延遲焦化裝置的清潔生產(chǎn)工藝優(yōu)化

張健(中海瀝青股份有限公司，山東 濱州 256600)

1 延遲焦化裝置所產(chǎn)生的環(huán)保問題

1.1 露天焦池產(chǎn)生的廢氣問題

露天焦池產(chǎn)生的廢氣主要在焦炭塔放水冷焦與水力除焦期間。在焦炭塔溢流完改放水操作后，打開呼吸閥，關(guān)閉溢流閥。此時(shí)焦炭塔塔內(nèi)的蒸汽與含有較高濃度的油、硫、酚、氰、重金屬、雜環(huán)和稠環(huán)芳烴等有毒有害物質(zhì)被呼吸閥排出，其產(chǎn)生的廢氣含有硫化氫和揮發(fā)分等有害物質(zhì)且會(huì)散發(fā)出惡臭，直接進(jìn)入大氣嚴(yán)重污染周邊環(huán)境[1]。在水力除焦的過程中，焦炭塔中被高壓水切除的焦炭掉落至溜焦槽進(jìn)入焦池時(shí)，會(huì)有攜帶著油氣、硫化物和焦粉的蒸汽排放至大氣。同時(shí)掉落的切焦水儲(chǔ)存在焦池中，其中一部分在儲(chǔ)焦池中浸泡焦炭，一部分由冷焦水提升泵抽至另一側(cè)儲(chǔ)水池進(jìn)行沉淀后作為切焦水再次使用。兩部分冷焦水都由露天的焦池儲(chǔ)存，其中的揮發(fā)物也影響周邊環(huán)境。

1.2 密閉式處理工藝?yán)浣顾畠?chǔ)水罐尾氣問題

冷焦水儲(chǔ)罐水封罐尾氣主要來自冷焦水。延遲焦化裝置冷焦水一直是裝置生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要污染源。冷焦水是用來冷卻焦炭的循環(huán)用水。延遲焦化的原料均為劣質(zhì)重油，原料油中的硫化物、氮化物、含氧化物、膠質(zhì)等物質(zhì)的含量均較高。這些雜質(zhì)在焦化反應(yīng)過程中分解為硫化氫、氨、酚等低分子量的化合物以及少量的硫醇和硫醚等惡臭物質(zhì)。這些低分子量化合物大部分進(jìn)入氣體產(chǎn)品，另一部分會(huì)隨大吹氣和冷焦放空的氣體進(jìn)入放空塔，還有一部分通過冷焦溢流、冷焦放水和放空塔含硫污水進(jìn)入冷焦水熱水罐。這些低分子量的硫醇和硫醚類化合物屬于有機(jī)硫化合物，沸點(diǎn)低，易于揮發(fā)，具有強(qiáng)烈的臭味，極易從冷焦水中逸出。

1.3 露天焦池區(qū)域粉塵問題

對(duì)于露天的焦池而言，焦炭經(jīng)水力除焦除至焦池中，后經(jīng)過行車轉(zhuǎn)運(yùn)至運(yùn)輸車輛，將產(chǎn)品運(yùn)送出廠區(qū)。在這一過程中，在除焦過程中焦炭從底蓋處掉落至焦池期間會(huì)有焦炭粉塵飄散掉落至四周環(huán)境，在行車轉(zhuǎn)運(yùn)以及裝車過程中也會(huì)有焦炭粉塵四散至周圍。平時(shí)未浸沒在水中的焦炭經(jīng)大風(fēng)吹，也會(huì)將粉塵帶入周邊環(huán)境。在未采取措施之前，焦池周邊粉塵濃度在8～10 mg/m3，焦池四周焦粉散落在地面的距離在15～20 m，運(yùn)輸車輛對(duì)廠區(qū)路線與外部公路的污染距離在100 m 左右。

1.4 加熱爐燃燒的煙氣排放問題

在加熱爐提供熱量來源的同時(shí)，燃燒會(huì)產(chǎn)生煙氣。當(dāng)加熱爐燃燒不好、熱效率低時(shí)，此時(shí)排出的煙氣質(zhì)量也會(huì)大大降低。同時(shí)使用的燃料氣中若硫含量超標(biāo)，也將直接影響煙氣的排放質(zhì)量。而焦化自產(chǎn)干氣作為加熱爐燃料的一部分，其脫硫后的指標(biāo)也一定要達(dá)到環(huán)保要求。在加熱爐燃燒系統(tǒng)未改造前，其煙氣氮氧化物排放濃度在130～155 mg/m3，當(dāng)凈化干氣的H2S 含量大于20 mg/m3，加熱爐煙氣的SO2含量超過50 mg/m3。

