延遲焦化裝置冷焦水密閉處理改造工藝設(shè)計(jì)

延遲焦化裝置冷焦水密閉處理改造工藝設(shè)計(jì)延遲焦化工藝是以渣油或類似渣油的污油、原油等重質(zhì)油為原料，在加熱爐中加熱，采用高流速和高熱強(qiáng)度，使油品在加熱爐中短時(shí)間內(nèi)達(dá)到焦化反應(yīng)所需的溫度（大約500℃焦化工藝投資低、能耗少、設(shè)備和工藝流程簡單、靈活性高、加工能力大，對原料的重金屬、瀝青質(zhì)等含量要求不高，能夠把煉油廠最重的或最劣質(zhì)的渣油、瀝青及污油轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油品，其副產(chǎn)品焦化干氣和焦炭也是其它工藝裝置及冶金行業(yè)的良好原料。因此是煉油聯(lián)合裝置的主要利潤來源之一，更是今后中國、美國等國家重點(diǎn)發(fā)展的一種重油加工工藝，在今后20年中，將以每年7%以上的速度逐步增長。雖然焦作裝置在石油加工中發(fā)揮著重要的作用，但同時(shí)也存在著廢水、廢氣污染的問題，通常焦化裝置被認(rèn)為是污染嚴(yán)重的裝置，主要是重油在焦化過程中產(chǎn)生的含多環(huán)芳烴廢氣和帶焦粉的排水對環(huán)境造成污染。如果不進(jìn)行妥善處理處置，其發(fā)展必然會收到限制。我國頒布的石油煉制業(yè)清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)（HJ/T125-2003）中給出了焦化裝置的清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，對于生產(chǎn)工藝與裝備的要求是冷焦水采用密閉循環(huán)處理工藝，近年來，隨著清潔生產(chǎn)措施的落實(shí)，焦化裝置冷焦水密閉處理得到了較大廣泛的應(yīng)用。1、延遲焦化裝置冷焦水水質(zhì)分析焦化裝置冷焦水與其他煉油裝置的含油污水有明顯不同的水質(zhì)特征，它是焦粉、水、重油和惡臭物質(zhì)的多相混合物，以上海石化為例：油的密度在25℃時(shí)（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）為0.939g/cm3，經(jīng)過30min表1冷焦水沉降30分鐘后的油滴粒徑分布粒徑/μm油珠個(gè)數(shù)/（個(gè)·mL-1）油珠個(gè)數(shù)，%油珠體積，%<51.32×10630.860.445～101.52×10635.5513.6310～151.10×10625.7845.7515～203.17×1057.4236.1420～251.67×1040.394.04焦粉的濃度范圍為118～3000mg/L，分為三部分，一部分多孔焦粉吸油，密度小于水，懸浮于油中；一部分焦粉密度大于水，沉積在底部；一部分焦粉密度與水相近，混浮于水中，焦粉粒度分布見表2。硫化物、氯化物、揮發(fā)性酚等有毒物質(zhì)含量見表3。表2冷焦水沉降30分鐘后的焦粉粒徑分布顆粒直徑/μm累計(jì)體積，%顆粒直徑/μm累計(jì)體積，%顆粒直徑/μm累計(jì)體積，%顆粒直徑/μm累計(jì)體積，%<1.4015<9.62730<22.0655<39.0280<2.79410<11.9735<24.8260<42.8485<4.23115<14.4940<28.0265<47.1090<5.78820<17.0445<31.5970<52.5695<7.56125<19.5250<35.3175<83.89100表3冷焦水的污染物檢測結(jié)果mg/L（pH除外）固含量COD硫化物氰化物揮發(fā)酚pH31845822146.52、延遲焦化裝置冷焦水密閉處理改造上海石油化工股份有限公司1000kt/a延遲焦化裝置是我國建設(shè)的第一套大型現(xiàn)代的延遲焦化裝置，該裝置2000年建成投產(chǎn)，為我國后續(xù)改造或新建的焦化裝置起到了重要的示范作用，但其冷焦水處理系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)的露天逐級沉降方式處理，為敞開式結(jié)構(gòu)。