含硫污水汽提裝置除油系統改造分析

楊震，劉建明

（陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，陜西靖邊 718500）

隨著國家環保政策升級，對企業排水排氣要求日益嚴苛。煉油企業如何處理好酸性水，尤其是污水含油問題是當前亟需解決的課題。絕大多數污水含油成分復雜，含油量不確定，有些酸性水含油成分多達200多種，碳原子數也從碳三擴展到碳十二且長鏈烴、芳香烴及環烷烴并存。這種情況的出現使得污水除油難度凸顯。石油加工過程產生大量的酸性廢水[1-6]，雖然煉油企業均設污水處理裝置，但污水水質復雜和流程設置不合理等原因導致處理效果并不理想[7]。

酸性水汽提工藝日臻成熟[8]，單塔加壓側線汽提工藝和雙塔工藝的適用范圍也逐漸明晰，即以酸性水中的氨含量及工藝所要求的能耗等指標為依據進行劃分。但對于酸性水中所含油的解決辦法還不甚成熟。酸性水中含油造成凈化水中油含量超標，達不到排放標準；回收氨水中油含量偏高，影響后續氨水的回收再利用，甚至無法再利用。

某公司含硫污水汽提裝置原料為深度催化裂化裝置污水，含油量為5 000 mg/L。原裝置沒有設置除油系統，凈化水中含油量均值在3 800 mg/kg，給后續處理造成很大壓力。這種壓力主要來自凈化水中油量高，致使菌群壽命明顯縮短，生化處理的運行周期相應壓減，操作費用增加。原料中含油組成分布為C3～C12，其中C6～C11占據90%以上，該文在此裝置基礎上對原酸性水汽提裝置進行改造，通過新增除油塔、加藥罐及油水分離罐等措施，大大降低凈化水含油量，為含油污水處理方案提供依據。

1 工藝流程簡述

1.1 原工藝流程

原含硫污水汽提裝置流程如圖1黑色線條部分所示。原流程采用單塔側線汽提和三級冷凝流程，含油酸性水經含硫污水泵送至含硫污水汽提單元，污水分為兩股，一股作為冷進料進入污水汽提塔頂部作為冷回流純化塔頂，另一股分別與富氨氣、凈化水換熱后作為熱進料進入污水汽提塔，對于熱進料的設置是為了降低汽提塔塔釜蒸汽用量，達到節能效果。含硫污水在汽提塔中用直接汽提蒸汽做熱源，物理脫除污水中的硫化氫和氨，在塔底得到硫化氫不大于20 mg/kg、氨不大于80 mg/kg的凈化水，經凈化水泵抽出，與原料水換熱后通過空氣冷卻器，水冷卻后送至污水處理廠。從污水汽提塔頂出來的酸性氣在汽提塔頂分液罐分液后送往硫磺回收裝置。從污水汽提塔高濃度氨區域抽出富氨氣與原料水換熱后進入富氨氣一級分液罐，分液后經富氨氣二級冷凝器冷卻后進入富氨氣二級分液罐再次分液，最終經富氨氣三級冷卻器冷卻，由富氨氣三級分液罐分液后得到氨氣。氨氣經脫硫罐脫硫，與脫鹽水在氨水混合器中混合，經氨水冷卻器冷卻后得到10%濃度氨水。

實際運行中受前系統深度催化裂化影響，在裂解爐催化劑中后期或者裂解原油品質下降的情況下，出裂解爐的裂解氣中不但含有氨和硫化氫還有部分油，該部分氣相經分餾塔切割后，分別得到裂解氣、粗石腦油、裂解輕油及油漿。裂解氣經直冷塔洗滌后得到含硫污水，該部分污水中含油。含硫污水處理裝置來水中含油且含油量維持在5 000 mg/L左右。原裝置沒有脫油設備，若不對該部分油進行脫除，凈化水中油含量偏高，平均值在3 800 mg/kg，同時影響進硫磺裝置酸性氣的品質及所制取氨水的純度。

1.2 原工藝流程存在的主要問題

生產過程中，含油酸性水處理一直是困擾裝置運行的因素。經分析原料中含油量接近5 000 mg/L且成分復雜。具體而言，136種有機物包括了直鏈、支鏈飽和烴和不飽和烴，芳香烴、環烷烴、同分異構體、順反位物質等。對原料中污水含油量進行多次分析，以碳原子表征：C723.96%、C826.50%、C99.11%、C1019.89%、C1110.31%、C127.44%。可得出原料中所含油、具有碳分布及碳分布中組分構成廣泛的特點。其主要組成及分布如圖2所示。由圖2可知，碳原子集中分布在C3～C12之間，其中C7、C8、C10、C11占據絕大部分。該部分有機物在水中形成了一定的“水包油”或者“油包水”形態，簡單分層難以脫除。

