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【技术资料】冷焦水循环处理如何100%回收?如何100%再利用?

冷焦水循环处理如何100%回收?如何100%再利用?

冷焦水密闭循环处理及污染物分离技术

  点评专家:汪华林(华东理工大学教授)

  由石油炼制焦化装置产生的冷焦水是焦粉、水、重油和恶臭组成的固—液—气混合物。这种混合物还因反复流动等而乳化,形成油包水和水包油的乳化液滴。如果将未处理的冷焦水直接排放到环境中,由于它含有多种硫化物、氰化物、挥发性酚等有毒物质,将严重破坏环境,甚至威胁人的生命安全。

  冷焦水既是一种有毒有害物质,但又包含了大量焦粉、重油等不可再生的资源,如果把这些宝贵的资源提取出来,不但实现了资源的循环再利用,而且解决了环境污染严重的问题。但是冷焦水是油—水—焦三相乳化颗粒,在常温下难以分离,尤其是经过石油焦粉、油和水之间的相互乳化,油滴与水之间密度差更小,更难分离了。

  “我们课题组必须首先突破的是冷焦污水污染物分离技术。”

  【攻克行业共性难题】

  焦化装置是石油炼制业的四大主体装置之一,40多年来虽有技术进步,但我国始终没有解决冷焦污水的密闭和全循环利用问题,是一个多年来令人发怵的行业共性难题。

  于是,课题组针对冷焦污水系统的流量及组成波动剧烈、压力由高到低周期性变化、废水与废气交织等特点,设计多级降温冷凝—机械组合梯级污染分离—污染物组分机械纯化的一套集成装置,将冷焦系统中VOC(挥发性有机物)气体—水—焦粉—重油这种混合物分离为油、水、焦三部分,并分别回收利用,实现废水治理与废气治理耦合、污染物治理与废弃资源循环利用协调、经济效益与生产清洁结合,解决冷焦废水、废气污染问题。专家点评:

  美国石油焦化装置加工能力约占全世界的52%%,但其敞开式的大自然冷却技术在中国“水土不服”。如中国石化工程建设公司在1980年曾采用美国技术设计,建造了冷焦污水处理系统,运行不到2年,就不得不更弦易辙。

  然而,监测结果表明,采用自主研发的100万吨/年焦化装置冷焦水封闭循环利用系统,在资源回收、环境协调方面都显著优于美国敞开式系统流程,在技术经济指标上达到国际领先水平。100万吨/年大型现代化的焦化装置冷焦水封闭循环处理系统工业化取得成功,不仅打破了国外延迟焦化工艺清洁生产技术对我国的技术垄断,同时为国内原创新技术开发和技术变革提供了思路。

  【四大创新成果】

  创新成果之一:发明污染物分离旋流技术

  美国冷焦污油的脱水采用高速离心机技术,投资大,难于维护。国内冷焦污油重力沉降初步脱水后,常常作劣质燃料贱卖;或掺入品质更好的污油系统,再加热等沉降脱水,但操作费用高,投资大。

  于是,课题组提出按比重差分离,大于水的(包含石油焦粉、含油、水,焦粉较多)、小于水的(包含油、石油焦粉、水,油较多)分别与水分离的思路,发明了亚微米颗粒污染物的污染分离旋流技术,能将冷焦污水的含油浓度从82毫克/升—86毫克/升降低到6毫克/升—7毫克/升。

  课题组发明了旋流分离方法进行脱水,以流体旋转的静设备替代美国式高速旋转离心机,将冷焦污油的含水浓度从6%—8%降低到小于1%(平均小于0.5%),满足焦碳塔急冷油的含水指标,比国内常采用的破乳—重力沉降方法效果更好。

  此外,国外、国内工业化的石油化工装置,物料脱盐采用高压电场方法,占地面积大、电耗高、安全等级要求高、维护难。本课题发明流体旋转的旋流脱盐脱碱方法,利用水溶解盐和碱的特性,旋流脱水过程就带出盐和碱,达到脱盐脱碱的目的。将其含碱浓度从41毫克/升降低到11毫克/升,使10万吨/年环己酮装置的连续运转周期从2—3个月提高到11个月以上。

  创新成果之二:发明废水和废气耦合处理工艺

  通常,废水、废气分别处理。VOC气体采用降温冷凝回收方法,将气体中挥发性有机物冷凝为液体,再利用气液分离设备,既治理废气,又回收油资源。本课题采用废水治理废气,利用废水冷凝废气,再用液—液分离设备将冷凝到废水中的油收回,实现废水设施治理废气。

  其中,含油污水的浮选旋流耦合分离方法,使采用脱油旋流器无法分离的微小油滴可以采用气浮旋流组合装置分离出来,净化率可达99%以上。

  根据冷焦污水的油类废水和废气化学组成相近、温度相异,废水量大而废气量小的特点,设计了冷焦废气的处理方法和成套设备,实现了废气处理与循环利用。采用冷焦废气和废水耦合处理工艺后,装置区域恶臭浓度从2000降低到20—45。

  创新成果之三:发明冷焦水密闭循环处理关键工艺

  课题组发明的冷焦污水处理方法及装置,根据综合废水处理废气方法、气浮旋流耦合分离方法等,通过采用一套废水处理装置,解决冷焦废水和废气治理的两个问题,实现污油、石油焦和水这三种物质的的富集、净化、回收利用,实现冷焦热污水处理的“全封闭循环”。

  该技术属于集成创新被鉴定为国内外首创,已形成国家清洁生产标准技术。100万吨/年工业装置运行,废水再生与循环利用、污油回收利用、石油焦粉末回收利用、废气中水、VOC回收利用率达100%;二氢化硫回收率达80%%以上。

  创新成果之四:污染物分离旋流器

  课题组发明了微小型的三锥体结构的液—液分离旋流器。该旋流器在预先去除大于10微米分散相液滴的情况下,能够分离出不大于5微米的液滴。专家点评:

  以本课题的创新成果,对我国从美国成套引进的第一套大型现代化的石油焦化装置(100万吨/年规模)的冷焦污水系统进行安全环保技术改造工程。通过密闭循环技术改造后,2004年6月一次开车成功,焦炭塔排出的冷焦污水的各组分循环利用率达到100%,作业区域空气质量达到国家作业环境工业卫生标准要求。

  其中,油被100%再生,循环使用率100%;通过热水池和脱焦旋流器的组合装置,将冷焦水的焦粉收集起来,定期清运到焦碳堆场,成为焦碳产品,焦粉回收使用率达到100%;冷焦水温度从87℃—90℃降低到41℃—45℃;废水100%再生,再生后100%回用。通过密闭热水池、焦粉旋流器等组合装置,回收了VOC的油品和水汽。空气污染得到显著改善,原有恶臭气味已完全消失,工人的作业环境也大为改善。

  装备了国内80%大中型焦化装置

  课题组研发的冷焦污水封闭循环利用装置,既消除环境污染,又回收利用了污水中各个组分,还具有水处理工艺流程灵活可调、实行实时监控操作方便、污油密闭回收、运行稳定、经济安全、资源回收率高、消除大气污染等优点,能有效消除空气污染,具有显著的环境和社会效益。

  该技术推广应用到国内外32套大、中型延迟焦化装置,总加工能力为3460万吨/年,其中国内加工能力为3260万吨/年,国内现有大、中型延迟焦化装置80%采用。专家点评:

  该技术被我国最大的三个炼油设计院列入延迟焦化装置核心生产技术,还可以应用到海洋平台、钢铁行业的焦化装置、船舶污水、未来的生物质炼油装置。

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