焦炭塔操作教程.ppt
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1、延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 1 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 0 1. 焦炭塔系统概述 0 2.焦炭塔系统的生焦操作 0 3.焦炭塔系统的除焦操作 0 4.针对焦炭塔系统的几点建议 目 录 2 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 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 3 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 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
2、焦操作,一般1824小时切 换一次。 4 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 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 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。 5 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 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;
3、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。 6 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 2、焦炭塔系统的生焦操作 2.1 反应过程描述 为
4、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。 7 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 2、焦炭塔系统的生焦操作
5、 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 8 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 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; 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
6、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。 9 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 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.
7、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。 10 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 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*(塔顶实测压
8、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; 11 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 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; 12 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 2、
9、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 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。 13 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 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
10、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, 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 14 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 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
11、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 。 15 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 2.5 实际生产中空高的确定 建议使用焦炭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
12、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 16 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 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
13、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 17 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 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
14、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。 18 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 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
15、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。 19 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 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 材料15CrMo14CrMo 许用应力475 MPa107116 高温屈服强度47
16、5 MPa176.5185.5 裙座连接处的应力值和疲劳寿命比较 型式堆焊型整体型 加热时 的应力值(psi)5438447262 冷却时的应力值(psi)2183413824 计算疲劳寿命 (周期)550310704 20 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 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
17、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。 21 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 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: 周期小时数24小时生 焦 22小时 生焦 20小时 生焦 19小时 生焦 18小时生 焦 16小时生焦 生焦242220191816 小吹汽1.51.51.51.51.01.0 大吹汽21.51.51.51.51.5 给水溢流冷焦765.55545 放水2.52.522215 拆卸上下头盖10.750.750.750.750.5 钻孔0.50.50.50.50.50.5 除
18、焦2.52.52222 安装上下头盖10.750.750.750.750.5 试压 、预热 升温665.554.54 22 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 3、焦炭塔系统的除焦操作 3.2除焦操作主要步骤的说明 序 号 操 作 步 骤 操作目的来源及去向 1切换 塔 进料切换到另一 个塔 进料来自加热炉,产品油气 去分馏塔,焦炭在塔内 2小吹 汽 汽提焦炭塔和焦 炭中的油气,降低 焦炭塔和焦炭温 度 蒸汽来自管网,G=15t/h汽 提蒸汽及油气去分馏塔, 3大吹 汽 汽提焦炭中的油 气,降低焦炭塔和 焦炭温度,建立 焦炭孔隙率 蒸汽来自管网,G=820t/h, 汽提蒸汽及油气去放空
19、塔, 冷凝冷却回收污油和水。 23 延迟焦化装置提负荷操作指导意见-焦炭塔部分 3.2除焦操作主要步骤的说明 序号操作步骤操作目的来源及去向 4小给水慢慢冷却焦炭塔 和焦炭以降低 温度 冷焦水来自冷焦水罐,G=2050t/h ,水汽化产生的蒸汽及少量油气 去放空塔,冷凝冷却回收污油和 水。 5大给水快速冷却焦炭塔 和焦炭以降低 温度 冷焦水来自冷焦水罐, G=200400t/h,塔顶溢流排水至 冷焦热水罐。 6排水排放焦炭塔中存 水 塔底排水至冷焦热水罐。 7顶底头盖拆 卸 为除焦做准备采用自动顶盖机和自动底盖机 8除焦用高压水清除塔 内的焦炭 高压水来自高压水泵 Q=150300m3/h,P
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