乙烯装置含焦污水分离技术分析与展望

宋海霞

（湖南石油化工职业技术学院，湖南岳阳 414000）

1 敞开式冷焦水处理工艺

冷焦水自焦炭塔排出，然后进入隔油沉淀池中沉淀焦粉，去除污油（图1）。焦粉与污油密度相差较大，密度较大的焦粉会沉入沉淀池底部，由泵抽出送至储焦池。密度小的污油会浮于水面，由污油处理器回收至污油罐。利用重力和浮力可以实现油、水、粉三者之间的分离。重力沉降法实现焦粉和污水的分离，处理效率很低，停留时间较长而且还需要很大面积的隔油池。这种敞开式处理过程的每个环节都与大气连通，污染严重，在处理过程中会散发恶臭，产生大量有害气体，不利于环境保护和人类健康，已被越来越多的炼化企业弃用。

图1 敞开式冷焦水处理工艺流程图

2 地下井焦水池处理工艺

武汉石化乙烯裂解装置针对焦粉收集器间歇除焦困难，引起二次环境污染、清焦池污水夹带颗粒物堵塞排放管道的问题进行工艺改进。在烧焦过程中通过控制减温水注入量，将烧焦气管线温度调节至一定的温度，可使烧焦烟气处于饱和状态，从而满足达标排放的效果。在原清焦池旁边增加地下井池，设有一级、二级焦粉池和排污井，一级和二级焦粉池之间安装溢流隔板，溢流隔板可使焦粉及污水在一级焦粉池静止分离后，污水溢流进入二级焦粉池，再经静止分离后由污水溢流口进入排污井；同时，在清焦罐、集焦器底部开孔，接排焦线通入一级焦粉池，二者有一定的距离；另外，在清焦池还增加了气抽装置，吸入管线使用软管，可根据实际水位对一级、二级焦粉池进行抽水控制，二级焦粉池和排污井设有排放口，根据污水情况决定排放去向，为了减少排放污水量，还可以在排放口接软管，将二级焦粉池的污水重新抽回一级焦粉池作水封填充（图2）。

图2 地下井焦水分离工艺

该工艺将地面清焦池改造为地下井池，避免了烟气过热带出粉尘，减少了污水排放量，解决了清焦罐焦粉收集器除焦困难的问题。但清焦池在地面下，后期清焦工作难度加大，同时地下井清焦池为敞开式工艺，仍然有有毒有害的恶臭气体排放到空气中，造成环境污染。后期可以对该技术进行继续改造，使其最优化。

3 “重力除油除焦-旋流油水分离-空冷”密闭焦水分离工艺

炼油装置的焦化装置含焦污水处理量一般较大，在早期有不少专家学者对于含焦污水进行技术改造。最早的敞开式焦水分离工艺中，高温焦水中易挥发的有机物、硫化氢等不断扩散到大气中，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，严重污染环境，同时还影响工作人员的身体健康。2003年，中国石化工程建设公司对上海石化 1000kt/a延迟焦化装置的冷焦水系统进行密闭改造设计工作。改造前工艺流程见图3。

图3 冷焦水系统改造前工艺流程

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。与原来敞开式处理流程相比较，密闭处理流程减少了油和焦粉对环境造成的污染，效果良好。近年来，随着发展绿色生产，焦化装置冷焦水密闭处理得到了较广泛的应用[3]；但该工艺的冷焦热水温度较高，进入沉淀池和冷焦隔油池后油气挥发仍然比较严重，环保问题没有彻底得到解决。改造前工艺流程见图4。

图4 冷焦水系统改造后工艺流程

4 冷焦水密闭循环处理工艺

针对冷焦水温度较高、油气挥发较大、污染环境等问题，专家对此工艺继续进行改善，冷焦水密闭处理工艺主要解决两个问题：即在密闭条件下油、焦、水的分离和冷却以及该过程中所排放含硫有机性气体的处理。本工艺通过采用水-水混合器注水降温技术减少储罐罐顶恶臭气体挥发，减少环境污染。具体工艺流程见图5

图5 冷焦水密闭处理原则流程图

该工艺在开始处理冷焦时，用小吹气、大吹气和小给水的过程中产生的蒸汽与挥发烃接触后经过多次冷却后进入塔顶回流罐，上层油相进行回炼，下层水相进入污水系统。污水罐的污水可以根据情况选择污水排入污水系统，或者将污水送入污水泵循环利用，减少装置的污水量。焦水进入储水罐管线，通过水-水混合器注水降温技术，减少罐顶恶臭气体挥发，处理后的冷焦水油浓度低于150mg/L，焦粉浓度小于50mg/L，作业区恶臭气体浓度2000mg/m3降至20mg/m3。该工艺虽然实现焦水的密闭处理，但是工艺流程复杂，占地面积大，同时储水罐底部的焦粉，经过一段时间后，需外包人工手动装袋清焦，工人操作环境恶劣，容易造成职业病[4]。

以上三种含焦污水分离方法目前在国内外都在应用，但主要存在以下问题：①大量污水易进水雨水池造成COD超标的环保事件。②污水非密闭处理易产生恶臭，污染环境及伤害操作人员健康。③装置停工时产生大量污水，污水处理量增大导致全厂污水处理系统崩溃而扰乱全厂生产进度造成巨大经济损失。④日常清污清罐工作主要靠人工装袋完成，操作人员长期处于不安全的环境，易产生职业伤害。因此研究乙烯烧焦罐含焦污水分离技术，才能实现节能减排降耗环保，构建和谐社会。

