延遲焦化含硫污水高效除油技術的工業應用

2018-08-02 06:46:28侯繼承

石油煉制與化工 2018年8期

侯繼承，盧浩，劉健

(1.中國石化洛陽分公司，河南洛陽 471012；2.華東理工大學)

1 放空系統含硫污水的產生

焦化裝置放空系統用于處理焦炭塔冷焦過程中從焦炭塔內排出的高溫油氣和蒸汽。當生產塔生焦高度達到上限時，切換到另一個塔生焦，切除的焦炭塔要經過小吹汽、大吹汽、給水、放水、除焦、預熱等環節。焦炭塔小吹汽時塔頂油氣進入分餾塔。放空系統流程如圖1所示，從大吹汽開始，塔頂產生的大量蒸汽和油氣的混合氣體進入放空塔下部，放空塔底泵提供冷回流自塔頂1層上進入，與焦炭塔來的高溫混合氣體逆向接觸，放空塔塔頂溫度控制在130～180 ℃，蠟油和柴油組分大部分冷凝成液體，蒸汽和輕的油氣混合物經過冷凝冷卻后，在沉降分離罐內分離出污油和污水，分別送出裝置，沉降分離罐分出的輕烴氣體經過壓縮后送入燃料氣系統[2]。

圖1 放空系統流程示意

2 放空系統含硫污水帶油原因分析

2.1 原料劣質化

延遲焦化裝置由于原料油性質變差，硫含量及其它雜質含量不斷升高，以致加工過程中油水乳化現象日益嚴重，污水品質不斷惡化[3]。含硫污水中硫、酚等化合物的含量較高，這些化合物都具有表面活性，能使水中油滴表面帶有負電荷，造成油滴間因相同電性產生相互排斥作用力，使油滴難以碰撞增大而達到與水沉降分離的目的[4]。裝置進料中摻煉催化裂化油漿和脫油瀝青比例達36%，大吹汽結束后回煉三泥(即隔油池底泥、排水浮渣、活性污泥)，加重了含硫污水中硫、氮、酚和其它雜質含量，水和油的乳化液十分穩定，能長時間保存而不分層，導致污水含油量較高。

2.2 放空塔結構簡單

放空塔設計規格為Φ 4 000 mm×20 255 mm、8層擋板塔盤。塔底污油經冷卻后作為塔頂冷回流，與高溫氣體逆向接觸。塔板形式簡單、層數少，氣液兩相傳質傳熱時間和空間不夠；塔底污油是從高溫油氣中洗滌下來的重油組分，餾程寬，雜質含量高。放空塔對焦炭塔來的高溫氣體主要起冷凝冷卻作用，基本沒有精餾作用，造成塔頂蒸汽夾帶大量重油組分，經過空氣冷卻器和水冷卻器進入沉降分離罐中。

2.3 沉降分離罐容積小

沉降分離罐容積93 m3，液相存儲容積45 m3。在冷焦約10 h內產生200 t污水，含硫污水最大流量為48 th。含硫污水在沉降分離罐內的沉降分離時間和空間不夠，造成含硫污水中夾帶大量污油到下游裝置。

2.4 含硫污水量波動大

含硫污水量是大吹汽蒸汽冷凝產生的。三泥回煉時，含硫污水量是三泥中水分和“以水代汽”的凝結水汽化量，開始給水時塔內焦炭溫度在300 ℃以上，初期給水50 th基本上氣化成高溫蒸汽，隨著塔內溫度降低，冷焦水汽化量減少，產生的蒸汽量逐漸降低。焦炭塔冷焦時放空塔負荷短時間內由小到大，再由大轉小不斷變化，導致放空塔負荷變化大，塔內氣液相平衡不穩定，氣相中混有大量重組分污油進入后冷卻系統。

3 現有放空塔含硫污水除油方法

為了解決放空塔含硫污水短時間流量大、含油量高的問題，焦化裝置采用隔離出1臺冷焦水罐，后又通過技術改造增加1臺水罐作為含硫污水緩沖罐。焦炭塔冷焦時沉降分離罐產生含油和焦粉的含硫污水同時送到污水緩沖罐，向污水緩沖罐內加入適量抗乳化劑，利用緩沖罐的容積和油水密度差進行分離，從緩沖罐底部連續抽出含硫污水外送。定期從緩沖罐上部撇油到裝置內重污油罐，靜置脫水后作為焦炭塔急冷油進行回煉。