2 延遲焦化裝置所產(chǎn)生的環(huán)保問題解決辦法

2.1 對(duì)露天焦池進(jìn)行封閉式改造

針對(duì)目前采用露天焦池生產(chǎn)的裝置，在不改變主體生產(chǎn)工藝的前提下，可采用“焦池密閉+廢氣收集與處理+智能行車抓焦”的密閉除焦路線。在儲(chǔ)焦池內(nèi)溜焦槽出口處頂部設(shè)置除焦廢氣收集口，結(jié)脫水后返回焦池。同時(shí)在切焦水池的頂部裝棚頂防止尾氣的散逸，并布設(shè)集氣管道，通過軸流風(fēng)機(jī)收集焦池廢裝軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行抽氣，放水與除焦操作時(shí)溜焦槽處水汽含水量大，除焦廢氣抽出后經(jīng)管道冷卻、聚氣后，一同進(jìn)入廢氣脫硫塔，凈化處理后的廢氣送至加熱爐引風(fēng)道進(jìn)入加熱爐焚燒。廢氣脫硫采用胺液吸收脫硫，胺液自干脫硫的貧溶劑線接出，吸收后的富液經(jīng)泵升壓后與干氣脫硫的富液合并送至溶劑集中再生裝置。此設(shè)備流程簡(jiǎn)單，脫硫快，流量大，凈化度高，無二次污染，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境得到了有效改善[2]。

2.2 密閉式處理工藝?yán)浣顾畠?chǔ)水罐尾氣問題

2.2.1 冷焦水罐廢氣堿液脫臭技術(shù)應(yīng)用

在密閉式處理工藝中，為了防止冷焦水熱水罐罐頂氣體的逸散，故采用水封系統(tǒng)隔絕空氣。罐頂氣采用水封、堿洗措施處理，將冷焦水處理過程中產(chǎn)生的廢氣引至堿洗脫硫罐，通過堿洗脫除廢氣中的硫化氫和硫醇后，排入大氣，堿洗液一般采用 20%～30%的NaOH 溶液，化學(xué)反應(yīng)如下：

產(chǎn)生的堿渣排至硫磺回收裝置進(jìn)行回收處理。

(1)在冷焦水熱水罐和冷焦水冷水罐頂?shù)乃夤奚?，增加一個(gè)調(diào)節(jié)閥穩(wěn)定液位，保證水封的效果。同時(shí)在冷焦水緩沖罐上增加增壓設(shè)施，進(jìn)罐前加上快速切斷閥，介質(zhì)為氮?dú)?N2) 和1.0 MPa 蒸汽(備用)。在冷焦水罐壓力低于-0.47 kPa 時(shí)，切斷閥自動(dòng)打開向罐內(nèi)充氮?dú)?N2)，保證罐內(nèi)微正壓，防止罐體抽負(fù)壓變形。當(dāng)壓力高于1.49 kPa 時(shí)，快速切斷閥自動(dòng)關(guān)閉。

(2)增加堿液罐，罐內(nèi)介質(zhì)為堿液(NaOH)。冷焦水罐頂?shù)母吡蚧瘹?H2S)氣體進(jìn)入堿液罐下部，與堿液完全接觸進(jìn)行堿液脫臭后排放大氣。底部增加堿渣回收系統(tǒng)，脫臭后的堿渣再回收到硫磺裝置進(jìn)行處理。在操作過程中，對(duì)水封罐液位、冷焦水緩沖罐壓力密切關(guān)注，控制好堿液罐液位、濃度，避免堿液(NaOH)失效，有害氣體外排。實(shí)施效果：

冷焦水罐廢氣堿液脫臭技術(shù)應(yīng)用后，該裝置冷焦水熱水罐壓力比較穩(wěn)定，處理后化驗(yàn)分析廢氣中硫化氫(H2S)含量＜5 mg/L。脫臭系統(tǒng)正常投用后，周圍環(huán)境得到明顯改善，從投用分析結(jié)果來看，從除臭系統(tǒng)排出來的氣體H2S 已基本被脫除干凈，解決了焦化裝置改溢流、放水時(shí)產(chǎn)生的惡臭。

