2 焦炭塔的生焦,焦炭塔的操作分为生焦和除焦两部分。生焦操作时，焦化原料油在加热炉中被快速加热到500左右进入焦炭塔，在焦炭塔内适宜的温度、压力条件下发生
2、裂解、缩合反应，生成富气、汽油、柴油、蜡油、循环油组分和焦炭，高温油气进入分馏塔，焦炭停留在塔内。该操作过程主要和加热炉及分馏塔密切相关，加热炉及分馏塔的操作会对焦炭塔产生影响，同样焦炭塔的操作也会影响到加热炉及分馏塔。,6,1.3 焦炭塔的冷焦和除焦,除焦操作的工序主要有：向焦炭塔内少量吹汽；向焦炭塔内大量吹汽；向焦炭塔内少量给水；向焦炭塔内大量给水；排放焦炭塔内的水；拆卸塔顶、塔底出焦口法兰；采用高压水切除焦炭塔内的焦炭；安装塔顶、塔底法兰；对焦炭塔进行蒸汽试压；引另一个焦炭塔的油气对该塔预热。这十个操作工序是焦化装置特有的操作，是需要人工实现的间断操作。为此焦化装置特别配置了冷焦吹汽放空
3、系统、冷切焦水处理系统、水力除焦系统和焦炭储运系统，这些系统的设计和操作对焦炭塔的操作都会产生影响。因此针对焦炭塔，降低循环比、缩短生焦时间提高加工负荷应从整个焦炭塔系统考虑。,7,2、焦炭塔系统的生焦操作,2.1 反应过程描述 为防止加热炉管结焦，焦化炉出口的反应转化率一般不大，大部分的反应延迟到焦炭塔内进行。缩合反应生成的焦炭停留在塔内，并由塔壁向中心扩展，中心形成进料通道，在焦炭层以上为主要反应区，即泡沫层。泡沫层分油相泡沫和气相泡沫，气相泡沫在上部，其密度约为30100kg/m3，油相泡沫在焦层以上，其密度约为100700 kg/m3，焦化反应主要在泡沫层，一般为450460，泡沫层高
4、度和原料性质及操作条件有关，一般约为35米。裂解反应生成的气体、汽油、柴油、蜡油、循环油组分，由焦炭塔顶流出并经过急冷油冷却后进入分馏塔。,8,2、焦炭塔系统的生焦操作,2.1 反应过程描述 随着原料的不断进入，产生的焦炭量增加，焦炭层高度增加，泡沫层也随之升高。塔内反应示意图如下：,底部进料 侧面进料,9,2、焦炭塔系统的生焦操作,2.2 焦炭塔直径的确定 焦炭塔的单塔处理量越大，要求的焦炭塔直径和高度越大，焦炭塔直径主要由焦炭塔塔内的允许气速决定。 焦炭塔塔内的允许气速可以按如下公式计算： u 允许=0.048C(泡沫-油气)/油气0.5 u 允许塔内的允许气速；m/s 泡沫泡沫层的密度；
5、 kg/m3 油气油气的密度； kg/m3 C 系数。 (0.81.0) 由此可以看出，焦炭塔塔内的允许气速和泡沫层的密度及油气的密度有关，泡沫层的密度又和原料性质、反应温度、操作压力及是否注入消泡剂等有关，油气的密度和产品分布、产品性质、操作温度及操作压力等有关。,10,2、焦炭塔系统的生焦操作,2.2 焦炭塔直径的确定 取气相泡沫密度：30100kg/m3，油气的密度：56kg/m3，计算焦炭塔塔内的允许气速在：0.0960.21 m/s，即塔内的油气气速大于0.096 m/s时，就有低密度的泡沫油被油气携带，如果塔内的油气气速大于0.21 m/s时，较高密度的泡沫油就会被油气携带，并且携
