延迟焦化装置的清洁生产工艺优化

张健(中海沥青股份有限公司，山东 滨州 256600)

1 延迟焦化装置所产生的环保问题

1.1 露天焦池产生的废气问题

露天焦池产生的废气主要在焦炭塔放水冷焦与水力除焦期间。在焦炭塔溢流完改放水操作后，打开呼吸阀，关闭溢流阀。此时焦炭塔塔内的蒸汽与含有较高浓度的油、硫、酚、氰、重金属、杂环和稠环芳烃等有毒有害物质被呼吸阀排出，其产生的废气含有硫化氢和挥发分等有害物质且会散发出恶臭，直接进入大气严重污染周边环境[1]。在水力除焦的过程中，焦炭塔中被高压水切除的焦炭掉落至溜焦槽进入焦池时，会有携带着油气、硫化物和焦粉的蒸汽排放至大气。同时掉落的切焦水储存在焦池中，其中一部分在储焦池中浸泡焦炭，一部分由冷焦水提升泵抽至另一侧储水池进行沉淀后作为切焦水再次使用。两部分冷焦水都由露天的焦池储存，其中的挥发物也影响周边环境。

1.2 密闭式处理工艺冷焦水储水罐尾气问题

冷焦水储罐水封罐尾气主要来自冷焦水。延迟焦化装置冷焦水一直是装置生产过程中的一个重要污染源。冷焦水是用来冷却焦炭的循环用水。延迟焦化的原料均为劣质重油，原料油中的硫化物、氮化物、含氧化物、胶质等物质的含量均较高。这些杂质在焦化反应过程中分解为硫化氢、氨、酚等低分子量的化合物以及少量的硫醇和硫醚等恶臭物质。这些低分子量化合物大部分进入气体产品，另一部分会随大吹气和冷焦放空的气体进入放空塔，还有一部分通过冷焦溢流、冷焦放水和放空塔含硫污水进入冷焦水热水罐。这些低分子量的硫醇和硫醚类化合物属于有机硫化合物，沸点低，易于挥发，具有强烈的臭味，极易从冷焦水中逸出。

1.3 露天焦池区域粉尘问题

对于露天的焦池而言，焦炭经水力除焦除至焦池中，后经过行车转运至运输车辆，将产品运送出厂区。在这一过程中，在除焦过程中焦炭从底盖处掉落至焦池期间会有焦炭粉尘飘散掉落至四周环境，在行车转运以及装车过程中也会有焦炭粉尘四散至周围。平时未浸没在水中的焦炭经大风吹，也会将粉尘带入周边环境。在未采取措施之前，焦池周边粉尘浓度在8～10 mg/m3，焦池四周焦粉散落在地面的距离在15～20 m，运输车辆对厂区路线与外部公路的污染距离在100 m 左右。

1.4 加热炉燃烧的烟气排放问题

在加热炉提供热量来源的同时，燃烧会产生烟气。当加热炉燃烧不好、热效率低时，此时排出的烟气质量也会大大降低。同时使用的燃料气中若硫含量超标，也将直接影响烟气的排放质量。而焦化自产干气作为加热炉燃料的一部分，其脱硫后的指标也一定要达到环保要求。在加热炉燃烧系统未改造前，其烟气氮氧化物排放浓度在130～155 mg/m3，当净化干气的H2S 含量大于20 mg/m3，加热炉烟气的SO2含量超过50 mg/m3。

2 延迟焦化装置所产生的环保问题解决办法

2.1 对露天焦池进行封闭式改造

针对目前采用露天焦池生产的装置，在不改变主体生产工艺的前提下，可采用“焦池密闭+废气收集与处理+智能行车抓焦”的密闭除焦路线。在储焦池内溜焦槽出口处顶部设置除焦废气收集口，结脱水后返回焦池。同时在切焦水池的顶部装棚顶防止尾气的散逸，并布设集气管道，通过轴流风机收集焦池废装轴流风机进行抽气，放水与除焦操作时溜焦槽处水汽含水量大，除焦废气抽出后经管道冷却、聚气后，一同进入废气脱硫塔，净化处理后的废气送至加热炉引风道进入加热炉焚烧。废气脱硫采用胺液吸收脱硫，胺液自干脱硫的贫溶剂线接出，吸收后的富液经泵升压后与干气脱硫的富液合并送至溶剂集中再生装置。此设备流程简单，脱硫快，流量大，净化度高，无二次污染，现场环境得到了有效改善[2]。

