“三泥”智能霧化系統在延遲焦化裝置中的應用

李瑞林 馬鳳榮

(中國石油大港石化公司)

0 引 言

隨著國民經濟的快速、高效發展，國家明確把生態環境保護擺在更加突出的位置。2016年頒布的《國家危險廢物名錄》將危廢調整為46大類479種，其中明確將含油污泥作為危險廢物[1]，同時《中華人民共和國環境保護稅法》規定，2018年1月1日起，對產生的含油污泥和石油類污染土壤等危險廢物征收1 000元/t的稅費，對企業的綜合處置能力提出了更高要求。

煉化企業生產過程中會產生含油污泥，尤其是污水處理過程中產生大量的“三泥”，即隔油池底泥、浮渣以及剩余活性污泥[2]。“三泥”產生量大，由于其主要成分為雜物、污油和水，對環境的污染較為嚴重。完全燃燒放出大量的熱，進行回收利用減量化處理勢在必行。隨著新環保法的實施和企業降本增效壓力的增大，擁有延遲焦化裝置的煉化企業一般將“三泥”送入焦炭塔中，利用焦化裝置原料適應性強的特點，進行“三泥”減量化處理。將“三泥”中的有機組分，高溫熱裂解變成氣、液產物，固體物質則沉降附著在石油焦上，從而實現“三泥”無害化的密閉處理。

1 生產現狀與問題

大港石化延遲焦化裝置加工規模為每年120萬t，采用一爐兩塔、單井架水力除焦、無堵焦閥密閉放空的先進工藝，生焦周期為24 h，期間大吹汽1 h，流量約16 t/h。自2012年3月起，焦化裝置進行 “三泥”處理實驗，“三泥”在大吹汽半小時后從焦炭塔下部注入塔內，待確認“三泥”進塔后關閉蒸汽。“三泥”注入時間約1.5～2.0 h后，減小給水量，停止“三泥”回煉。具體流程見圖1。

圖1 原“三泥”回煉流程

污水場產生的“三泥”經自然沉降脫水后，剩余含水率98%左右的“三泥”約128 t，經由離心機甩干成含水率約87%的“三泥”15 t，其中約5 t稀釋，混合均勻后送入焦炭塔回煉[3]，其余“三泥”經干化后作為危廢委托有危險廢物處理資質的單位處置。經過一段時間的“三泥”回煉實驗表明，并未影響石油焦產品質量[4]。但在“三泥”回煉過程中，出現了許多問題，對裝置的長周期運行埋下了安全隱患。第一，“三泥”處理能力不足。“三泥”回煉量僅為公司實際產生量的一半左右，大量含油污泥還需要外委有資質的企業進行處置，處理成本高。第二，易堵塞管線，由于“三泥”的黏度很大，遠低于蒸汽或水的流速，回煉時易發生管線堵塞，影響裝置的平穩運行。第三，蒸汽消耗量大，回煉“三泥”時，焦炭塔溫度較低，往往反應不夠徹底，未反應完全的縮合物黏附在焦炭上，為保證除焦時鉆頭順利鉆入，必須用大量的蒸汽吹掃，造成了能源的浪費。第四，由于“三泥”進入焦炭塔后分布不均，經常出現冷焦時間延長，防水時間延長等問題，對安全生產造成一定影響。

2 工藝優化

針對“三泥”回煉對焦化裝置的影響，為使“三泥”進入焦化塔后能均勻分布，公司決定引進智能噴霧系統，同時在此基礎上改進“三泥”回煉配比，計劃將公司污水處理過程中產生的“三泥”全部送入焦炭塔中進行回煉。

智能噴霧系統主要包括兩部分：專用霧化器和 PLC 控制系統。專用霧化器能夠將“三泥”霧化成微小的液滴，經高速蒸汽攜帶，從原有的大吹汽管線進入焦炭塔內[5]。“三泥”霧化后，沿生焦孔道飛速上升，吸收焦炭熱量后迅速汽化，與原有回煉方式相比反應更加徹底，提高了“三泥”中輕油組分的回收率。霧化器機理示意見圖2。

圖2 霧化器機理示意

PLC控制系統程序自動控制“三泥”、水和蒸汽流量，并且使焦層冷卻更均勻，塔壁溫度應力影響較小。在控制系統的方案設計中，考慮到“三泥”管線存在發生堵塞的風險，將水以及動力風或蒸汽引入，停煉“三泥”后用水沖洗，并用動力風或蒸汽對“三泥”管線進行吹掃；在“三泥”進入焦炭塔的前后，設定了蒸汽的前吹和后吹過程，避免焦炭塔內因“三泥”回煉發生焦孔堵塞；為了使“三泥”在焦炭塔內能充分反應，當塔頂介質溫度低于一定溫度時，停止“三泥”回煉。

2012年延遲焦化裝置已經進行過“三泥”回煉實驗，因此只需要在蒸汽管線上增加一臺霧化器，將“三泥”引入霧化器的液相入口。泵的出口處接入蒸汽、動力風以及冷焦水用于吹掃和清洗，PLC自動控制系統根據焦炭塔的塔壁溫度、塔頂溫度、塔頂壓力等參數自動控制蒸汽及“三泥”流量。“三泥”回煉改造流程見圖3。

圖3 “三泥”回煉改造流程

3 應用效果

2016年8月，公司投用“三泥”霧化操作，通過在回煉過程中逐步調節“三泥”注入量、霧化蒸汽注入量，最終確定正常生產情況下自動控制方案，結果見表1。

表1 “三泥”霧化自動控制方案

“三泥”霧化程序靈活，可根據“三泥”量調整投用時間，為保證整個生焦工序的正常進行，通常投用2.0～2.5 h，與之對應的“三泥”回煉量和蒸汽消耗量見表2。

表2 不同方案“三泥”回煉量和蒸汽消耗量

“三泥”經霧化回煉后，逐漸將含水87%的“三泥”由5 t提高到8，10 t，用新鮮水調和成含水98%的“三泥”打入焦炭塔進行實驗，多次對焦炭塔焦層上、中、下三個部位石油焦采樣分析，石油焦的產品質量揮發分、灰分以及硫含量都與“三泥”霧化系統投用前基本持平，全部滿足石化行業標準NB/SH/T 0527—2015《石油焦(生焦)》1號的技術指標要求[6]，產品對比見圖4，實驗數據見表3。

圖4 石油焦產品對比

%(質量百分比)

隨著環保要求的提高，迫切要求延遲焦化盡最大可能回煉“三泥”。2018年8月公司對污水場“三泥”混合系統進行改造，用98%的“三泥”代替新鮮水稀釋“87%”三泥，最終調和成95%的“三泥”30～40 t，然后全部通過“三泥”霧化裝置打進焦炭塔，有效減少了公司的危廢外委量，大幅降低了“三泥”外委處理成本。污水場全部“三泥”進焦化塔后，焦炭質量依然符合石化行業標準NB/SH/T 0527—2015《石油焦(生焦)》1號的技術指標要求，具體數據見表4。

表4 “三泥”全部進焦化塔后石油焦質量 %(質量百分比)

4 結 論

“三泥”智能霧化系統在公司延遲焦化裝置的成功應用，在節約蒸汽消耗的同時，提高了危廢處理量，降低了“三泥”外委處理成本，增強了企業的綜合競爭能力。實踐證明延遲焦化協同處理“三泥”，既經濟又高效，是當前“三泥”減量化最有效的手段之一，不僅為企業帶來了效益，更有利于生態環境保護，踐行了公司“守渤海碧水、護津門藍天”的鄭重承諾。