碳五加氫裝置催化劑再生尾氣系統優化

王丁，張美德

（1.新疆天利石化控股集團有限公司，新疆克拉瑪依 833699；2.新疆烏蘇市市場監督管理局質量計量監督檢測所，新疆烏蘇 833300）

某石化公司7×104t/a 碳五加氫裝置，利用1.0 MPa蒸汽和空氣在350～460 ℃進行催化劑再生。按照原設計，在氮氣預熱時被加熱的氮氣，直接由燒焦罐經少量的新水洗滌，冷卻后排放至大氣，在高溫燒焦時，燒焦尾氣經大量的新水冷卻后排入燒焦消音器后直排大氣，用于冷卻的水和帶出來的高溫部分含油污水排入污水處理廠。氮氣預熱階段和再生階段排放出的再生尾氣，散發出惡臭且嚴重影響周圍的環境和員工的身體健康，排入污水處理廠的大量廢水由于溫度較高且水pH 值偏低，嚴重影響污水處理廠的正常運行。本著國家提倡的建設環境友好型生產企業的理念和對員工身體健康負責的態度，自2017 年開始逐步對催化劑尾氣處理設施進行改造，通過對尾氣處理系統的Ⅰ期改造并成功實施和Ⅱ期改造的規劃，明顯的改善了尾氣中惡臭氣體的產生和水溫偏高、偏酸等問題。節約成本的同時，又起到了凈化氣體和營造綠色環境的作用。

1 碳五加氫裝置原有的催化劑再生尾氣處理設施

1.1 工藝流程

碳五加氫裝置設置一套反應器，當加氫效果不能滿足后續產品溴指數要求時[3]，則進行催化劑再生處理，催化劑再生采用蒸汽-空氣法，原設計中再生尾氣設施有燒焦罐一臺，罐中有噴水器，下部直接進入廢水處理廠，頂部連接消音器后排放大氣；采用燒焦罐新水洗滌冷卻的方式給尾氣降溫，工藝流程圖見圖1。

圖1 原設計水蒸汽-空氣再生尾氣處理

在實際的再生控制過程中出現了一系列問題，廢水溫度過高，在燒焦罐內無法控制水溫，而在排水井中注入大量新水降溫的情況，由于燒焦罐用水量過大，導致底部來不及排放，從消音器頂部溢水的情況；由于催化劑床層結焦嚴重，燒焦時間過長，排放水過多，使得污水處理廠儲水罐滿的情況；采用原設計方案，用電加熱器加熱氮氣和蒸汽、空氣；氮氣預熱催化劑床層，然后再利用蒸汽進行汽提升溫，通入空氣進行燒焦再生。由于本裝置采用干法硫化，前期使用大量的二甲基二硫進行催化劑硫化，使得催化劑處于硫化態，而且原料中成分復雜，硫、氯、鐵、氨含量較高。在燒焦時就會產生大量的NH3、H2S、SO2、NO2、SO3等有惡臭酸性的氣體，通過水降溫后酸性氣體溶于水后產生pH＜6 和含有大量Cl-廢水。

1.2 催化劑再生主要控制參數

根據催化劑性質參數，再生時的主要控制參數見表1。

1.3 改造前再生主要公用工程用量

催化劑尾氣處理前使用的公用工程用量較大，且排水溫度和排水的酸堿度很難控制。主要公用工程一次性用量參數見表2。一般情況下，碳五加氫催化劑的使用周期大約為12 個月，達到使用周期則需要進行催化劑再生處理。但受到原料性質的影響，如果出現催化劑的床層壓差大幅度上漲或產品不合格的情況，使用周期將大幅度縮減，8 個月甚至6 個月就要停工處理。

2 再生尾氣Ⅰ期改造

2.1 再生尾氣Ⅰ期改造流程

為改善催化劑再生期間使用大量的新水及產生大量的惡臭性氣體和高溫偏酸性水等問題，從2017 年對原有的催化劑再生系統進行優化升級[1]。改造后的流程圖見圖2，新增加一處氮氣預熱排火炬點，新增一臺冷卻器，二次洗滌罐內含瓷球，活性炭吸附罐，兩個燒堿注入口，兩臺氣動隔膜泵。

