焦化裝置的主要設(shè)備有加熱爐、焦炭塔、分餾塔、放空塔、加熱爐進料泵、水力除焦機械等，其中加熱爐被認為是焦化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，而焦炭塔則是焦化裝置的核心設(shè)備。因為焦炭塔是焦化裝置的反應(yīng)器，加熱爐、分餾塔、放空系統(tǒng)、冷切焦水處理系統(tǒng)、水力除焦系統(tǒng)等的設(shè)計均與之有關(guān)。雖然焦炭塔是一個空筒設(shè)備，但它的設(shè)計涉及到幾乎全裝置的工藝過程，因此在焦炭塔的工藝設(shè)計不僅要考慮焦炭塔的規(guī)格尺寸設(shè)計，還應(yīng)考慮與之相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計。 焦炭塔的直徑和高度主要取決于裝置的處理量、原料性質(zhì)、操作溫度、操作壓力和循環(huán)比。裝置的處理量是決定焦炭塔大小的主要參數(shù)，焦炭塔的單塔處理量越大，要求的焦炭塔直徑越大，這主要是由焦炭塔塔內(nèi)的允許氣速決定的。原料進入焦炭塔，在塔內(nèi)適宜的壓力、溫度和停留時間的條件下發(fā)生裂解和縮合反應(yīng)，裂解反應(yīng)產(chǎn)生氣體及輕質(zhì)及中質(zhì)油品，縮合反應(yīng)生成焦炭并停留在塔內(nèi)。在焦炭層以上為主要反應(yīng)區(qū)，即泡沫層。泡沫層分輕相泡沫及重相泡沫，輕相泡沫在上部，其密度約為30～100kg/m3，重相泡沫在焦層以上，其密度約為100～700 kg/m3，泡沫層溫度一般為460～480℃。熱態(tài)的焦炭層高度一般高于冷態(tài)的焦炭高度。隨著原料的不斷進入，產(chǎn)生的焦炭量增加，焦炭層高度增加，泡沫層也隨之連續(xù)升高。 由于泡沫層為反應(yīng)區(qū)，一般不希望泡沫被油氣夾帶到焦炭塔出口的油氣管線和分餾塔，導(dǎo)致管線結(jié)焦和分餾塔內(nèi)結(jié)焦影響正常操作和產(chǎn)品質(zhì)量，因此應(yīng)考慮焦炭塔內(nèi)油氣的適宜氣速，適宜氣速應(yīng)該是泡沫夾帶的臨界氣速乘上一個   系數(shù)。據(jù)資料報導(dǎo)，在焦炭塔內(nèi)不注入消泡劑時，設(shè)計焦炭塔內(nèi)油氣氣速一般為0.11～0.17m/s。在使用消泡劑時，由于泡沫層密度變大，設(shè)計焦炭塔內(nèi)油氣速度一般為0.12～0.21m/s。根據(jù)適宜的油氣速度和焦炭塔內(nèi)的實際油氣流量來考慮焦炭塔的直徑，為減少泡沫夾帶，新設(shè)計焦炭塔建議采用低的油氣速度，國內(nèi)焦炭塔設(shè)計的油氣速度一般低于0.10～0.15m/s。 焦炭塔內(nèi)的油氣體積流量和渣油進料量、原料性質(zhì)、操作條件有密切的關(guān)系。在確定焦炭塔的直徑以前應(yīng)首先確定焦炭塔的操作條件和產(chǎn)品分布。渣油是以碳、氫、硫、氮、氧等為主要元素的大分子烴類，通常分為飽和烴、芳烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，瀝青質(zhì)含量高及殘?zhí)恐蹈叩脑蜕孤瘦^高，液體收率較低，同等處理量的焦炭塔內(nèi)的油氣體積流量小，應(yīng)采用較小直徑的焦炭塔，反之應(yīng)采用較大直徑的焦炭塔。當(dāng)原料性質(zhì)確定后，對焦炭塔規(guī)格影響較大的主要是循環(huán)比、反應(yīng)溫度和壓力。循環(huán)比減少，循環(huán)油量減少，氣體、汽油、柴油收率下降，焦炭塔內(nèi)的油氣體積流量減少，適宜采用較小直徑的焦炭塔；循環(huán)比增加，循環(huán)油量增加，氣體、汽油、柴油收率提高，焦炭塔內(nèi)的油氣體積流量增大，適宜采用較大直徑的焦炭塔。提高焦化爐出口溫度可增產(chǎn)液體產(chǎn)品收率，但調(diào)整的幅度是很窄的。一般情況下是根據(jù)原料性質(zhì)確定   佳的操作溫度，采用較高的焦化爐出口溫度時可適當(dāng)放大焦炭塔的直徑。采用低壓操作可焦化產(chǎn)品分布，在   已普遍認可，國內(nèi)焦炭塔頂操作壓力一般為0.15～0.18Mpa，   低的達到0.1～0.15Mpa。壓力降低一般是提高蠟油的收率，但是增大了焦炭塔的氣體體積流量，勢必使焦炭塔的塔徑加大，裝置的投資增加，因此應(yīng)綜合設(shè)備投資、操作費用和產(chǎn)品分布等因素確定適宜的操作壓力。 另外焦化加熱爐的注汽注水量、在線清焦用汽量、四通閥及切斷閥的汽封蒸汽量對焦炭塔的直徑確定也有較大的影響，一般加熱爐的注汽注水量按爐新鮮進料的1.0～1.5％考慮，在線清焦時應(yīng)考慮減少渣油進料，增加蒸汽量，蒸汽量可按2～8/h考慮。焦炭塔底閥門的汽封一般考慮0.3～0.6t/h的蒸汽量。 在基本確定焦炭塔的直徑后，根據(jù)原料性質(zhì)、焦炭產(chǎn)率、生焦時間、泡沫層高度來確定焦炭塔的高度。焦炭產(chǎn)率和原料性質(zhì)、操作條件有關(guān)，泡沫層高度和原料性質(zhì)、反應(yīng)溫度及壓力有關(guān)。當(dāng)在焦炭塔內(nèi)注入消泡劑后，泡沫層的高度減少。當(dāng)單塔處理能力、原料性質(zhì)和操作條件確定后，塔內(nèi)的焦層高度主要確定于生焦時間。目前國內(nèi)焦化裝置設(shè)計的生焦時間均為24小時，焦化生焦時間一般為10～24小時，采用18小時的占大多數(shù)，采用短的生焦時間，可以提高焦炭塔的利用率，或者同等規(guī)模的焦炭塔的高度減少。在確定焦炭塔高度時應(yīng)留有   的   空高，   空高一般為塔頂切線離泡沫層頂部的距離，國內(nèi)設(shè)計的焦炭塔一般   空高3～5米，焦炭塔的   空高一般為2～3米?？崭咴酱螅固克睦寐试降?，但油氣在塔內(nèi)的沉降時間延長，對減少油氣線和分餾塔內(nèi)結(jié)焦有利。焦炭塔直徑和高度相互補充，當(dāng)裝置處理量、操作條件確定后，直徑增大可以適當(dāng)降低高度，高度增加也可以適當(dāng)減少塔徑。國內(nèi)在過去建設(shè)的焦炭塔的直徑一般為5.4～6.4米，其高徑比一般為3～4 。