乙烯裝置含焦污水分離技術分析與展望

宋海霞

（湖南石油化工職業技術學院，湖南岳陽 414000）

1 敞開式冷焦水處理工藝

冷焦水自焦炭塔排出，然后進入隔油沉淀池中沉淀焦粉，去除污油（圖1）。焦粉與污油密度相差較大，密度較大的焦粉會沉入沉淀池底部，由泵抽出送至儲焦池。密度小的污油會浮于水面，由污油處理器回收至污油罐。利用重力和浮力可以實現油、水、粉三者之間的分離。重力沉降法實現焦粉和污水的分離，處理效率很低，停留時間較長而且還需要很大面積的隔油池。這種敞開式處理過程的每個環節都與大氣連通，污染嚴重，在處理過程中會散發惡臭，產生大量有害氣體，不利于環境保護和人類健康，已被越來越多的煉化企業棄用。

圖1 敞開式冷焦水處理工藝流程圖

2 地下井焦水池處理工藝

武漢石化乙烯裂解裝置針對焦粉收集器間歇除焦困難，引起二次環境污染、清焦池污水夾帶顆粒物堵塞排放管道的問題進行工藝改進。在燒焦過程中通過控制減溫水注入量，將燒焦氣管線溫度調節至一定的溫度，可使燒焦煙氣處于飽和狀態，從而滿足達標排放的效果。在原清焦池旁邊增加地下井池，設有一級、二級焦粉池和排污井，一級和二級焦粉池之間安裝溢流隔板，溢流隔板可使焦粉及污水在一級焦粉池靜止分離后，污水溢流進入二級焦粉池，再經靜止分離后由污水溢流口進入排污井；同時，在清焦罐、集焦器底部開孔，接排焦線通入一級焦粉池，二者有一定的距離；另外，在清焦池還增加了氣抽裝置，吸入管線使用軟管，可根據實際水位對一級、二級焦粉池進行抽水控制，二級焦粉池和排污井設有排放口，根據污水情況決定排放去向，為了減少排放污水量，還可以在排放口接軟管，將二級焦粉池的污水重新抽回一級焦粉池作水封填充（圖2）。

圖2 地下井焦水分離工藝

該工藝將地面清焦池改造為地下井池，避免了煙氣過熱帶出粉塵，減少了污水排放量，解決了清焦罐焦粉收集器除焦困難的問題。但清焦池在地面下，后期清焦工作難度加大，同時地下井清焦池為敞開式工藝，仍然有有毒有害的惡臭氣體排放到空氣中，造成環境污染。后期可以對該技術進行繼續改造，使其最優化。

3 “重力除油除焦-旋流油水分離-空冷”密閉焦水分離工藝

煉油裝置的焦化裝置含焦污水處理量一般較大，在早期有不少專家學者對于含焦污水進行技術改造。最早的敞開式焦水分離工藝中，高溫焦水中易揮發的有機物、硫化氫等不斷擴散到大氣中，形成一個影響范圍較大的惡臭面源，對周邊環境造成嚴重污染，嚴重污染環境，同時還影響工作人員的身體健康。2003年，中國石化工程建設公司對上海石化 1000kt/a延遲焦化裝置的冷焦水系統進行密閉改造設計工作。改造前工藝流程見圖3。

圖3 冷焦水系統改造前工藝流程

本次改造通過采用重力沉降-旋流分離-空冷器的密閉處理流程，使冷焦水分離為油、水和焦粉，并且都可循環使用或回收。與原來敞開式處理流程相比較，密閉處理流程減少了油和焦粉對環境造成的污染，效果良好。近年來，隨著發展綠色生產，焦化裝置冷焦水密閉處理得到了較廣泛的應用[3]；但該工藝的冷焦熱水溫度較高，進入沉淀池和冷焦隔油池后油氣揮發仍然比較嚴重，環保問題沒有徹底得到解決。改造前工藝流程見圖4。

圖4 冷焦水系統改造后工藝流程

4 冷焦水密閉循環處理工藝

針對冷焦水溫度較高、油氣揮發較大、污染環境等問題，專家對此工藝繼續進行改善，冷焦水密閉處理工藝主要解決兩個問題：即在密閉條件下油、焦、水的分離和冷卻以及該過程中所排放含硫有機性氣體的處理。本工藝通過采用水-水混合器注水降溫技術減少儲罐罐頂惡臭氣體揮發，減少環境污染。具體工藝流程見圖5

圖5 冷焦水密閉處理原則流程圖

該工藝在開始處理冷焦時，用小吹氣、大吹氣和小給水的過程中產生的蒸汽與揮發烴接觸后經過多次冷卻后進入塔頂回流罐，上層油相進行回煉，下層水相進入污水系統。污水罐的污水可以根據情況選擇污水排入污水系統，或者將污水送入污水泵循環利用，減少裝置的污水量。焦水進入儲水罐管線，通過水-水混合器注水降溫技術，減少罐頂惡臭氣體揮發，處理后的冷焦水油濃度低于150mg/L，焦粉濃度小于50mg/L，作業區惡臭氣體濃度2000mg/m3降至20mg/m3。該工藝雖然實現焦水的密閉處理，但是工藝流程復雜，占地面積大，同時儲水罐底部的焦粉，經過一段時間后，需外包人工手動裝袋清焦，工人操作環境惡劣，容易造成職業病[4]。

以上三種含焦污水分離方法目前在國內外都在應用，但主要存在以下問題：①大量污水易進水雨水池造成COD超標的環保事件。②污水非密閉處理易產生惡臭，污染環境及傷害操作人員健康。③裝置停工時產生大量污水，污水處理量增大導致全廠污水處理系統崩潰而擾亂全廠生產進度造成巨大經濟損失。④日常清污清罐工作主要靠人工裝袋完成，操作人員長期處于不安全的環境，易產生職業傷害。因此研究乙烯燒焦罐含焦污水分離技術，才能實現節能減排降耗環保，構建和諧社會。

