1、延迟焦化装置冷焦水密闭处理改造工艺设计2延迟焦化装置冷焦水密闭处理改造工艺设计延迟焦化工艺是以渣油或类似渣油的污油、原油等重质油为原料，在加热炉中加热，采用高流速和高热强度，使油品在加热炉中短时间内达到焦化反应所需的温度（大约500 ）,并迅速离开加热炉进入焦炭塔，在焦炭塔内适宜的温度、压力条件下发生裂解及缩合等一系列反应，生成汽油、柴油、蜡油、循环油组分和焦炭的工艺过程。 焦化工艺投资低、能耗少、设备和工艺流程简单、灵活性高、加工能力大，对原料的重金属、沥青质等含量要求不高，能够把炼油厂最重的或最劣质的渣油、沥青及污油转化为轻质油品，其副产品焦化干气和焦炭也是其它工艺装置及冶金行业的良好原料
2、。因此是炼油联合装置的主要利润来源之一，更是今后中国、美国等国家重点发展的一种重油加工工艺，在今后20年中，将以每年7%以上的速度逐步增长。虽然焦作装置在石油加工中发挥着重要的作用，但同时也存在着废水、废气污染的问题，通常焦化装置被认为是污染严重的装置，主要是重油在焦化过程中产生的含多环芳烃废气和带焦粉的排水对环境造成污染。如果不进行妥善处理处置，其发展必然会收到限制。我国颁布的石油炼制业清洁生产标准（HJ/T125-2003）中给出了焦化装置的清洁生产标准，对于生产工艺与装备的要求是冷焦水采用密闭循环处理工艺，近年来，随着清洁生产措施的落实，焦化装置冷焦水密闭处理得到了较大广泛的应用。1、延
3、迟焦化装置冷焦水水质分析焦化装置冷焦水与其他炼油装置的含油污水有明显不同的水质特征，它是焦粉、水、重油和恶臭物质的多相混合物，以上海石化为例：油的密度在25时（标准状态）为0.939g/cm3，经过30min重力沉降后,其中油滴粒径分布见表1。表1 冷焦水沉降30分钟后的油滴粒径分布粒径/m油珠个数/（个mL-1）油珠个数，%油珠体积，%51.3210630.860.445101.5210635.5513.6310151.1010625.7845.7515203.171057.4236.1420251.671040.394.04 焦粉的浓度范围为1183000mg/L，分为三部分，一部分多孔焦
4、粉吸油，密度小于水，悬浮于油中；一部分焦粉密度大于水，沉积在底部；一部分焦粉密度与水相近，混浮于水中，焦粉粒度分布见表2。硫化物、氯化物、挥发性酚等有毒物质含量见表3。表2 冷焦水沉降30分钟后的焦粉粒径分布颗粒直径/m累计体积，%颗粒直径/m累计体积，%颗粒直径/m累计体积，%颗粒直径/m累计体积，%1.40159.6273022.065539.02802.7941011.973524.826042.84854.2311514.494028.026547.10905.7882017.044531.597052.56957.5612519.525035.317583.89100表3 冷焦水的污
5、染物检测结果 mg/L（pH除外）固含量COD硫化物氰化物挥发酚pH31845822146.52、延迟焦化装置冷焦水密闭处理改造 上海石油化工股份有限公司1000kt/a延迟焦化装置是我国建设的第一套大型现代的延迟焦化装置，该装置2000年建成投产，为我国后续改造或新建的焦化装置起到了重要的示范作用，但其冷焦水处理系统仍采用传统的露天逐级沉降方式处理，为敞开式结构。21 冷焦水系统原有处理流程 焦炭塔冷焦水隔油池冷焦水沉淀池冷焦热水泵凉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，这种平流隔油池与沉淀池相似，废水从池的一端进入，从另一端流出，池内水平
6、流速很小，进水的油滴在浮力的作用下上浮，积聚在池的表面，通过设在池顶的刮油刮泥机刮至集油管收集浮油，粉焦颗粒下沉，停留时间一般为1.52h。隔油池的出水进入冷焦水沉淀池，进一步沉淀除焦。冷焦水隔油池及冷焦水沉淀池表面均设有集油管收集浮油，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过冷焦热水泵输送至凉水塔，出水储存在冷焦水冷水池中，待循环使用。在此流程中冷焦水隔油池、冷焦水沉淀池、污油池及凉水塔均为敞开式，不仅占地面积大，而且还存在如下问题：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，停留时间一般为1.52h,去除油粒直径在60150m,随着减压渣油的劣
