延迟焦化密闭除焦技术现状

于亚飞 刘志平 霍文斌 宋鹏华 郑少峰

（洛阳涧光特种装备股份有限公司）

延迟焦化装置是炼化企业采用的一种重质油再加工装置， 由于延迟焦化工艺技术成熟、渣油转化率高、原料适应性强、生产成本低，投资较低，在加工劣质原油方面具有独特的优势，随着全球对轻质油和化工原料的需求越来越大，被广泛用于重质油深加工，延迟焦化工艺已经成为重要的重质油加工技术之一［1，2］。 目前，我国延迟焦化的产能世界第二，国内延迟焦化装置总产能约1.3 亿吨，石油焦产量约2 500 万吨。 国内延迟焦化装置除焦、输焦、脱水、装车过程均在露天进行，该过程中，石油焦中含有的大量有毒有害气体、有机物及石油焦粉尘排放至大气，严重污染当地环境［3］。

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其次，客人的需求信息具有模糊性、多样性、隐蔽性的特点[10]，其信息量庞大而又冗杂，一是无法全面覆盖，准确把握重点，二是无法获得快速的解析，缺乏具体模块展示客户需求，对其进行精准定位的针对性的客户服务及营销，而遭受忽略，浪费了客户资源的增值机会。

由于污染问题严重，国内外相继开发了延迟焦化密闭除焦、脱水、储运技术，实现延迟焦化除焦、脱水、储运过程全密闭，减少有毒物质和污染物排放，有效保护生态环境［4］。

1 国内延迟焦化除焦技术现状

国内常见的延迟焦化除焦技术为水力除焦加除焦池技术，由于除焦池结构简单、造价低、操作维护简单，因此所有国内现存延迟焦化除焦装置基本为水力除焦加除焦池形式， 但其除焦、脱水、装车运输均为露天进行［5～7］。

现有延迟焦化装置除焦的工艺流程为水力除焦后，焦水混合物经溜焦槽进入除焦池，待焦炭沥干水后使用抓斗进行转运或装车。 沉淀池除焦水在重力作用下与焦炭分离自流进入沉淀池，除焦水在沉淀池沉降后，上层除焦水由泵送至澄清水罐， 下层焦粉由抓斗送至除焦池再次脱水，澄清水罐除焦水经沉降后，上层焦水泵送至切焦水罐，下层焦泥送至沉淀池过滤，切焦水罐切焦水待除焦时可循环使用［8，9］。

除焦后采用重力式脱水仓进行脱水，石油焦脱水后采用密闭输送机输送， 使石油焦在切焦、脱水、 输送和除焦水净化等全过程密闭操作，无有害气体、粉尘外逸。 除焦与脱水系统可同步运行，生产效率高，全过程智能化程度高，劳动强度低，操作简单，火灾和事故的危险性低，能耗低，动设备少，系统的可靠性高，有利于延迟焦化装置稳定运行。 该技术与Foster Wheeler 公司技术相比增加了热风系统和尾气处理系统，更加环保安全，采用二次过滤技术，取消了污泥槽，使脱水效率更高，有害尾气排放少，减少占地面积。

随着国家“碳达峰、碳中和”发展战略的提出、 市场需求的变化和国家对环境保护的重视，延迟焦化除焦技术目前面临严峻挑战，完善和发展新型延迟焦化除焦技术，提高延迟焦化工艺的生命力， 充分发挥延迟焦化装置在炼厂的作用，是当前非常紧迫的任务之一［13，14］。

2 国外延迟焦化密闭除焦技术现状

德国Triplan 公司在20 世纪60 年代设计建造了第1 套CCSS 石油焦密闭处理系统， 其工艺流程如图1 所示，每台焦炭塔底部设有一大型双辊式破碎机进行除焦时的焦炭破碎，破碎机将焦炭颗粒破碎到50 mm 以下，同时破碎机底部溜焦槽入口加大量的循环水，焦炭随水进入密闭的焦浆池，水焦比7:1 左右，随后焦水混合物通过专用的焦浆泵输送至脱水仓开始脱水和储存，脱水后的焦炭通过脱水仓底部输送机装车或进入下步工序。 脱水仓沥出的水和少量焦粉自流至排水池，随后排水池内的焦水被输送至污水罐进一步分离，分离后污水罐上层的清水被输送至清水罐循环利用，下层的焦泥污水被输送至焦浆池随后进入脱水仓脱水，整个除焦系统全部密闭。 焦浆池等装置的挥发性气体通过烟囱直接高点放空或焚烧［17，18］。

