濕式空氣氧化技術(shù)處理乙烯裂解廢堿液試驗研究

周 彤，鄧德剛，秦麗姣

（中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001）

濕式空氣氧化技術(shù)處理乙烯裂解廢堿液試驗研究

周 彤，鄧德剛，秦麗姣

（中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001）

采用濕式空氣氧化工藝處理乙烯裂解廢堿液，系統(tǒng)研究了不同反應溫度和停留時間對該類廢堿液處理效果的影響。結(jié)果表明，在濕式氧化過程中 S2-的氧化相對容易，當反應溫度不低于 190 ℃時，S2-去除率為 100%，當反應溫度小于 150 ℃時，S2-的存在形式以 S2O32-為主，反應溫度達到 230 ℃時，S2-基本完全轉(zhuǎn)化成 SO42-；廢堿液中 COD 的去除率隨反應溫度的升高而增加，當反應溫度為 230 ℃時，其去除率可達 80%以上。

濕式氧化；乙烯裂解；廢堿液；硫化物

乙烯是生產(chǎn)各種重要有機化工產(chǎn)品的基礎。乙烯的生產(chǎn)技術(shù)、規(guī)模和產(chǎn)量標志著一個國家石油化學工業(yè)的發(fā)展水平。在乙烯生產(chǎn)中，主要采用加熱爐裂解法，在裂解氣中會含有一定量 CO2和 H2S 等酸性雜質(zhì)，此外還有少量的有機硫化物[1,2]。為保證乙烯生產(chǎn)的正常進行，目前普遍采用堿洗法脫除裂解氣中的 CO2、H2S 等酸性氣體。堿洗過程產(chǎn)生了大量的廢堿液，這類廢堿液中除含有剩余的 NaOH外，還含有在堿洗過程中生成的 Na2S、Na2CO3等無機鹽。另一方面，由于在堿洗過程中裂解氣中重組分的冷凝和雙烯烴類、醛類物質(zhì)的聚合，使大量的有機物進入廢堿液中[3]。此類廢堿液具有水量大，污染物濃度高的特點，因此其處理效果的好壞將直接影響乙烯化工廠污水處理的合格率。乙烯裂解廢堿液的處理方法主要有中和法、生物法和氧化法。中和法主要以濃硫酸中和或 CO2中和為代表，但中和過程會產(chǎn)生大量的硫化氫氣體而污染大氣環(huán)境。生物處理法是利用特效菌種對廢堿液進行生物前處理，處理效率較高，但需對廢堿液進行大量稀釋后方可進入生化系統(tǒng)，且稀釋和調(diào)節(jié) pH 過程中同樣會產(chǎn)生硫化氫氣體，造成大氣污染[4]。本課題組針對乙烯裂解廢堿液的水質(zhì)特點開展小試試驗研究，擬采用濕式空氣氧化技術(shù)對其進行處理，考察不同反應條件（反應溫度和停留時間）下濕式氧化工藝對乙烯裂解廢堿液中硫化物和 COD 等污染物的去除效果。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

濕式空氣氧化工藝是在一定的溫度和使溶液保持在液相的壓力條件下，以空氣或氧氣為氧化劑，將液相中溶解態(tài)或懸浮態(tài)的有機物氧化分解成無機物或小分子有機物的方法[5]。

濕式空氣氧化工藝去除含 S2-污染物的主要化學反應為：

1.2 實驗條件

本試驗研究以乙烯裂解廢堿液為處理對象，以空氣作為氧化劑，空氣的量為理論需要量的100%～120%，考察了試驗條件分別為 120 ℃（0.5 MPa）、150 ℃（1.0 MPa）、170 ℃（2.0 MPa）、190℃（3.0 MPa）、210℃（4.0 MPa）和 230 ℃（6.0 MPa）時，不同停留時間下（60、90 和 120 min），濕式氧化工藝對廢堿液中硫化物和 COD 等污染物的去除效果。

1.3 實驗流程

試驗流程見圖 1。乙烯廢堿液由原料罐經(jīng)進料泵加壓到操作壓力，在預熱器下部入口與來自空氣鋼瓶的壓縮空氣混合后，進入到預熱器內(nèi)，經(jīng)預熱后進入反應器，進一步被深度氧化。反應產(chǎn)物經(jīng)冷凝器水冷換熱，并經(jīng)減壓后進入到氣液分離器中，經(jīng)氣液分離后的廢堿液通過在線 pH 檢測后排入到收集罐中，尾氣經(jīng)壓力控制閥減壓后放空。反應系統(tǒng)中預熱器和反應器的溫度、壓力均為在線自動控制。

