这篇文档由Ashish N. Sawarkar, Aniruddha B. Pandit, Shriniwas D. Samant 和 Jyeshtharaj B. Joshi*（通讯作者）共同撰写，四位作者均来自印度的孟买大学化学技术研究所。文章于2007年2月发表于《加拿大化工期刊》（The Canadian Journal of Chemical Engineering），题为《通过延迟焦化进行石油渣油升级：一篇综述》（”Petroleum residue upgrading via delayed coking: a review”）。本文是一篇关于延迟焦化技术用于石油重质渣油（或称“桶底油”）升级的综合性学术综述。

本文的核心议题是探讨延迟焦化技术在全球石油炼制行业中的地位、其工艺原理、设计考量，以及用于生产高附加值产品——针状焦（needle coke）的关键因素。文章通过系统梳理和分析大量已发表的文献，旨在为研究人员和工业界的炼油工程师提供一份关于延迟焦化技术现状与发展的“一站式”参考指南。

文章首先阐述了全球炼油业面临的严峻挑战：世界原油日益重质化，而市场对清洁轻质燃料（如汽油、柴油）的需求持续增长，同时燃料油需求下降。这导致炼油厂在加工重质原油时产生大量难以处理的重质渣油，如常压渣油（Atmospheric Residue, AR）和减压渣油（Vacuum Residue, VR）。为了充分利用石油资源、保护环境并提高经济效益，对“桶底油”进行升级转化成为必然选择。在各种渣油升级工艺中，延迟焦化工艺因其灵活性、相对较低的投资和操作成本，以及能够处理多种劣质原料（甚至包括一些需要处置的炼厂废料）的能力，长期以来一直是炼油厂的核心转化装置之一，被誉为“零渣油炼厂”的关键。全球焦化能力已达约2.1亿吨/年，其中印度的焦化能力约为900万吨/年，这突显了该技术的重要性。

文章将渣油升级技术 broadly（广泛地）分为碳 rejection（碳脱除）和氢 addition（氢添加）两大类，并列表比较了包括溶剂脱沥青、渣油流化催化裂化（RFCC）、渣油加氢处理和热转化过程（减粘裂化、延迟焦化、流化焦化、灵活焦化）在内的各种工艺在灵活性、成本、产品质量和环保等方面的优劣。数据显示，全球约63%的渣油处理能力是通过热转化过程（主要是减粘裂化和延迟焦化）实现的，这确立了延迟焦化在渣油升级领域的主导地位。作者特别指出，随着加工原料变重，延迟焦化项目在全球范围内的规划和建设数量显著增加，表明该工艺正获得 renewed（新的）关注。

文章的核心部分详细阐述了延迟焦化工艺的多个方面。在反应机理与动力学部分，作者综述了焦炭形成的复杂过程。普遍认为，渣油由饱和分、芳香分、胶质和沥青质组成，焦炭的形成是这些组分经历一系列复杂反应（如裂解、缩合、聚合）的最终结果。关键步骤涉及胶质的转化和沥青质的相分离。文中介绍了多个模型来解释这一过程，例如“胶束模型”（microemulsion model），该模型将石油体系描述为由沥青质（溶质）、胶质（分散剂）、芳香分（溶剂）和饱和分（非溶剂）组成的胶体体系；以及“悬垂-核心模型”（pendant-core model），该模型将大分子视为由芳香性“核心”和脂肪性“悬垂”链构成，加热时悬垂链断裂生成挥发物，核心则通过自由基反应缩聚形成焦炭前驱体。尽管已有大量关于焦化动力学的研究，并提出了多种基于拟组分的动力学模型（大多遵循一级反应动力学），但作者指出，关于焦炭在工业焦炭塔中 inception（起始）、growth（生长）和 saturation（饱和）过程的定量化研究，以及包含气体（C1-C4）产物的详细集总动力学模型，仍然存在研究空白，是需要进一步探索的方向。

在设计要点部分，文章系统回顾了延迟焦化装置关键设备的设计演变与优化考量。加热炉是工艺的“心脏”，其核心设计目标是在快速将原料加热至反应温度的同时，防止炉管结焦，以延长运行周期。设计趋势包括采用双面辐射炉型以降低峰值热通量、注入蒸汽以提高管内流速和缩短停留时间、设计更高的冷油流速（如1.82 m/s），以及采用在线清焦技术，使运行周期从早期的12个月延长至24个月。焦炭塔是发生裂化反应和焦炭沉积的容器，其设计需考虑足够的容积、允许的最大空塔气速（以防止雾沫夹带）、原料的起泡性以及焦炭的脱水。焦炭塔的尺寸在过去几十年里不断增大，直径从3米发展到超过8.5米，高度超过36米。操作压力呈现降低趋势（如从0.2 MPa降至0.1 MPa），以提高液体产品（C5+）收率并减少焦炭产率，但这需要更大直径的分馏塔来处理增加的气体体积。分馏塔的设计需特别注意塔底部分，因其温度高、易结焦。现代设计倾向于使用格栅或规整填料替代部分塔盘，以降低压降、提高处理能力。水力除焦系统和焦炭处理系统（如直接装车、焦池、脱水仓）的进步提高了操作的安全性和自动化水平，并加强了对环境（如焦粉控制）的考量。放空系统的设计也日益注重环境保护和烃类蒸汽的回收利用，以减少火炬排放和资源浪费。

文章的一个重点章节专门讨论了针状焦。针状焦是一种具有高度结晶取向、低热膨胀系数、低金属和硫含量的优质焦炭，因其破碎后呈 needle-like（针状）结构而得名。其主要用途是经过煅烧后制造电弧炉炼钢用的石墨电极，因此是一种高附加值特种产品。文章详细论述了生产针状焦所需的原料特性：高芳香度（芳碳率60-85%，BMCI指数>100）、低硫（最好低于1 wt.%）、低金属和沥青质含量、低康氏残碳值（CCR），且具有合适的馏程（初馏点高，轻组分少）。典型的合格原料包括催化裂化油浆（FCC slurry oil）、热裂化焦油、加氢处理后的油浆、蒸汽裂解焦油以及煤焦油沥青。文章对比了几种适合生产针状焦的原料的芳香烃含量、硫含量和CCR数据。此外，还简要描述了针状焦的物理结构特征，如其具有大的、单向的、椭圆形的相互连通的孔隙。

在结论与展望部分，文章强调了延迟焦化工艺在应对重质原油加工挑战中的持久重要性。它不仅是一种 robust（可靠的）渣油转化手段，能够最大化生产液体运输燃料，还能通过生产燃料级焦炭（用于水泥厂、CFB锅炉或气化制合成气）或高价值的针状焦来增加炼厂利润。工艺设计的持续改进，如低压操作、先进加热炉设计、高效分馏塔内件和环保型焦炭处理系统，进一步巩固了其经济和技术竞争力。对于针状焦，文章指出了其未来市场与电弧炉钢产量的增长紧密相关，前景广阔。

这篇综述的价值在于它全面、系统地将延迟焦化工艺的科学原理、工程技术、原料与产品特性，以及工业实践的最新进展整合在一个连贯的框架内。它不仅为学术界提供了关于焦化反应机理和动力学的深入见解，指明了未来基础研究的方向（如焦炭生长动力学、更完善的集总模型），也为工业界的炼油师和工程师提供了从装置设计、原料选择到产品优化的实用指南。特别是在全球能源转型和重质油资源开发利用的背景下，这篇论文深刻阐释了延迟焦化这一传统工艺如何通过不断创新，持续在现代炼油体系中扮演不可或缺的关键角色。