2.1 德国CCSS 石油焦密闭处理系统

国外延迟焦化密闭除焦技术发展较早，技术成熟。 早在20 世纪60 年代已实现工程应用，除焦、输送及脱水等过程全密闭，仅在焦浆池或脱水仓处设置排气孔，环保效果较传统除焦池形式大幅改善，使用专用脱水仓脱水，脱水效率更高，但其尾气仅收集后集中排放， 没有进行处理，仍然存在污染环境问题，同时没有设置密闭装车装置，有少量粉尘污染［15，16］。

杜思雨被老婆数落一顿，想想也觉得理亏。他自从下海开了一家广告公司后，的确把全部精力和心思都用到了公司和经营上了。天天应酬，搞得自己痛苦不堪，也冷落了自己的老婆。思雨想想，这三年来，自己的确是有些对不住老婆。思雨想到这，便不再说话，他把手搭在老婆的肩上以示安慰，思雨上了床，心想今晚应该为老婆做点什么了。要脱掉毛衣时，老婆又突然断吼：“慢！”待思雨回过神时，见老婆的手里捏着一根栗红色的长头发。这根沾在思雨毛衣上的长发，长长的，在灯光下泛着油亮亮的光泽。这根长头发显然不是老婆的，因为老婆的头发是黑色的，而且是齐耳的短发。

疼痛调查:用McGi11疼痛问答法(MPQ)把疼痛共分为5级:0级无疼痛;1级:有疼痛感觉,但是不严重;2级:有轻微的疼痛,不舒服;3级:疼痛,很痛苦;4级:疼痛较为剧烈,有恐惧感;5级:剧痛。其中将1级、2级为归为轻度疼痛,3级为中度疼痛,4级、5级为重度疼痛。[1]对两组患者进行疼痛比较。

2.2 美国Foster Wheeler 石油焦密闭处理系统

该技术方案的主要技术特点是：直接在焦炭塔下布置脱水仓， 脱水仓下布置石油焦输送设备，利用重力脱去石油焦中的水，石油焦可直接装车或进入下级设备，总体工艺简单，动设备少，能耗低，维护简单，除焦过程密闭，污染小，切焦水循环利用。 缺点有：由于脱水仓在焦炭塔下方，所以焦炭塔较高，建设费用较高，不适用老旧设备改造，只有尾气收集装置，没有尾气处理系统，环保效果有待提高。

图2 重力式脱水仓石油焦密闭处理技术工艺流程图

美国Foster Wheeler 公司在20 世纪80 年代设计了重力式脱水仓石油焦密闭处理技术，实现石油焦密闭除焦、脱水、输送等过程，该技术工艺流程（图2）为每台焦炭塔下设置一台破碎机， 破碎机连接四通阀， 四通阀对应4 个脱水罐， 水力除焦后的石油焦经破碎机破碎至合适大小，与除焦水一同进入脱水仓，在重力作用下水和少量焦粉汇集在脱水仓底部并经管道自流到水槽内， 脱水仓内的石油焦脱水后进行装车或输送至下一设备继续处理。 水槽内的焦水经提升泵提升至污水箱，焦水经静置沉淀后，上层的清水由泵输送至清水箱， 清水箱内的清水供切焦器循环使用，污水箱内下层的焦泥污水被输送至污泥槽进一步分离，分离出的焦泥污水经泵输送至脱水仓进行脱水，其余焦水进入水槽进行循环［19，20］。

3 国内延迟焦化密闭除焦技术现状

近年来，随着国家环保政策和法规的出台以及绿色发展理念不断普及， 污染问题亟待解决，由于炼化企业为传统排污大户，延迟焦化装置首当其冲，因此改造现有污染严重的延迟焦化装置迫在眉睫。 目前国内推广应用的延迟焦化密闭除焦技术有5 种。

3.1 中石化（S-CCHS）安全环保型密闭除焦技术

箱式输送机密闭除焦脱水技术由洛阳涧光特种装备股份有限公司开发，该技术新开发了箱式板链输送机，其结构密闭，同时具有脱水和输送功能。 焦水混合物进入箱式板链输送机后同时进行初脱水和输送作业，石油焦被送至刮板输送机后进入密闭堆场进行终脱水，沉淀池需增加移动密闭罩，新建密闭石油焦堆场或储焦罐，新增尾气处理系统，其余利用原装置。

