1、延遲焦化裝置含硫污水油水分離技術開發與應用董 國 良一、引言：高效旋液、射流粗粒化油水分離技術，在延遲焦化煉油裝置含硫污水處理中已經成功開發與應用。解決了脫硫水、凈化水產品質量普遍始終無法保持穩定提高的難題。同時將含硫污水處理除油工藝段流程大大減化，降低投資，減少環保費用支出，提高了硫磺回收質量，成果效益顯著。本文對該技術的開發應用從技術理論和實踐上進行了比較詳細地綜述。長期以來，在煉油化工生產中，對含硫污水汽提裝置污水處理前級除油工藝中，采用先進的除油裝置是工藝設計科技人員一直在探討、研究、開發的一個課題。上海石化股份有限公司煉化部100萬噸/年延遲焦化聯合裝置于2000年1月18日正式投產

2、，針對其中之一的含硫污水汽提裝置（即酸性水汽提）含油污水處理工藝中采用的沉降罐、自然沉降脫油工藝存在的許多缺點和技術落后，進行了多次反復調查分析和論證，謀求對原有含硫污水汽提裝置污水處理前級除油采用大型沉降罐沉降脫油工藝進行改造提高，使其實現自動排油，滿罐穩定可靠操作，實現裝置自動化運行，大幅度提高除油效率，提高凈化水產品質量減少項目投資的新思路。二、 采用大型沉降罐沉降脫油工藝問題的存在含硫污水汽提裝置主要處理常減壓、重油催化裂化、延遲焦化、催化重整、加氫精制等裝置的含硫、含硫、含氨污水。該裝置一般包括含硫污水汽提和氨精制回收兩部分，凈化后的水供后續工藝使用或者排放至工廠污水處理廠生化處理后

3、排放。達到上述處理工藝和凈化水產品質量標準的前提是必須使含硫污水中的油含量降至最低點即20mg/l以下。老三套的除油工藝段流程如下圖一。從煉油各界區來的含硫污水首先進入d2101脫氣罐脫氣、脫氣后的含硫污水靠自壓流入d2102/1污水緩沖沉降罐，經上置u型管后流入d2102/2沉降罐，由p2103a/b二臺原料泵打到c2101主汽提塔進行汽提脫硫，該工藝存在如下問題：（1）d2102/1.2兩罐均不能保持滿罐操作及不能充分發揮二罐的緩沖沉降功能。（2）d2102/1污水緩沖沉降罐內的浮油不能及時排出，操作不當將會使油仍然流入后續裝置。（3）沉降罐內的布水裝置設置達不到中心進水，周邊出水的功能要

4、求，因此沉降罐起不到沉降脫油的目的效果。（4）因沉降脫油的效果差，一些細小顆料的油粒和焦粉，催化劑粉流入后續汽提裝置，造成塔內焦油、塔內熱平衡很難控制，因此凈化水產品質量很難達到理想標準要求。（5）為了提高產品的質量標準，需要經常對汽提塔進行清洗吹掃。（6）會經常導致酸性氣中烴含量超標，產出黑硫磺。為了解決上述存在的問題，許多設計院在新上的裝置和老的裝置改造時，也均考慮在d2102/1.2兩罐之間加裝除油器，以改善提高沉降罐的除油效果。但終因所采用的除油器產品技術達不到工藝使用要求，而導致工藝設計技術要求目的無法實現。三、 高效旋液、射流粗粒化油水分離技術的提出。 為了解決含硫、含油、污水處理

5、除油工藝存在的問題。改進提高緩沖沉降罐的脫油使用功能。我們查閱了國內外許多有關除油工藝及產品資料。了解了國內許多除油器生產廠家，并進行技術交流，最終我們經過反復技術論證認為：由中國船舶工業集團公司上海中舟高速船工程總公司申舟環保工程設備有限公司開發、設計、生產的dyf型系列高效旋液、射流粗粒化油水分離器，完全可用于我們延遲焦化聯合裝置含硫、含油污水處理裝置中。雖然該產品在當時只是使用于造船行業，油田采油注水處理除油領域。但是，經過反復論證認為：船舶、油田上使用的除油器工況與我們煉油行業基本上相似，在某些方面，船舶的排放標準要求（10mg/l）和油田回注水處理出水標準（<2-5mg/l）均