放空塔含硫污水沉降撇油工藝將短時間產生的放空塔含硫污水收集，油、水和焦粉分離后，含硫污水平穩送出裝置，從一定程度上降低了污水的含油量，避免了對下游裝置的沖擊。但在實踐運行中發現，緩沖罐一方面要接收放空含硫污水，另一方面污水中含有硫、輕油、重油和焦粉等，特別是重油、焦粉與水密度接近，短時間靠密度差進行分離效果差，水中油含量(w)平均在0.1%以上，最高達到0.5%，仍達不到理想效果。

4 深度除油技術的應用

2016年中國石化洛陽分公司與某大學科研機構合作開發含硫污水深度除油成套設備技術，在焦化裝置進行了工業應用，工藝流程示意見圖2。由圖2可知，焦炭塔冷焦時產生的含硫污水送到污水緩沖罐后，抽出泵出口經過2臺新增過濾器進入除油器，污水經過二級除油后去下游污水汽提裝置。脫除的污油在除油器的油包中聚集，污油調節閥與油水界位構成串級控制，當油位達到設定值后，自動控制將污油排出到污油系統。

圖2 含硫污水除油流程示意

除油器結構示意如圖3所示，除油設備主要由進口整流分布器、粗粒化聚結模塊、纖維聚結深度分離模塊、油水分離器及相應控制和監控儀表組成，實現含油污水的快速破乳除油。

圖3 除油器結構示意1—水進口; 2—一級分布器; 3—整流分布器; 4—初級纖維聚結分離模塊; 5— 波紋折板強化沉降模塊; 6—一級油水分離包; 7—一級污油出口; 8—深度纖維聚結分離模塊; 9—粗?；劢Y模塊; 10—除油器殼體; 11—二級油水分離包; 12—二級污油出口; 13—水出口

4.1 組合纖維聚結分離模塊

纖維聚結分離模塊材料主要是由尼龍、玻璃、特氟龍和金屬的絲絨組成，通過Ω形式將親水與親油纖維組合編織，如圖4所示。利用水包油的乳化液滴在親水與親油纖維節點處受到不同方向上的拉力，實現破乳分離。該模塊可以提供很大的比表面積，極大地提高分離液相的純凈度，適用于0.1～20 μm液滴的分離過程。在實驗室中，經此過程分離后油含量最低可降到20 mgL以下。

圖4 纖維聚結分離模塊結構●—水滴； ●油滴； —親水疏油纖維； —親油疏水纖維

該技術能達到油水深度分離，具有以下優勢：①針對不同含油量進行模塊化設計，分離迅速、效率高；②壓降低、能耗小；③模塊化設計，根據設備和空間可以靈活制造和組合；④采用改性高分子材料，耐腐蝕和磨損，不存在吸附飽和或微生物污染問題，維護費用低。

4.2 油滴粗?；劢Y模塊

含油污水通過由表面親油的固體物質構成的填充床層，水中細小油滴就會粘附在填充床層表面上，逐步積累，變成大油滴而得以加速分離。粗?；劢Y模塊內構件如圖5所示，聚結床層所用材料是表面親油疏水的物質，即油、固表面接觸角應小于70°，接觸角越小，親油潤濕性能越好?？焖俜蛛x分散油并將部分懸浮的微小油滴進行聚結并長大。油滴粒徑越大，則除油效率越高。能使污水中分散的細小油滴合并為大油滴，除油效率得到較大幅度的提高。

圖5 粗?；劢Y模塊內構件照片

4.3 波紋折板強化沉降模塊

采用表面親油的波紋折流板，油滴匯集在折板波峰頂點并上升到油層，水滴匯聚在折板凹處而聚結長大快速下沉，因為折板在其波峰段是漸縮、疊層的，所以油滴、水滴順著波紋板做變速運動，這就增加了油滴的碰撞幾率，從而也可使油滴聚集變大。然后通過波峰、波谷以一定比率開的小孔，油上浮至上一層折板，如此進行，可層層上浮或者下降。較之常用的APICPI技術，分離分散、懸浮油及部分乳化油迅速且效率高。作為高效油水分離器中的核心單元，采用有機高分子材料，再經特殊的表面處理，有很好的親油疏水性或者親水疏油性，耐酸堿、耐高溫，并且有較好的機械強度和較長的使用壽命。