2.2 密闭式处理工艺冷焦水储水罐尾气问题

2.2.1 冷焦水罐废气碱液脱臭技术应用

在密闭式处理工艺中，为了防止冷焦水热水罐罐顶气体的逸散，故采用水封系统隔绝空气。罐顶气采用水封、碱洗措施处理，将冷焦水处理过程中产生的废气引至碱洗脱硫罐，通过碱洗脱除废气中的硫化氢和硫醇后，排入大气，碱洗液一般采用 20%～30%的NaOH 溶液，化学反应如下：

产生的碱渣排至硫磺回收装置进行回收处理。

(1)在冷焦水热水罐和冷焦水冷水罐顶的水封罐上，增加一个调节阀稳定液位，保证水封的效果。同时在冷焦水缓冲罐上增加增压设施，进罐前加上快速切断阀，介质为氮气(N2) 和1.0 MPa 蒸汽(备用)。在冷焦水罐压力低于-0.47 kPa 时，切断阀自动打开向罐内充氮气(N2)，保证罐内微正压，防止罐体抽负压变形。当压力高于1.49 kPa 时，快速切断阀自动关闭。

(2)增加碱液罐，罐内介质为碱液(NaOH)。冷焦水罐顶的高硫化氢(H2S)气体进入碱液罐下部，与碱液完全接触进行碱液脱臭后排放大气。底部增加碱渣回收系统，脱臭后的碱渣再回收到硫磺装置进行处理。在操作过程中，对水封罐液位、冷焦水缓冲罐压力密切关注，控制好碱液罐液位、浓度，避免碱液(NaOH)失效，有害气体外排。实施效果：

冷焦水罐废气碱液脱臭技术应用后，该装置冷焦水热水罐压力比较稳定，处理后化验分析废气中硫化氢(H2S)含量＜5 mg/L。脱臭系统正常投用后，周围环境得到明显改善，从投用分析结果来看，从除臭系统排出来的气体H2S 已基本被脱除干净，解决了焦化装置改溢流、放水时产生的恶臭。

2.2.2 延长放水时间与放水速度

延长放水时间与放水速度其目的就是控制放水温度和冷焦水罐的压力。冷焦水热水罐顶安装了水封罐，热水罐压力控制在-50～2 000 Pa，放水时焦炭塔顶温度应该控制不大于90 ℃。如果放水温度过高，就会造成超压冲水封，脱臭系统就失效。通常操作规程规定，改溢流时焦炭塔的压力不大于0.1 MPa，塔顶温度不超过140 ℃。按这个规定，改溢流会有很多废气排出，对环境污染很大，经过分析，可以通过优化改溢流时间来减少废气向外排放。在焦炭塔设有中子料位计、塔壁温度、挥发线温度、塔顶压力等仪表，可以通过这些仪表的数据来分析改溢流的时间，减少废气向冷焦水热水罐排放，尽可能把更多的废气留在放空塔，同时还要避免冷焦水进入放空塔。

(1)一般中子料位计的第三点都设置在安全焦高之上，所以该点以上空间是净空的。可以通过计算净空的体积和冷焦水泵的流量，来确定改溢流的大概时间。净空体积等于第三点料位计以上筒体体积加上封头体积。由表1 得知，中子料位计显示数值66%以上是水，所以冷焦时当料位计第三点数值到66%以上，说明冷焦水已经到这个位置，此时可以计算大概溢流时间了，计算式如下：大概溢流时间= (筒体体积+封头体积)/冷焦水流量。

(2) 从第(1) 点得出的只是改溢流的大概时间，因为水到达料位计第三点后，由于焦层的温度很高，仍有很多的水被气化，所以按第一点的时间改溢流就过早了，而且焦层越高气化量就越大，改溢流的时间就越推迟。这时除了要参考上周期的焦高还要利用塔壁温度。塔壁温度有三点，设置高度和中子料位计三点几乎相同：第一点温度通常下降较快；第三点位置高没有焦层温度下降也快；第二点最具参考价值。如果第二点温度接近100 ℃，说明这一部位的焦层基本冷透，通常焦层高度不大于24 m，21 m 的位置冷透了那么水继续蒸发的量就越小。此时根据第一点计算出的时间和塔壁温度，再结合挥发线的温度(低于110 ℃) 和塔顶压力(低于0.03 MPa)基本可以确定溢流时间。

