碳五加氫裝置催化劑再生尾氣系統(tǒng)優(yōu)化

王丁，張美德

（1.新疆天利石化控股集團(tuán)有限公司，新疆克拉瑪依 833699；2.新疆烏蘇市市場監(jiān)督管理局質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測所，新疆烏蘇 833300）

某石化公司7×104t/a 碳五加氫裝置，利用1.0 MPa蒸汽和空氣在350～460 ℃進(jìn)行催化劑再生。按照原設(shè)計(jì)，在氮?dú)忸A(yù)熱時(shí)被加熱的氮?dú)?，直接由燒焦罐?jīng)少量的新水洗滌，冷卻后排放至大氣，在高溫?zé)箷r(shí)，燒焦尾氣經(jīng)大量的新水冷卻后排入燒焦消音器后直排大氣，用于冷卻的水和帶出來的高溫部分含油污水排入污水處理廠。氮?dú)忸A(yù)熱階段和再生階段排放出的再生尾氣，散發(fā)出惡臭且嚴(yán)重影響周圍的環(huán)境和員工的身體健康，排入污水處理廠的大量廢水由于溫度較高且水pH 值偏低，嚴(yán)重影響污水處理廠的正常運(yùn)行。本著國家提倡的建設(shè)環(huán)境友好型生產(chǎn)企業(yè)的理念和對員工身體健康負(fù)責(zé)的態(tài)度，自2017 年開始逐步對催化劑尾氣處理設(shè)施進(jìn)行改造，通過對尾氣處理系統(tǒng)的Ⅰ期改造并成功實(shí)施和Ⅱ期改造的規(guī)劃，明顯的改善了尾氣中惡臭氣體的產(chǎn)生和水溫偏高、偏酸等問題。節(jié)約成本的同時(shí)，又起到了凈化氣體和營造綠色環(huán)境的作用。

1 碳五加氫裝置原有的催化劑再生尾氣處理設(shè)施

1.1 工藝流程

碳五加氫裝置設(shè)置一套反應(yīng)器，當(dāng)加氫效果不能滿足后續(xù)產(chǎn)品溴指數(shù)要求時(shí)[3]，則進(jìn)行催化劑再生處理，催化劑再生采用蒸汽-空氣法，原設(shè)計(jì)中再生尾氣設(shè)施有燒焦罐一臺(tái)，罐中有噴水器，下部直接進(jìn)入廢水處理廠，頂部連接消音器后排放大氣；采用燒焦罐新水洗滌冷卻的方式給尾氣降溫，工藝流程圖見圖1。

圖1 原設(shè)計(jì)水蒸汽-空氣再生尾氣處理

在實(shí)際的再生控制過程中出現(xiàn)了一系列問題，廢水溫度過高，在燒焦罐內(nèi)無法控制水溫，而在排水井中注入大量新水降溫的情況，由于燒焦罐用水量過大，導(dǎo)致底部來不及排放，從消音器頂部溢水的情況；由于催化劑床層結(jié)焦嚴(yán)重，燒焦時(shí)間過長，排放水過多，使得污水處理廠儲(chǔ)水罐滿的情況；采用原設(shè)計(jì)方案，用電加熱器加熱氮?dú)夂驼羝?、空氣；氮?dú)忸A(yù)熱催化劑床層，然后再利用蒸汽進(jìn)行汽提升溫，通入空氣進(jìn)行燒焦再生。由于本裝置采用干法硫化，前期使用大量的二甲基二硫進(jìn)行催化劑硫化，使得催化劑處于硫化態(tài)，而且原料中成分復(fù)雜，硫、氯、鐵、氨含量較高。在燒焦時(shí)就會(huì)產(chǎn)生大量的NH3、H2S、SO2、NO2、SO3等有惡臭酸性的氣體，通過水降溫后酸性氣體溶于水后產(chǎn)生pH＜6 和含有大量Cl-廢水。

1.2 催化劑再生主要控制參數(shù)