圖 1 濕式氧化試驗工藝流程Fig.1 Process of wet air oxidation experiment

1.4 試驗用水

試驗用水為乙烯裂解裝置排放的經(jīng)脫黃油后的廢堿液，水質(zhì)如表1所示。

表 1 廢堿液水質(zhì)Table 1 Quality of the spent caustic mg/L

1.5 水質(zhì)分析方法

COD 的測定采用重鉻酸鉀法；硫化物的測定采用碘量法；酚的測定采用蒸餾后溴化容量法；硫代硫酸根和亞硫酸根的測定采用碘量法；硫酸根的測定采用重量法。

2 結(jié)果與討論

2.1 乙烯裂解廢堿液濕式空氣氧化實驗結(jié)果與討論

不同反應溫度和停留時間下，乙烯裂解廢堿液經(jīng)濕式空氣氧化工藝處理后結(jié)果見表2。

表 2 乙烯裂解廢堿液濕式氧化反應結(jié)果Table 2 Experiment results of wet air oxidation process of spent caustic from ethylene cracking

2.1.1 試驗條件對廢堿液中 S2-去除率的影響

由表2可以看出，對于試驗用乙烯廢堿液，反應溫度為 150 ℃時，停留時間超過 120 min，出水中 S2-濃度小于 5 mg/L；當反應溫度為 190 ℃時，各停留時間下，出水 S2-濃度均小于 2 mg/L；反應溫度在 190 ℃以上，停留時間 120 min 以上，經(jīng)濕式氧化工藝處理后出水中均未檢測出硫化物，硫化物的去除率可達 100%。反應溫度和停留時間對 S2-去除率的影響見圖2。

圖 2 不同試驗條件下廢堿液中 S2-的去除率Fig.2 The removal rate of S2-in the spent caustic under different test conditions

圖 2 表示了不同試驗條件對廢堿液中 S2-去除率的影響，試驗結(jié)果表明：S2-的去除率隨著反應溫度的升高而增大，反應溫度達到 150 ℃后，反應溫度對廢堿液中 S2-去除率的影響較小；當反應溫度不低于 190 ℃時，S2-的去除率可達 100%。

2.1.2 濕式空氣氧化過程中 S2-的轉(zhuǎn)化形式

在濕式空氣氧化過程中，反應溫度和停留時間不同，S2-的氧化生成物也會不同。表 3 列出了乙烯裂解廢堿液濕式氧化過程中 S2-的存在形式及其濃度。

表 3 乙烯廢堿液濕式氧化過程中 S2-的轉(zhuǎn)化形式Table 3 The transformed form of S2-in the spent caustic during the wet air oxidation process

從表 3 中可以看出，乙烯廢堿液經(jīng)濕式氧化工藝處理后，原料中的 S2-在氧化產(chǎn)物中的存在形式主要有 S2-、、和四種，不同反應溫度和停留時間下，四種產(chǎn)物的生成量也會不同，S2-轉(zhuǎn)化產(chǎn)物見圖 3、4 和 5。

圖 3 不同試驗條件下S2-轉(zhuǎn)化為在處理后廢堿液中的保留率Fig.3 The retentio n rateofconverted fromthe S2-in the treated spent caustic under different test conditions

從圖 3 可以看出，在停留時間 60 min，反應溫度小于 150 ℃條件下，出水溶液中的保留率隨反應溫度的升高而增加，當反應溫度高于 150 ℃時，各停留時間下，溶液中保留率均隨反應溫度的增加而顯著降低；當停留時間為 90 min 和 120 min 時，在試驗所選反應溫度范圍內(nèi)，的保留率隨反應溫度的升高而顯著降低。在反應溫度為210 ℃時，停留 60 min 后，生成率降至 8%以下，氧化產(chǎn)物中幾乎不再有存在。

由圖4的結(jié)果可以看出，在試驗所選反應溫度和停留時間條件下，濕式氧化處理后溶液中的保留率均小于 8%，不同停留時間下的保留率隨溫度的變化趨勢基本一致，即溫度小于 150 ℃是，各停留時間條件下在處理后溶液中的保留率隨溫度增加和緩慢增大，在 150 ℃達到保留率峰值，后隨著溫度的增加而顯著降低，當溫度大于190 ℃時，降低趨勢變緩。當反應溫度固定時，在處理后溶液中的保留率隨停留時間增加而變化的趨勢并不明顯，說明反應溫度是氧化后廢堿液中保留率的主要影響因素。

圖 4 不同試驗條件下S2-轉(zhuǎn)化為在處理后廢堿液中的保留率Fig.4 The retention rate ofconverted from the S2-in the treated spent caustic under different test conditions

