煉油廠重污油脫水工藝

　　煉油廠含油污水直接排放已不滿足當(dāng)今的環(huán)保要求，回收污水中的重污油既可降低對(duì)環(huán)境的污染，又可增加企業(yè)附加值。為此煉油廠都增設(shè)了撇油設(shè)施，對(duì)含油污水進(jìn)行預(yù)處理，同時(shí)濃縮污油。關(guān)于回收污油的回?zé)挿椒ǎ壳皣?guó)內(nèi)各企事業(yè)單位有很多相關(guān)研究報(bào)導(dǎo)，要么直接送至常減壓裝置電脫鹽入口，要么在延遲焦化裝置的各個(gè)位置進(jìn)行選擇性注入。由于產(chǎn)生的污油含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)10%~50%，且存在乳化現(xiàn)象，而水的氣化體積非常大，直接回?zé)捰绊懡邮昭b置的正常操作。如何進(jìn)行深度脫水是個(gè)較困難的問(wèn)題，實(shí)踐證明，負(fù)壓閃蒸脫水工藝是可行的。本文通過(guò)重污油的來(lái)源、性質(zhì)、回?zé)捯蠹盎責(zé)捁に噷?duì)比，闡述了負(fù)壓閃蒸脫水工藝的優(yōu)勢(shì)及適用條件。煉油廠重污油組成復(fù)雜，且乳化嚴(yán)重，通過(guò)標(biāo)定生產(chǎn)實(shí)踐提出幾點(diǎn)建議供設(shè)計(jì)參考。

　　一、煉油廠重污油的來(lái)源

　　煉油廠在正常生產(chǎn)操作和開(kāi)停工過(guò)程中，不可避免的產(chǎn)生含油污水，主要來(lái)自于常減壓蒸餾裝置的電脫鹽切水、設(shè)備檢修沖洗水、加氫裂化、加氫精制等裝置的過(guò)濾器切換清網(wǎng)、油品灌區(qū)沉降切水、各個(gè)裝置的操作波動(dòng)調(diào)整排水、化驗(yàn)分析設(shè)備的排污、設(shè)備密封間隙的跑、冒、滴、漏以及地面清洗等各個(gè)環(huán)節(jié)排水，各種含油污水的排放經(jīng)含油污水系統(tǒng)匯集、隔油、浮選、聚集之后的污油俗稱重污油。

　　二、重污油的性質(zhì)

　　煉油廠重污油因產(chǎn)生的部位較多，組成較為復(fù)雜，從較輕的汽油餾分到較重的渣油餾分都會(huì)出現(xiàn)，而從常、減壓裝置電脫鹽切水排出的原油占比較大，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間沉降的重污油具有含水高，含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)10%~50%，乳化嚴(yán)重，W/O和O/W型乳化液共存，含鹽、含膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、雜質(zhì)含量高以及老化程度嚴(yán)重等特點(diǎn)。

　　三、重污油的回?zé)捯?/p>

　　目前我國(guó)各煉油廠嘗試了多種重污油回?zé)挿桨?，雖然實(shí)現(xiàn)了重污油回?zé)?，但都存在著諸多問(wèn)題，主要表現(xiàn)為重污油的水含量高，易導(dǎo)致接收裝置操作波動(dòng)，造成相應(yīng)經(jīng)濟(jì)損失，增加作業(yè)強(qiáng)度和操作風(fēng)險(xiǎn)，下面列出幾個(gè)目前國(guó)內(nèi)比較典型的回?zé)挿桨讣捌浯嬖诘膯?wèn)題見(jiàn)表1。

　　綜上所述，造成重污油回?zé)捓щy最主要的因素就是水含量高，對(duì)重污油進(jìn)行脫水，是解決重污油安全、平穩(wěn)回?zé)挼氖滓獑?wèn)題。