根據(jù)催化劑性質(zhì)參數(shù)，再生時(shí)的主要控制參數(shù)見表1。

1.3 改造前再生主要公用工程用量

催化劑尾氣處理前使用的公用工程用量較大，且排水溫度和排水的酸堿度很難控制。主要公用工程一次性用量參數(shù)見表2。一般情況下，碳五加氫催化劑的使用周期大約為12 個(gè)月，達(dá)到使用周期則需要進(jìn)行催化劑再生處理。但受到原料性質(zhì)的影響，如果出現(xiàn)催化劑的床層壓差大幅度上漲或產(chǎn)品不合格的情況，使用周期將大幅度縮減，8 個(gè)月甚至6 個(gè)月就要停工處理。

2 再生尾氣Ⅰ期改造

2.1 再生尾氣Ⅰ期改造流程

為改善催化劑再生期間使用大量的新水及產(chǎn)生大量的惡臭性氣體和高溫偏酸性水等問題，從2017 年對原有的催化劑再生系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級[1]。改造后的流程圖見圖2，新增加一處氮?dú)忸A(yù)熱排火炬點(diǎn)，新增一臺(tái)冷卻器，二次洗滌罐內(nèi)含瓷球，活性炭吸附罐，兩個(gè)燒堿注入口，兩臺(tái)氣動(dòng)隔膜泵。

圖2 Ⅰ期再生尾氣改造治理工藝流程

2.2 再生尾氣Ⅰ期改造使用說明

在氮?dú)忸A(yù)熱時(shí)，將原先直接排入大氣的熱氮?dú)?，通過新加的管線，將其導(dǎo)入安全閥后排入火炬系統(tǒng)，隔絕了在氮?dú)忸A(yù)熱過程中，大量有機(jī)化合物向大氣中排放，使得在催化劑再生期間VOCs 檢測符合標(biāo)準(zhǔn)。氮?dú)忸A(yù)熱達(dá)到250 ℃后，切入蒸汽進(jìn)行汽提，停止將氮?dú)馀湃牖鹁嫦到y(tǒng)，再生尾氣不需要再使用大量的新水冷卻降溫，同時(shí)尾氣不再進(jìn)入燒焦罐原有的消音器后直接排大氣，當(dāng)蒸汽汽提溫度達(dá)到350 ℃后，逐步配入空氣進(jìn)行燒焦，再生的尾氣接入新增的換熱器進(jìn)行第二次冷卻降溫，燒焦尾氣進(jìn)冷卻后的尾氣，再次進(jìn)入含有瓷球的三次冷卻噴淋脫水罐，此時(shí)在三次冷卻脫水罐的噴淋入口處，增加第二個(gè)注燒堿中和點(diǎn)，用于調(diào)節(jié)外排水的酸堿度，洗滌中和尾氣中所含的酸性氣體，燒焦尾氣經(jīng)過兩次洗滌中和后大量的惡臭酸性氣體被脫除，從二次洗滌罐出來的再生尾氣被接入活性炭罐吸附[4]，活性罐頂部鋪設(shè)毛氈，用燒堿溶液打濕，進(jìn)行第三次吸附除臭后排放至大氣。再生尾氣進(jìn)入燒焦罐時(shí)，接入第一個(gè)燒堿注入點(diǎn)，用于中和從反應(yīng)器出來的再生尾氣，30%的燒堿溶液需要用新水稀釋后再進(jìn)行加注。在污水排放的末端，增加在線檢測燒焦廢水酸堿度的分析檢測儀表，根據(jù)在線檢測pH 數(shù)值調(diào)整燒堿的注入量。通過調(diào)節(jié)燒焦罐的噴淋新水量和調(diào)節(jié)二次噴淋新水量來控制外排水的溫度，使得水溫可控。

催化劑再生完成后，氮?dú)饨禍仉A段，此時(shí)將臨時(shí)設(shè)施停用，因催化劑吸附大量的氧氣，冷卻用的氮?dú)獠荒茉俳尤牖鹁嫦到y(tǒng)。為了防止大量的氣體將活性炭罐吸附的惡臭氣體帶出，同時(shí)也防止氣體過大吹散活性炭，從反應(yīng)器出來用于降溫的氮?dú)?，重新切換至原有的消音器中進(jìn)行排放。