2．1冷焦水系統(tǒng)原有處理流程焦炭塔—冷焦水隔油池—冷焦水沉淀池—冷焦熱水泵—涼水塔—冷焦冷水池—冷焦冷水泵—焦炭塔。冷焦溢流水+冷焦放空水自焦炭塔流至冷焦水隔油池除油去焦，這種平流隔油池與沉淀池相似，廢水從池的一端進(jìn)入，從另一端流出，池內(nèi)水平流速很小，進(jìn)水的油滴在浮力的作用下上浮，積聚在池的表面，通過設(shè)在池頂?shù)墓斡凸文鄼C(jī)刮至集油管收集浮油，粉焦顆粒下沉，停留時(shí)間一般為1.5～2h。隔油池的出水進(jìn)入冷焦水沉淀池，進(jìn)一步沉淀除焦。冷焦水隔油池及冷焦水沉淀池表面均設(shè)有集油管收集浮油，收集的浮油排至污油池，池底粉焦排至粉焦池。冷焦水沉淀池中的冷焦水通過冷焦熱水泵輸送至涼水塔，出水儲存在冷焦水冷水池中，待循環(huán)使用。在此流程中冷焦水隔油池、冷焦水沉淀池、污油池及涼水塔均為敞開式，不僅占地面積大，而且還存在如下問題：2.1.1除油效率低平流隔油池利用油—水密度差，靠重力除油，停留時(shí)間一般為1.5～2h,去除油粒直徑在60～150μm,隨著減壓渣油的劣質(zhì)化，冷焦水中油性組成日趨復(fù)雜，污水乳化嚴(yán)重，油珠粒徑分布細(xì)小，隔油池除油效果變差，池內(nèi)聚集的油層，靠手動操作轉(zhuǎn)動集油管收集油，工作效率低、除油效果差，難以實(shí)現(xiàn)高效的油水分離，影響了冷卻效果。由于冷焦熱水中大量帶油，隔油池油水混合氣揮發(fā)較多，涼水塔填料被油粘附，換熱降溫效果差，延長了冷卻時(shí)間，冷焦水水溫難以滿足工藝指標(biāo)。按設(shè)計(jì)，涼水塔出水溫度為50℃，在實(shí)際運(yùn)行過程中，水溫經(jīng)常超過70℃，平均冷焦時(shí)間需要6個(gè)小時(shí)，如焦炭塔完成焦化反應(yīng)后在注水冷卻焦碳層的過程中，塔頂?shù)母邷匾缌魉按罅康母邷卣羝麏A帶著油泡沫和焦粉排入隔油池，污水中夾帶重油，并有較高濃度的油、硫、酚、氰、重金屬、雜環(huán)和稠環(huán)芳烴等有毒有害物質(zhì)。隔油池、涼水塔上空“白煙”彌漫，大量的揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)入空氣中，隔油池入口蒸汽彌漫，散發(fā)出強(qiáng)烈的惡臭。對人群健康構(gòu)成威脅，極大的污染了環(huán)境。冷焦熱水在經(jīng)過涼水塔冷卻的過程中，高溫冷焦水中易揮發(fā)的有機(jī)物、硫化氫不斷的擴(kuò)散到大氣中，形成一個(gè)影響范圍較大的惡臭面源，對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染。其中硫化氫濃度經(jīng)常超過10mg/m3，特別是加工高硫原油和天氣較熱時(shí)，此問題就更加突出，嚴(yán)重污染了環(huán)境，影響了職工的身體健康。為了解決上述問題，上海石化決定對冷焦水系統(tǒng)進(jìn)行改造。2003年，中國石化工程建設(shè)公司接受委托對上海石化1000kt/a延遲焦化裝置的冷焦水系統(tǒng)進(jìn)行密閉改造設(shè)計(jì)工作。