6、带量大大增加。国内外焦炭塔塔内的操作气速大部分在0.090.21 m/s之间,因此携带焦粉是不可避免的,关键是如何减少焦粉携带和对携带到油气管线及分馏塔内的焦粉如何及时清除。基于国内的设计和油气管道的清焦措施，空塔气速控制在0.15m/s以内为宜，尽量避免油气管道和分馏塔底结焦保证装置长周期生产。,11,2、焦炭塔系统的生焦操作,2.3 实际生产中空塔气速的计算 将所有物料按照操作条件下焦炭塔温度、压力等条件还原为实际体积，得到焦炭塔的气速，具体计算方法如下： 1）急冷油不计算在内；加工损失计算在焦炭中； 2）T-焦炭塔平均温度=（T1塔顶+T2塔底）/2； 3）P-焦炭塔压力=10*（塔顶实
7、测压力P1+0.1）； kg/cm2（A） 4）根据产品分布和循环比求取每个焦炭塔的每个产品的流量，G:Kg/h； 5）根据产品分析数据求取每个产品的分子量，M：Kg/Kmol；,12,2、焦炭塔系统的生焦操作,2.3 实际生产中空塔气速的计算 6）列表计算每个焦炭塔产物的总摩尔数，N=G/M： Kmol/h； 7）每个焦炭塔的体积流量： V=22.4*N*（273+T）/273*P*3600； m3/s; 8) 焦炭塔截面积S= 0.785D2； m2 9）焦炭塔气速：U=V/S ； m/s;,2、焦炭塔系统的生焦操作,2.4 焦炭塔的高度的计算 焦炭塔的高度根据焦炭产率、生焦时间、泡沫层高
8、度来确定。焦炭塔内的泡沫层高度约为35米，当在焦炭塔内注入消泡剂后，泡沫层的高度一般减少1米以上。安全空高一般为塔顶切线离泡沫层顶部的距离，或最顶部中子料位计到塔顶切线的距离，国内设计的焦炭塔一般安全空高为35米，国外焦炭塔的安全空高一般为2米左右。空高越大，焦炭塔的利用率越低，但油气在塔内的停留时间延长，有利于泡沫层气泡的破裂，对减少油气线和分馏塔内结焦有利。,14,2.4 焦炭塔的高度的计算 空高的计算公式如下： 其中： H切焦炭塔筒体切线高度, m； G焦焦炭生焦速率, kg/h； 焦生焦时间, hr； 焦塔内焦炭堆密度, kg/m3(800900 kg/m3)； V锥焦炭塔锥体体积,
9、m3； D塔焦炭塔直径, m； H泡沫泡沫层高度, m。 其中塔内焦炭堆密度和原料性质及操作条件有关，在设计时通常采用热态的堆密度。,2、焦炭塔系统的生焦操作,15,2、焦炭塔系统的生焦操作,2.5 实际生产中空高的确定 目前国内焦化装置操作测量的空高是指钻焦口法兰离焦炭层的距离，是焦炭冷却后通过尺子测量的，和设计的空高有一定的区别。一是焦炭塔的封头高度和钻焦口高度各装置不同，球型封头比椭圆封头的高度多一倍，大直径焦炭塔的封头比小直径焦炭塔的封头高，二是由于原料性质的不同导致塔内泡沫层高度各装置不同，因此采用目前的空高来判断焦炭塔的利用率不十分合理。,2.5 实际生产中空高的确定 建议使用焦炭
10、塔空高为筒体切线离冷态焦层顶部的距离，安全空高应充分考虑泡沫层高度、冷态焦层和热态焦层的密度差别，避免泡沫冒顶而冲塔，安全空高可以通过先实测除焦口到焦层距离，再用实测值减去焦炭塔封头高度、钻焦口高度和生产状态下泡沫层高度（通过标定得到）的办法得到实际的焦炭塔安全空高：H安全空高=H实测空高-H封头高度-H钻焦口高度-H泡沫层高度。焦炭塔空高应控制在5-7米，安全空高应控制在2米左右。最好安装焦炭塔料位计，通过焦炭塔料位判断泡沫层的位置，以确定注消泡剂的时间和切四通阀的时间。,2、焦炭塔系统的生焦操作,17,2.6 降低循环比对生焦操作的影响 循环比对焦化装置的处理量，产品分布及产品性质都有较大