6、比我們煉油行業除油排出水標準要高。設備自動化程度和可靠性方面也不低于我們煉油化工行業。只要在產品生產制造時，按化工標準壓力容器規范要求進行增加電器自動化控制防爆功能就完全能使用于我們延遲焦化聯合裝置的含硫污水處理工藝中。更重要的是，經過反復技術論證和對該產品技術的實地使用調查，發現該產品所采用的除油技術是將國內外當前使用于除油技術方面多種最先進技術的有機組合，并形成裝置化。在設備內，采用旋液射流技術作為除油預處理，代替老三套中的斜板隔油、浮選工藝，在技術上完全采用先進的物理法對含油污水進行除油處理，其除油工藝技術在國內是最先進的。四、 dyf-80型旋液、射流粗粒化油水分離器應用1、油水分離器

7、工藝技術該裝置是參照采用國外最先進工藝技術，按照斯托克斯定律，結合流體動力學，通過精心計算、設計、研制生產的一種旋液、射流粗粒化油水分離器。經過近二年的實際使用考核證明，該油水分離器對于處理聚合含硫污水以及煉油、化工生產工藝含油污水中的細小油粒具有特殊的效能，可將污水中與水互不相溶，粒徑在十幾微米左右的細小油滴從水中分離出來，使水中的含油濃度降為20mg/l以下，達到含硫、含油污水處理工藝使用要求。污水處理裝置技術組合dyf80型旋液、射流粗粒化油水分離裝置由下列技術裝置配套組合，形成一完整的污水處理工藝流程：（1）利用液體流動動力學原理設計成的旋液分離器；（2）采用一種特殊工藝加工復合制成的

8、前級粗粒化聚合元件和精細粗粒化聚合元件；（3）將液體射流技術有機的應用于裝置中，利用液體傳質技術帶動細小油滴的上浮速度；（4）在裝置中利用油水不同導電率和密度差設計，油位自動切換，操作自動化；（5）對排放水可實現自動監測超標報警，實現二臺設備交替使用、自動切換、操作自動化；（6）裝置內配有一套完整的液體層流布水系統，確保廢水在裝置內始終形成一層流狀態，且保證設備裝置均勻布水，不形成液流死區；（7）裝置上還安裝有超壓自動保護、溫度顯示、液位自動控制顯示、蒸汽反沖洗等安全保護儀表。2、油水分離器工作原理含油污水由輸送泵送入油水分離裝置，首先通過一特殊制作的旋液分離器，液體在分離器中產生高速旋轉，利

9、用油與水的不同密度差產生不同的離心力場，而利用離心力對含油廢水進行預處理，液體在旋流器中可產生二次上升液流。因此，其分離速率比常用的靜置分離和斜板分離快幾十倍以上。且體積小、效率高，不受進液含油量的變化的影響，確保分離效果恒定，是目前國內其他任何油水分離裝置預處理方式無法比擬的。在上述分離的基礎上，在液體流動的同時，設計輔以外力使部分排出水回流至旋流腔室。使液體產生射流，利用液體傳質原理，以增加微小油粒的上浮速度，而加速油水之間的快速分層，以提高油水分離效果和效率。通過上述分離后的液體其含油量均在50100mg/l左右，再流入一組采用不銹綱材質制作的特殊形狀的波紋斜板，使其均勻布水增加細小油滴

10、聚合分離，再輸入用各種不同規格螺旋網目的不銹鋼網經過特殊加工復合制作成的粗粒化元件，將細小油滴經過聚合分離后，使水達標排放。必要時可使經上述處理后的廢水再通過一組利用更精細的不銹綱復合網材料制成的粗粒化聚合元件分離后排放。該粗粒化聚合元件完全可捕捉到水中大于15微米以上的油滴，使其逐漸變大后脫離粗粒化元件而達到分離之目的，從而保證了其排出水含油量小于20mg/l的排出水標準要求。被分離出的油，當油在設備中達到一定油層后，由油位控制器將信號送至自動控制柜，自動打開排油系統將油排至油收集罐內，作為綜合利用。為了保證裝置能在冬季正常工作和維修需要，裝置內還裝有維修使用的蒸汽加熱系統裝置，并配備有溫度