中石化S-CCHS 技术工艺流程如图3 所示。石油焦： 焦炭塔中的石油焦经水力切焦后通过底盖机进入破碎机，破碎后的石油焦颗粒小于150 mm， 石油焦与切焦水通过溜焦槽自流进入密闭脱水仓，石油焦脱水后通过垂直螺旋提升机、皮带机等自动输送至石油焦密闭堆场， 堆场内可进行石油焦的装车或储存。 水：除焦水通过脱水仓底部排出，除焦水和少量焦粉自流进入集水池，水泵将集水池内焦水送至澄清罐进一步静置沉淀，沉降后澄清罐底部焦浆送至脱水仓过滤分离， 澄清罐上层清水输送至切焦水罐进行储存， 作为切焦装置或冲洗水循环使用。 尾气：整个除焦、脱水过程中塔顶、 脱水仓等产生的废气集中收集后由风机送至尾气处理系统， 经尾气处理装置除尘、脱硫、除臭等工艺处理达到环保要求后排放。 石油焦装车、存储在密闭堆场进行，实现密闭作业，可有效降低粉尘污染，达到环保要求［21～23］。

图3 中石化S-CCHS 密闭除焦技术工艺流程图

该技术的主要特点：部分设备可利旧，脱水仓为原焦池改造，除焦过程、取焦过程与现有延迟焦化的生产操作程序一致。 破碎机、提升机功率较小，系统总能耗低，石油焦品质更好。 收集并处理除焦过程中各种尾气，环保水平高。 采用远程智能控制系统，智能化程度高，改善了工作人员的工作环境，减轻了劳动强度。 该技术适合新建装置和老装置改建， 老装置改建施工周期较短、投资较少。

3.2 罐式密闭除焦脱水技术

2020 年洛阳涧光特种装备股份有限公司设计开发了延迟焦化罐式密闭除焦脱水技术，该技术主要根据Foster Wheeler 公司重力式脱水仓石油焦密闭处理系统进行改进开发，主要由石油焦除焦破碎系统、脱水及输送系统、水处理系统、尾气处理系统、自动控制系统5 部分组成。

1.1 油茶产量资料及质量控制 数据为江西省宜春市袁州区油茶局提供的1954—2010年单位面积油茶产量，转化成单位为kg/hm2[20]，并对油茶产量资料进行了标准化处理：

罐式密闭除焦脱水技术工艺流程（图4）为：水力切焦产生的焦炭和切焦水经焦炭塔底部进入破碎机后，大颗粒石油焦被破碎到150 ～250 mm 的粒度， 随后焦水混合物进入脱水仓内进行脱水，热风系统与脱水仓下部的热风进口连通， 可对二次过滤后脱水仓内的焦炭进行干燥，干燥后得到的石油焦通过密闭式给料机及封闭式输送机输送到装车系统装车外运或送到后续工段进一步处理。 经脱水仓脱水后除焦水和少量石油焦细粉的混合物先排入沉降池内，由污水泵将沉降池内含有石油焦细粉的除焦水再次送入脱水仓内进一步过滤滤掉其中的细焦粉，由清水泵将经两次过滤的除焦水送入切焦水罐，静置后切焦水罐底部少量焦泥被送入沉降池后进入脱水仓脱水，下次切焦过程中利用切焦水泵将切焦水罐上层清水送入切焦器循环利用。 焦炭塔、脱水仓、沉降池、除焦水罐排出的有害气体送至尾气吸收塔进行处理，有害气体经净化处理达到要求后送至加热炉或至安全处排空［24，25］。

图4 罐式密闭除焦脱水技术工艺流程图

目前除焦过程的除焦、脱水、存储和装车过程均为开放式作业，主要有如下问题：在焦炭塔除焦过程中，挥发性有机化合物（VOCs）、水蒸气、异味气体直接排放大气，污染周围环境；焦炭在转运、装车过程中焦粉易形成扬尘污染，污染周边环境；延迟焦化除焦过程中介质、水蒸气温度高，现场烟雾较大，现场环境能见度低，容易发生安全事故，安全性差，设备智能化程度低；现场操作人员工作环境和卫生差，工作强度大，操作程序复杂容易发生误操作，造成经济损失［10～12］。

3.3 智能抓斗密闭除焦脱水技术

智能抓斗密闭除焦脱水技术由洛阳涧光特种装备股份有限公司开发实施，该技术利用三维成像技术开发了智能抓斗，可实现自动识别焦炭进行抓取装车等操作，安全环保，节省人工，主要用于改造旧装置。

