HIGH CONCENTRATION WASTEWATER INSTEAD OF STEAM FOR COOLING COKE IN DELAYED COKING

Abstract

Abstract: The commercial application of high concentration wastewater in cooling coke process instead of 1.0 MPa steam in a 2.4 Mt/a delayed coking unit of CNOOC Zhoushan Petrochemical Company was introduced, which not only can reduce the use of steam and unit energy consumption, and also can handle some high concentration wastewater that is difficult to treat in swage water treatment plant. The application results showed that the reduction of energy consumption is about 237.02 x 103 MJ/d, the discharged out wastewater is reduced about 75 t/d.

Key words: delayed coking, high concentration wastewater, coking drum, steam

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延迟焦化用高浓度污水替代蒸汽进行大吹汽工艺的应用
贾正万，陈进旺
（中海石油宁波大榭/舟山石化有限公司，浙江舟山 316015）
摘要：延迟焦化冷焦过程中用高浓度污水替代1.0MPa蒸汽进行冷焦，不仅可以降低使用蒸汽而产生的装置能耗，而且可以处理部分污水处理厂难以处理的高浓度污水，减少污水排放。通过对中国海油舟山石化有限公司延迟焦化装置的实践，证明以2.4Mt/a的延迟焦化装置为例，可以节约能耗约234.0×103MJ˙d-1,减少污水外排处理高浓度污水约80t˙d-1，是一项节能环保的新工艺。
关键词：延迟焦化高浓度污水替代蒸汽
中海石油舟山石化有限公司2.4 Mt/a延迟化装置是由镇海设计院设计，采用两炉四塔工艺。装置由焦化、分馏、吸收稳定、脱硫再生、硫磺汽提装置等单元组成，初建于2006年，2008年3月一次性投料开车成功，运行稳定，各项产品质量和工艺指标均达到设计要求。但由于延迟焦化其自身工艺的特点，能耗较高、污染相对严重，节能减排的压力较大。因此需要对现有的工艺技术从节能减排的角度出发进行改造，以降低能耗、减少对环境的影响。延迟焦化装置用饱和水或脱氧水代替大吹汽已经有成功的实践[1]，考虑到冷焦对介质的清洁程度没有严格的要求，因此装置结合自身的特点，实施了用高浓度污水代替蒸汽进行大吹汽冷焦的技术改造，取得了良好的效果。
1延迟焦化的工艺特点
延迟焦化工艺是连续生产、间歇操作的重油加工过程。一般两塔一组，在每组塔中，一台塔在反应生焦，另一台塔则处于除焦阶段。当一台塔内焦炭积聚到一定高度时进行换塔，对老塔进行冷焦，既先通入少量蒸汽（小吹汽）把轻质烃类汽提去分馏塔，再大量通入蒸汽（大吹汽），汽提重质烃类去放空冷却塔，回收重油和水，最终达到除焦条件，如此周而复始，不断循环[2]。冷焦过程中，不仅消耗大量的蒸汽，同时也产生大量的含硫、含油污水，是装置能耗和含硫污水源之一。
2用高浓度污水替代蒸汽进行大吹汽
2.1焦炭塔原大吹汽流程
焦炭塔生焦完成后，先进行小吹汽操作1.5h，再进行大吹汽操作，工艺流程见图1。蒸汽从系统管网引出，由焦炭塔底部进料管线轴向进入焦炭塔，气相从焦炭塔顶大油气管线进入放空塔。大吹汽的目的是赶净焦炭内残留的油气并冷却焦层，用蒸汽吹扫、冷却焦层虽然是最简便的，但从能耗和减少污水排放的角度考虑，未必是最适宜的。如果改蒸汽为高浓度污水，也可以达到同样的目的。这样不仅可以从根本上减少蒸汽的消耗，而且还能达到污水循环利用、减少污水排放的效果。

图 1焦炭大吹汽常规流程
2.2用高浓度污水替代蒸汽进行大吹汽的方案
用高浓度污水替代蒸汽大吹汽冷焦的流程见图2。注高浓度污水进塔的流程和方法与给蒸汽相似，需要增加2台污水泵、1台换热器和1台汽水混合器。为避免污水量不稳定，可增设一台高浓度污水缓冲罐。
高浓度污水或净化水进入高浓度污水罐，经过污水泵升压到1.5MPa（取决后路压降），经过换热器（热源-高浓度污水）升温到120℃左右，再经过流量控制阀进入汽水混合器，控制温度在150℃后进入焦炭塔。为保证效果，注水量和配汽总量与大吹汽的蒸汽量相当，如果配汽量越大则污水量越小。