11、自動控制單元和溫度顯示儀表。為了保證裝置的正常工作，在裝置上還裝有電接點自動控制壓力顯示儀表和超壓自動保護裝置。裝置配套提供的控制箱，具有油水分離器所需的全部自動控制功能和燈光顯示，并同時可轉換成手動控制，其性能可靠。該旋液射流-粗粒化油水分離器是一種單缸三腔臥式型式的含油污水處理裝置，裝置上的管路和配套管道均采用化工工業用鋼管。管路閥門均為鋼制，為了裝置的可靠性，在內部重要地方均采用了不銹鋼材料制作。同時在內外部均采取了必要的防腐措施。完全可滿足煉油化工工業的環境保護要求。裝置具有體積小、占地面積少、操作維護方便、自動化程度高、處理效果好、可靠性強且技術先進等優點，達到國內同類產品先進技術水

12、平。3、油水分離器設計理論基礎（1） 油水分離器內置高效旋液分離旋流技術是80年代后期才開始被應用于分離兩相互不相溶的液液混合物，旋液式油水分離是利用旋轉液流原理工作的，旋轉液流有兩種基本運動形式，即自由渦和強制渦。自由渦屬無旋流，其切線速度v1與回轉半徑r符合動量矩守恒原則： v1r=常數 （1）強制渦的切線速度與回轉半徑呈下列關系： v1r-1=常數 （2）在考慮液體粘性和磨擦損失時，應對式（1）和（2）進行修正，即：準自由渦vt=c1 / rn （11）準強制渦ve=c2rm （21） 式中：c1，c2為常數 在旋液分離器中，油滴以初始速度u0隨液體作旋轉運動。流體的切向速度為u2，徑向

13、速度為u1，油滴運行一定時間后到達c點，點處油滴的切向速度為v2，徑向速度為v1，見圖二， 油滴的運動方程為： 徑向 (d2r/dt2)-r(d/dt)2=(-1/)(dr/dt)+v1 (3) 或 (du1/dt)-(v22/r)=(-1/)(u1+n1) (31) 切向 dr2(d/dt)/dt=-(r/)r(d/dt)- n2 （4） 或 (du2/dt)+(u1u2/r)=(-1/)(u2-n2) (41) 式中 r，柱坐標 t時間，s 油滴的松弛時間，=pd2p/18 p油滴密度，kg/m3 dp油滴的直徑，m 流體的粘度，pa .s 旋液分離器結構如下圖三所示： 它可分為四部分，即

14、：a、 內旋部分為一短圓筒形空腔，用以形成旋流流動。b、 加速部分為一短圓錐腔室，利用其錐截面緊縮，使流體獲得極大的加速度。c、 繼續加速部分為一圓錐腔室，其中的流體速度將不斷地增大。d、 平緩部分為一圓柱腔室，利用其中流體的恒速，可對上部分造成一定回壓，以利含油污水的充分分離。 其工作原理：當含油污水沿內旋部分的正切方向流入該室后，由于流向變化，使流體形成了旋流，進入加速部分后，由于流速急劇加大，使流體進而形成螺旋流態并產生高離心力，使油聚合于低壓的錐形部分成為油芯，在清潔水沿腔室邊上的高壓螺旋線向前流動的同時，低壓區的油芯卻相對地回返至回收孔并被排出。 通過實際使用總結，在設計大容量的油水

15、分離器時，采用多管束方式雖然能增大處理量，但卻很難保證各單管旋流器內的進水壓力、流量的均衡，則應以增大旋流管的單管直徑為宜。旋流器內的進液壓力控制在0.100.12mpa為好，以避免液體在旋流管內產生紊流現象，造成液體在管內產生乳化，影響分離效果。下圖四中即為在高壓（0.30.4mpa）時旋流管中的油滴紊流現象。(2) 油水分離器內置斜板平流沉淀布水本沉淀調節是根據理想沉淀池的推理試驗成功的，其理論基礎為：設有一平流式沉淀池，在其中裝置斜板，每塊斜板長度為l；傾斜角度為q。水流由下往上，沉淀池的處理水量與斜板面積關系為：顆粒沿水流方向的斜向上升速度為v，受重力作用往下沉降的速度為u，兩者的矢量