　　四、脫水工藝選擇與設(shè)計(jì)建議

　　4.1 脫水工藝的選擇

　　目前重污油的脫水方法主要有重力分離法，離心分離法，電場(chǎng)脫水法和閃蒸脫水法。

　　4.1.1 重力分離法

　　當(dāng)油、水的相對(duì)密度不同時(shí)，組成一定的油水混合物在一定的壓力和溫度下達(dá)到相平衡狀態(tài)，根據(jù)斯托克斯公式的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，相對(duì)較輕的組分上移，相對(duì)較重的組分下移，體系形成油相、水兩相，達(dá)到油水分離的目的。

　　4.1.2 離心分離法

　　當(dāng)油、水相對(duì)密度不同時(shí)，使組成一定的油水混合物在離心機(jī)作用下高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生不同的離心力，由于離心設(shè)備可以達(dá)到非常高的轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生高達(dá)幾百倍重力加速度的離心力，將油水分離開(kāi)。

　　4.1.3 電場(chǎng)脫水法

　　電場(chǎng)脫水法的基本原理是利用水是導(dǎo)體，油是絕緣體這一物理特性，將W/O型原油乳狀液置于電場(chǎng)中，乳狀液中的水滴在電場(chǎng)作用下發(fā)生變形、聚結(jié)而形成大水滴從油中分離出來(lái)。

　　4.1.4 閃蒸脫水法

　　與原油穩(wěn)定工藝類似，含水重污油經(jīng)過(guò)加熱，在一定溫度壓力下，使水及以下輕組分發(fā)生汽(氣)化后，經(jīng)分離器一次閃蒸的過(guò)程，達(dá)到氣液分離的目的，脫除原料中的水。

　　4.1.5 重污油脫水工藝的選擇

　　對(duì)比不同脫水工藝方法，重力分離法雖是最簡(jiǎn)單的脫水工藝，只需設(shè)置一個(gè)沉降罐提供足夠長(zhǎng)的沉降時(shí)間即可，但該方法不適用于乳化液的油水分離。如果配比破乳劑，因煉廠重污油水含量占比很大，破乳劑消耗大，實(shí)踐證明，即使增加破乳劑，煉油廠的重污油脫水效果也不是很理想。煉油廠的重污油中很大一部分來(lái)自常減壓裝置電脫鹽系統(tǒng)乳化油，在破乳劑作用下很難破乳和脫水;

　　離心分離脫水工藝屬于機(jī)械式分離，需要提供足夠的動(dòng)力，流程復(fù)雜，能耗高，一次投入高，對(duì)乳化液的油水分離效果有限;

　　電場(chǎng)脫水工藝類似常減壓裝置電脫鹽設(shè)施，不但產(chǎn)生較高的能耗和投資，而且很難處理來(lái)自常減壓裝置電脫鹽切出的乳化重污油;

　　閃蒸脫水工藝與油氣田的原油穩(wěn)定工藝類似，通過(guò)預(yù)熱原料，使原料中的水及輕組分氣化，在閃蒸塔中進(jìn)行一次分離即可達(dá)到脫水的目的。O/W型乳化液在水汽化過(guò)程中水相蒸發(fā)，油相落入塔底，水相汽化上移。W/O型乳化液首選在相界面內(nèi)部受熱氣化，當(dāng)蒸汽壓達(dá)到一定高度后沖破油水界面張力作用，水蒸氣上移，油相落入塔底，因此該工藝即適用與O/W型乳化液，又適用于W/O型乳化液。該工藝流程簡(jiǎn)單，重污油脫水指標(biāo)可以達(dá)到含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)3‰以下。該方案由于能耗較其他方案偏高，對(duì)于熱量過(guò)剩的煉廠，優(yōu)勢(shì)更為明顯，負(fù)壓閃蒸脫水工藝系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。