5 乙烯裝置焦水處理工藝新技術展望

乙烯裝置和焦化裝置的含焦污水在化學組成上雖有部分區別，但是都是由焦、油、水三部分組成，分離原理基本相同。所以乙烯裝置含焦污水技術改造可以借鑒焦化裝置含焦污水改造的技術，在技術引進同時并結合乙烯裝置污水組成和處理量不同的情況進行技術創新，設計一套與該裝置匹配的含焦油污水密閉分離工藝。針對以上各種焦水處理工藝存在污染環境、焦水分離工藝占地面積大、焦粉需人工裝袋、容易造成職業病等危害，提出新的乙烯焦水分離工藝的創新技術。該焦水分離工藝可以將所有分離設備撬裝在一起，當裝置需要進行清焦時，該撬裝裝置可以進行使用，當裝置正常生產，不需要清焦時，該撬裝裝置因為體積小，占地面積不大，可以將其移動到空置的地方，能夠很大程度減少裝置的占地面積。乙烯焦水密閉分離撬裝裝置流程見圖6。

圖6 乙烯焦水密閉分離撬裝裝置流程圖

含焦污水首先進入到粗過濾器，粗過濾器作用是將焦水中顆粒較大的焦粉分離出來，過濾網采用500目，將大于25μm焦粉顆粒過濾下來，實現焦粉和油水的粗分，減少后續旋液分離器的處理量及減少含焦水泵堵塞頻率。當過濾器進出口壓差大于設定值時，過濾器進行自動反沖洗，之后進入下一個過濾周期。經過粗分的含焦污水進入旋液分離器，含焦污水在旋流器內高速旋轉，旋轉產生的離心力將焦滴從水中分離開，焦粉從旋液分離器底部分離出來。焦粉從旋液分離器底部進入到焦粉收集器緩沖罐，然后輸送到壓濾機，壓濾機是將焦粉中少量水除掉，使得焦粉變為干燥的焦粉直接裝袋，提高清焦自動化程度。旋流分離器頂部的含油污水進入袋式過濾器，將含油污水中的少量焦粉過濾出來，過濾后的含油污水進入油水聚結分離器，油水聚結分離器作用是將水中少量油類物質分離開，分離出的污油外送，底部的凈化水可以循環使用。

以下是該工藝的主要的設備

（1）過濾器：裝置選用的是 ZL-I-218 C/1.4M 型自動反沖洗過濾器，該系統由整流分油罐、氮氣罐、切換閥和污油泵等設備組成。在正常的生產狀態下，焦粉等雜質在濾芯表面逐漸堆積，減少濾芯有效過濾面積，導致系統壓降升至預定值。自動反沖洗系統將會自動關閉過濾器的原料進出口閥門，按照順序依次反沖洗過濾器單元。用0.6MPa 的穩壓氮氣作為反沖洗介質，利用0.6MPa穩壓氮氣將濾芯進行爆破沖洗，清洗掉堆積在濾芯表面的雜質[5]。

（2）旋液分離器 HL-150S，Q=100t/h。在一定的壓力下，含焦油污水沿旋液分離器切線方向從旋流管入口進入旋流管內部，液體在旋流管內高速旋轉產生的離心力，密度不同，所受離心力大小不同。密度較小的水相，受到離心力較小，聚集在旋流管的中間；密度較大的焦粉，受到離心力較大，最后分散在旋流管的四周，水相和焦粉通過不同管線排除，從而實現焦水兩相的分離。液-固旋液分離器作為液體和固體的分離設備，具有分離效率較高、操作方便、維修簡單、價格經濟實惠等特點，因此廣泛應用于化工領域中[6]。

（3）壓濾機：壓濾脫水是焦水分離的一個重要的環節，壓濾機可以選擇單室進料空氣穿流壓濾機，該壓濾機工作方式是壓緊、過濾、反吹、濾餅風干、濾板松開、卸料等各道工序。也可以選擇HMZG550/2000-U 型壓濾機。該壓濾機改變傳統進料方式，用壓縮空氣作為進料的動力，可提高進料速度，節約進料時間，提高生產效益。壓縮過濾的水還可以循環利用。同時也可以將該壓濾機和其他壓濾機結合使用，提高焦水分離的效果，保證生產的各項 指標。

（4）油水分離器：油水分離器可以采用聚結式過濾原理的分離器。該分離器區別于傳統的油水分離器結構，采用三層過濾。第一層可以過濾掉油水中的雜質，同時還可以破壞油包水乳化體系。第二層主要是將破乳的乳化水進行聚結，聚結的游離水 在第三層進行分離[8]。該油水分離器油水分離效率高，分離效果好，過濾后含油量＜10mg/L，顆粒中徑＜4μm，懸浮物＜17mg/L。

在工業生產過程中積極引入綠色化工環保技術，可以保證化工生產與環境保護協調發展。社會經濟發展迅速，綠色化工環保技術的引入對環境保護、提高企業效率及經濟社會可持續發展都具有重要的戰略意義。通過查閱國內外相關文獻，新的含焦污水處理工藝，工藝流程設計合理，工藝設備選型恰當，能夠實現污油、焦和水這三種物質的富集、凈化、回收利用，實現冷焦熱污水處理的“全封閉”處理工藝。后面需要對新的污水分離工藝進行經濟成本分析，討論其工業應用的經濟合理性。如果改造后運行成本有一定增加，可通過優化工藝運行、強化設備維護及開發水循環利用來補充支出，具有良好的經濟效益。同時使處理后排放的水達到直排水標準要求，可提高區域水環境質量，具有較好的社會效益。