2.2.2 延長放水時(shí)間與放水速度

延長放水時(shí)間與放水速度其目的就是控制放水溫度和冷焦水罐的壓力。冷焦水熱水罐頂安裝了水封罐，熱水罐壓力控制在-50～2 000 Pa，放水時(shí)焦炭塔頂溫度應(yīng)該控制不大于90 ℃。如果放水溫度過高，就會(huì)造成超壓沖水封，脫臭系統(tǒng)就失效。通常操作規(guī)程規(guī)定，改溢流時(shí)焦炭塔的壓力不大于0.1 MPa，塔頂溫度不超過140 ℃。按這個(gè)規(guī)定，改溢流會(huì)有很多廢氣排出，對(duì)環(huán)境污染很大，經(jīng)過分析，可以通過優(yōu)化改溢流時(shí)間來減少廢氣向外排放。在焦炭塔設(shè)有中子料位計(jì)、塔壁溫度、揮發(fā)線溫度、塔頂壓力等儀表，可以通過這些儀表的數(shù)據(jù)來分析改溢流的時(shí)間，減少廢氣向冷焦水熱水罐排放，盡可能把更多的廢氣留在放空塔，同時(shí)還要避免冷焦水進(jìn)入放空塔。

(1)一般中子料位計(jì)的第三點(diǎn)都設(shè)置在安全焦高之上，所以該點(diǎn)以上空間是凈空的?？梢酝ㄟ^計(jì)算凈空的體積和冷焦水泵的流量，來確定改溢流的大概時(shí)間。凈空體積等于第三點(diǎn)料位計(jì)以上筒體體積加上封頭體積。由表1 得知，中子料位計(jì)顯示數(shù)值66%以上是水，所以冷焦時(shí)當(dāng)料位計(jì)第三點(diǎn)數(shù)值到66%以上，說明冷焦水已經(jīng)到這個(gè)位置，此時(shí)可以計(jì)算大概溢流時(shí)間了，計(jì)算式如下：大概溢流時(shí)間= (筒體體積+封頭體積)/冷焦水流量。

(2) 從第(1) 點(diǎn)得出的只是改溢流的大概時(shí)間，因?yàn)樗竭_(dá)料位計(jì)第三點(diǎn)后，由于焦層的溫度很高，仍有很多的水被氣化，所以按第一點(diǎn)的時(shí)間改溢流就過早了，而且焦層越高氣化量就越大，改溢流的時(shí)間就越推遲。這時(shí)除了要參考上周期的焦高還要利用塔壁溫度。塔壁溫度有三點(diǎn)，設(shè)置高度和中子料位計(jì)三點(diǎn)幾乎相同：第一點(diǎn)溫度通常下降較快；第三點(diǎn)位置高沒有焦層溫度下降也快；第二點(diǎn)最具參考價(jià)值。如果第二點(diǎn)溫度接近100 ℃，說明這一部位的焦層基本冷透，通常焦層高度不大于24 m，21 m 的位置冷透了那么水繼續(xù)蒸發(fā)的量就越小。此時(shí)根據(jù)第一點(diǎn)計(jì)算出的時(shí)間和塔壁溫度，再結(jié)合揮發(fā)線的溫度(低于110 ℃) 和塔頂壓力(低于0.03 MPa)基本可以確定溢流時(shí)間。

(3)正常情況下塔頂壓力在水接近溢流時(shí)會(huì)有變化的，當(dāng)水接近滿的時(shí)候，塔頂?shù)膲毫?huì)先上升，然后下降，然后水就會(huì)溢流。所以根據(jù)這些現(xiàn)象避免水進(jìn)入放空塔。

(4) 放空塔入口溫度和液面變化也是判斷冷焦是否接近溢流的參考之一。當(dāng)放空塔入口溫度接近110 ℃，說明從焦炭塔過來的蒸汽量已經(jīng)很少了，塔底液面會(huì)逐步上升此時(shí)應(yīng)該改溢流了。

(5)原料性質(zhì)不同，焦層的結(jié)構(gòu)就會(huì)不同，冷焦的速度就會(huì)不同。另外，上周期焦高和本周期的預(yù)測(cè)焦高也很有參考價(jià)值。

將以上五點(diǎn)內(nèi)容靈活組合應(yīng)用，精確改溢流的時(shí)間，就可以把更多的廢氣留在放空塔，減少冷焦水熱水罐的污染源，也可以避免因過早改溢流而加大冷卻水的用量和熱水罐壓力高沖水封導(dǎo)致除臭系統(tǒng)失效。