圖 5 不同試驗條件下處理后廢堿液中的生成率Fig.5 The formation rate ofunder different test conditions

2.1.3 試驗條件對廢堿液 COD 去除率的影響

試驗條件對廢堿液中 COD 去除率的影響見 6。

圖6 表明，反應溫度對廢堿液中COD去除率的影響為：（1）當反應溫度為 120～150 ℃時，隨著反應溫度的升高，溶液中的 S2-幾乎全部被氧化為和，表現(xiàn)出 COD 的去除率隨著停留時反應溫度升高而增大的趨勢較明顯；（2）當反應溫度為 150～210 ℃時，溶液中主要發(fā)生向的轉(zhuǎn)化，且此溫度范圍很難造成有機物 C-C 鍵的斷裂，綜合表現(xiàn)出COD去除率隨反應溫度的提高而增加的趨勢變緩；（3）當反應溫度大于 210 ℃時，COD去除率隨反應溫度升高而增大的趨勢較明顯。這說明對有機污染物的氧化所要求的反應溫度在 210℃以上，當反應溫度為 230 ℃時，COD 去除率在80%以上。

圖 6 不同試驗條件對烯廢堿液 COD 去除率的影響Fig.6 The removal rate of COD in the spent caustic under different test conditions

停留時間對COD去除率的影響表現(xiàn)為：COD的去除率隨著停留時間的增加而增大，但影響并不顯著。由于乙烯廢堿液中 S2-所表征的 COD 占總 COD量的 29%，在 120℃反應溫度條件下，S2-去除率隨停留時間增加顯著變化，使得該條件下COD去除率隨停留時間增加而增大的幅度較明顯，而在其他反應溫度條件下，有機物的去除率隨停留的增加而變化的趨勢較小，且 S2-氧化完全，綜合體現(xiàn)出 COD 的去除率隨著停留時間的增加而增大的趨勢較溫和。

綜上說述，乙烯裂解廢堿液濕式氧化處理過程中 S2-和 COD 的去除率主要受到反應溫度和停留時間的共同影響，且反應溫度為主要影響因素，S2-和COD 的去除率均隨反應溫度的提高而增加。

4 結(jié) 論

采用濕式空氣氧化工藝對乙烯裂解廢堿液進行了處理效果的考察，試驗發(fā)現(xiàn)：

（1）在濕式空氣氧化工藝處理乙烯廢堿液的試驗過程中，S2-和 COD 的去除率均隨反應溫度和停留時間的增大而提高。當反應溫度大于 190 ℃時，S2-的去除率為 100%；反應溫度為 230 ℃時，COD 去除率可達 80%以上。

（2）在乙烯裂解廢堿液濕式空氣氧化工藝處理過程中，S2-的氧化深度隨反應溫度的增加而增大。當反應溫度小于 150 ℃時，S2-在氧化后廢堿液中的存在形式以為主，后隨著反應溫度的提高，逐漸被氧化為；當反應溫度達到 230 ℃時，廢堿液中的 S2-基本上完全轉(zhuǎn)化離子，其在氧化后廢堿液中的生成率可達 90%以上。

［1］ 余政哲，孫德智,等．苛化法生產(chǎn)乙烯生產(chǎn)中的廢堿液[J] .石油化工，2003，32（6）：519-520.

［2］ 張武平，袁萍，李永達．乙烯堿洗塔廢液的處理與綜合利用[J] .石油化工高等學校學報，1998，11（4）：17-20.

［3］ 杜龍弟. 乙烯廢堿液綜合治理技術(shù)探討[J]. 石油化工環(huán)境保護，2001（3）：28-31.

［4］ 丁九亮.生物處理方法在渤西終端含油污水 COD 處理工藝中的應用[J].中國海上油氣(工程），2001，13（5）：1-5.

［5］ Mishra V S,Mahajani V V,et al.Wet air oxidation[J].Ind Eng Chem Res,1995,34( 1）：2-48.

Experimental Study on Treatment of Spent Caustic From Ethylene Cracking With Wet Air Oxidation Technology

ZHOU Tong，DENG De-gang，QIN Li-jiao
（Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, SINOPEC, Liaoning Fushun 113001, China）

The technology of wet air oxidation was used to treat the spent caustic from ethylene cracking process，and the effect of both temperature and retention time on the treatment of this spent caustic was studied. The experimental results indicate that the oxidation of S2-is relatively easy in the wet air oxidation process; When the reaction temperature is not lower than 190 ℃, the removal rate of S2-is 100%; When the reaction temperature is less than 150℃, S2-mainly exists in the form of S2O32-, and when the temperature is 230 ℃, almost all the S2-is oxidized into SO42-. The removal rate of COD in the spent caustic increases with the increase of the reaction temperature; When the reaction temperature is 230 ℃,the removal rate of COD is more than 80%.

Wet air oxidation; Spent caustic; Ethylene cracking; Sulfide

TQ 221

： A文獻標識碼： 1671-0460（2014）07-1153-05

中國石油化工集團公司資助項目，HB1212。

2014-04-26

周彤（1985-），男，遼寧撫順人，助理工程師，碩士，2011 年畢業(yè)于南開大學環(huán)境工程專業(yè)，現(xiàn)從事濕式氧化工藝技術(shù)的開發(fā)與應用。E-mail：zhoutong.fshy@sinopec.com，電話：024-56389511。