含硫污水汽提装置除油系统改造分析

杨震，刘建明

（陕西延长中煤榆林能源化工有限公司，陕西靖边 718500）

随着国家环保政策升级，对企业排水排气要求日益严苛。炼油企业如何处理好酸性水，尤其是污水含油问题是当前亟需解决的课题。绝大多数污水含油成分复杂，含油量不确定，有些酸性水含油成分多达200多种，碳原子数也从碳三扩展到碳十二且长链烃、芳香烃及环烷烃并存。这种情况的出现使得污水除油难度凸显。石油加工过程产生大量的酸性废水[1-6]，虽然炼油企业均设污水处理装置，但污水水质复杂和流程设置不合理等原因导致处理效果并不理想[7]。

酸性水汽提工艺日臻成熟[8]，单塔加压侧线汽提工艺和双塔工艺的适用范围也逐渐明晰，即以酸性水中的氨含量及工艺所要求的能耗等指标为依据进行划分。但对于酸性水中所含油的解决办法还不甚成熟。酸性水中含油造成净化水中油含量超标，达不到排放标准；回收氨水中油含量偏高，影响后续氨水的回收再利用，甚至无法再利用。

某公司含硫污水汽提装置原料为深度催化裂化装置污水，含油量为5 000 mg/L。原装置没有设置除油系统，净化水中含油量均值在3 800 mg/kg，给后续处理造成很大压力。这种压力主要来自净化水中油量高，致使菌群寿命明显缩短，生化处理的运行周期相应压减，操作费用增加。原料中含油组成分布为C3～C12，其中C6～C11占据90%以上，该文在此装置基础上对原酸性水汽提装置进行改造，通过新增除油塔、加药罐及油水分离罐等措施，大大降低净化水含油量，为含油污水处理方案提供依据。

1 工艺流程简述

1.1 原工艺流程

原含硫污水汽提装置流程如图1黑色线条部分所示。原流程采用单塔侧线汽提和三级冷凝流程，含油酸性水经含硫污水泵送至含硫污水汽提单元，污水分为两股，一股作为冷进料进入污水汽提塔顶部作为冷回流纯化塔顶，另一股分别与富氨气、净化水换热后作为热进料进入污水汽提塔，对于热进料的设置是为了降低汽提塔塔釜蒸汽用量，达到节能效果。含硫污水在汽提塔中用直接汽提蒸汽做热源，物理脱除污水中的硫化氢和氨，在塔底得到硫化氢不大于20 mg/kg、氨不大于80 mg/kg的净化水，经净化水泵抽出，与原料水换热后通过空气冷却器，水冷却后送至污水处理厂。从污水汽提塔顶出来的酸性气在汽提塔顶分液罐分液后送往硫磺回收装置。从污水汽提塔高浓度氨区域抽出富氨气与原料水换热后进入富氨气一级分液罐，分液后经富氨气二级冷凝器冷却后进入富氨气二级分液罐再次分液，最终经富氨气三级冷却器冷却，由富氨气三级分液罐分液后得到氨气。氨气经脱硫罐脱硫，与脱盐水在氨水混合器中混合，经氨水冷却器冷却后得到10%浓度氨水。

实际运行中受前系统深度催化裂化影响，在裂解炉催化剂中后期或者裂解原油品质下降的情况下，出裂解炉的裂解气中不但含有氨和硫化氢还有部分油，该部分气相经分馏塔切割后，分别得到裂解气、粗石脑油、裂解轻油及油浆。裂解气经直冷塔洗涤后得到含硫污水，该部分污水中含油。含硫污水处理装置来水中含油且含油量维持在5 000 mg/L左右。原装置没有脱油设备，若不对该部分油进行脱除，净化水中油含量偏高，平均值在3 800 mg/kg，同时影响进硫磺装置酸性气的品质及所制取氨水的纯度。

1.2 原工艺流程存在的主要问题

生产过程中，含油酸性水处理一直是困扰装置运行的因素。经分析原料中含油量接近5 000 mg/L且成分复杂。具体而言，136种有机物包括了直链、支链饱和烃和不饱和烃，芳香烃、环烷烃、同分异构体、顺反位物质等。对原料中污水含油量进行多次分析，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组分构成广泛的特点。其主要组成及分布如图2所示。由图2可知，碳原子集中分布在C3～C12之间，其中C7、C8、C10、C11占据绝大部分。该部分有机物在水中形成了一定的“水包油”或者“油包水”形态，简单分层难以脱除。