11、的影响。在原料相同的条件下，循环比降低，气体、汽油、柴油和焦炭的收率降低，蜡油收率增加。原料和处理量相同的条件下，焦炭塔的空塔气速降低，焦层高度降低，反之，在同样允许气速和安全空高的条件下，可以提高焦炭塔的加工负荷。 但是循环比降低，加热炉和焦炭塔的进料变差，易导致弹丸焦的产生。根据国外资料报道和国内经验：API小于7或残碳/沥青质=1.681.45的劣质渣油可能产生弹丸焦，国内操作经验是采用较大循环比操作、较低的空塔气速，尽可能避免产生弹丸焦，保证安全生产。如果不考虑弹丸焦的影响和蜡油质量，可采用低循环比操作，国外许多焦化装置是允许产生弹丸焦的，但是他们大部分都采用了自动卸盖机，其他系统也配
12、套完善。建议没有安装自动底盖机的装置，为防止生成弹丸焦，可适当提高循环比。,2、焦炭塔系统的生焦操作,18,2、焦炭塔系统的生焦操作,2.7 缩短生焦时间对生焦操作的影响 设计时按照进料量、生焦率和生焦时间确定焦炭塔的容积，针对现有的焦化装置，焦炭塔的容积已经限定，要提高进料量必须降低生焦率和缩短生焦时间，缩短生焦时间是最有效的措施。在焦炭塔的油气线速不受限制的条件下，缩短生焦时间和提高处理量基本成比例，如生焦时间由24小时缩短到18小时，焦炭塔的处理量提高约25%。有资料报道，缩短生焦时间焦炭的收率会有所生高。,19,2、焦炭塔系统的生焦操作,2.7 缩短生焦时间对生焦操作的影响 缩短生焦时
13、间提高处理量，焦炭塔进料和出料的管道及阀门操作更加频繁，其可靠程度应提高。焦炭塔进料阀、四通阀、甩油阀和塔顶油气隔断阀等特阀应采用可靠度高的防结焦动力球阀，上述阀门和除焦操作的给汽阀、给水阀、放水阀、放空阀相结合，采用安全联锁及顺序自动控制，可降低劳动强度，保证操作安全。进料管线及塔顶大油气管线的震动也应引起重视，应全面进行应力计算，改变配管结构防止震动，保证安全操作。,2、焦炭塔系统的生焦操作,2.7 缩短生焦时间对生焦操作的影响 焦炭塔的材质应选用14CrMo，裙座连接处应采用整体型，已检测到焦炭塔裙座焊缝开裂，筒体鼓包、开裂、倾斜等存在明显缺陷的装置尽量不缩短生焦时间. 塔体材质比较,裙
14、座连接处的应力值和疲劳寿命比较,21,2、焦炭塔系统的生焦操作,2.7 缩短生焦时间对生焦操作的影响,为减少油气出口管道结焦 和方便清焦， 建议采用专利四通结构的 防焦器。,选用不宜结焦的中段回流油作为焦炭塔顶的急冷油，焦炭塔切换半小时后，急冷油从老塔改至新塔，控制塔顶温度不大于420。 选用高效消泡剂，并且焦炭塔切换前6小时顶部注入消泡剂，切换半小时后再停注消泡剂。或通过料位计检测泡沫层的位置，及时注入消泡剂和控制注入量，消泡剂的注入点应远离油气出口。,22,3、焦炭塔系统的除焦操作,3.1不同生焦周期具体时间安排推荐以下模式：,23,3、焦炭塔系统的除焦操作,3.2除焦操作主要步骤的说明,