2.2冷焦水改造后的流程焦炭塔—冷焦水隔油池—冷焦水沉淀池（加蓋）—冷焦熱水泵—旋流除焦器（新增）—旋流除油器（新增）—空冷器（新增）—冷焦冷水池（加蓋）—冷焦冷水泵—焦炭塔。焦炭塔運(yùn)行至冷焦時(shí)，開啟冷焦冷水泵，從冷焦冷水池將冷焦水送往焦炭塔進(jìn)行冷焦，冷焦溢流水及放空水排入冷焦水水隔油池。通過集油管初步收集浮油，池底粉焦排至粉焦池。隔油池的出水進(jìn)入冷焦水沉淀池，沉淀池中的冷焦水通過冷焦熱水泵先入旋流除焦器去除細(xì)微焦粉（去除的焦粉壓力流入粉焦池進(jìn)行再利用）；再進(jìn)入旋流除油器進(jìn)行除油（污油排入污油池）；接著再送入空冷器進(jìn)行冷卻降溫，冷卻后的水進(jìn)入冷焦冷水池待用。夏季氣溫較高時(shí)，經(jīng)空冷器冷卻后的水溫依然較高時(shí)，可以將空冷器出水切換進(jìn)入冷焦沉淀池，再一次進(jìn)行循環(huán)冷卻。冬季可以開啟旋流除油器出口與冷焦冷水池之間的閘閥，讓水不經(jīng)過空冷器而直接進(jìn)冷焦熱水池，自然冷卻，可減少空冷器的運(yùn)行費(fèi)用。另外當(dāng)水質(zhì)較好（含油或焦粉較水）時(shí)，可以將冷焦熱水跨過旋流除焦器或旋流除油器直接送入空冷器進(jìn)行降溫。此流程是針對焦化冷焦水的水質(zhì)特點(diǎn)，確定采用的梯度式組合分離的方法，即先采用重力分離方法除去水中的焦粉并除去一部分吸油后密度減小的焦粉和一部分浮油；再采用旋流分離強(qiáng)化分離密度接近于水的那部分焦粉和大量的重油，最后進(jìn)入空冷器冷卻降溫，形成“重力除油除焦-旋流油水分離-空冷”的密閉除油除焦技術(shù)。2.3改造設(shè)計(jì)中采用的主要設(shè)備旋油除油器HL28-150,Q=100t/h，2臺。旋流除油器是靠兩種互不相溶液體的密度差，利用液體在旋流管內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將油滴從水中分離出來。當(dāng)含油污水在一定的壓力作用下從旋流管進(jìn)口沿切線方向進(jìn)入旋流管的內(nèi)部時(shí)，液流由直線運(yùn)動變?yōu)楦咚傩D(zhuǎn)運(yùn)動，經(jīng)分離錐后因流道截面的逐漸縮小，液流速度則逐漸增大并形成螺旋流態(tài)，在旋流管的內(nèi)部形成了一個(gè)穩(wěn)定的離心力場。油相受到的離心力小，聚結(jié)在旋流管的中心區(qū)，形成油芯，從油相出口排出；水相受到的離心力大，聚集在旋流管四壁區(qū)，從尾管排除，由此實(shí)現(xiàn)了油水兩相的分離。其主要技術(shù)性能如下：分離器進(jìn)口與水相出口壓力差：0.18～0.22MPa。水相出口與油相出口之間壓力差：0.08～0.20MPa。對于不同油滴大小的去除率見表4。表4不同油滴大小的去除率油滴粒徑/μm去除率，%d≤5105<d≤103010<d≤205020<d≤308530<d≤5095d>5098旋流除焦器HL-150S，Q=100t/h，3臺。旋流除焦器主要技術(shù)性能如下：分離器進(jìn)口與水相出口壓力差：0.06～0.1Mpa。進(jìn)口與焦粉相出口壓力差：0.04～0.06Mpa。表面蒸發(fā)空冷器ZP6X3-25-61空氣冷卻器是利用空氣來冷卻通過管內(nèi)的流體，由管束、構(gòu)架和風(fēng)機(jī)組成。管束由翅片管和管箱構(gòu)成。翅片管用碳鋼管制成，1%坡降傾余斜安裝，風(fēng)機(jī)安裝在管束下面，對管內(nèi)的流體進(jìn)行鼓風(fēng)冷卻。因此，空冷能達(dá)到密閉冷卻的效果。能夠有效消除水中的易揮發(fā)有機(jī)物進(jìn)入大氣污染空氣，其不足是冷焦水中含有微量焦粉，會產(chǎn)生管束堵塞。