在原酸性水汽提装置中，含硫污水来自直冷塔，经过单塔侧线汽提及三级分凝系统，从含硫污水中分离出氨和硫化氢。但由于酸性水中的油含量不确定、组分繁多、甚至有些组分出现“水包油”或“油包水”的乳化现象，仅通过汽提及分凝不能很好解决酸性水中油的问题。污水中的油未及时除去会严重影响进入硫磺装置酸性气的品质；对于侧线抽氨中的氨，油也会对氨水品质造成影响，该部分氨水若用于烟道气脱硫脱硝则使得硫铵无法结晶，若进行氨的资源型回收则无法完成纯氨的提炼；某些分子大一些的油也可能通过净化水排出进入污水处理厂，给后续的生化处理带来不便。由此可见，解决含硫污水中的油是保证装置安全稳定高效运行的关键。

2 改造思路

充分分析含硫污水原料中油的组成，结合原装置流程，提出改造思路：在尽可能保持原有含硫污水汽提装置不动的前提下，通过分析手段及现有技术，在进入单塔侧线汽提及三级分凝装置前将油脱除到100 mg/L以下。脱除该部分油以实现硫化氢、氨水中的硫和氨的资源型回收。

具体改造为：增设除油塔、加药罐、油水分离罐、污水给料泵和循环泵。含油酸性水泵入除油塔，在油水分离填料及高效塔板的作用下实现油水分离。对于一些“水包油”或“油包水”的部分则通过加药罐加入油水分离剂（亦称为破乳剂）进行进一步的破乳分离，之后进入油水分离罐实现油水的彻底分开；部分未分开的油水通过循环泵再次进入除油塔进行处理；脱油后的酸性水经过污水给料泵直接进入酸性水单元进行脱氨脱酸处理。

上述改造思路为含硫污水中的油提供一个出口，将装置中累积的油通过除油装置彻底去除。为防止一次除油不彻底，流程还设置了循环段，这样的流程设置既为装置的平稳运行带来弹性，又使除油效果得到保证，可实现油的脱除、酸性水中氨和硫化氢的高品质回收利用。汽提出的氨气通过脱盐水吸收，制成10%的氨水，直接作为烟气脱硫的还原剂使用；处理后的污水氨氮含量能够很好地满足后续生化处理的要求。

3 改造后流程

改造后的含硫污水处理流程如图1所示，其中红色部分为新增设备。即在原有含硫污水流程基础上增加了除油塔、油水分离罐、加药罐、污水给料泵和循环泵，去除污水中的油。根据污水中油的碳原子分布及在水中的形态，单纯通过静置分层的方法不能完全除去，为此增加了除油塔。塔内采用高效聚结填料（油水分离填料）和高效塔板复合内件，使加入油水分离剂的污水充分分散和分层，尽可能高效地实现油水分离。在除油塔后增设了加药罐，对部分乳化的水进行破乳；加药罐后设置油水分离罐，罐内设置高效聚结填料，提高水中油滴的聚结，经过此分离罐实现油水分离。

改造后的流程分为两个工段，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，在塔内实现油水分离，除油后的污水经污水给料泵送入酸性水汽提工段（该工段与原有含硫污水汽提流程相同）；经除油塔后含油污水逐渐上升进入加药罐，在罐内随着油水分离剂的加入，实现油水快速分离，分离后的油水在油水分离罐中进一步静置分层，水相由循环泵除油塔进行后续工段，油相则直接进入污水处理厂进一步处理。

除油塔、加药罐及油水分离罐的操作温度及操作压力较温和，在常温、常压下即可。

4 除油工段核心部件技术介绍

4.1 油水分离填料及高效塔板

油水分离填料又称聚结填料。除油塔中所采用的油水分离填料为TZ-3型，除油聚结效率高，使含油污水中油滴粒径分布趋于理想，有利于重力分离；聚结填料还具有独特的空间结构和理想的传质空间，聚结过程包括了亲润聚结和碰撞聚结，使除油效率大大增加；该种聚结填料运行费用低、抗冲击能力强、受负荷波动影响小，除油效果稳定。

