试论开发旋流除油技术组合工艺模板.doc

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消除延迟焦化装置冷焦水系统恶臭
--开发旋流除油技术组合工艺

  （中国石化镇海炼化企业）
  摘要：该文经过对延迟焦化装置冷焦水系统恶臭现实状况调查和分析，开发了旋流除油技术组合工艺，在中国首次实现了延迟焦化装置冷焦水系统密闭处理。实际应用情况表明，冷焦水除油效果及冷却后温度全部达成了生产要求，周围环境也得到了显著改善，达成了消除恶臭目标。
关键词：延迟焦化装置 冷焦水系统 旋流除油技术 消除恶臭

1 概况
中国焦化装置冷焦水处理系统普遍采取溢流式冷焦操作，和隔油池、污油池等老一套处理设施，部分装置冷焦水采取露天逐层沉降方法，这种工艺步骤不仅占地面积大、除油效率低，而且空气污染严重。为处理以上问题，镇海炼化企业开发了冷焦水密闭循环处理工艺技术，该技术集成了液—液混合注水降温技术、重力沉降和旋流分离组合焦粉—重油—水三相分离技术、空冷器密闭冷却技术处理冷焦水，实现了焦化冷焦水密闭处理。
该技术关键工艺过程：从焦碳塔溢流而出高温冷焦水，首先和部分低温冷焦水混合，使其水温低于100℃进入密闭沉降罐，降低夹带油气蒸汽挥发；污水在沉降罐中停留一定时间后，焦粉和油大部分得到沉降或上浮，达成初步净化分离。经初步分离后冷焦水还带有一定量比重靠近于水焦粉和悬浮油，进入旋流器深入深度净化，从旋流器出来含油水返回沉降罐继续分离，净化后水进入空冷器冷却，再进入焦碳塔循环使用。
2 旋流除焦技术组合工艺
延迟焦化装置冷焦水系统恶臭产生原因关键有：凉水塔、隔油池油水混合气挥发多，冷焦水含油浓度高，恶臭严重；冷焦水温度高，冷焦水罐顶呼吸阀、泡沫产生器和液位计口冒油水混合气体，产生恶臭；溢流水进冷焦水罐温度高，产生水击，使管子振动大并拉裂金属软管及冷焦水罐壁焊缝，冷焦水外泄，产生恶臭；凉水塔换热降温效果差，延长了正常冷焦时间，冷水塔油气挥发时间长；各冷焦水罐及冷焦水池无测量仪表和控制阀，冷焦水系统各工艺参数不易控制等。
为此，我们开发旋流除油技术组合工艺（图2），以达成消除延迟焦化装置冷焦水系统恶臭目标。

图2 旋流除油技术组合工艺示意图

（1）处理凉水塔、隔油池油水混合气挥发多，冷焦水含油浓度高，冷焦水池周围恶臭等问题。
针对冷焦水中油水混合气挥发多、冷焦水池周围恶臭等问题，我们分析认为产生这一现象关键原因为冷焦水含油量高。因为冷焦水和其它含油污水有显著不一样，在其组成中，早期为蒸气、含油污水、焦粉三相混合物，其中含油污水中油密度达成939.6g/cm3（标准状态），和水密度很靠近；焦粉中，多孔焦粉吸油减轻，部分焦粉密度小于水，混浮于油中，部分焦粉大于水，沉积在底部，部分焦粉和水比重相同，混浮于水中。冷焦水中油浮升和焦粉颗粒沉降曲线见图3。

