毎週のテーマ：遅延重質油分解加熱炉の改造？第17期 2011.6.5-6.11

返信 1# lijianhuai まず一つだけお話しします。単面炉の改造についてですが、現在改造が行われているのは広石化と安慶石化の1号炉で、これら2基の炉はいずれも単面放射炉であり、石大肖教授の技術が採用されています。つまり、片面炉を両面炉のような形状に改造し、炉の強度とバーナーを増やすということです。ある工場のコークス炉は単面放射炉であり、対流によって直接加熱が行われる方式を採用している。また、二箇所から水を注入する仕組みになっている（コークス製造の反応には主に分解反応と縮合反応の2種類がある。加熱炉の自己対流室から放射部にかけての初期段階、つまり15本目の炉管の手前では、反応温度が低く、主に分解反応が進行する。一方、後半部分では主に縮合反応が起こり、コークスが生成される。したがって、初期段階における物質の炉管内での滞留時間を長くすることで分解反応を促進し、軽質成分の収率を高めることができる。また、後半部分における物質の炉管内での滞留時間を短くすることで、炉管のコークス付着を減らし、生産サイクルを延長することができる）。そこで、最初の注入点での水または蒸気の量を調整することで、炉管内にある前半部分の物質の滞留時間を長くすることができる。そして、15番目の炉管に第二の注入点を設けることで、後半部分の物質の炉管内での移動速度が上がり、結果として物質の滞留時間が短縮される。第一の注入ポイントのガス量を減らし、第二の注入ポイントのガス量を増やすことができます。放射出口の形式としては中央式が採用されている。つまり、下から数えて9番目の炉管が放射出口となる。加熱炉において最も強く放射が当たるのは、1段目の15本目の炉管間であり、最も放射が強いのは8番目と9番目の炉管である。そのため、9番目の炉管を出口として使用することで、より省エネになり、加熱炉の負荷も軽減される。現在、装置の負荷は110％で、炉管の壁面温度は600℃以下、炉内の温度は800℃以下です。炉の出口では493±1℃、コークスタワーの底部では488～489℃であり、煙ガス中の酸素含有量は2～3％です。

返信 2# lijianhuai、注入量はどれくらいですか？コークス炉の拡産改修により、従来の軽量鋳造材をセラミックファイバー製のライニングに置き換え、炉本体の表面温度が110度から80度に低下した；炉管の直径を133から141に変更したことで、15％以上増加した；

