文档介绍：延迟焦化工艺与工程
第七章
焦炭塔和焦化分馏塔
第七章
焦炭塔和焦化分馏塔
焦炭塔
焦炭塔工艺特点和结构特点
焦炭塔操作及对寿命的影响
焦炭塔材质选择
延迟焦化流程
焦炭塔的工艺设计主要包括焦炭塔直径的确定、塔高的确定、和相关系统的设计。
焦炭塔的直径和高度
焦炭塔的直径和高度主要取决于装置的处理量、原料性质、操作温度、操作压力和循环比。装置的处理量是决定焦炭塔大小的主要参数，目前国内单塔处理量和焦炭塔规格的对应关系如下：
表7－2
序号
单塔处理量
(万吨/年)
焦炭塔规格
（mm）
建设时间
操作循环比
1
20～30
φ5400×18000（切）
50年代至70年代
～
2
40～50
φ6100×21000（切）
80年代至90年代
～
3
100～120
φ8400～φ8600×24000（切）
90年代以来
～
4
140～160
φ8800～φ9400×2700（切）
21世纪初
～
焦炭塔的单塔处理量越大，要求的焦炭塔直径越大，这主要是由焦炭塔塔内的允许气速决定的。焦化原料渣油在加热炉中被快速加热到500℃左右进入焦炭塔，为防止加热炉管结焦，炉出口的反应转化率一般不大于8％（气体和汽油的转化率），大部分的反应延迟到焦炭塔内进行。原料进入焦炭塔，在塔内适宜的压力、温度和停留时间的条件下发生裂解和缩合反应，裂解为吸热反应，缩合为放热反应，裂解的热量除了来自原料渣油本身外还有一部分由缩合反应提供，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30～100kg/m3，油相泡沫在焦层以上，其密度约为100～700 kg/m3，焦化反应温度即为泡沫层温度，一般为460～480℃，并且生焦率越高，该反应温度越高。
随着原料的不断进入，产生的焦炭量不断增加，焦炭层高度增加，泡沫层也随之连续升高。塔内反应示意见图7－2。
图7－2
焦炭塔内生焦示意图
由于泡沫层为反应区，一般不希望正在反应的泡沫被油气夹带到焦炭塔顶口的大油气管线和分馏塔，导致管线结焦和分馏塔内结焦影响产品质量。焦炭塔内油气的允许气速可用下式计算：
其中Uc为塔内气相线速，m/s；
为轻相泡沫层密度，kg/m3；
为气相层密度，kg/m3；
据资料报导，国外在焦炭塔内不注入消泡剂时，～。在使用消泡剂时，～。根据允许的油气速度和焦炭塔内的油气流量，结合进料性质和塔顶操作压力即可确定焦炭塔的直径。
焦炭塔内的油气体积流量除和渣油进料量有关外，与原料性质、操作条件也有密切的关系。在确定焦炭塔的直径以前应首先确定焦炭塔的操作条件和产品分布。渣油是以碳、氢为主要元素的大分子烃类，通常分为饱和烃、芳烃、胶质和沥青质，沥青质含量高的渣油生焦率较高，轻油收率较低。一般生焦率的估算可按式：Wc=，其中K为渣油的康氏残炭，产品分布一般最终由试验确定。当原料性质确定后，对生焦率和产品分布影响较大的主要是循环比、反应温度和压力。循环比减少10％，生焦率一般减少1％，同时焦化蜡油收率增加，气体、汽油、柴油收率下降。当需要提高装置的液体收率时一般采用降低循环比（～）或零循环比操作；当需要多产焦化石脑油和柴油时一般采用较大循环比（～）操作；当焦化蜡油无出路或需要最大可能地生产柴油和乙烯原料时一般采用大循环比（～）操作。循环比越大，焦炭塔内的油气体积流量越大。提高焦化温度可增产液体产品收率，但基于焦化反应的特点，反应温度（炉出口温度控制）调整的幅度是很窄的，温度过高会导致提前结焦，堵塞炉管、转油线，影响开工周期，同时易生成硬质石油焦，使除焦困难；温度过低导致热量不足反应深度不够，轻油收率降低，焦炭挥发分增大或产生焦油。一般情况下是根据原料性质确定最佳的操作温度，通常焦化炉出口温度为495～505℃，芳烃含量和沥青质含量的比值较大时宜采用较高的炉出口温度。采用低压操作可改善焦化产品分布，在国内外已普遍认可，
5～，～。压力降低一般能提高蜡油的收率，但是增大了焦炭塔的气体体积流量，势必使焦炭塔的塔径和油气管线加大，并影响压缩机的加大，所以装置的投资增加，因此应综合设备投资、操作费用和产品分布等因