圖2 Ⅰ期再生尾氣改造治理工藝流程

2.2 再生尾氣Ⅰ期改造使用說明

在氮氣預熱時，將原先直接排入大氣的熱氮氣，通過新加的管線，將其導入安全閥后排入火炬系統，隔絕了在氮氣預熱過程中，大量有機化合物向大氣中排放，使得在催化劑再生期間VOCs 檢測符合標準。氮氣預熱達到250 ℃后，切入蒸汽進行汽提，停止將氮氣排入火炬系統，再生尾氣不需要再使用大量的新水冷卻降溫，同時尾氣不再進入燒焦罐原有的消音器后直接排大氣，當蒸汽汽提溫度達到350 ℃后，逐步配入空氣進行燒焦，再生的尾氣接入新增的換熱器進行第二次冷卻降溫，燒焦尾氣進冷卻后的尾氣，再次進入含有瓷球的三次冷卻噴淋脫水罐，此時在三次冷卻脫水罐的噴淋入口處，增加第二個注燒堿中和點，用于調節外排水的酸堿度，洗滌中和尾氣中所含的酸性氣體，燒焦尾氣經過兩次洗滌中和后大量的惡臭酸性氣體被脫除，從二次洗滌罐出來的再生尾氣被接入活性炭罐吸附[4]，活性罐頂部鋪設毛氈，用燒堿溶液打濕，進行第三次吸附除臭后排放至大氣。再生尾氣進入燒焦罐時，接入第一個燒堿注入點，用于中和從反應器出來的再生尾氣，30%的燒堿溶液需要用新水稀釋后再進行加注。在污水排放的末端，增加在線檢測燒焦廢水酸堿度的分析檢測儀表，根據在線檢測pH 數值調整燒堿的注入量。通過調節燒焦罐的噴淋新水量和調節二次噴淋新水量來控制外排水的溫度，使得水溫可控。

催化劑再生完成后，氮氣降溫階段，此時將臨時設施停用，因催化劑吸附大量的氧氣，冷卻用的氮氣不能再接入火炬系統。為了防止大量的氣體將活性炭罐吸附的惡臭氣體帶出，同時也防止氣體過大吹散活性炭，從反應器出來用于降溫的氮氣，重新切換至原有的消音器中進行排放。

2.3 再生尾氣Ⅰ期改造效果

再生尾氣Ⅰ期改造效果顯著，使得周圍環境的惡臭氣味明顯改善，但活性炭吸附罐上方偶爾還是會有少量的氣味。燒焦尾氣用于降溫的水用量明顯減少，排水溫度更容易控制在40 ℃以下，且排水的酸堿度更容易控制在pH 值6～9 的范圍內，對于污水處理系統的沖擊明顯減弱。再生尾氣Ⅰ期改造后公用工程用量明顯減少，再生尾氣Ⅰ期改造后新水節約5 120 t，蒸汽節約122 t，節能效果顯著，見表3。

表3 再生尾氣Ⅰ期公用工程用量

再生尾氣Ⅰ期改造，雖然在環境保護和節能降耗方面取得了顯著的成效，但依然存在一些問題需要解決。用于降溫的新水用量依然很高，這對于水資源不充裕的西北地區來說，仍然屬于水資源的浪費；再者活性炭吸附尾氣露天排放，對周圍的環境影響依然比較大，大范圍的惡臭氣體被處理，但隨著催化劑燒焦溫度的逐步提高，依然會產生惡臭氣味。Ⅰ期改造后運行不到兩年，活性炭吸附罐出口的各項排放指標已經完全超標，容易產生危險固廢問題[2]。

3 再生尾氣Ⅱ期改造設計規劃

3.1 再生尾氣Ⅱ期改造流程

針對再生尾氣Ⅰ期改造中依然存在的問題，現將催化劑再生尾氣處理設施在Ⅰ期改造的基礎之上進行再一次升級設計改造。增加一臺冷卻器，一臺燒焦罐底部水泵，將原有的活性炭頂部封閉，連接至污水裝置生物除臭單元（圖3）。

圖3 再生尾氣Ⅱ期改造設計規劃流程圖

3.2 再生尾氣Ⅱ期改造流程說明

燒焦罐底部外排的高溫廢水由新加的泵送入新加入的冷卻器，換熱器冷卻高溫廢水后，重新回到燒焦罐中，進行循環使用，從而大幅度的降低新水用量，使得用于冷卻蒸汽的水快速的降低到40 ℃以下，期間產生多余的廢水或者需要置換的廢水，通過燒焦罐的底部排水閥排放至污水處理裝置。將Ⅰ期活性炭頂部直接排放尾氣進行封閉，活性吸附罐頂部連接至污水處理廠的生物除臭單元，運用兩段生物除臭技術將活性炭吸附后的尾氣進行再次凈化，經生物凈化后的尾氣，排入35 m 的排氣筒中外排大氣。

3.3 再生尾氣Ⅱ期改造效果預期

通過兩段生物除臭技術，預期尾氣排放標準達到國家惡臭污染物排放標準和石油化工污染物排放標準，即苯＜4 mg/m3，硫化氫＜2.3 mg/h，甲苯＜15 mg/m3，揮發有機物＜60 mg/m3，苯乙烯＜50 mg/m3等，徹底解決在催化劑再生期間周圍存在惡臭的問題。增加燒焦罐底部冷卻水循環，把催化劑再生期間的新水用量控制在1 000 t 以內，一方面減少水資源的浪費，一方面進一步減少對污水裝置平穩運行的沖擊。

4 結論

碳五加氫裝置催化劑再生尾氣處理設施，從原始設計到Ⅰ期改造并實施，通過Ⅰ期的改造將原來的周圍環境的惡臭問題大幅改善。并成功的解決了大量燒焦水的偏酸水溫偏高問題，節約了原設計耗水量的60%以上，使得污水處理廠在催化劑再生期間運行平穩。尾氣Ⅰ期改造的成功，使得尾氣Ⅱ期改造的預期效果更加顯著，相信若尾氣Ⅱ期改造投用，將徹底解決環境污染和水資源浪費等問題。