高效塔板是一种微孔塔板，采用激光打孔技术对塔板进行精确加工。塔板上部自带升液装置，该装置的设置使得塔板具有很好的抗堵性能，即使经长周期运行塔板上出现稍许堵塞现象也可以升液通过装置，大大延长除油塔操作周期。微孔设计使油水分离更加均布，油水相分布的均匀性对油水分离效果至关重要，通过精准的水力学计算设计水油分布区域，充分保证了除油塔的除油效率和除油稳定性。除油塔将油水分离填料与高效塔板组合使用是充分考虑了含油污水中的碳分布特点。含油酸性水中部分气体可能聚集在油水分离填料上部，相应减少了除油塔容积，并可能造成气阻。高效塔板的配置使得该部分气相稳定疏散，彻底解决了气阻现象，使得除油塔排油通畅、除油效率高效稳定。

4.2 油水分离罐

采用YC-T型油水分离罐，利用油水密度差，依据流体动力学原理，并使用旋液离心分离法对含油污水进行处理，其分离效率较单纯沉降高几十倍。该罐还利用了液体射流技术，利用液体传质增加细小油滴的上浮速度，该技术的使用不受进水含油量浓度的变化，使得出水品质稳定。该罐采用特殊工艺制成，具有缩短油滴上浮距离和加速油水聚合分离的功能，确保后续分离效果的稳定。该罐前端设置了聚合滤芯，可对细小油滴（大于20微米）进行聚合分离，且不受污水中悬浮物质阻塞的影响，有效降低滤芯压降。分离罐还配置了一套利用油水不同电导率和密度差的油位自动检测排油装置，实现了自动排油，操作的稳定性明显增加。

为保证液流在设备内能够均匀分布水，使得水能够实现层流不形成死区，罐内还配备了一套完整的液体层流布水系统，可保证废水在设备内始终处于层流流动状态。罐内部还装备了超压自动保护、温度、液位自动显示系统，保证设备长周期、无人、可靠稳定操作。

油水分离罐配备PLC自动控制系统并配置了标准开放数据通讯接口。所有的控制单元、通讯单元、供电单元及过程I/O卡件等均组合装配在一个现场自动操作显示防爆控制柜内，并且实行冗余配置。

油水分离罐具有操作简单、没有复杂运动部件、设备体积小、占地面积小、运行费用低、无臭气外溢、无二次污染的特点，其处理含油污水效率高、效果好，可彻底去除石油化工厂生产排放含油污水中的浮油和分散油。

5 改造效果

经技术对比及分析，对含硫污水汽提装置除油系统进行了改造，改造前后主要流股数据见表1。

表1 改造前后主要数据对比

由表1可看出，处理后的净化水中油含量由3 800 mg/kg降为90 mg/kg，净化水中氨及硫化氢含量均低于设计值，由此可见改造后净化水品质有了明显改善，为后续生化处理减轻了压力；配制的氨水中油含量也降到10 mg/kg，该部分氨水可以很好地用于烟道气脱硫；污水汽提塔顶硫化氢纯度进一步提高，含油量降至15 mg/kg。改造达到了预期目标。

改造后新增除油系统操作简单，运行稳定。一旦前系统转好，含硫污水中不含油后亦可将其切除独立运行原含硫污水汽提装置。除油系统的改造为系统中的油找到了一个出口，进一步提高了污水汽提系统的操作稳定性。

6 结论

通过对原有含硫污水汽提装置的分析，对原装置进行了除油系统改造，新增了除油塔、加药罐及油水分离罐，改造流程为含油污水提供了油出口，提高了原有装置调节的灵活性，降低了原装置内油的累积，有效延长了装置的操作周期；改造后装置净化水中含油量从3 800 mg/kg降到90 mg/kg，满足了后续生化处理要求。

改造后流程中硫化氢及氨水纯度有了很大提高，硫化氢中含油量降至15 mg/kg，氨水中油含量降至10 mg/kg，两种产品均可实现资源型回收。按照废水处理量75 t/h，氨含量0.578 3%，一年工作时长300×24h，纯氨售价3 000元/吨计算，可得收益为75×0.578 3%×24×300×3 000/10 000＝936.846万元。所以可取得经济效益为936万元/年，较为可观。