酸性水旋流-聚结除油脱固中试研究.pdf

酸性水的除油脱固预处理是后续汽提工艺稳定及装置安全运行的重要保障，随着酸性水中乳化油和细微固体悬浮物杂质含量的提高，当前预处理系统普遍存在预处理效果不佳的问题。以酸性水进入汽提塔前预处理流程为基础，提出了一种旋流-聚结组合的除油脱固技术并开展了中试试验，该技术对酸性水除油率平均可达9 8.7 8%，悬浮物去除率平均可达8 9.8 7%，同时，试验设备可降低酸性水的化学需氧量。关键词：酸性水旋流-聚结除油脱固汽提石化企业产生的酸性水主要来自常减压蒸馏、延迟焦化、催化裂化、加氢精制、加氢裂化等工艺装置 1,由于酸性水中含有较多硫、氮、酚、氰化物和污油等成分而不能直接排入污水处理场，一般常用汽提法对酸性水进行净化处理2。为保障汽提工艺的效率及稳定性，需要在酸性水进人汽提塔前进行除油脱固预处理。随着高硫原油加工比例及加工深度的提高，酸性水中油类和悬浮物等杂质含量不断增加；同时，油类污染物乳化严重、悬浮物以细小焦粉颗粒为主的特点导致酸性水预处理难度大大提高 3-41。近年来，随着国家对环保重视程度的增加，各石化企业对酸性水的除油脱固处理都非常重视 5-8 。针对酸性水的除油脱固处理，传统的“双储罐”仅是利用沉降作用对油进行分离去除，其沉降时间长，但对乳化油的分离效果不明显 9；“罐中罐”旋流除油器以及除焦粉系统均是利用离心作用对酸性水中的油或固体悬浮物进行去除，但是旋流分离器的高速转动会造成油的二次乳化，不利于乳化油的去除 10-12 ；增设砂石过滤器仅能去除0.15mm以上的大颗粒焦粉，对于粒径较小的焦粉并没有明显的过滤效果 13；采用絮凝、气浮法除油脱固效果较好，但是需要用到化学药剂辅助，成本高且会产生溶气、浮渣等二次污染问题 14-151；采用膜过滤等精密去除方法对杂质较多的酸性水进行处理时,过滤膜容易堵塞，使用寿命较短 16-17 。图1为某石化企业酸性水进人汽提塔前的预处理工艺。酸性水首先进人沉降罐对较大粒径的固体颗粒以及悬浮油进行沉降分离，随后利用旋流除油器和沉降罐进一步去除油和固体颗粒，再将处理后相对洁净的酸性水送至酸性水罐，由增压泵将酸性水送入过滤器进行深度分离，分离后的酸性水通过换热器换热后进入汽提塔。由于处理原油性质的劣化，酸性水中乳化油及小粒径焦粉颗粒含量增加，经过当前沉降、旋流、过滤的预处理工艺处理后的效果较差，酸性水进人汽提塔后对其工艺稳定及设备安全产生了较大影响。鉴于此，本研究提出了旋流-聚结组合技术方法，在实验室测试分析水质的基础上，开展酸性水进入汽提塔前除油脱固的中型试验，考察技术装备对酸性水的净化效果。沉降酸性水罐A收油罐试验沉降罐B装置酸性水罐图1酸性水进入汽提塔前预处理工艺流程示意1实验1.1酒酸性水水质分析试验酸性水由某石化企业延迟焦化、加氢精制、加氢裂化等装置产生的酸性水汇聚而成，成分较为复杂。对该混合酸性水的水质进行分析，其中石油类物质质量浓度为30 0 8 0 0 mg/L，悬浮物质量浓度为40 0 2 50 0 mg/L，波动较大。酸性水中大量的乳化油滴及小粒径焦粉颗粒易与表面活性收稿日期：2 0 2 2-12-2 7；修改稿收到日期：2 0 2 3-0 4-2 0。作者简介：王刚，副研究员，从事油田地面工程工作。通讯联系人卢浩，E-mail:。基金项目：中国石油化工股份有限公司合同项目（32 0 0 47,32 2 0 35）。净化产物、换热旋流除油器器A汽提塔过滤器增压泵换热器B第9 期剂作用，形成难以通过重力沉降分离的稳定状态，导致沉降罐分离效率很低；旋流除油器内部旋流搅动，加剧了酸性水中油滴的乳化。为了明确样品所含油类成分，通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术检测酸性水中污染物组分含量，结果见图2。706050403020100图2 水质污染物GC-MS分析结果王刚，等.酸性水旋流-聚结除油脱固中试研究研究主要考虑石油类物质和悬浮物杂质的去除 18 。1.2试验装置及流程1.2.1装置流程旋流-聚结除油脱固设备设置在沉降罐A与酸性水罐之间（图1)，考虑设备入口酸性水油含量较高，同时大量的固体悬浮物易被精密分离内件拦截，可能造成设备堵塞，为了保证设备的分离效率及其安全稳定运行，试验采用三级设备串联的形式进行酸性水的除油脱固处理，其装置流程及现场照片如图3所示。第一级为自适应旋流分离器，第二级为颗粒脱固除油器，第三级为纤维聚结器。烷烃多环芳烃BTEX有机组分115由图2 可见，酸性水中所含油类主要为烷烃、多环芳烃和苯系物（BTEX)，总质量分数为9 5.7 6%，本其他由沉降罐A引出的酸性水依次进人三级设备进行深度除油脱固处理，净化后的酸性水接人酸性水罐，排油排水酸性水出油出油早出水进水旋流芯管分离原理自适应旋流分离器强化沉降分离原理(a)装置原理及流程纤维聚结器亲油颗粒脱固除油器W/O纤维O/W油亲水颗粒亲油颗粒悬浮物杂质油滴水异性颗粒床层分离原理流动亲水纤维：油滴水滴节点破乳纤维聚结破乳原理自适应旋流分离器颗粒脱固除油器(b)现场照片图3试验装置流程及现场照片纤维聚结器116三级设备分离出的油类和悬浮物杂质从油相出口流出，经由管道汇集到收油罐中回收。