在原酸性水汽提裝置中，含硫污水來自直冷塔，經過單塔側線汽提及三級分凝系統，從含硫污水中分離出氨和硫化氫。但由于酸性水中的油含量不確定、組分繁多、甚至有些組分出現“水包油”或“油包水”的乳化現象，僅通過汽提及分凝不能很好解決酸性水中油的問題。污水中的油未及時除去會嚴重影響進入硫磺裝置酸性氣的品質；對于側線抽氨中的氨，油也會對氨水品質造成影響，該部分氨水若用于煙道氣脫硫脫硝則使得硫銨無法結晶，若進行氨的資源型回收則無法完成純氨的提煉；某些分子大一些的油也可能通過凈化水排出進入污水處理廠，給后續的生化處理帶來不便。由此可見，解決含硫污水中的油是保證裝置安全穩定高效運行的關鍵。

2 改造思路

充分分析含硫污水原料中油的組成，結合原裝置流程，提出改造思路：在盡可能保持原有含硫污水汽提裝置不動的前提下，通過分析手段及現有技術，在進入單塔側線汽提及三級分凝裝置前將油脫除到100 mg/L以下。脫除該部分油以實現硫化氫、氨水中的硫和氨的資源型回收。

具體改造為：增設除油塔、加藥罐、油水分離罐、污水給料泵和循環泵。含油酸性水泵入除油塔，在油水分離填料及高效塔板的作用下實現油水分離。對于一些“水包油”或“油包水”的部分則通過加藥罐加入油水分離劑（亦稱為破乳劑）進行進一步的破乳分離，之后進入油水分離罐實現油水的徹底分開；部分未分開的油水通過循環泵再次進入除油塔進行處理；脫油后的酸性水經過污水給料泵直接進入酸性水單元進行脫氨脫酸處理。

上述改造思路為含硫污水中的油提供一個出口，將裝置中累積的油通過除油裝置徹底去除。為防止一次除油不徹底，流程還設置了循環段，這樣的流程設置既為裝置的平穩運行帶來彈性，又使除油效果得到保證，可實現油的脫除、酸性水中氨和硫化氫的高品質回收利用。汽提出的氨氣通過脫鹽水吸收，制成10%的氨水，直接作為煙氣脫硫的還原劑使用；處理后的污水氨氮含量能夠很好地滿足后續生化處理的要求。

3 改造后流程

改造后的含硫污水處理流程如圖1所示，其中紅色部分為新增設備。即在原有含硫污水流程基礎上增加了除油塔、油水分離罐、加藥罐、污水給料泵和循環泵，去除污水中的油。根據污水中油的碳原子分布及在水中的形態，單純通過靜置分層的方法不能完全除去，為此增加了除油塔。塔內采用高效聚結填料（油水分離填料）和高效塔板復合內件，使加入油水分離劑的污水充分分散和分層，盡可能高效地實現油水分離。在除油塔后增設了加藥罐，對部分乳化的水進行破乳；加藥罐后設置油水分離罐，罐內設置高效聚結填料，提高水中油滴的聚結，經過此分離罐實現油水分離。

改造后的流程分為兩個工段，即除油工段和酸性水汽提工段。含油污水自污水泵送入除油塔，在塔內實現油水分離，除油后的污水經污水給料泵送入酸性水汽提工段（該工段與原有含硫污水汽提流程相同）；經除油塔后含油污水逐漸上升進入加藥罐，在罐內隨著油水分離劑的加入，實現油水快速分離，分離后的油水在油水分離罐中進一步靜置分層，水相由循環泵除油塔進行后續工段，油相則直接進入污水處理廠進一步處理。

除油塔、加藥罐及油水分離罐的操作溫度及操作壓力較溫和，在常溫、常壓下即可。

4 除油工段核心部件技術介紹

4.1 油水分離填料及高效塔板

油水分離填料又稱聚結填料。除油塔中所采用的油水分離填料為TZ-3型，除油聚結效率高，使含油污水中油滴粒徑分布趨于理想，有利于重力分離；聚結填料還具有獨特的空間結構和理想的傳質空間，聚結過程包括了親潤聚結和碰撞聚結，使除油效率大大增加；該種聚結填料運行費用低、抗沖擊能力強、受負荷波動影響小，除油效果穩定。

