輕油油水分離器油水分離問(wèn)題分析及優(yōu)化

張曉明 ，趙 斌 ， 張沛鑫 ， 寧偉彪 ， 梅 城

(河南首成科技新材料有限公司 ， 河南 許昌 452670)

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

煤焦油是以芳香烴為主的有機(jī)混合物，含有一萬(wàn)多種化合物，可提取的約500種，目前，有利用價(jià)值且可提取的約50種。對(duì)煤焦油進(jìn)行進(jìn)一步地深加工，可獲得輕油、酚、萘、洗油、蒽、咔唑、吲哚、瀝青等一系列產(chǎn)品。煤焦油深加工產(chǎn)品在有機(jī)化學(xué)和精細(xì)化工方面有著廣泛的應(yīng)用，萘可用于制取鄰苯二甲酸酐，酚及其同系物可用于生產(chǎn)合成纖維，蒽可制蒽醌燃料、合成揉劑及油漆；咔唑是塑料、染料、農(nóng)藥的重要原料等。

輕油為煤焦油常壓蒸餾中切取的餾程170 ℃前的餾出物，產(chǎn)率為無(wú)水煤焦油的0.4%～0.8%。輕油化學(xué)組成與重苯相似，其質(zhì)量廠(chǎng)控指標(biāo)如下：密度0.865～0.900 kg/L；酚含量(體積分?jǐn)?shù))，≤4%；初餾點(diǎn)，≤95 ℃；180 ℃前餾出量(體積分?jǐn)?shù))，≥90.0%[6]。

本單位焦油蒸餾工藝采用雙塔單爐設(shè)計(jì)，其中輕油產(chǎn)出工藝簡(jiǎn)圖如圖1所示。

由圖1可以看出，輕油氣相及水蒸氣從脫水塔頂產(chǎn)出，經(jīng)輕油冷凝器、油水分離器到達(dá)輕油回流槽(產(chǎn)品槽)，部分輕油再由輕油回流泵輸送至脫水塔頂部用以控制塔頂溫度，因此輕油水分的控制對(duì)脫水塔工藝條件有較大影響，當(dāng)輕油含水分較高時(shí)，會(huì)造成脫水塔底部及頂部溫度降低，塔頂壓力上升。生產(chǎn)操作中塔頂回流液水分的排除，主要是通過(guò)輕油油水分離器進(jìn)行分離操作，輕油油水分離器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 輕油產(chǎn)出工藝簡(jiǎn)圖

圖2 輕油油水分離器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

在生產(chǎn)中含水輕油由油水分離器中部進(jìn)入，在油水分離器中由于密度差別而逐漸分層，密度較小的輕油由上層輕油采出管線(xiàn)排出進(jìn)入輕油回流槽，而密度相對(duì)較大的分離水則由分離器底部排出，其中輕油采出管線(xiàn)高度9 m，分離水采出管線(xiàn)高度為5 m，液位計(jì)下端高度5.2 m，長(zhǎng)度1.8 m。實(shí)際生產(chǎn)操作中，當(dāng)油水分離器內(nèi)部液位高于9 m時(shí)，輕油可由分離器頂部自流排出，而分離水則由下部采出閥門(mén)通過(guò)操作工操作而排出至廢水槽。

由于分離器內(nèi)分離廢水的采出與否，以及采出時(shí)間長(zhǎng)短都受到操作工人為因素的影響，使得輕油的產(chǎn)量及質(zhì)量、脫水塔工藝條件隨之變化，進(jìn)而影響到輕油質(zhì)量，形成惡性循環(huán)。當(dāng)分離廢水采出時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，則會(huì)造成輕油無(wú)產(chǎn)出，同時(shí)還可能會(huì)使輕油由分離水管線(xiàn)采出至廢水槽，不僅使輕油產(chǎn)率下降，同時(shí)造成極大的安全隱患。當(dāng)分離廢水長(zhǎng)時(shí)間無(wú)采出時(shí)，廢水則會(huì)通過(guò)輕油采出管線(xiàn)伴隨輕油采出至輕油回流槽，對(duì)輕油質(zhì)量造成影響，使輕油密度偏高；同時(shí)，部分水分伴隨輕油回流輸送至脫水塔頂，在塔盤(pán)間傳質(zhì)傳熱過(guò)程中急劇汽化，帶走大量熱量，不僅造成脫水塔頂部溫度、壓力偏高，底部溫度偏低，還會(huì)使部分工業(yè)萘被水蒸氣帶出脫水塔，經(jīng)輕油冷凝器冷卻后進(jìn)入油水分離器。嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成輕油冷凝器液相管線(xiàn)堵塞而脫水塔頂壓力上升，或堵塞油水分離器輕油采出管線(xiàn)，造成油水分離器冒槽事故。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)2018—2020年期間輕油產(chǎn)出及回流系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行大致統(tǒng)計(jì)如下：冷凝器堵塞12次，分離器冒槽2次，廢水槽含輕油10次，脫水塔頂壓力偏高30次，輕油密度偏高45次。同時(shí)對(duì)這期間每月輕油收率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)如表1所示。由表1可以看出，由于油水分離器的不當(dāng)操作，不僅造成系統(tǒng)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)也使得輕油收率極不穩(wěn)定，平均收率約為0.5%，這些都對(duì)焦油蒸餾系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行造成重大影響，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)對(duì)輕油油水分離器采取必要改造措施，以穩(wěn)定生產(chǎn)系統(tǒng)及輕油產(chǎn)品質(zhì)量。