1.2.2技术原理自适应旋流分离器内部旋流芯管由1根主管和直径较小的3根副管组成，副管之间呈12 0 分布，主管与副管用切向矩形流道连接，主副管产生梯级旋流场，快速分离水中的悬浮态油滴 19 。颗粒脱固除油器内布有散堆异性分散颗粒床层，利用亲疏水颗粒将小油滴聚并成大油滴，并通过拦截作用对水中悬浮物进行分离 2 0。纤维聚结器中主要起分离作用的是纤维聚结床层，由异质纤维以特定形式编织而成，能够提供较高的比表面积及填充密度，利用液滴在亲水和亲油纤维上的极性受力差异，迫使酸性水乳液在异质纤维的交叉节点破乳分离 2 1。三级设备内部均设有波纹板结构的强化沉降内件，油滴在流动过程中能够在波纹板表面聚集形成油膜，油膜脱离后形成大油滴。2结果与讨论酸性水除油脱固试验周期为2 8 d,期间分别选取了悬浮物含量较低（质量浓度小于10 0 0 mg/L)的混合酸性水和悬浮物含量较高（质量浓度大于1000mg/L)的罐区切水，每种工况下各进行14d连续分离试验，进料量为2.53.0 m/h。2.1混合酸性水工况图4为混合酸性水工况下石油类物质及悬浮物浓度变化情况，图5为石油类物质及悬浮物去除率。酸性水进人第一级设备后，其石油类物质质量浓度平均由58 2.6 9 mg/L降为2 43.58 mg/L，悬浮物质量浓度平均由518.54mg/L降为3 0 2.6 1mg/L；经过第二级设备后，酸性水中大部分石油类物质及悬浮物杂质被去除，石油类物质及悬浮物质量浓度平均分别降为10.6 9 mg/L和118.6 4mg/L；经过第三级设备处理后，酸性水中石油类物质及悬浮物质量浓度平均分别降为7.10 mg/L和64.27mg/L，其平均除油率为9 8.7 8%，悬浮物平均去除率(除悬效率)为8 7.6 1%。由以上结果可知，酸性水进入第一级设备后，在旋流芯管的离心作用下，粒径较大的油滴与水分离，同时，粘附在大油滴中的部分悬浮物颗粒被排出设备；经过第二级设备颗粒床层后，酸性水中大量悬浮物被拦截，且异质颗粒床层的聚结与强化沉降内件共同作用能够去除酸性水中剩余的大部分油滴；最后，第三级设备中的异质纤维能够通石油炼制与化工过聚结作用对酸性水进行深度除油脱固。80070060050040030020016900750F600450300150F01234567891011121314时间/d(b)悬浮物图4混合酸性水工况下石油类物质及悬浮物浓度变化一第三级出口；第二级出口；一第一级出口；1009560555009085%率潮子8075454035300图5混合酸性水工况下石油类物质及悬浮物去除率一第一级；一第二级；一第三级2023年第54卷4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14时间/d(a)石油类物质24(a)石油类物质24(b)悬浮物一总人口68时间/d68时间/d101012121414第9期通过进一步测试发现，伴随石油类物质和悬浮物的分离,此套设备对酸性水的化学需氧量(COD)也有一定的影响,COD从 4 7 8 0 mg/L降至 2 918 mg/L。图6 为混合酸性水工况下各级设备处理后酸性水的照片。由图6 可见，经过三级设备净化分离后的酸性水由黑色转变为黄色澄清透明，设备处理效果明显。总入口第一级出口第二级出口第三级出口图6混合酸性水工况下各级设备处理后酸性水的照片2.2罐区切水工况图7 为罐区切水工况下石油类物质及悬浮物浓度变化情况，图8 为石油类物质及悬浮物去除率。酸性水进入第一级设备后，其石油类物质质量浓度平均由37 3.6 0 mg/L降为2 13.8 3mg/L，悬浮物质量浓度平均由16 0 0.57 mg/L降为802.61mg/L；经过第二级设备后，酸性水中石油类物质及悬浮物质量浓度平均分别降为31.35450400(1-Tu)/善3503002502001501005002.40021008001150012009006003000图7 罐区切水工况下石油类物质及悬浮物浓度变化第三级出口；第二级出口；一第一级出口；一总人口王刚，等.酸性水旋流-聚结除油脱固中试研究4(a）石油类物质959085504550图8罐区切水工况下石油类物质及悬浮物去除率第一级；第二级；一第三级与混合酸性水工况类似的是，第一级设备能够初步对罐区切水中的油和固体物质进行粗分离，第二级设备作为主要的分离设备能够分离罐区切水中的大部分石油类物质及悬浮物杂质，第三级设备则是进一步去除罐区切水中的油和固体2345678 9 10 11 12 13 14时间/d(a)石油类物质3456789 10 11 12 13 14时间/d(b)悬浮物117mg/L和2 0 1.55mg/L；经过第三级设备处理后，酸性水中石油类物质及悬浮物质量浓度平均分别降为2 0.46 mg/L和16 2.2 2 mg/L，其平均除油率为94.52%，悬浮物平均去除率为8 9.8 7%。