图2 焦炭塔用高浓度污水代替大吹汽工艺流程
2.3改造后的影响
2.3.1改造后对焦炭塔操作的影响
改造后的工艺流程投用后，分别对焦炭塔筒体上、中、下和锥体四个部位的温度变化进行监测和对比，其变化趋势曲线见图3所示。从图中可以看出，用高浓度污水代替大吹汽后焦炭塔各点温度都较改造前温度要低，初期温度相差不大，后期下部温度温差有所扩大。但在后期的冷焦操作中，未发现有给水不进、放水不畅等现象，说明没有因温度较蒸汽低发生炸焦现象。

图3改造前后塔壁温度比较
2.3.2对石油焦质量的影响
在其它条件不变的情况下，对改造前后的焦炭质量指标进行比较，具体数据见表1。由表1可以看出石油焦的关键指标在改造前后没有明显的变化，符合国标2#A焦的质量标准，说明用高浓度污水替代蒸汽进行大吹汽操作不影响石油焦的挥发份等主要指标。
表1 改造前后焦炭质量比较
项目灰份（%）挥发份（%）硫含量（%）水份（%）
改造前（蒸汽） 0.51 10.8 0.77 0.67
改造后（高浓度污水） 0.48 10.4 0.87 0.47
2.3.3对焦炭塔塔体的影响
2010年7月份装置实施改造后，重点对焦炭塔的运行情况进行了跟踪监测，总体运行情况较好，没有发现底盖泄漏、塔体变形等异常。在2015年装置大修期间，分别对4台焦炭塔进行压力容器检验，检验结果见表2。在6个项目检测中均未发现不合格项，其中宏观检验对壳体进行了外观检查，未发现有裂纹、泄漏、鼓包、变形现象，综合评定结果为合格，说明新工艺不会对焦炭塔的安全运行造成不良影响。
表2 焦炭塔压检数据
项目宏观检验壁厚检测磁粉检测超声波硬度HB 金相分析
A塔合格合格 Ⅰ级 Ⅰ级 156-191 Ⅱ级
B塔合格合格 Ⅰ级 Ⅰ级 159-188 Ⅱ级
C塔合格合格 Ⅰ级 Ⅰ级 158-191 Ⅱ级
D塔合格合格 Ⅰ级 Ⅰ级 156-193 Ⅱ级
3效益测算
3.1测算基础
延迟焦化处理能力为2.4Mt/a，渣油加工量为300t/h，两炉四塔24h生焦，大吹汽量20t/h，每天进行2次操作，每次时间为2.5h，共计5h。改用高浓度污水污水量15t/h，蒸汽量5t/h，时间与次数与用蒸汽相同。
3.2能量消耗对比分析
表3为改造前后大吹汽操作能耗情况。改造前能耗主要是1.0MPa蒸汽的能耗，每天共消耗蒸汽100t，折合能耗为318.2×103MJ。改造后主要是配汽用蒸汽的能耗和污水泵用电的能耗，根据实际操作数据配汽用蒸汽量约5t/h，每天消耗蒸汽25t，折合能耗为795.5×102MJ，污水泵轴功率为30Kwh计，折合能耗为4633MJ。因此改造后每天节约能耗234.0×103 MJ，折合标油为5589.3KgEo。
炼油厂污水是难处理的工业废水，污水污染物种类多、难降解、浓度高特点，污水厂处理难度大，既是处理后能达标排放，仍会对环境造成影响[3]。新工艺投用后每天可处理高浓度污水75t，降低了污水处理场运行负荷，减少了工厂污水外排量。按装置年运行时间8000h计，则每年可以减排污水25000t。
表3 蒸汽、高浓度污水能耗比较（KgEo/d）
项目改造前改造后
用量/（t˙d-1）能耗/ MJ 用量/（t˙d-1）能耗/ MJ
蒸汽 100 318.2×103 25 795.5×102
高浓度污水 0 0 75 忽略
电 0 0 150 4633
合计 318.2×103 841.8×102

4结论
（1）用高浓度污水代替大吹汽冷焦方案，只需要在原有流程基础上增加少量设备和流程，改造对于大部分装置来说是可行的。
（2）通过实践证明，对于采用底部轴向进料方式的焦炭塔，使用高浓度污水代替蒸汽进行大吹汽冷焦，不影响焦炭的质量，也不影响焦炭塔的正常操作和安全运行。
（3）用高浓度污水代替蒸汽进行大吹汽操作，不仅可以降低装置能耗，而且可以处理部分高浓度污水，减少工厂污水外排量。
参考文献
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作者简介：贾正万，工程师，毕业于中国石油大学化学工程与工艺专业，现工作于中海石油舟山石化有限公司重油裂解联合装置生产管理岗位。
通讯联系人: 贾正万，E-mail：jiazw@dxzspc.com。

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