訪“冷焦水密閉循環(huán)處理及污染物分離技術(shù)”課題
冷焦水循環(huán)處理：100%回收、100%再利用
由石油煉制焦化裝置產(chǎn)生的冷焦水是焦粉、水、重油和惡臭組成的固—液—氣混合物。這種混合物還因反復(fù)流動(dòng)等而乳化，形成油包水和水包油的乳化液滴。如果將未處理的冷焦水直接排放到環(huán)境中，由于它含有多種硫化物、氰化物、揮發(fā)性酚等有毒物質(zhì)，將嚴(yán)重破壞環(huán)境，甚至威脅人的生命安全。
冷焦水既是一種有毒有害物質(zhì)，但又包含了大量焦粉、重油等不可再生的資源，如果把這些寶貴的資源提取出來，不但實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)再利用，而且解決了環(huán)境污染嚴(yán)重的問題。但是冷焦水是油—水—焦三相乳化顆粒，在常溫下難以分離，尤其是經(jīng)過石油焦粉、油和水之間的相互乳化，油滴與水之間密度差更小，更難分離了。
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“我們課題組必須首先突破的是冷焦污水污染物分離技術(shù)。”華東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院教授汪華林告訴記者。
攻克行業(yè)共性難題
焦化裝置是石油煉制業(yè)的四大主體裝置之一，40多年來雖有技術(shù)進(jìn)步，但我國(guó)始終沒有解決冷焦污水的密閉和全循環(huán)利用問題，是一個(gè)多年來令人發(fā)怵的行業(yè)共性難題。
于是，課題組針對(duì)冷焦污水系統(tǒng)的流量及組成波動(dòng)劇烈、壓力由高到低周期性變化、廢水與廢氣交織等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)多級(jí)降溫冷凝—機(jī)械組合梯級(jí)污染分離 —污染物組分機(jī)械純化的一套集成裝置，將冷焦系統(tǒng)中VOC(揮發(fā)性有機(jī)物)氣體—水—焦粉—重油這種混合物分離為油、水、焦三部分，并分別回收利用，實(shí)現(xiàn)廢水治理與廢氣治理耦合、污染物治理與廢棄資源循環(huán)利用協(xié)調(diào)、經(jīng)濟(jì)效益與生產(chǎn)清潔結(jié)合，解決冷焦廢水、廢氣污染問題。
專家點(diǎn)評(píng)：
美國(guó)石油焦化裝置加工能力約占全世界的52%，但其敞開式的大自然冷卻技術(shù)在中國(guó)“水土不服”。如中國(guó)石化工程建設(shè)公司在1980年曾采用美國(guó)技術(shù)設(shè)計(jì)，建造了冷焦污水處理系統(tǒng)，運(yùn)行不到2年，就不得不更弦易轍。
然而，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，采用自主研發(fā)的100萬噸/年焦化裝置冷焦水封閉循環(huán)利用系統(tǒng)，在資源回收、環(huán)境協(xié)調(diào)方面都顯著優(yōu)于美國(guó)敞開式系統(tǒng)流程，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。100萬噸/年大型現(xiàn)代化的焦化裝置冷焦水封閉循環(huán)處理系統(tǒng)工業(yè)化取得成功，不僅打破了國(guó)外延遲焦化工藝清潔生產(chǎn)技術(shù)對(duì)我國(guó)的技術(shù)壟斷，同時(shí)為國(guó)內(nèi)原創(chuàng)新技術(shù)開發(fā)和技術(shù)變革提供了思路。
四大創(chuàng)新成果
創(chuàng)新成果之一：發(fā)明污染物分離旋流技術(shù)
美國(guó)冷焦污油的脫水采用高速離心機(jī)技術(shù)，投資大，難于維護(hù)。國(guó)內(nèi)冷焦污油重力沉降初步脫水后，常常作劣質(zhì)燃料賤賣；或摻入品質(zhì)更好的污油系統(tǒng)，再加熱等沉降脫水，但操作費(fèi)用高，投資大。
于是，課題組提出按比重差分離，大于水的(包含石油焦粉、含油、水，焦粉較多)、小于水的(包含油、石油焦粉、水，油較多)分別與水分離的思路，發(fā)明了亞微米顆粒污染物的污染分離旋流技術(shù)，能將冷焦污水的含油濃度從82毫克/升—86毫克/升降低到6毫克/升—7毫克/升。
課題組發(fā)明了旋流分離方法進(jìn)行脫水，以流體旋轉(zhuǎn)的靜設(shè)備替代美國(guó)式高速旋轉(zhuǎn)離心機(jī)，將冷焦污油的含水濃度從6%—8%降低到小于1%(平均小于0.5%)，滿足焦碳塔急冷油的含水指標(biāo)，比國(guó)內(nèi)常采用的破乳—重力沉降方法效果更好。
此外，國(guó)外、國(guó)內(nèi)工業(yè)化的石油化工裝置，物料脫鹽采用高壓電場(chǎng)方法，占地面積大、電耗高、安全等級(jí)要求高、維護(hù)難。本課題發(fā)明流體旋轉(zhuǎn)的旋流脫鹽脫堿方法，利用水溶解鹽和堿的特性，旋流脫水過程就帶出鹽和堿，達(dá)到脫鹽脫堿的目的。將其含堿濃度從41毫克/升降低到11毫克/升，使10萬噸/年環(huán)己酮裝置的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周期從2—3個(gè)月提高到11個(gè)月以上。