2.3 再生尾氣Ⅰ期改造效果

再生尾氣Ⅰ期改造效果顯著，使得周圍環(huán)境的惡臭氣味明顯改善，但活性炭吸附罐上方偶爾還是會(huì)有少量的氣味。燒焦尾氣用于降溫的水用量明顯減少，排水溫度更容易控制在40 ℃以下，且排水的酸堿度更容易控制在pH 值6～9 的范圍內(nèi)，對于污水處理系統(tǒng)的沖擊明顯減弱。再生尾氣Ⅰ期改造后公用工程用量明顯減少，再生尾氣Ⅰ期改造后新水節(jié)約5 120 t，蒸汽節(jié)約122 t，節(jié)能效果顯著，見表3。

表3 再生尾氣Ⅰ期公用工程用量

再生尾氣Ⅰ期改造，雖然在環(huán)境保護(hù)和節(jié)能降耗方面取得了顯著的成效，但依然存在一些問題需要解決。用于降溫的新水用量依然很高，這對于水資源不充裕的西北地區(qū)來說，仍然屬于水資源的浪費(fèi)；再者活性炭吸附尾氣露天排放，對周圍的環(huán)境影響依然比較大，大范圍的惡臭氣體被處理，但隨著催化劑燒焦溫度的逐步提高，依然會(huì)產(chǎn)生惡臭氣味。Ⅰ期改造后運(yùn)行不到兩年，活性炭吸附罐出口的各項(xiàng)排放指標(biāo)已經(jīng)完全超標(biāo)，容易產(chǎn)生危險(xiǎn)固廢問題[2]。

3 再生尾氣Ⅱ期改造設(shè)計(jì)規(guī)劃

3.1 再生尾氣Ⅱ期改造流程

針對再生尾氣Ⅰ期改造中依然存在的問題，現(xiàn)將催化劑再生尾氣處理設(shè)施在Ⅰ期改造的基礎(chǔ)之上進(jìn)行再一次升級設(shè)計(jì)改造。增加一臺(tái)冷卻器，一臺(tái)燒焦罐底部水泵，將原有的活性炭頂部封閉，連接至污水裝置生物除臭單元（圖3）。

圖3 再生尾氣Ⅱ期改造設(shè)計(jì)規(guī)劃流程圖

3.2 再生尾氣Ⅱ期改造流程說明

燒焦罐底部外排的高溫廢水由新加的泵送入新加入的冷卻器，換熱器冷卻高溫廢水后，重新回到燒焦罐中，進(jìn)行循環(huán)使用，從而大幅度的降低新水用量，使得用于冷卻蒸汽的水快速的降低到40 ℃以下，期間產(chǎn)生多余的廢水或者需要置換的廢水，通過燒焦罐的底部排水閥排放至污水處理裝置。將Ⅰ期活性炭頂部直接排放尾氣進(jìn)行封閉，活性吸附罐頂部連接至污水處理廠的生物除臭單元，運(yùn)用兩段生物除臭技術(shù)將活性炭吸附后的尾氣進(jìn)行再次凈化，經(jīng)生物凈化后的尾氣，排入35 m 的排氣筒中外排大氣。

3.3 再生尾氣Ⅱ期改造效果預(yù)期

通過兩段生物除臭技術(shù)，預(yù)期尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國家惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和石油化工污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，即苯＜4 mg/m3，硫化氫＜2.3 mg/h，甲苯＜15 mg/m3，揮發(fā)有機(jī)物＜60 mg/m3，苯乙烯＜50 mg/m3等，徹底解決在催化劑再生期間周圍存在惡臭的問題。增加燒焦罐底部冷卻水循環(huán)，把催化劑再生期間的新水用量控制在1 000 t 以內(nèi)，一方面減少水資源的浪費(fèi)，一方面進(jìn)一步減少對污水裝置平穩(wěn)運(yùn)行的沖擊。

4 結(jié)論

碳五加氫裝置催化劑再生尾氣處理設(shè)施，從原始設(shè)計(jì)到Ⅰ期改造并實(shí)施，通過Ⅰ期的改造將原來的周圍環(huán)境的惡臭問題大幅改善。并成功的解決了大量燒焦水的偏酸水溫偏高問題，節(jié)約了原設(shè)計(jì)耗水量的60%以上，使得污水處理廠在催化劑再生期間運(yùn)行平穩(wěn)。尾氣Ⅰ期改造的成功，使得尾氣Ⅱ期改造的預(yù)期效果更加顯著，相信若尾氣Ⅱ期改造投用，將徹底解決環(huán)境污染和水資源浪費(fèi)等問題。