乙烯裝置含焦污水分離技術(shù)分析與展望

宋海霞

（湖南石油化工職業(yè)技術(shù)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(xiàn)油、水、粉三者之間的分離。重力沉降法實現(xiàn)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(huán)節(jié)都與大氣連通，污染嚴重，在處理過程中會散發(fā)惡臭，產(chǎn)生大量有害氣體，不利于環(huán)境保護和人類健康，已被越來越多的煉化企業(yè)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(huán)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(diào)節(jié)至一定的溫度，可使燒焦煙氣處于飽和狀態(tài)，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(shè)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(jīng)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(jù)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(shè)有排放口，根據(jù)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(huán)境污染。后期可以對該技術(shù)進行繼續(xù)改造，使其最優(yōu)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(shù)改造。最早的敞開式焦水分離工藝中，高溫焦水中易揮發(fā)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(huán)境造成嚴重污染，嚴重污染環(huán)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(shè)公司對上海石化 1000kt/a延遲焦化裝置的冷焦水系統(tǒng)進行密閉改造設(shè)計工作。改造前工藝流程見圖3。

圖3 冷焦水系統(tǒng)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(huán)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(huán)境造成的污染，效果良好。近年來，隨著發(fā)展綠色生產(chǎn)，焦化裝置冷焦水密閉處理得到了較廣泛的應(yīng)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(fā)仍然比較嚴重，環(huán)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(tǒng)改造后工藝流程

4 冷焦水密閉循環(huán)處理工藝

針對冷焦水溫度較高、油氣揮發(fā)較大、污染環(huán)境等問題，專家對此工藝繼續(xù)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(shù)減少儲罐罐頂惡臭氣體揮發(fā)，減少環(huán)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(chǎn)生的蒸汽與揮發(fā)烴接觸后經(jīng)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(tǒng)。污水罐的污水可以根據(jù)情況選擇污水排入污水系統(tǒng)，或者將污水送入污水泵循環(huán)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(shù)，減少罐頂惡臭氣體揮發(fā)，處理后的冷焦水油濃度低于150mg/L，焦粉濃度小于50mg/L，作業(yè)區(qū)惡臭氣體濃度2000mg/m3降至20mg/m3。該工藝雖然實現(xiàn)焦水的密閉處理，但是工藝流程復(fù)雜，占地面積大，同時儲水罐底部的焦粉，經(jīng)過一段時間后，需外包人工手動裝袋清焦，工人操作環(huán)境惡劣，容易造成職業(yè)病[4]。

以上三種含焦污水分離方法目前在國內(nèi)外都在應(yīng)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(huán)保事件。②污水非密閉處理易產(chǎn)生惡臭，污染環(huán)境及傷害操作人員健康。③裝置停工時產(chǎn)生大量污水，污水處理量增大導致全廠污水處理系統(tǒng)崩潰而擾亂全廠生產(chǎn)進度造成巨大經(jīng)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(huán)境，易產(chǎn)生職業(yè)傷害。因此研究乙烯燒焦罐含焦污水分離技術(shù)，才能實現(xiàn)節(jié)能減排降耗環(huán)保，構(gòu)建和諧社會。

5 乙烯裝置焦水處理工藝新技術(shù)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(qū)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(shù)改造可以借鑒焦化裝置含焦污水改造的技術(shù)，在技術(shù)引進同時并結(jié)合乙烯裝置污水組成和處理量不同的情況進行技術(shù)創(chuàng)新，設(shè)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(huán)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(yè)病等危害，提出新的乙烯焦水分離工藝的創(chuàng)新技術(shù)。該焦水分離工藝可以將所有分離設(shè)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(chǎn)，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(wǎng)采用500目，將大于25μm焦粉顆粒過濾下來，實現(xiàn)焦粉和油水的粗分，減少后續(xù)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(shè)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(jīng)過粗分的含焦污水進入旋液分離器，含焦污水在旋流器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)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?yōu)楦稍锏慕狗壑苯友b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(jié)分離器，油水聚結(jié)分離器作用是將水中少量油類物質(zhì)分離開，分離出的污油外送，底部的凈化水可以循環(huán)使用。

以下是該工藝的主要的設(shè)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(tǒng)由整流分油罐、氮氣罐、切換閥和污油泵等設(shè)備組成。在正常的生產(chǎn)狀態(tài)下，焦粉等雜質(zhì)在濾芯表面逐漸堆積，減少濾芯有效過濾面積，導致系統(tǒng)壓降升至預(yù)定值。自動反沖洗系統(tǒng)將會自動關(guān)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(wěn)壓氮氣作為反沖洗介質(zhì)，利用0.6MPa穩(wěn)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(zhì)[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(nèi)部，液體在旋流管內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)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(xiàn)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(shè)備，具有分離效率較高、操作方便、維修簡單、價格經(jīng)濟實惠等特點，因此廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域中[6]。

（3）壓濾機：壓濾脫水是焦水分離的一個重要的環(huán)節(jié)，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(tǒng)進料方式，用壓縮空氣作為進料的動力，可提高進料速度，節(jié)約進料時間，提高生產(chǎn)效益。壓縮過濾的水還可以循環(huán)利用。同時也可以將該壓濾機和其他壓濾機結(jié)合使用，提高焦水分離的效果，保證生產(chǎn)的各項 指標。

（4）油水分離器：油水分離器可以采用聚結(jié)式過濾原理的分離器。該分離器區(qū)別于傳統(tǒng)的油水分離器結(jié)構(gòu)，采用三層過濾。第一層可以過濾掉油水中的雜質(zhì)，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(jié)，聚結(jié)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(yè)生產(chǎn)過程中積極引入綠色化工環(huán)保技術(shù)，可以保證化工生產(chǎn)與環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展。社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，綠色化工環(huán)保技術(shù)的引入對環(huán)境保護、提高企業(yè)效率及經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展都具有重要的戰(zhàn)略意義。通過查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻，新的含焦污水處理工藝，工藝流程設(shè)計合理，工藝設(shè)備選型恰當，能夠?qū)崿F(xiàn)污油、焦和水這三種物質(zhì)的富集、凈化、回收利用，實現(xiàn)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(jīng)濟成本分析，討論其工業(yè)應(yīng)用的經(jīng)濟合理性。如果改造后運行成本有一定增加，可通過優(yōu)化工藝運行、強化設(shè)備維護及開發(fā)水循環(huán)利用來補充支出，具有良好的經(jīng)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(qū)域水環(huán)境質(zhì)量，具有較好的社會效益。