15、24,3.2除焦操作主要步骤的说明,返回目录,3.2除焦操作主要步骤的说明,26,3.3操作条件及注意事项,27,3.3操作条件及注意事项,28,3.3操作条件及注意事项,29,3.3操作条件及注意事项,3.3操作条件及注意事项,31,3.4 降低循环比对除焦操作的影响,降低循环比操作，焦炭性质会有所变化，如果不产生弹丸焦，对冷焦、切焦不会有太大的影响。如果产生弹丸焦，冷焦吹汽给水量不宜太大，防止弹丸焦吹到分馏塔和放空塔，放水时会有弹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过滤器，开始含弹丸焦多的水到焦池，减少冷焦水罐清焦频次。开盖应慢，防止塌方伤人，最好采用自动底
16、盖机。切焦下钻也要慢，防止塌方卡钻。,返回目录,3.5 缩短生焦时间对除焦操作的影响,缩短生焦时间对除焦操作的影响最大，生焦时间缩短，要求焦炭塔的吹汽、给水、放水、切焦、开关顶底盖和预热的时间都要缩短。因此研究如何缩短每个步骤的时间非常必要。 生焦时间由24小时缩短到18小时，吹汽、给水、卸盖和油气预热的时间都应缩短。如果达到同样的冷却和预热效果，必然要提高冷却和预热的速度，改变冷却和预热终温对缩短生焦时间也非常有效。核算分馏塔、放空塔的能力是否满足要求，冷焦水处理系统是否配套，拆卸和安装顶/底盖是否采用了自动化。,返回目录,3.5 缩短生焦时间对除焦操作的影响,某焦炭塔的冷焦及预热计算,34
17、,3.5 缩短生焦时间对除焦操作的影响,国外某公司设计的18小时除焦操作和国内24小时除焦操作对比,35,3.5 缩短生焦时间对除焦操作的影响,小吹汽：减少小吹汽时间控制小吹汽蒸汽流量，减轻油气携带焦粉，防止分馏塔超负荷。新设计装置，分馏塔应充分考虑小吹汽对分馏塔的影响。 大吹汽：减少大吹汽时间，控制较大的吹汽蒸汽流量，尽可能把焦炭内的油气吹出到放空塔，防止给水不畅和冷焦不透。新设计装置，放空塔应充分考虑吹汽时吹出的油气量。,36,3.5 缩短生焦时间对除焦操作的影响,给水：给水冷焦的水量逐渐由小增大，塔内产生的蒸汽量也会由小变大，随着水量的增加和焦炭温度的降低，产生的蒸汽量又会逐渐减少，国内
18、是通过压力来控制给水量，为提高冷焦速度，吹汽放空系统的能力应足够，放空塔及冷却器的设计应充分考虑最大汽化量。目前国内的放空系统设计普遍小于国外，有时限制了给水冷焦速度。国外普遍采用泡焦，国内采用溢流；国外冷焦温度在120以下，国内冷焦温度在90以下；国外放水直接到焦池，国内放水到冷焦水热水罐。国外冷焦水含油较少，国内冷焦水含油较多。上述区别限制了国内的给水冷焦和放水的时间。要提高给水速度应增加放空冷却能力；要提高放水温度应增设塔底自动卸盖机；仍采用溢流水到冷焦水热水罐，罐体的设计温度不能满足要求，应混合一部分冷焦冷水，或采用泡焦工艺，塔顶放空；要减少冷焦水含油，溢流水应排到池。,37,3.5
19、缩短生焦时间对除焦操作的影响,卸盖和上盖：缩短卸盖和上盖时间，应采用塔顶底自动卸盖机；塔底卸盖机按自动化形式分分半自动和全自动两种形式；按其结构分包括旋启式、闸板式、液压柱塞式以及目前国内正在使用的塔底卸盖机四种结构。,旋启式结构（全自动） 闸板式结构（全自动）,38,3.5 缩短生焦时间对除焦操作的影响,液压柱塞式结构（全自动） 塔底卸盖机结构（半自动）,自动顶盖机,39,3.5 缩短生焦时间对除焦操作的影响,液压柱塞式塔底卸盖机首先在上海石化试验成功，并通过了中石化的技术鉴定，工业应用在青岛炼化实施，应用结果表明，底盖开盖时间为3.5分钟，大大缩短了时间。目前该款底盖机在洛阳石化、大庆石化