(3)正常情况下塔顶压力在水接近溢流时会有变化的，当水接近满的时候，塔顶的压力会先上升，然后下降，然后水就会溢流。所以根据这些现象避免水进入放空塔。

(4) 放空塔入口温度和液面变化也是判断冷焦是否接近溢流的参考之一。当放空塔入口温度接近110 ℃，说明从焦炭塔过来的蒸汽量已经很少了，塔底液面会逐步上升此时应该改溢流了。

(5)原料性质不同，焦层的结构就会不同，冷焦的速度就会不同。另外，上周期焦高和本周期的预测焦高也很有参考价值。

将以上五点内容灵活组合应用，精确改溢流的时间，就可以把更多的废气留在放空塔，减少冷焦水热水罐的污染源，也可以避免因过早改溢流而加大冷却水的用量和热水罐压力高冲水封导致除臭系统失效。

2.2.3 对露天焦池粉尘的防治措施

当储焦池内的焦炭堆积过高时，部分焦炭易风化成焦粉而随风飘移，对周围环境形成污染。为防止焦粉污染环境，可以采取以下措施：对储焦池四周增设防尘网与地沟，及时转运焦炭，保持储焦池内的冷焦水高水位等方式[3]。除了常规围堵的方式外，为了防止转运过程中车辆出现遗撒，可以在储焦池旁边的道路出口处架设焦粉冲洗场所。当车辆行驶至冲洗处，车辆两边有水枪对车辆车身与轮胎进行冲洗。在架设初期，用于冲洗的水为硫磺回收装置处理过的脱硫净化水，但脱硫净化水仍然有少量异味存在，影响周边环境，故改为新鲜水冲洗。冲洗产生的污水由两侧的排水渠流向储焦池旁的雨水收集池，在经过沉淀过滤后再经泵抽至储焦池进行二次利用。经过冲洗的车辆再次出厂后极大改善了携带的焦粉对环境与道路的影响[4]。

通过上述改进措施，焦池周边粉尘浓度控制在了2～4 mg/m3，焦池四周焦粉散落在地面的距离控制在3～5 m，运输车辆对厂区路线与外部公路的污染距离则减少至20～30 m。

2.2.4 对于加热炉燃烧的烟气排放问题

加热炉排放的烟气是大气主要污染源。因此，采用低硫燃料是减轻SO2对大气污染的根本措施。在实际操作中，加热炉所用的燃料为清洁的天然气或经脱硫后的干气，因延迟焦化装置自产干气量较大，且脱硫后的干气可做加热炉燃料气。所以对干气的含硫量要严格控制。在干气的脱硫过程中，定期监控净化干气中的含硫化氢含量，保证硫化氢的含量小于20 mg/m3，在贫液吸收条件允许的情况下，尽可能地降低硫化氢的含量。当提高原料处理量，原料性质发生变化时，干气量与硫化氢的含量也发生变化，此时应及时加大脱硫用的贫液量，保证干气的质量。

通过加强加热炉的燃烧效率，采用低NOx火嘴使燃料最大程度完全燃烧。使氮氧化物、不完全燃烧产物等污染物生成量少，减少烟气排放量和污染物含量。再通过优化操作，降低排烟温度；适当降低加热炉过剩空气系数；减少炉壁散热损失；使炉膛氧含量控制在2%～4%、负压控制在-20～-40 Pa，从而控制烟气中的氧含量不大于5%，一氧化碳不大于100 mL/m，加热炉过剩空气系数在1.2 左右，热效率可达90%，从而减少了加热炉烟气排放量[5]。控制好燃料气中的含硫量。加热炉烟气中SO2总排放浓度小于50 mg/m3，氮氧化物小于100 mg/m3，烟尘小于20 mg/m3，最后排放[6]。满足GB 9078—1996 《工业炉窑大气污染物排放标准》[7]标准中排放要求。

3 结语

现行延迟焦化装置多存在露天焦池产生的废气问题，密闭式处理工艺冷焦水储水罐尾气问题，露天焦池区域粉尘问题以及加热炉燃烧的烟气排放问题。可通过工艺优化与技术改造，对造成的环境问题得到极大改善。但随着环保要求越来越严格，工艺与设备越来越完善的情况下，密闭除焦工艺将取代传统除焦工艺。