1009590%率潮子8545403550物质，实现对罐区切水的除油脱固深度处理。对比图8 和图5发现，在悬浮物含量较高的罐区切水工况下，第一级和第二级设备的除悬效率提高。经测定，经设备分离后，罐区切水的COD由7300mg/L降为4914mg/L。图9为罐区切水工总入口第一级出口第二级出口第三级出口图9罐区切水工况下各级设备处理后酸性水的照片226时间/d46时间/d(b)悬浮物88101012121414118况下各级设备处理后酸性水的照片。由图9 可见，经过三级设备处理后，罐区切水被净化为黄色澄清透明状态，表明对油和固体物质的分离效果良好。3结束语基于当前酸性水进入汽提塔前预处理工艺效果差的问题，提出了旋流-聚结组合的预处理技术方法，并对不同悬浮物含量工况混合酸性水和罐区切水的处理情况进行了考察。结果表明，旋流-聚结除油脱固技术对酸性水的平均除油率可达98.7 8%，悬浮物去除率可达8 9.8 7%，同时还能降低酸性水的COD。该技术及装备适用于含油含悬乳化的酸性水处理，且无需额外增加化学药剂即可实现酸性水中石油类物质和悬浮物杂质的高效分离，为酸性水进入汽提塔前除油脱固预处理方法的改进提供了新思路。参考文献1王建文，汪华林.污水汽提装置酸性水旋流分离器的研制J.炼油技术与工程，2 0 0 7 37（2）：49-512于峰，宋庆慧，郑宝，等炼油厂酸性水汽提装置的典型流程和工艺设计参数的选择 J石油化工，2 0 14，43（5）：555-56 03吕三雕，陆鹏宇.含硫污水汽提装置优化生产方案探讨 J.石油炼制与化工，2 0 12，43（4）：6 4-6 74侯继承，卢浩，刘健.延迟焦化含硫污水高效除油技术的工业应用 J.石油炼制与化工，2 0 18，49（8）：94-975王航空，张梅，杨洋，等，延迟焦化装置含硫污水治理措施与建议 J.石油炼制与化工，2 0 11，42（9）：8 3-8 66周瑾，刘文君，李章强，等.提高酸性水除油措施 J。石化技术,2 0 18,2 5(5)：315-316石油炼制与化工7杨万强，唐媛媛，牟炜.延迟焦化装置酸性水脱除焦粉技术的应用 J.石油炼制与化工，2 0 16，47（7）：18-2 08王乐毅.动态旋流分离技术在酸性水除油中的工业应用 .炼油技术与工程，2 0 17,47（5）：11-139文冰，马良军.酸性水罐区污水处理及除臭新工艺 J.炼油与化工,2 0 13,2 4(5)：30-32 10 郑军勇，王旭晟.酸性水汽提装置的工艺优化 J.化工管理，2021(22):164-16511高虹，杨军勤,陈虎，等除油器系统在酸性水汽提装置中的应用 门.石化技术，2 0 10，17（2）：2 6-2 8,5912李林，张伟伟，杜陕君.延迟焦化装置酸性水旋流除焦粉技术应用.齐鲁石油化工，2 0 16，44（2）：133-135，15913王文举.非加氢酸性水汽提装置运行优化探讨 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Technology)Abstract:With the increase of the content of emulsified oil and fine solid suspensions in acid water,the pretreatment for oil and solid removal from sour water is an important guarantee for the stability ofthe subsequent stripping process and the safe operation of the unit,but the current pretreatment systemgenerally has the problem of poor performance.Based on the pretreatment process of acid water beforeentering stripper,a new technology for oil and solid removal was put forward using hydrocyclone-coalescence combination,and a pilot test was carried out.The results showed that the average oilremoval rate of acid water was 98.78%,the average removal rate of suspended solids could reach89.87%,and the test equipment could reduce COD in sour water.Key Words:sour water;hydrocyclone-coalescence;oil and solid removal;stripping