所以冷焦水進(jìn)入空冷器前要除去其所夾帶的重油和微量焦粉。其主要技術(shù)性能如下：設(shè)計(jì)進(jìn)水溫度1500C，設(shè)計(jì)出水溫度5503改造工藝運(yùn)行結(jié)果該裝置自2004年1月正式投入生產(chǎn)以來，運(yùn)行平穩(wěn)，操作方便，易于控制，通過一須時(shí)間的運(yùn)行考核，與原敞開式冷焦水處理系統(tǒng)相比，效果突出。3.1旋流除油除焦粉效果良好該冷焦水密閉處理工藝系統(tǒng)采用的旋流除油器可以將冷焦水的含油濃度從2000mg/L以內(nèi)降到100mg/L，旋流除焦器可以將焦粉濃度從200mg/L降低到50mg/L以下。2004年5月，在此系統(tǒng)中測定的旋流脫油效果見表5，當(dāng)旋流除油器的進(jìn)口含油濃度為85mg/L左右時(shí)，出口濃度可降低到6mg/L左右，除油效率約93%。表5冷焦水密閉處理改造后運(yùn)行的脫油效果mg/L日期10日17日24日進(jìn)口含油濃度828586出口含油濃度656注：此表中油含量的測定方法采用的是Q/RCD-302-2000，水中油含量測定重量法，煉油化工部企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。3.2系統(tǒng)冷卻效果良好該密閉處理工藝系統(tǒng)可以將冷焦水的溫度從980C降低到500表6冷焦水密閉處理改造后運(yùn)行的冷卻效果日期8日10日12日14日16日18日20日22日進(jìn)口溫度/℃8887888987889089出口溫度/℃42414243424243453.3環(huán)境保護(hù)效果良好焦化密閉處理冷卻工程實(shí)施后，冷焦水系統(tǒng)作業(yè)環(huán)境大為改善，從隔油沉淀池出來的冷焦熱水直接進(jìn)入密閉的旋流除焦器、旋流除油器和密閉的空氣冷卻器冷卻，有效的防止了有機(jī)惡臭氣體的散發(fā)，裝置空氣污染得到有效控制，原有的惡臭已經(jīng)基本消除，空氣中的硫化氫濃度（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）從改造前常常超過10mg/m3降低到小于2mg/m3。惡臭濃度30以下，達(dá)到國家規(guī)定的作業(yè)環(huán)境工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。4結(jié)論（1）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(huán)使用或回收。基本上解決了原來敞開式處理流程所帶來的環(huán)境問題，效果良好。（2）雖然在本次改造中冷焦沉淀池新增加了蓋板，但冷焦熱水溫度較高，進(jìn)入冷焦隔油池和沉淀池后油氣揮發(fā)仍然較大。由于此項(xiàng)目為改造項(xiàng)目，要盡量利用原有的冷焦隔油池和冷焦沉淀池，所以此問題并沒有徹底解決。目前在克拉瑪依煉廠等新設(shè)計(jì)的延遲焦化冷焦水處理中，采用冷焦熱水罐代替地下水池，大大減少了油氣向大氣中的擴(kuò)散，并且節(jié)省占地。建議在以后的設(shè)計(jì)中可采用冷焦熱水罐－旋流分離器－空冷器－冷焦水儲水罐－焦碳塔的流程，從而真正實(shí)現(xiàn)冷焦水處理的密閉化。僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.Nurfürdenpers?nlichenfürStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwendetwerden.Pourl'étudeetlarechercheuniquementà