5 乙烯装置焦水处理工艺新技术展望

乙烯装置和焦化装置的含焦污水在化学组成上虽有部分区别，但是都是由焦、油、水三部分组成，分离原理基本相同。所以乙烯装置含焦污水技术改造可以借鉴焦化装置含焦污水改造的技术，在技术引进同时并结合乙烯装置污水组成和处理量不同的情况进行技术创新，设计一套与该装置匹配的含焦油污水密闭分离工艺。针对以上各种焦水处理工艺存在污染环境、焦水分离工艺占地面积大、焦粉需人工装袋、容易造成职业病等危害，提出新的乙烯焦水分离工艺的创新技术。该焦水分离工艺可以将所有分离设备撬装在一起，当装置需要进行清焦时，该撬装装置可以进行使用，当装置正常生产，不需要清焦时，该撬装装置因为体积小，占地面积不大，可以将其移动到空置的地方，能够很大程度减少装置的占地面积。乙烯焦水密闭分离撬装装置流程见图6。

图6 乙烯焦水密闭分离撬装装置流程图

含焦污水首先进入到粗过滤器，粗过滤器作用是将焦水中颗粒较大的焦粉分离出来，过滤网采用500目，将大于25μm焦粉颗粒过滤下来，实现焦粉和油水的粗分，减少后续旋液分离器的处理量及减少含焦水泵堵塞频率。当过滤器进出口压差大于设定值时，过滤器进行自动反冲洗，之后进入下一个过滤周期。经过粗分的含焦污水进入旋液分离器，含焦污水在旋流器内高速旋转，旋转产生的离心力将焦滴从水中分离开，焦粉从旋液分离器底部分离出来。焦粉从旋液分离器底部进入到焦粉收集器缓冲罐，然后输送到压滤机，压滤机是将焦粉中少量水除掉，使得焦粉变为干燥的焦粉直接装袋，提高清焦自动化程度。旋流分离器顶部的含油污水进入袋式过滤器，将含油污水中的少量焦粉过滤出来，过滤后的含油污水进入油水聚结分离器，油水聚结分离器作用是将水中少量油类物质分离开，分离出的污油外送，底部的净化水可以循环使用。

以下是该工艺的主要的设备

（1）过滤器：装置选用的是 ZL-I-218 C/1.4M 型自动反冲洗过滤器，该系统由整流分油罐、氮气罐、切换阀和污油泵等设备组成。在正常的生产状态下，焦粉等杂质在滤芯表面逐渐堆积，减少滤芯有效过滤面积，导致系统压降升至预定值。自动反冲洗系统将会自动关闭过滤器的原料进出口阀门，按照顺序依次反冲洗过滤器单元。用0.6MPa 的稳压氮气作为反冲洗介质，利用0.6MPa稳压氮气将滤芯进行爆破冲洗，清洗掉堆积在滤芯表面的杂质[5]。

（2）旋液分离器 HL-150S，Q=100t/h。在一定的压力下，含焦油污水沿旋液分离器切线方向从旋流管入口进入旋流管内部，液体在旋流管内高速旋转产生的离心力，密度不同，所受离心力大小不同。密度较小的水相，受到离心力较小，聚集在旋流管的中间；密度较大的焦粉，受到离心力较大，最后分散在旋流管的四周，水相和焦粉通过不同管线排除，从而实现焦水两相的分离。液-固旋液分离器作为液体和固体的分离设备，具有分离效率较高、操作方便、维修简单、价格经济实惠等特点，因此广泛应用于化工领域中[6]。

（3）压滤机：压滤脱水是焦水分离的一个重要的环节，压滤机可以选择单室进料空气穿流压滤机，该压滤机工作方式是压紧、过滤、反吹、滤饼风干、滤板松开、卸料等各道工序。也可以选择HMZG550/2000-U 型压滤机。该压滤机改变传统进料方式，用压缩空气作为进料的动力，可提高进料速度，节约进料时间，提高生产效益。压缩过滤的水还可以循环利用。同时也可以将该压滤机和其他压滤机结合使用，提高焦水分离的效果，保证生产的各项 指标。

（4）油水分离器：油水分离器可以采用聚结式过滤原理的分离器。该分离器区别于传统的油水分离器结构，采用三层过滤。第一层可以过滤掉油水中的杂质，同时还可以破坏油包水乳化体系。第二层主要是将破乳的乳化水进行聚结，聚结的游离水 在第三层进行分离[8]。该油水分离器油水分离效率高，分离效果好，过滤后含油量＜10mg/L，颗粒中径＜4μm，悬浮物＜17mg/L。

在工业生产过程中积极引入绿色化工环保技术，可以保证化工生产与环境保护协调发展。社会经济发展迅速，绿色化工环保技术的引入对环境保护、提高企业效率及经济社会可持续发展都具有重要的战略意义。通过查阅国内外相关文献，新的含焦污水处理工艺，工艺流程设计合理，工艺设备选型恰当，能够实现污油、焦和水这三种物质的富集、净化、回收利用，实现冷焦热污水处理的“全封闭”处理工艺。后面需要对新的污水分离工艺进行经济成本分析，讨论其工业应用的经济合理性。如果改造后运行成本有一定增加，可通过优化工艺运行、强化设备维护及开发水循环利用来补充支出，具有良好的经济效益。同时使处理后排放的水达到直排水标准要求，可提高区域水环境质量，具有较好的社会效益。