循环前后不同颗粒粒径下sandwich形加筋土筋土界面单调直剪特性··············································刘飞禹 张端阳 王 军 (3,456)

智能抓斗密闭除焦脱水技术工艺流程（图5）为：水力除焦后，焦炭经破碎机破碎后与水进入密闭脱水仓，原除焦池上方增加钢结构形成密闭的脱水仓， 焦水混合物在脱水仓内进行脱水，脱水仓内部设多处摄像装置，通过摄像和扫描经计算机处理后形成石油焦三维图像，根据三维信息指引抓斗进行石油焦抓取作业后装车或输送至堆场储存。 水处理系统利用原有系统，脱水仓内水焦分离后， 除焦水进入沉淀池进行沉降过滤，随后除焦水被送至澄清罐进一步过滤，最后除焦水被送至切焦水罐进行循环使用，澄清罐底部焦泥输送至沉淀池，沉淀池沉积焦泥由抓斗抓至脱水仓脱水。 焦炭塔、脱水仓排出的有害气体送至尾气吸收塔进行处理，达到要求后送至加热炉或至安全处排空［25～27］。

图5 智能抓斗密闭除焦脱水技术工艺流程图

该技术主要特点： 最大限度利用原除焦设备，水处理系统，只对除焦池进行密闭处理，增加智能抓斗装置、 尾气处理系统和智能控制系统，该技术主要用于老旧装置改造，改造少、周期短，投资费用少，智能化程度高，有害尾气排放少，安全环保，但三维成像技术有误差需提升精度。

3.4 池中池密闭除焦脱水技术

池中池密闭除焦脱水技术由洛阳涧光特种装备股份有限公司开发，该技术在原除焦池内靠近溜焦槽位置新建脱水池，脱水池容量大于焦炭塔单塔生焦量，脱水池上方设移动罩和尾气收集口，方便焦炭脱水后转移至除焦池，原除焦池采用钢结构密闭，其余装置利旧。

池中池密闭除焦脱水技术工艺流程 （图6）为：水力除焦后焦炭与水的混合物经溜焦槽进入密闭脱水池内初脱水，石油焦初脱水后脱水池移动罩打开， 抓斗将石油焦抓至除焦池进一步脱水，待石油焦脱水后，抓斗进行装车或转运。 水处理系统利用原有系统， 脱水池内水焦分离后，除焦水通过管道进入沉淀池，除焦池内石油焦脱出的水自流进入沉淀池进行沉降过滤，随后除焦水被送至澄清罐进一步过滤，最后除焦水被送至切焦水罐进行循环使用，澄清罐底部焦泥输送至沉淀池， 沉淀池沉积焦泥由抓斗抓至除焦池脱水。焦炭塔、脱水池和除焦池排出的有害气体送至尾气吸收塔进行处理，达到要求后送至加热炉或至安全处排空［28］。

图6 池中池密闭除焦脱水技术工艺流程图

该技术主要特点： 最大限度利用原除焦设备，水处理系统，只对除焦池进行密闭处理，新建脱水池及移动罩，增加尾气处理系统和智能控制系统，该技术主要用于老旧装置改造，改造周期短、费用少、有害尾气排放少、安全环保。

该技术方案的主要特点：将石油焦破碎到50 mm 以下的小颗粒，石油焦混合足量的循环水形成可输送的焦水，采用专用的焦浆泵和管道将混合后焦水输送至脱水仓脱水，其除焦、脱水等过程全密闭，污染较小，切焦水循环利用。 缺点有：由于焦块粒径较小，造成焦炭质量偏差，经济效益低；破碎机和焦浆泵功率较大，且水焦比大，能耗较大；没有综合考虑焦浆池、脱水仓等装置尾气治理环节，环保效果不明显［18］。

3.5 箱式板链输送机密闭除焦脱水技术

2015 年中石化洛阳工程有限公司设计开发了安全环保型延迟焦化石油焦密闭除焦、输送和储存成套技术，为延迟焦化装置石油焦除焦全过程提供了安全、环保的整套技术方案。

“秀姐是咱村里的百灵鸟，会唱山歌，后来又参加了乡花鼓戏剧团，是台柱子。哎！偏偏找个男人，自已在外五搞六搞，却不准秀姐到外面演戏，硬是把她的戏服全部烧了，关在家里做保姆一样。”

