延迟焦化技术让重油渣油变劣为优

    中国石油和化学工业联合会的数据显示，2014年我国原油一次加工能力达7.6亿吨。然而，与之对应的是，我国进口原油质量较差。随着国内原油特别是劣质原油加工量快速增长，以及人们对环保要求日益提高，延迟焦化技术这一使重油渣油变劣为优的工艺近来备受关注。延迟焦化，被喻为我国炼油业“五朵金花”之一，对我国炼油工业发展起到了极其重要的作用。那么，现在国内外延迟焦化发展的具体情况如何？取得了哪些新的突破？

    
    重油克星受油气大国青睐
    
    据统计，延迟焦化在世界渣油改制工艺中约占三分之一。截至2014年年底，国外延迟焦化装置的加工能力约为2.27亿吨/年，其中美国拥有50多套延迟焦化装置，总加工能力约为1.3亿吨/年。而纵观国内，从首套延迟焦化装置1964年12月在抚顺石油二厂建成投产，到2000年上海石化“一炉两塔”100万吨/年延迟焦化装置建成投产，再到如今，目前共有延迟焦化装置90多套，总加工能力超过1.1亿吨/年。
    
    中国石油工程建设公司华东设计分公司总工程师谢崇亮表示，随着原油变重变劣、轻质油品需求量上升，重油深度加工任务日益繁重，加工重质油特别是重质渣油已成为炼油行业亟待解决的问题。而延迟焦化是炼厂加工劣质重油不可或缺的手段之一，有深度加工来自厂内其他装置的尾料、改善炼厂柴汽比、为乙烯工业及重整装置提供原料等重要作用。近几年，我国延迟焦化技术在环境保护、安全及自动化程度、加热炉技术及节能降耗方面得到迅速提升，达到了国际先进水平。
    
    谢崇亮指出，延迟焦化是一种石油二次加工技术，以贫氢的重质油为原料，在高温（约500℃）进行深度的热裂化和缩合反应，生产富气、粗汽油、柴油、蜡油和焦炭的技术。它是目前世界渣油深度加工的主要方法之一。
    
    综合国内外实践案例发现，延迟焦化是石油化工的关键技术，没有哪个油气大国不重视这项技术。比如，全球重质原油储备量最大的委内瑞拉在重质油开采和提炼上的投入就是不遗余力的。他们在新建重质原油炼油厂的同时，还花重金从国际上聘请专业的工程公司对原有以轻质原油为原料的炼油厂，改造升级成重质原油生产厂，新建延迟焦化装置。委内瑞拉国家石油针对拉克鲁斯港炼油厂的改造工程，与惠生工程、韩国现代工程、现代设计这3家公司签署了高达29.93亿美元的合同。
    
    对于以轻质油为主的美国来说，其对延迟焦化的重视程度一点也不亚于其他国家，甚至其延迟焦化能力已经跃居世界第一。比如，美国得克萨斯阿瑟港炼油厂延迟焦化装置规模为540万吨/年、得克萨斯思威尼炼厂380万吨/年，还有加利福尼亚洛杉矶炼厂、路易斯安那查尔斯湖炼厂等。数字占到炼厂总数的一半以上。据美国EIA（能源信息署）统计，世界焦化能力在过去的15内年增长了70%以上。世界炼厂中约有17%的炼厂有焦化装置。美国炼厂中约有35%的炼厂有焦化装置。
    
    加工能力明显提升
    
    重油加工是加工重质（超重质）原油过程的核心部分，目的是轻质化。从工艺角度来说，包括脱碳和加氢两个方向。脱碳工艺轻质化时，并未引入外来氢，实质是原料中所含氢的重新分配，这必然生成氢碳比低于原料的重质产物，如焦炭等。而渣油加氢则完全是依靠外加氢来提高全部产物的氢碳比。但制造这些外加入的氢则需要一定量的烃类，如制造1吨氢气需要3.8~4.0吨轻油。
    
    炼油过程中碳、氢元素永远是平衡的，上述两条路线的炼油总收率就不可能相差很大。在原油劣质化趋势不断加剧的前提下，炼油耗氢量已经大大提高，炼油厂耗氢成本将是仅次于原油成本的一项重要的成本支出。
    
    相比之下，延迟焦化主要的3个特点就凸显出来。谢崇亮分别阐述了这些特点。第一，增强了原油适应性。例如，固定床渣油加氢处理工艺，目前国内外最先进的催化剂对混合原油性质的要求为康氏残碳不大于18w%（w%为重量百分比），而延迟焦化装置一般要求康氏残碳不大于34w%。
    
    第二，提高柴汽比。对于渣油加氢处理工艺，脱硫后的渣油必须在催化裂化装置中进行处理，这将导致项目汽油收率高，限制了提高柴油收率的可行性，不利于适应市场需求变化、提高竞争力。而延迟焦化在这方面有一定优势。
    
    第三，加工催化油浆。催化油浆硫含量高，如果项目自用，则不利于控制二氧化硫排放总量；如果对外销售，在经济和环保方面也有劣势。设置焦化装置对其进行加工，有利于从整体上减少全厂二氧化硫等污染物排放水平。
    
    谢崇亮表示，延迟焦化技术在平衡炼油厂渣油和提高轻油收率等方面具有得天独厚的优势。目前可供选用的渣油转化工艺有多种，其中延迟焦化作为一种成熟的重油热加工方法，无论在投资、操作费用，还是在技术可靠程度、原料适应性和原料转化深度方面都可圈可点，因此国内外炼油企业都把延迟焦化工艺作为重油加工的重要手段。据预测，今后20年内，全球焦化工艺加工能力的年增长率约为7%，远远高于渣油加氢转化工艺。
    