16、之和的方向如（圖五）中虛線所示。 顆粒的運動軌跡由a到b時顆粒碰到斜板就可認為是結束了沉降過程，當顆粒以v的速度上升（ll1）的距離所需時間和以u的速度沉降的距離所需時間相同，顆粒才從a運動到b因此有關設計理論公式如下： （l2 / u）=（l+l1）/ v另設有n塊斜板，則每塊斜板的水平間距為l0/n（板厚忽略不計），l0為起端斜板到終端斜板的水平距離。 則： （l0/n）tanq/u=（l1+secq·l0/n）/v斜板中的過水流量為與流量垂直的過水斷面，面積乘流速： q= v·w = v·l0·bsinq 式中b平流沉淀池的寬度 v= q /（l0

17、·b·sinq）則：u=-（l0/n）·tanq·q/l+（l0/n）secq l0·b·sinq =q/（n·b·l·cosq+l0·b）式中：n·b·l·cosq是全部斜板的水平斷面投影，l0b是原平流沉淀池的水表面積。 考慮到在實際沉淀調節布水中，由于進出口結構、水溫、沉積物等影響，不能全部利用斜板的有效容積，故在設計斜板沉淀布水時應乘以斜板效率，一般此值可取0.60.8。為了提高斜板的分離聚合細小油滴功能，在斜板的結構設計中，參照國外有關資料，設計了一種凹凸

18、形斜板結構，詳見下圖（圖六）所示，圖為斜板結構形式和油粒在斜板內的流動狀態。（3） 油水分離器內粗粒化聚合油水分離原件 設備中的粗粒化油水分離原件，主要是利用液體的密度差進行分離，油滴上浮速度取決于作用在油滴上的外力，即取決于油滴與同體積之水滴的密度差。對于層流中微粒的運行，適用斯托克斯定律，而在紊流中運動的大粒，則適用于牛頓定律，其適用范圍用雷諾數表示，見下表：雷諾數（re）定律02斯托克斯定律 u=g（ds-d）d2/1850020000牛頓定律 u=1.74 g(ds-d)d/d 式中：re（雷諾數）ud/v u油滴對水的相對速度 d油滴直徑 v水的動粘性系數 d水的密度 ds油滴密度

19、水的絕對粘度 對于實際的粗粒化油水分離原件來說，問題不在于上浮較快的油粒，而在于近乎乳化的微小油粒，粗粒化油水分離原件就是利用不銹鋼絲網組合件，使近乎乳化的微小油粒在流動時相互碰撞，使其增大而盡快上浮分離。利用一種特殊的粗粒化聚合原件來捕捉，聚合小于25m至15m之間的更微小油粒使其增大，自動上浮分離，以保證排放水完全達到20mg/l含油量情況下排放，是該產品之關鍵原件。用斯托克斯方法計算的微小油粒的上浮速度如下列圖表： 根據設計要求，經過實踐試驗，為確保所設計的粗粒化油水分離器能分離的最小油粒粒徑為10m，出水含油量才能達到15mg/l以下，以此作為裝置計算的依據，在實際計算時應考慮到水流不

20、均勻紊流等影響的修正系數，混濁水中油粒上浮速度降低系數：則實際計算公式如下式： 0=g（d水-d油）d2/18粗粒化原理過程如下（圖七）粗粒化油粒聚合狀態如下（圖八）（4） 粗粒化聚合原件設計計算 液體通過聚合原件的液速應選取適宜。液速過低，夾帶的細小油粒將無法與聚合原件表面碰撞聚結。液速過高，將會使被聚結的細小油粒隨液體流出后被帶入排放水中，影響排出水質量。 a、聚合原件允許最大流速：vmax=k1 （l-g）/g（米/秒）式中：g液體中油粒密度（公斤/米3） l液體密度（公斤/米3） k1系數、由試驗確定 系數k1值與液體粘度、表面能力、油粒密度及粗粒化聚合原件的編織形式等因素有關。 b、