7、质化，冷焦水中油性组成日趋复杂，污水乳化严重，油珠粒径分布细小，隔油池除油效果变差，池内聚集的油层，靠手动操作转动集油管收集油，工作效率低、除油效果差，难以实现高效的油水分离，影响了冷却效果。 由于冷焦热水中大量带油，隔油池油水混合气挥发较多，凉水塔填料被油粘附，换热降温效果差，延长了冷却时间，冷焦水水温难以满足工艺指标。按设计，凉水塔出水温度为50，在实际运行过程中，水温经常超过70，平均冷焦时间需要6个小时，如此恶性循环，制约了装置处理量的提高，影响了正常的生产。 焦炭塔完成焦化反应后在注水冷却焦碳层的过程中，塔顶的高温溢流水及大量的高温蒸汽夹带着油泡沫和焦粉排入隔油池，污水中夹带重油，并
8、有较高浓度的油、硫、酚、氰、重金属、杂环和稠环芳烃等有毒有害物质。隔油池、凉水塔上空“白烟”弥漫，大量的挥发性有机物进入空气中，隔油池入口蒸汽弥漫，散发出强烈的恶臭。对人群健康构成威胁，极大的污染了环境。 冷焦热水在经过凉水塔冷却的过程中，高温冷焦水中易挥发的有机物、硫化氢不断的扩散到大气中，形成一个影响范围较大的恶臭面源，对周边环境造成严重污染。其中硫化氢浓度经常超过10mg/m3，特别是加工高硫原油和天气较热时，此问题就更加突出，严重污染了环境，影响了职工的身体健康。 为了解决上述问题，上海石化决定对冷焦水系统进行改造。2003年，中国石化工程建设公司接受委托对上海石化1000kt/a延迟
9、焦化装置的冷焦水系统进行密闭改造设计工作。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（加盖）冷焦热水泵旋流除焦器（新增）旋流除油器（新增）空冷器（新增）冷焦冷水池（加盖）冷焦冷水泵焦炭塔。焦炭塔运行至冷焦时，开启冷焦冷水泵，从冷焦冷水池将冷焦水送往焦炭塔进行冷焦，冷焦溢流水及放空水排入冷焦水水隔油池。通过集油管初步收集浮油，池底粉焦排至粉焦池。隔油池的出水进入冷焦水沉淀池，沉淀池中的冷焦水通过冷焦热水泵先入旋流除焦器去除细微焦粉（去除的焦粉压力流入粉焦池进行再利用）；再进入旋流除油器进行除油（污油排入污油池）；接着再送入空冷器进行冷却降温，冷却后的水进入冷焦冷水池待用。夏季气温较
10、高时，经空冷器冷却后的水温依然较高时，可以将空冷器出水切换进入冷焦沉淀池，再一次进行循环冷却。冬季可以开启旋流除油器出口与冷焦冷水池之间的闸阀，让水不经过空冷器而直接进冷焦热水池，自然冷却，可减少空冷器的运行费用。另外当水质较好（含油或焦粉较水）时，可以将冷焦热水跨过旋流除焦器或旋流除油器直接送入空冷器进行降温。此流程是针对焦化冷焦水的水质特点，确定采用的梯度式组合分离的方法，即先采用重力分离方法除去水中的焦粉并除去一部分吸油后密度减小的焦粉和一部分浮油；再采用旋流分离强化分离密度接近于水的那部分焦粉和大量的重油，最后进入空冷器冷却降温，形成“重力除油除焦-旋流油水分离-空冷”的密闭除油除焦技
11、术。2.3改造设计中采用的主要设备旋油除油器HL28-150,Q=100t/h，2台。旋流除油器是靠两种互不相溶液体的密度差，利用液体在旋流管内高速旋转产生的离心力将油滴从水中分离出来。当含油污水在一定的压力作用下从旋流管进口沿切线方向进入旋流管的内部时，液流由直线运动变为高速旋转运动，经分离锥后因流道截面的逐渐缩小，液流速度则逐渐增大并形成螺旋流态，在旋流管的内部形成了一个稳定的离心力场。油相受到的离心力小，聚结在旋流管的中心区，形成油芯，从油相出口排出；水相受到的离心力大，聚集在旋流管四壁区，从尾管排除，由此实现了油水两相的分离。其主要技术性能如下：分离器进口与水相出口压力差：0.180.