創(chuàng)新成果之二：發(fā)明廢水和廢氣耦合處理工藝
通常，廢水、廢氣分別處理。VOC氣體采用降溫冷凝回收方法，將氣體中揮發(fā)性有機(jī)物冷凝為液體，再利用氣液分離設(shè)備，既治理廢氣，又回收油資源。本課題采用廢水治理廢氣，利用廢水冷凝廢氣，再用液—液分離設(shè)備將冷凝到廢水中的油收回，實(shí)現(xiàn)廢水設(shè)施治理廢氣。
其中，含油污水的浮選旋流耦合分離方法，使采用脫油旋流器無法分離的微小油滴可以采用氣浮旋流組合裝置分離出來，凈化率可達(dá)99％以上。
根據(jù)冷焦污水的油類廢水和廢氣化學(xué)組成相近、溫度相異，廢水量大而廢氣量小的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了冷焦廢氣的處理方法和成套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了廢氣處理與循環(huán)利用。采用冷焦廢氣和廢水耦合處理工藝后，裝置區(qū)域惡臭濃度從2000降低到20—45。
創(chuàng)新成果之三：發(fā)明冷焦水密閉循環(huán)處理關(guān)鍵工藝
課題組發(fā)明的冷焦污水處理方法及裝置，根據(jù)綜合廢水處理廢氣方法、氣浮旋流耦合分離方法等，通過采用一套廢水處理裝置，解決冷焦廢水和廢氣治理的兩個(gè)問題，實(shí)現(xiàn)污油、石油焦和水這三種物質(zhì)的的富集、凈化、回收利用，實(shí)現(xiàn)冷焦熱污水處理的“全封閉循環(huán)”。
該技術(shù)屬于集成創(chuàng)新被鑒定為國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)，已形成國(guó)家清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。100萬噸/年工業(yè)裝置運(yùn)行，廢水再生與循環(huán)利用、污油回收利用、石油焦粉末回收利用、廢氣中水、VOC回收利用率達(dá)100%；二氫化硫回收率達(dá)80%以上。
創(chuàng)新成果之四：污染物分離旋流器
課題組發(fā)明了微小型的三錐體結(jié)構(gòu)的液—液分離旋流器。該旋流器在預(yù)先去除大于10微米分散相液滴的情況下，能夠分離出不大于5微米的液滴。
專家點(diǎn)評(píng)：
以本課題的創(chuàng)新成果，對(duì)我國(guó)從美國(guó)成套引進(jìn)的第一套大型現(xiàn)代化的石油焦化裝置(100萬噸/年規(guī)模)的冷焦污水系統(tǒng)進(jìn)行安全環(huán)保技術(shù)改造工程。通過密閉循環(huán)技術(shù)改造后，2004年6月一次開車成功，焦炭塔排出的冷焦污水的各組分循環(huán)利用率達(dá)到100%，作業(yè)區(qū)域空氣質(zhì)量達(dá)到國(guó)家作業(yè)環(huán)境工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。
其中，油被100%再生，循環(huán)使用率100%；通過熱水池和脫焦旋流器的組合裝置，將冷焦水的焦粉收集起來，定期清運(yùn)到焦碳堆場(chǎng)，成為焦碳產(chǎn)品，焦粉回收使用率達(dá)到100%；冷焦水溫度從87℃—90℃降低到41℃—45℃；廢水100%再生，再生后100%回用。通過密閉熱水池、焦粉旋流器等組合裝置，回收了VOC的油品和水汽。空氣污染得到顯著改善，原有惡臭氣味已完全消失，工人的作業(yè)環(huán)境也大為改善。
裝備了國(guó)內(nèi)80%大中型焦化裝置
課題組研發(fā)的冷焦污水封閉循環(huán)利用裝置，既消除環(huán)境污染，又回收利用了污水中各個(gè)組分，還具有水處理工藝流程靈活可調(diào)、實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控操作方便、污油密閉回收、運(yùn)行穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)安全、資源回收率高、消除大氣污染等優(yōu)點(diǎn)，能有效消除空氣污染，具有顯著的環(huán)境和社會(huì)效益。
該技術(shù)推廣應(yīng)用到國(guó)內(nèi)外32套大、中型延遲焦化裝置，總加工能力為3460萬噸/年，其中國(guó)內(nèi)加工能力為3260萬噸/年，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有大、中型延遲焦化裝置80%采用。
專家點(diǎn)評(píng)：
該技術(shù)被我國(guó)最大的三個(gè)煉油設(shè)計(jì)院列入延遲焦化裝置核心生產(chǎn)技術(shù)，還可以應(yīng)用到海洋平臺(tái)、鋼鐵行業(yè)的焦化裝置、船舶污水、未來的生物質(zhì)煉油裝置。
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