    工艺改进实现节水减排
    
    传统延迟焦化曾经带来一些环境污染问题，这一度引起了关注。通过业界不懈努力，目前延迟焦化的工艺已经得到了改善，清洁生产的技术水平也得到了提高。
    
    那么，新型延迟焦化工艺与传统工艺相比有哪些改进？如何做到“粗粮细作”，同时污染最小？
    
    延迟焦化面临的首先是冷焦水和切焦水的污染问题。中国石油大学（华东）安全环境与节能技术中心工程师欧阳振宇表示，在延迟焦化装置除焦过程中，会产生大量含有硫化物、重油、焦粉和水等的冷焦水和切焦水。一些企业冷焦水处理采用露天逐级沉降，对装置区的大气污染仍较重，气味较大；一些企业冷焦水和切焦水未能实现循环使用，给全厂的污水处理系统造成很大压力。
    
    欧阳振宇说，新型工艺解决了冷焦水、切焦水污染的问题，最重要的突破点是“自循环”。冷焦水和切焦水水质不同，长期实践证明，把两股水进行分流、分别处理的效果更好。处理后废水不外排，形成各自的自循环系统。与此同时，水力除焦技术也在不断发展。水力除焦一般以水力马达驱动，可有效减少噪音和保证钻杆的平稳性。水力除焦器钻孔和切焦状态可在焦炭塔内自动切换。自动顶盖机和底盖机的应用，可缩短除焦周期，提高除焦作业的安全性。部分焦化装置采用密闭除焦，减少了污染。使用旋流分离器用于延迟焦化的水处理系统，脱除水中的固体和焦粉，可以减少切焦水泵、阀门及管线的磨损。
    
    为了解决恶臭气体和粉尘的问题，改良后的工艺着眼于“封闭回收”。中国石油大学（华东）化学工程学院环境与安全工程系副教授李石表示，焦炭塔吹汽放空气体的处理主要采用塔式油吸收接触冷却技术，即焦炭塔吹汽放空气体密闭进入放空冷却塔，引入蜡油降温后进行分离处理，分离为不凝气、污水和污油后，分别密闭回收或排放。放空冷却塔放空气体的治理历经多次改进，终成目前的全密闭放空系统。采用封闭式吹汽放空排放技术不仅可以减少吹汽放空油气和蒸汽对环境的污染，而且可以回收大量污油，提高装置的经济效益。
    
    李石也指出，冷焦水隔油罐出口的恶臭治理的办法有两种：一种是在罐顶增设两台吸附罐，罐内填充吸附剂。吸附剂可根据放空气体所含恶臭物质来选取，两台吸附罐交替使用。另一种方法是将冷焦热水罐罐顶气体引入水封罐，用水或稀碱溶液吸收气体中的易溶于水或稀碱液的硫化氢或硫醇等恶臭气体，通过水封罐净化后的气体排入大气，这样可降低恶臭气体对周围环境的污染。
    
    变废为宝榨尽“油水”
    
    山东东营市海科瑞林化工有限公司办公室主任王杰表示：“在原油的生产加工中，最后剩余的油渣经焦化技术对其进一步减压渣油、二次加工尾油等重质油高温深度加工处理后留下的残渣就是石油焦，其含碳量在80%以上。”
    
    中国工程院院士岳光溪指出，高硫焦做气化原料时，硫分会转变为硫化氢，在后续脱硫工段又会转换为单质硫，不会排放到大气中。同时，还可以把高硫焦的硫直接提取，得到低硫焦和硫黄，以弥补中国缺硫的状况。
    
    李石表示，石油焦中硫的含量决定了石油焦的最终用途，由于大多数的石油焦都是高硫石油焦，所以在石油焦的利用上，通过燃烧回收热量依然是主导方向。目前，国内高硫石油焦利用主要掺煤在循环流化床锅炉及煤粉锅炉进行燃烧，而炼厂内产出的石油焦直接进热电锅炉进行一体化处理为比较合理的利用途径。
    
    当前，循环流化床锅炉（CFB）和焦气化—热电联合循环工艺（IGCC）发展较快。大型循环流化床锅炉技术日趋成熟，规模不断提升，同时国产化程度不断提高，使投资不断下降，由于循环流化床技术在环保性、可靠性以及经济性等方面表现良好，为高硫石油焦的利用奠定了基础。国内如镇海炼化、上海石化、齐鲁石化、青岛炼化等都采用了CFB运行方案，并取得较好效果。IGCC也已经在中国石化福建一体化项目中引进并投入商业运行，但由于投资大、运行周期与炼厂汽电平衡匹配等问题，目前该技术还未普遍化。另外，延迟焦化装置排出的污油较多，占加工量的1.5%~2.5%，其中绝大部分为焦炭塔凝析油放空污油。欧阳振宇告诉记者，在原料罐、焦化塔设置多处回炼口，对装置产生的轻、重污油进行回炼，可减少装置塔底污油量。而且延迟焦化装置可处理其他装置产生的轻重污油及污水处理场产生的污泥，减少炼油厂危险废物的处理量。实现放空污油回炼后，柴油收率比回炼前增加0.8%。
    
    综合看来，延迟焦化工艺是渣油深加工的主要工艺之一，工艺技术成熟，应用广泛。该工艺不同于以煤炭为原料的焦化行业。中国石化茂名、长岭、金陵、扬子、上海等炼油厂都采用RHT+DC的总流程配置方案说明，尽管RHT装置可提高液体产品收率和硫的回收率，但其技术仍有局限性。由此可见，延迟焦化装置对于炼厂仍是不可或缺的重油加工装置，是保证炼油厂在加工原油方面具有适当灵活性的必要手段。