21、 粗粒化聚合原件的直徑粗粒化聚合原件的直徑計算，由所需的液體處理量與操作使用時的液體流速決定，當粗粒化聚合原件為圓柱形時，其直徑由下式確定： d=（q/·l·vg·n）· 式中：q液體處理量（米3/秒） vg液體流速 n粗粒化聚合原件數量 l粗粒化聚合原件長度 修正系數 c、粗粒化聚合原件的油粒捕捉效率： 當設備的操作流速在允許范圍內，且處理量不很大，在油粒度不是特別小的情況下（非乳化狀時），聚合原件的除油效率是很高的，可在95以上。油粒捕捉效率計算公式為：ef=1-1-cn =f（k） k=（1/9）·（d12·12·vg

22、/g·dw） 式中： ef總效率 c系數（根據絲網材質和形狀確定） 基本效率 k碰撞系數（根據絲網絲徑確定） d1油珠粒度（米） g液體中油粒密度（公斤/米3） 1液體密度（公斤/米3） vg液體流速（米/秒） dw絲網直徑（米） g油珠粘度（公斤/米、時） n絲網層數 4、dyf80型油水分離器安裝工藝流程安裝工藝流程設定（見圖九）從各界區來的含硫污水首先進入d2101脫氣罐脫氣，經脫氣后的污水經離心泵p2101/1，2打入d2102/1緩沖罐，d2102/1罐出水再經過離心泵p2102提升增加壓力至0.28mpa后送入d2103dyf80型旋液、射流粗粒化油水分離器。經過聚結分離

23、后的油，由三個腔室頂部的排油口定期排入d2106油收集罐，通過油水分離器處理后的出水流入d2102/2緩沖罐再由p2103/1，2原料水泵打入c2101汽提塔中進行汽提。 5、工藝流程的技術特點 該工藝流程將高效旋液射流粗粒化油水分離技術產品引入，大大地提高了老三套系統的除油效率，利用d2103除油器對在緩沖沉降罐中沒有被去除的油粒進行進一步的分離，確保了原料水可穩定控制在20mg/l以下，保證了脫氣塔的熱平衡，且幾乎無須對塔盤進行沖洗。更重要的是使脫硫水，凈化水產品質量得到很大提高，確保合格率穩定在98以上，硫磺回收也達到一級品質量標準。 另外，充分發揮了緩沖沉降罐的功能作用。如果在d210

24、1/1罐中增加自動浮動浮油收集器，可確保罐內的浮油隨時可排放回收。 6、使用性能監測 為了充分了解dyf80型油水分離器的實際使用效能，我們于2000年5月對經過使用近一年的設備和脫硫水、凈化水的性能數據和水質參數進行連續跟蹤監測，測得數據如下：（對污水中的油份按國家gb89781996標準應采用紅外分析方法） 操作條件：d2101/1 液位：4060 p2102 出口壓力：0.28mpa d2103 操作壓力：0.04mpa d2103 操作溫度：常溫 處理量： 2040t/h 重量法分析d2103除油器進、出口油含量數據表（月平均值）時間（2000年）入口油含量（ppm）出口油含量（ppm

25、）5月份96.521.06月份121.521.67月份72.319.19月份60.719.610月份49.318.4從上面數據可以看出：目前dyf80型除油器能達到設計要求，但受到設計的局限，還存在一定的問題：原料水乳化程度直接影響除油效果。研究理論與實踐證明，油水分離器的除油效果受到原料水處理量、水中油含量、乳化程度等限制。現有設計的流程中p2101/1脫氣罐底泵及p2102除油泵卻是離心式泵，該種泵對水中油具有較強的乳化作用，所以對除油效果影響較大，應選用單螺桿泵或自壓壓入到除油器中。 五、今后工藝流程的改進與提高 通過對原設定的工藝流程實際使用，在基本上掌握和熟練操作的基礎上，我們發現工藝系統還可進行進一步改進提高，使其更加完善，如果改進后的工藝流程運行可靠的話，可將延遲焦化含硫污水處理的工藝流程大大縮短，同時可大幅度降低項目投資和設備運行費用。新改進實施的工藝流程如下圖（圖十） 從各界區來的含硫污水首先進入d2101脫氣罐脫氣，經脫氣后的污水利用脫氣罐的余壓直接進入d2103dyf80型油水分離器，通過除油后的原料水高位自流入d2101/1罐和d2101/2罐，然后由p2103/1，2原料水泵