依据水质特点，确定了“贮罐重力除油除焦——旋流油水分离”两段除油除焦技术，即“油——水”和“液——固”混合物重力沉降分离法。其原理是利用两相比重差使分散油颗粒脱离水体浮至液面，悬浮固体颗粒沉降而分离。油滴浮升速度和颗粒沉降速度符合Stokes定律。
对除油器来说，重力分离效率依靠于正确水力学设计，在给定流速情况下，停留时间越长，效果越好。所以，在给定上升气速情况下，分离效率是几何参数函数，流体停留时间必需同油颗粒上升至液面时间相对应。而对被处理水体来说，除油效率关键取决于水体中浮油含量。
依据这一原理，我们利用焦化装置原有3个700m3冷焦水贮罐（贮罐内设有自动收油设施），温度较高冷焦水进罐后，浮油大部分被去除，轻重焦粉分别被浮升和沉降去除，很好地实现油和焦粉粗分离，初步除油除焦粉后冷焦水再经冷焦水热水泵增压后进入后续冷焦水旋流除油器，冷焦水中分散油、乳化油经离心分离后，和贮水罐隔出污油密闭进入污油罐，经脱水后污油全部回收。除油后冷焦水进入空冷器降温，并贮存于冷焦水罐，供冷焦水泵使用。这么，实现了冷焦水密闭循环处理，基础处理了冷焦水含油浓度高、油水混合气挥发多、冷焦水池周围恶臭等问题。
（2）处理冷焦水温度高，冷焦水罐顶呼吸阀、泡沫产生器和液位计口冒油水混合气体，产生恶臭问题。
针对这一问题，在中国首次采取了水—水混合器注水降温技术，即利用经空冷和冷水塔充足冷却后50℃以下冷焦水经喷射泵直接喷入从焦炭塔顶来温度较高溢流冷焦水中，对溢流冷焦水进行冷却降温，使水温降至90℃以下，基础处理了溢流冷焦水温度高，冷焦水贮罐顶呼吸阀、液位计口及泡沫产生器“冒汽”，污染大气环境保护问题。
（3）处理溢流水进冷焦水罐温度高，冷焦水夹汽产生水击，管子振动大，拉裂金属软管及冷焦水罐壁焊缝问题。
为处理这一问题，我们首先对焦炭塔冷焦改溢流时塔上部温度和塔顶压力等工艺指标进行了严格要求，预防将大量夹带水汽冷焦水改入冷焦水罐；其次，对溢流水进冷焦水罐步骤进行了改造，溢流水由原来从底部进罐改为从罐中部进，处理了溢流水进冷焦水罐温度高产生水击，管子振动大，拉裂金属软管及冷焦水罐壁焊缝问题。
（4）处理凉水塔换热降温效果差，冷焦时间长，凉水塔油气挥发时间长问题。
我们在冷焦水进冷水储存池前，设置了四片空冷，降低了进凉水塔池冷焦水水温。其中两片空冷是镇海炼化检安企业制造叠片式空冷，单位面积冷却能力比翅片式空冷高出20％以后，运行2年，冷却效果保持很好，四台空冷稳定运行使得装置在开工以后一直保持停用凉水塔状态，真正实现密闭冷焦。
（5）处理各冷焦水罐及冷焦水池无测量仪表和控制阀，各工艺参数不易控制问题。
为处理这一问题，我们将各冷焦水罐进、出罐大阀改为遥控气动阀，隔油池、冷焦水池、凉水塔池及冷焦水罐加装液位仪，在冷焦水系统增加流量及压力指示，并引入焦化DCS，真正实现了对焦化冷焦水系统集中自动控制。
3 、成效分析
3.1投资和运行成本
97年焦化装置冷焦水系统改造，增加了3个冷焦水罐及配套液位、温度监控系统，投资为355万元；7月增设旋流除油设备(2台)、空冷器(2台)及和其相配套泵、阀、管线等设计。该项目共投资205万元，其中科研投入65万元，生产投入140万元。在3月对冷焦水罐作了深入完善改造，增加了两台蝶片式空冷和一组旋流器，改造技措费用130万，旋流器费用140万，总计270万元。三次累计投资为830万。
该项目实施并正常投入生产后，仅四台15KWH风机及二台30KWH泵动力消耗，和原凉水塔工艺相比，增加15KWH动力消耗。项目实施后整年动力消耗：78.84万度电，按每度电0.53元计，则整年运行成本为41.78万元。
3.2 年经济效益
本项目标效益关键表现在社会效益及环境效益。该技术在镇海炼化企业焦化装置实施后，冷焦水油浓度低于150mg/l，焦粉浓度小于50mg/l，水温小于55℃，操作可靠，占地面积小。更关键是，焦化冷焦水系统作业环境大为改善：第一，改造前，焦碳塔排放冷焦水时，隔油池入口处蒸汽弥漫，散发出强烈恶臭，臭气浓度高达；改造后，高温冷焦水在管道混合器内和低温冷焦水混合降温后进入污水贮罐，罐顶呼吸口没有蒸汽逸出。第二，改造前，高温冷焦水用泵打到凉水塔顶喷淋鼓风冷却，易挥发有机物被不停吹脱、蒸发、逸散，形成一个影响范围较大恶臭面源，改造后，从贮罐出来冷焦水直接进入密闭旋流器除油和密闭空冷器冷却，有效地预防了有机恶臭气体散发。
该技术实施后，也取得了一定经济效益：一是回收冷焦水中污油产生效益。二是降低凉水塔填料更换和风机维修费用10万元/年。
污染物削减量
项目实施后，净化后冷焦水出口含油浓度在150mg/l左右，污水中所含烃类大为削减，且污水中COD、硫化物、酚含量也大为降低。具体见下表1：
表1 冷焦水除油效果

测定次数
浓度范围
mg/L
平均浓度
mg/L
进水
12
249—6050
1306
出水
12
45—273
166
去除率%
/
/
87.3%
同时，对焦化冷焦水系统环境监测结果表明，实施冷焦水密闭处理工艺后，作业环境空气质量显著提升（见表2）。
  表2 焦化冷焦水作业环境空气监测
工况
监测点
处理量/
t·h-1
监测结果/mg·m-3(除臭气浓度外)
非甲烷烃
H2S
有机硫
臭气浓度
改造前
隔油池入口
300
780
6.95
0.6

改造后
隔油池入口
150
410
2.58
测不出
477
50～100
141.7
测不出
测不出
测不出
凉水塔旁
150
10.73
测不出
测不出
测不出
50～100
4.23
测不出
测不出
20
旋流器旁
150
1.41
测不出
测不出
测不出
150
8.37
测不出
测不出
测不出
  5 结束语
总而言之，冷焦水系统改造项目是成功，并在中国首次实现了延迟焦化装置冷焦水密闭处理，冷焦水除油效果及冷却后温度全部达成了生产要求，周围环境改善效果显著，并很好地改善了焦化装置工作强度及作业环境。
不过冷焦水系统敞口凉水塔未拔除，隔油池、冷焦水池未完全密闭，冷焦水中易挥发恶臭污染物仍有部分被蒸发、逸散，形成恶臭源，有待于深入完善改造，准备在以后大修中全部冷焦水池用水泥完全密封，原有冷焦水池和冷焦水罐恶臭气体改用接管和脱臭罐连接，排出气体经过脱臭剂床层催化剂脱臭后，在高处改有序放空，以真正实现冷焦水系统全密闭处理，根本处理延迟焦化装置冷焦水系统恶臭对周围环境污染。