表1 輕油收率統(tǒng)計(jì)

2 油水分離器改造方案及實(shí)施

對(duì)輕油油水分離器的改造目標(biāo)主要是能夠?qū)崿F(xiàn)油水徹底分離，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)油與水的自動(dòng)排出，減少人為操作對(duì)系統(tǒng)所造成的影響，進(jìn)而穩(wěn)定生產(chǎn)系統(tǒng)及產(chǎn)品質(zhì)量。

輕油油水分離器中油水分離主要是利用油水密度不同而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分離，同時(shí)也可通過(guò)調(diào)整油水采出管線(xiàn)高度進(jìn)而實(shí)現(xiàn)油與水的自動(dòng)排出。

在原有基礎(chǔ)上對(duì)油水分離器進(jìn)行改造，輕油采出管線(xiàn)高度固定h1=9 m，同時(shí)為了能夠使油水分離界面顯示在玻璃液位計(jì)中，使分離器中分離水最低高度按h水=5.2 m，此時(shí)油水界面在液位計(jì)最下端，輕油高度h油=3.8 m，分離水管線(xiàn)高度為H，對(duì)輕油、分離水實(shí)際密度化驗(yàn)，輕油密度ρ油=0.89 kg/L，分離廢水密度ρ水=1.03 kg/L，由分離器底部壓強(qiáng)相等可得出如下方程：

ρ水gH=ρ油gh油+ρ水gh水

1.03gH=(0.89×3.8 g+1.03×5.2 g)

H=(0.89×3.8 g+1.03×5.2 g)/1.03 g

=8.582

若按油水分離界面在液位計(jì)最上端顯示，則h水=7 m，h油=2 m，相同公式計(jì)算可以得出H=8.728 m。由此可以得出：實(shí)現(xiàn)油水自動(dòng)采出，同時(shí)油水界面能夠在液位計(jì)中顯示，分離水采出管線(xiàn)理論高度為8.582～8.728 m。在實(shí)際設(shè)計(jì)中將分離水采出管線(xiàn)高度設(shè)計(jì)為H=8.6 m，按以下方程可得出油水分離界面實(shí)際高度h水。

ρ油g(9-h水)+ρ水gh水=ρ水gH

h水=6.057 m

當(dāng)分離器中分離水高度為6.057 m時(shí)，則在液位計(jì)中油水界面高出最低端0.857 m，位于液位計(jì)中部。由此可得出輕油油水分離器實(shí)際改造中分離水采出管線(xiàn)適宜高度H=8.6 m，其效果如圖3所示。

圖3 輕油油水分離器改造實(shí)際效果圖

由圖3可看出，油水分離器底部在采出管線(xiàn)閥門(mén)為常開(kāi)，頂部添加窺鏡以便觀察分離水采出大小，同時(shí)為防止分離水管線(xiàn)產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，在窺鏡上部安裝常開(kāi)放散管。

3 改造效果追蹤及效益分析

經(jīng)改造后油水分離器正常運(yùn)行時(shí)，采油、采水閥門(mén)為全開(kāi)狀態(tài)，分離器內(nèi)油水界面保持穩(wěn)定，油路、水路窺鏡采出穩(wěn)定，油水分離效果較好，不僅消除了廢水含油及產(chǎn)品槽水分偏高的不正常情況，同時(shí)穩(wěn)定了脫水塔頂溫度及壓力，使生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行。

分析改造后，其收率能夠穩(wěn)定在0.6%左右，較改造之前收率提升0.1%，按單套焦油加工系統(tǒng)15萬(wàn)t/a加工量，預(yù)計(jì)全年輕油產(chǎn)量提升150 t，為公司增收營(yíng)業(yè)額約40萬(wàn)元，同時(shí)解決了廢水含油，處理難度較大的環(huán)保問(wèn)題，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。