20、安装完毕，等待开工。 闸板式结构的塔底卸盖机，国内也已经研制成功，08年4月在荆门石化试验成功，等待总公司技术鉴定，兰州石化正准备安装，需要在大的焦炭塔上进一步试验。 切焦：目前国内的切焦器和水力除焦控制水平比较先进，正常情况下，23小时就能切完一塔焦，对缩短生焦时间贡献较大。,40,3.5 缩短生焦时间对除焦操作的影响,油气预热：国内油气预热焦炭塔底到320400，减少切换进料时焦炭塔的热应力，国外为缩短油气预热时间，预热焦炭塔底到205260，自另一个焦炭塔引入的油气量也较大，油气管线的背压环阀经常被使用。预热速度加快，对一炉两塔的装置，会使分馏塔产生较大波动，同时对焦炭塔的热应力提出较高
21、的要求。焦炭塔的材质应选用14CrMo，裙座连接处应采用整体锻件型对缩短生焦时间是非常必要的。 3.6 缩短生焦时间的操作管理 缩短生焦时间后，焦炭塔的各步骤操作时间被打乱，因此应编制焦炭塔生产周期确认表，清晰、明确地列出焦炭塔处理步骤及具体时间，供操作班组执行。,41,4、针对焦炭塔系统的几点建议,4.1焦炭塔安全空高为筒体切线离泡沫层顶部的距离。H安全空高=H实测空高-H封头高度-H钻焦口高度-H泡沫层高度，焦炭塔安全空高控制在2米左右。 4.2焦炭塔空塔气速控制在0.15m/s以内。如果油气管道和分馏塔底有合适的防结焦措施，可以适当提高。 4.3焦炭塔切换半小时后，急冷油从老塔改至新塔，
22、控制塔顶温度不大于420。正常操作顶温度也不大于420。 4.4安装焦炭塔料位计的装置，应通过焦炭塔料位计判断泡沫层的位置，以确定注消泡剂的时间和流量。未安装焦炭塔料位计的装置，可在焦炭塔切换前6小时顶部注入消泡剂，切换半小时后停注消泡剂。,42,4、针对焦炭塔系统的几点建议,4.5尚未安装焦炭塔料位计的装置要尽快安装使用。 4.6焦炭塔进料阀、四通阀和油气隔断阀等特阀采用可靠度高的防结焦动力阀，条件许可应增加安全联锁及顺序控制。 4.7推广使用焦炭塔自动顶盖机和自动底盖机，缩短操作时间、减轻劳动强度、改善劳动环境和提高安全可靠性。没有安装自动底盖机的装置，为防止生成弹丸焦，不宜采用太低的循环
23、比。 4.8焦炭塔为普通碳钢材质、裙座和筒体为焊接形式、运行7年以上的装置。 或已检测到焦炭塔裙座焊缝开裂，筒体鼓包、开裂、倾斜等存在明显缺陷的装置，不宜缩短生焦时间。,43,4、针对焦炭塔系统的几点建议,4.9 控制小吹汽蒸汽流量，减轻油气携带焦粉。 4.10 新设计的焦炭塔的材质应选用14CrMo，裙座连接 处应采用整体锻件型以利于缩短生焦时间。 4.11 建议采用专利四通结构的防焦器，以减少油气出口管道结焦和方便清焦，急冷油建议采用中段回流油。 4.12 小吹汽、大吹汽、小量给水、大量给水应设置流量指示和控制。 4.13 冷焦放空系统的冷却负荷应考虑加快给水冷焦时的水蒸汽量。 4.14 冷焦溢流水温度太高时可考虑混对冷焦冷水。 4.15 寻找合适的焦化装置进行泡焦冷焦工艺试验。,44,谢谢！,The End,