箱式输送机密闭除焦脱水技术工艺流程（图7）为：水力除焦后焦炭经破碎机破碎至适当粒径后与除焦水经溜焦槽进入密闭的箱式板链输送机， 石油焦在箱体内由刮板带动向出口运动，随后进入刮板输送机， 最后进入堆场或脱水罐，待终脱水后进行装车。 箱式板链输送机内的除焦水和少量焦粉透过滤网后汇集到箱体集水箱内，焦粉和除焦水由污水泵送至沉淀池，堆场或脱水罐里的石油焦静置脱水后自流进入沉淀池，除焦水在沉淀池内沉降后，上层除焦水由泵送至澄清水罐，下层焦粉由抓斗抓至箱式板链输送机，除焦水在澄清罐内沉降后，上层清水泵送至切焦水罐循环利用，下层焦泥送至沉淀池沉降。 箱式板链输送机、沉淀池移动罩和堆场上部设置尾气吸收口，除焦时产生的尾气被风机抽至尾气处理系统净化后送至加热炉或排空［25，29，30］。

笔者之所以先要求学生自己判断赠绢者为谁，是笔者认为教师应该在教学过程中创造机会让学生“丢脸”，迫使他们在此过程中尽可能地将自己的错误和各种问题暴露出来。毕竟，有时候“没有错误、没有问题”才是最大的错误和问题，因为这时候没有发现错误和问题并不等于它们不存在，而说明我们没能将它们从被掩盖的地方及时发现。日后一旦机缘巧合让这些错误和问题忽然爆发出来，其后果往往比平时就已经暴露还要严重。

图7 箱式输送机密闭除焦脱水技术工艺流程图

该技术主要特点： 最大限度利用原除焦设备，水处理系统，只对沉淀池进行密闭处理，新建堆场或脱水罐， 增加尾气处理系统和控制系统，该技术改造量最小、投资费用低、周期短，主要用于老旧装置改造，密闭空间小、尾气处理量少、能耗低。

4 国内外延迟焦化密闭除焦技术总结

笔者介绍了7 种延迟焦化密闭除焦技术，由于国外延迟焦化密闭除焦技术发展较早，环保要求低， 因此德国CCSS 石油焦密闭处理和美国的重力式脱水仓石油焦密闭处理技术只对尾气进行收集后放空，没有设置尾气处理系统，环保效果欠佳，国内开发的5 种延迟焦化密闭除焦技术均设置了尾气收集治理系统和密闭装车系统，环保效果好。 美国的重力式脱水仓石油焦密闭处理技术和我国罐式密闭除焦脱水技术由于脱水罐设置在焦炭塔下方，所以焦炭塔较高，空间利用率高，占地面积小，只适合新建项目。 德国CCSS石油焦密闭处理技术、 中石化S-CCHS 密闭除焦技术可利用部分原有装置，所以适合大多数新建或改造项目。 池中池密闭除焦脱水技术、智能抓斗密闭除焦脱水技术、箱式输送机密闭除焦脱水技术由于只对除焦池或沉淀池进行密闭，其他原有设备利旧，增加尾气处理系统等设备，改造量小、周期短，所以适合旧装置改造。 由于罐式密闭除焦脱水技术密闭空间小， 所以尾气处理量小，尾气处理系统成本和能耗低。 箱式板链输送机密闭除焦脱水技术中其核心设备箱式板链输送机可一塔一机也可两塔一机，除焦、脱水、输送同步进行，除焦、脱水效率高，尾气只有板链机箱体、沉淀池等处，尾气处理量小，系统运行成本低，投资低，所以箱式板链输送机密闭除焦脱水技术在老旧装置改造方面潜力巨大，值得推广。

5 结束语

随着国家要在21 世纪中叶实现碳达峰、碳中和的目标，对环保的要求也日趋严格，焦化装置由于能耗高、 污染严重及碳排放量大等问题，焦化装置技术改造和发展势在必行， 未来高端化、智能化、绿色化、数字化发展是延迟焦化技术发展的主要趋势。

目前我国延迟焦化装置有一百多套，中石化S-CCHS 技术已成功改造并投产应用三十套左右， 罐式密闭除焦技术新建并投产应用两套，目前均运行良好。

由于我国老旧延迟焦化装置较多，未来应开发改造周期短、投资费用低适用于老旧延迟焦化系统的密闭除焦技术， 保证炼厂最大经济效益。由于石油焦和尾气中含有硫化氢等有害气体，开发新型智能控制系统，自动控制除焦过程，减少操作人员，提高智能化水平，另外避免操作人员长期暴露在危险环境中。 开发智能检测系统，实现设备实时检测，通过分析数据及时预测设备故障，降低事故发生率，保护设备免受损伤。