遅延接触分解装置は、石油精製企業における重要な高硫黄重油処理装置の一つであり、接触分解プロセスは熱分解と縮合反応が組み合わさった複雑なプロセスで、不可逆的なものであり、一定のエネルギーを消費する必要がある。当社のコークス製造装置では、減圧残油、常圧第三洗浄油、および触媒オイルスラリーを原料とし、492～500℃の高温で高度な熱分解および縮合反応を行うことにより、ガス、富化ガス、ガソリン、ディーゼル、ワックスオイル、およびコークスを生産しています。熱分解反応は強い吸熱反応であり、反応に必要な全ての熱はコークス化加熱炉によって供給される。コークス塔内での高温反応によって生成された油ガスは過熱状態で分留塔に入り、そこで分離された各種製品はより低い温度で液相および気相の状態で分留システムから出て行く。したがって、この装置では大量の高品位エネルギーが消費される一方で、多くの低品位エネルギーも存在するため、省エネルギーとコスト削減は企業の経済的効率に直接影響を与える重要な要素となっている。 　　私たちはプロセスエネルギー最適化手法を採用し、工程でのエネルギー消費の削減、エネルギー回収効率の向上、およびエネルギー変換効率の向上という3つの観点から、コークス製造装置のエネルギー消費状況に対する技術的改良を行いました。 1　現状分析　過去数年間のエネルギー消費量（表1参照）を分析・比較することにより、装置のエネルギー消費に大きな影響を与える要因を特定した。 1.1　過去数年間のコークス製造装置のエネルギー消費状況　表1からわかるように、2001年の改修前はこの装置のエネルギー消費量が依然として高水準にあり、さらなる削減の余地が大きく残っていた。 1.2 装置負荷　装置の生産負荷は、エネルギー消費量と直接的な関係がある。負荷が高い水準にあるとき、装置のエネルギー消費量は比較的低くなりますが、負荷が低いときは、装置のエネルギー消費量がそれに応じて上昇します。 1.3　低温度位熱回収　まず、コークス製造における低温度位の熱源の分布について調査を行った。コークス化の低温度熱源には、主に分留塔頂部の石油ガス熱源、分留塔頂部からの循環油熱源、冷却器投入前のディーゼル油熱源、冷却器投入前のワックスオイル熱源、および冷却時の大量の蒸気供給や初期段階での少量の給水時のコークス塔頂部の石油ガスなどがある。これらの低温度熱源の温度、流量、および熱容量の詳細は、表2をご覧ください。 　 　　上記の低温位熱源のうち、コールドクーリング時のコークスタワー頂部の油ガス分の熱量は、その温度がコークスタワーのコールドクーリングに伴って変化するため、利用が困難である。利用可能な熱源には、分留塔内のワックスオイル、ディーゼル油、トップサイクルオイル、および塔頂ガスが含まれる。熱交換後の媒体の温度が70℃に低下したことを基準に、これらの低温熱源が熱交換によって回収できる熱量を表3に示す。　 　　上記の計算により、回収可能な低温度熱源の熱量は77.48GJ/hに達することがわかる。 2.4 燃料消費　加熱炉はコークス製造装置における大きなエネルギー消費源であり、コークス製造反応に必要な全エネルギーは加熱炉によって供給される。燃料の単位消費量は、総エネルギー消費量の80％以上を占めている。加熱炉のエネルギー消費状況に関する調査の結果、長期間にわたり高硫黄分を含む原油を処理してきたため、1号および2号加熱炉の空気予熱器が硫黄による腐食で深刻な損傷を受け、熱風の出口温度はわずか30～40℃にとどまり、空気を予熱したり熱量を回収したりする機能を全く果たせていないことが判明しました。また、加熱炉のバーナーの燃焼効率が低く、燃料の無駄遣いが生じています。稼働開始が早かったため、炉の内壁には高温度用の耐火レンガが使用されており、断熱効果が低いため、炉の外壁の温度が高くなっている。 2　改善策　上記の分析に基づき、私たちは適切な改善策を講じました。 2.1　新たに1基の炉と2基のタワーを設置し、処理能力を150万トン/年に拡大する　当社のコークス製造プラントの当初の設計処理能力は80万トン/年でしたが、1997年に増産改修が行われ110万トン/年となり、1999年にさらに改良改修が施され、プラントの各部門の処理能力は大幅に向上しましたが、その連携度はそれほど高くありませんでした。2001年には、コークス塔、加熱炉、分留塔の一部を改修し、新たに1基の炉と2基の塔および関連設備を導入することで、装置の残油処理能力をさらに向上させました。 2.2 CFBとコークス化熱を組み合わせたプロジェクトの実施　大量の低温度熱源を回収するため、工場全体で「冷源」を探し、最終的に二次脱塩水を中間媒体として採用することにした。まず、コークス化分留塔の頂部から得られるガスや軽油、ワックスオイルなどに含まれる低温度の余熱を用いて脱塩水を加熱し、その後その脱塩水を発電所に戻してボイラーを加熱する。同時にその脱塩水は冷却され、再びコークス化工程に戻って熱を吸収する。このように循環させる。具体的な流れは図1の通りです。　　2.3　加熱炉および付属機器の省エネ改修　　　1号炉および2号炉の空気予熱器が腐食により故障している問題に対処するため、2001年の改修時に2基の空気予熱器を交換しました。その型番はSOO－052Rです。また、1号加熱炉ではすべてYQ-200型の高効率省エネバーナーを採用し、燃焼効率を向上させました。加熱炉の炉管表面に温度測定用の熱電対を8つ追加し、温度測定点の配置をより合理的にした。 　　新設される3号加熱炉の設計においては、放射管に多点給水方式を採用したり、放射室の炉内壁に高純度アルミニウム繊維可塑性材料を使用したり、対流室に軽量断熱鋳造材を用いたりするなど、現在で最も先進的な技術が可能な限り活用されている。また、火壁の高さを増やし、放射面積を拡大することで、加熱炉の高い熱効率が確保されている。 2.4 その他のエネルギー消費の削減　装置の特性を活かし、複数の技術的対策を実施することで、省エネ・消費削減に効果が得られました：　①コークスタワーの大量蒸気吹き込みに代わって、排水スラッジを利用する。コークス塔でコークスを冷却する際、小規模な蒸気吹き込みが終了してから1時間後に、排水スラッジをコークス塔に投入して大規模な蒸気吹き込みに代用することで、1時間あたり8tの蒸気を節約できる。 　　②雨水ポンプ室の雨水を冷焦水の補給水として利用することで、新鮮な水を節約した。 　　③脱硫システムの0.5 MPaの凝縮水を脱酸器に回収することで、熱を回収しつつ軟化水の量も削減できる。 　　上記の措置はすべて2001年4月から6月の間に実施されました。 3　装置の校正計算　2002年3月に、当社は装置のCFBシステムを校正しました。校正に使用した原料はイキョウおよびシセイ残油です。CFBの除塩水から得られる熱量の計算結果は表4の通りです。　　　計算結果からわかるように、CFBとコークス化プロセスを組み合わせた改修プロジェクトを実施した後、CFBボイラーで処理される207トンの除塩水は、コークス化装置を通過することで温度が37℃から約74℃まで上昇し、得られる熱量は32.4GJ/時に達します。この効果だけでも、装置のエネルギー消費量を1トンあたり約4キログラム相当の石油分削減できます。 4　結論　技術改良を実施した後、コークス製造装置のエネルギー消費量は、2000年の28.9 kg標準石油／tから、2001年には22.5 kg標準石油／tまで低下した。2002年には処理量が140.22万tに増加し、エネルギー消費量は17.2 kg標準石油／tまで下がり、全国でトップレベルとなった。 4.1　装置の処理能力を向上させ、装置の規模効果によってエネルギー消費を削減することは、優れた方法である。 4.2　コークス製造装置のプロセス特性により、装置内には大量の低温度の熱エネルギーが残存している。コークス製造とCFBボイラーを組み合わせた熱回収システムを活用することで、この熱エネルギーを十分に回収し、装置のエネルギー回収率を向上させることができる。 4.3 装置の製造上の特徴に基づき、的を絞った対策を講じ、小規模な技術改良や改善措置によっても、装置のガス消費量や水消費量、蒸気消費量を効果的に削減することができる。