2.2.3 對(duì)露天焦池粉塵的防治措施

當(dāng)儲(chǔ)焦池內(nèi)的焦炭堆積過高時(shí)，部分焦炭易風(fēng)化成焦粉而隨風(fēng)飄移，對(duì)周圍環(huán)境形成污染。為防止焦粉污染環(huán)境，可以采取以下措施：對(duì)儲(chǔ)焦池四周增設(shè)防塵網(wǎng)與地溝，及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)焦炭，保持儲(chǔ)焦池內(nèi)的冷焦水高水位等方式[3]。除了常規(guī)圍堵的方式外，為了防止轉(zhuǎn)運(yùn)過程中車輛出現(xiàn)遺撒，可以在儲(chǔ)焦池旁邊的道路出口處架設(shè)焦粉沖洗場(chǎng)所。當(dāng)車輛行駛至沖洗處，車輛兩邊有水槍對(duì)車輛車身與輪胎進(jìn)行沖洗。在架設(shè)初期，用于沖洗的水為硫磺回收裝置處理過的脫硫凈化水，但脫硫凈化水仍然有少量異味存在，影響周邊環(huán)境，故改為新鮮水沖洗。沖洗產(chǎn)生的污水由兩側(cè)的排水渠流向儲(chǔ)焦池旁的雨水收集池，在經(jīng)過沉淀過濾后再經(jīng)泵抽至儲(chǔ)焦池進(jìn)行二次利用。經(jīng)過沖洗的車輛再次出廠后極大改善了攜帶的焦粉對(duì)環(huán)境與道路的影響[4]。

通過上述改進(jìn)措施，焦池周邊粉塵濃度控制在了2～4 mg/m3，焦池四周焦粉散落在地面的距離控制在3～5 m，運(yùn)輸車輛對(duì)廠區(qū)路線與外部公路的污染距離則減少至20～30 m。

2.2.4 對(duì)于加熱爐燃燒的煙氣排放問題

加熱爐排放的煙氣是大氣主要污染源。因此，采用低硫燃料是減輕SO2對(duì)大氣污染的根本措施。在實(shí)際操作中，加熱爐所用的燃料為清潔的天然氣或經(jīng)脫硫后的干氣，因延遲焦化裝置自產(chǎn)干氣量較大，且脫硫后的干氣可做加熱爐燃料氣。所以對(duì)干氣的含硫量要嚴(yán)格控制。在干氣的脫硫過程中，定期監(jiān)控凈化干氣中的含硫化氫含量，保證硫化氫的含量小于20 mg/m3，在貧液吸收條件允許的情況下，盡可能地降低硫化氫的含量。當(dāng)提高原料處理量，原料性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，干氣量與硫化氫的含量也發(fā)生變化，此時(shí)應(yīng)及時(shí)加大脫硫用的貧液量，保證干氣的質(zhì)量。

通過加強(qiáng)加熱爐的燃燒效率，采用低NOx火嘴使燃料最大程度完全燃燒。使氮氧化物、不完全燃燒產(chǎn)物等污染物生成量少，減少煙氣排放量和污染物含量。再通過優(yōu)化操作，降低排煙溫度；適當(dāng)降低加熱爐過?？諝庀禂?shù)；減少爐壁散熱損失；使?fàn)t膛氧含量控制在2%～4%、負(fù)壓控制在-20～-40 Pa，從而控制煙氣中的氧含量不大于5%，一氧化碳不大于100 mL/m，加熱爐過?？諝庀禂?shù)在1.2 左右，熱效率可達(dá)90%，從而減少了加熱爐煙氣排放量[5]?？刂坪萌剂蠚庵械暮蛄俊＜訜釥t煙氣中SO2總排放濃度小于50 mg/m3，氮氧化物小于100 mg/m3，煙塵小于20 mg/m3，最后排放[6]。滿足GB 9078—1996 《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[7]標(biāo)準(zhǔn)中排放要求。

3 結(jié)語

現(xiàn)行延遲焦化裝置多存在露天焦池產(chǎn)生的廢氣問題，密閉式處理工藝?yán)浣顾畠?chǔ)水罐尾氣問題，露天焦池區(qū)域粉塵問題以及加熱爐燃燒的煙氣排放問題?？赏ㄟ^工藝優(yōu)化與技術(shù)改造，對(duì)造成的環(huán)境問題得到極大改善。但隨著環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，工藝與設(shè)備越來越完善的情況下，密閉除焦工藝將取代傳統(tǒng)除焦工藝。