　　4.2 設(shè)計(jì)建議

　　4.2.1 閃蒸溫度需要30℃左右的過(guò)熱

　　應(yīng)用PRO/II流程模擬軟件的立方型狀態(tài)方程(PR方程)，熱力學(xué)計(jì)算選用SIMSCI默認(rèn)算法，傳遞性質(zhì)計(jì)算選用軟件自帶石油關(guān)聯(lián)包，液相粘度采用API標(biāo)準(zhǔn)算法，對(duì)閃蒸脫水系統(tǒng)進(jìn)行物料及能量平衡計(jì)算，為充分利用廠區(qū)現(xiàn)有低溫?zé)?，閃蒸系統(tǒng)采用負(fù)壓操作，操作壓力設(shè)定30kPaA，計(jì)算的加熱負(fù)荷脫水指標(biāo)-操作溫度見(jiàn)圖2，操作加熱負(fù)荷-脫水指標(biāo)-操作溫度見(jiàn)圖3。

　　由圖2和圖3可知，當(dāng)產(chǎn)品含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到3‰時(shí)，計(jì)算操作溫度68.5℃，實(shí)際操作溫度需要98℃，比計(jì)算溫度高出29.5℃，導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要原因是由于煉油廠的重污油中，不僅含有水包油型乳化液，還有油包水型乳化液，而油包水型乳化液的表面存在油水界面張力，油膜內(nèi)部的水汽化需要克服界面張力的束縛才能脫除。

　　4.2.2 減壓塔的配置

　　由閃蒸脫水的目的決定了該塔主要控制指標(biāo)為塔底輕關(guān)鍵組分H2O的含量，通過(guò)一次相平衡即可實(shí)現(xiàn)，但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，建議在塔的進(jìn)料下部增設(shè)3~5層擋板，目的在于當(dāng)進(jìn)料中的液滴進(jìn)入塔內(nèi)，受重力作用加速下移，當(dāng)油包水型乳化液快速撞向擋板的瞬間發(fā)生形變破裂，降低界面張力，迫使油膜內(nèi)的水蒸氣逃逸并上升，起到進(jìn)一步脫水的作用。

　　4.2.3 機(jī)泵的備用

　　煉油廠重污油含水量在10%~50%左右變化，同一儲(chǔ)罐，上部與下部含水量差別也較大，好在該變化是呈線性的，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，塔頂?shù)乃亢退子陀土烤鶗?huì)隨原料組成逐漸發(fā)生變化，因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮泵的備用問(wèn)題，不一定是同規(guī)模兩臺(tái)泵一開(kāi)一備方案，要綜合考慮罐區(qū)污油罐的生產(chǎn)操作方案。

　　4.2.4 設(shè)備布置

　　閃蒸塔進(jìn)料線為氣液兩相流，為避免管線震動(dòng)，進(jìn)料預(yù)熱流程的最后一級(jí)加熱器應(yīng)與閃蒸塔進(jìn)料口盡可能近，使最后一級(jí)加熱器的出口管線至塔的距離最短，并做好應(yīng)力分析。

　　4.2.5 管徑設(shè)計(jì)

　　由于煉油廠重污油介質(zhì)來(lái)源廣，組成復(fù)雜，且含有泥沙，脫水塔的進(jìn)料線為氣液兩相流，流速不宜過(guò)快，不宜大于15m/s，防止發(fā)生沖刷腐蝕。

　　五、結(jié)論

　　通過(guò)對(duì)多種重污油脫水工藝在原料組成、脫水效果、投資等方面進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)為負(fù)壓閃蒸工藝處理煉油廠重污油是可行的。

　　由于PROII流程模擬軟件對(duì)界面張力計(jì)算存在一定偏差，計(jì)算的平衡溫度較實(shí)際操作低30℃左右，建議在設(shè)計(jì)階段適當(dāng)提高設(shè)備、設(shè)施的設(shè)計(jì)溫度。

　　本文給出了一些設(shè)計(jì)建議，供新建裝置在設(shè)計(jì)時(shí)參考，包括減壓塔的擋板配置、機(jī)泵的備用原則及設(shè)備布置及管徑設(shè)計(jì)等。(來(lái)源：山東三維石化工程股份有限公司;中國(guó)石化集團(tuán)股份有限公司齊魯分公司)