高效塔板是一種微孔塔板，采用激光打孔技術對塔板進行精確加工。塔板上部自帶升液裝置，該裝置的設置使得塔板具有很好的抗堵性能，即使經長周期運行塔板上出現稍許堵塞現象也可以升液通過裝置，大大延長除油塔操作周期。微孔設計使油水分離更加均布，油水相分布的均勻性對油水分離效果至關重要，通過精準的水力學計算設計水油分布區域，充分保證了除油塔的除油效率和除油穩定性。除油塔將油水分離填料與高效塔板組合使用是充分考慮了含油污水中的碳分布特點。含油酸性水中部分氣體可能聚集在油水分離填料上部，相應減少了除油塔容積，并可能造成氣阻。高效塔板的配置使得該部分氣相穩定疏散，徹底解決了氣阻現象，使得除油塔排油通暢、除油效率高效穩定。

4.2 油水分離罐

采用YC-T型油水分離罐，利用油水密度差，依據流體動力學原理，并使用旋液離心分離法對含油污水進行處理，其分離效率較單純沉降高幾十倍。該罐還利用了液體射流技術，利用液體傳質增加細小油滴的上浮速度，該技術的使用不受進水含油量濃度的變化，使得出水品質穩定。該罐采用特殊工藝制成，具有縮短油滴上浮距離和加速油水聚合分離的功能，確保后續分離效果的穩定。該罐前端設置了聚合濾芯，可對細小油滴（大于20微米）進行聚合分離，且不受污水中懸浮物質阻塞的影響，有效降低濾芯壓降。分離罐還配置了一套利用油水不同電導率和密度差的油位自動檢測排油裝置，實現了自動排油，操作的穩定性明顯增加。

為保證液流在設備內能夠均勻分布水，使得水能夠實現層流不形成死區，罐內還配備了一套完整的液體層流布水系統，可保證廢水在設備內始終處于層流流動狀態。罐內部還裝備了超壓自動保護、溫度、液位自動顯示系統，保證設備長周期、無人、可靠穩定操作。

油水分離罐配備PLC自動控制系統并配置了標準開放數據通訊接口。所有的控制單元、通訊單元、供電單元及過程I/O卡件等均組合裝配在一個現場自動操作顯示防爆控制柜內，并且實行冗余配置。

油水分離罐具有操作簡單、沒有復雜運動部件、設備體積小、占地面積小、運行費用低、無臭氣外溢、無二次污染的特點，其處理含油污水效率高、效果好，可徹底去除石油化工廠生產排放含油污水中的浮油和分散油。

5 改造效果

經技術對比及分析，對含硫污水汽提裝置除油系統進行了改造，改造前后主要流股數據見表1。

表1 改造前后主要數據對比

由表1可看出，處理后的凈化水中油含量由3 800 mg/kg降為90 mg/kg，凈化水中氨及硫化氫含量均低于設計值，由此可見改造后凈化水品質有了明顯改善，為后續生化處理減輕了壓力；配制的氨水中油含量也降到10 mg/kg，該部分氨水可以很好地用于煙道氣脫硫；污水汽提塔頂硫化氫純度進一步提高，含油量降至15 mg/kg。改造達到了預期目標。

改造后新增除油系統操作簡單，運行穩定。一旦前系統轉好，含硫污水中不含油后亦可將其切除獨立運行原含硫污水汽提裝置。除油系統的改造為系統中的油找到了一個出口，進一步提高了污水汽提系統的操作穩定性。

6 結論

通過對原有含硫污水汽提裝置的分析，對原裝置進行了除油系統改造，新增了除油塔、加藥罐及油水分離罐，改造流程為含油污水提供了油出口，提高了原有裝置調節的靈活性，降低了原裝置內油的累積，有效延長了裝置的操作周期；改造后裝置凈化水中含油量從3 800 mg/kg降到90 mg/kg，滿足了后續生化處理要求。

改造后流程中硫化氫及氨水純度有了很大提高，硫化氫中含油量降至15 mg/kg，氨水中油含量降至10 mg/kg，兩種產品均可實現資源型回收。按照廢水處理量75 t/h，氨含量0.578 3%，一年工作時長300×24h，純氨售價3 000元/噸計算，可得收益為75×0.578 3%×24×300×3 000/10 000＝936.846萬元。所以可取得經濟效益為936萬元/年，較為可觀。