12、22MPa。水相出口与油相出口之间压力差：0.080.20MPa。对于不同油滴大小的去除率见表4。表4 不同油滴大小的去除率油滴粒径/m去除率，%d5105d103010d205020d3085305098旋流除焦器HL-150S，Q=100t/h，3台。旋流除焦器主要技术性能如下：分离器进口与水相出口压力差：0.060.1Mpa。进口与焦粉相出口压力差：0.040.06Mpa。表面蒸发空冷器ZP6X3-25-618-2.5-C-B，2台。空气冷却器是利用空气来冷却通过管内的流体，由管束、构架和风机组成。管束由翅片管和管箱构成。翅片管用碳钢管制成，1%坡降倾余斜安装，风机安装在管束下面，对管内
13、的流体进行鼓风冷却。因此，空冷能达到密闭冷却的效果。能够有效消除水中的易挥发有机物进入大气污染空气，其不足是冷焦水中含有微量焦粉，会产生管束堵塞。所以冷焦水进入空冷器前要除去其所夹带的重油和微量焦粉。其主要技术性能如下：设计进水温度1500C，设计出水温度550C,换热面积544m2，单台流量为100t/h。进口压力为0.30Mpa,出口压力为0.05Mpa。3 改造工艺运行结果该装置自2004年1月正式投入生产以来，运行平稳，操作方便，易于控制，通过一须时间的运行考核，与原敞开式冷焦水处理系统相比，效果突出。3.1 旋流除油除焦粉效果良好该冷焦水密闭处理工艺系统采用的旋流除油器可以将冷焦水的
14、含油浓度从2000mg/L以内降到100mg/L，旋流除焦器可以将焦粉浓度从200mg/L降低到50mg/L以下。2004年5月，在此系统中测定的旋流脱油效果见表5，当旋流除油器的进口含油浓度为85mg/L左右时，出口浓度可降低到6mg/L左右，除油效率约93%。表5 冷焦水密闭处理改造后运行的脱油效果 mg/L日期10日17日24日进口含油浓度828586出口含油浓度656注：此表中油含量的测定方法采用的是Q/RCD-302-2000，水中油含量测定重量法，炼油化工部企业标准。 3.2系统冷却效果良好该密闭处理工艺系统可以将冷焦水的温度从980C降低到500C左右。由于系统中空冷器置于旋流除
15、油器之后，可使空冷器不易堵塞，降温效果好。表面蒸发式空冷器的出口温度优于设计指标，2004年5月。在此系统中测定的冷却效果见表6，从表中可以看出，平均进出口温差为460C左右。表6 冷焦水密闭处理改造后运行的冷却效果日期8日10日12日14日16日18日20日22日进口温度/8887888987889089出口温度/42414243424243453.3环境保护效果良好焦化密闭处理冷却工程实施后，冷焦水系统作业环境大为改善，从隔油沉淀池出来的冷焦热水直接进入密闭的旋流除焦器、旋流除油器和密闭的空气冷却器冷却，有效的防止了有机恶臭气体的散发，装置空气污染得到有效控制，原有的恶臭已经基本消除，空气
16、中的硫化氢浓度（标准状态）从改造前常常超过10mg/m3降低到小于2mg/ m3。恶臭浓度30以下，达到国家规定的作业环境工业卫生标准。4 结 论（1）本次改造通过采用重力沉降-旋流分离-空冷器的密闭处理流程，使冷焦水分离为油、水和焦粉，并且都可循环使用或回收。基本上解决了原来敞开式处理流程所带来的环境问题，效果良好。（2）虽然在本次改造中冷焦沉淀池新增加了盖板，但冷焦热水温度较高，进入冷焦隔油池和沉淀池后油气挥发仍然较大。由于此项目为改造项目，要尽量利用原有的冷焦隔油池和冷焦沉淀池，所以此问题并没有彻底解决。目前在克拉玛依炼厂等新设计的延迟焦化冷焦水处理中，采用冷焦热水罐代替地下水池，大大减
17、少了油气向大气中的扩散，并且节省占地。建议在以后的设计中可采用冷焦热水罐旋流分离器空冷器冷焦水储水罐焦碳塔的流程，从而真正实现冷焦水处理的密闭化。仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur fr den persnlichen fr Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l tude et la recherche uniquement des fins personnelles; pas des fins commerciales. , , . 以下无正文
