一种高效清洁处理化工污油残液的分离装置及方法
技术领域
本发明涉及石油化工生产技术领域，更具体的说是涉及一种高效清洁处理石油化工生产过程中污油残液的装置。
背景技术
随着国内乙烯工业的快速发展，生产过程中不可避免地产生各种各样的污油残液，大型裂解制乙烯装置在裂解过程中存在高温焦油，其下游相关装置在聚合过程中会产生的各种各样的污油残液污。这些污油残液理化性质各不相同，含有胶质沥青质、液相高聚物、带有烯烃基类的芳香环化合物、甚至废弃的催化剂粉末和微小炭颗粒。此外，随着安全环保政策的严格管制，这些污油如果不能在企业内无害化处理利用，将会制约企业可持续发展。
因此，如何提供一种针对不同污油残液进行集中处理的装置，产生良好的经济效益、环境效益和社会效益，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高效清洁处理化工污油残液的分离装置及方法，其目的在于能够集中回收、高效清洁处理这些污油残液。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明第一方面实施例提供了一种高效清洁处理化工污油残液的分离装置，该装置包括存储设备、蒸馏分离设备、静态混合设备、重力沉降设备，其中：
所述存储设备包括用于存储轻质易挥发污油残液的承压球罐(C1)和用于存储重质难挥发污油残液的普通存储罐(C2)，所述承压球罐(C1)设有用于排出澄清液的第一排出口，所述普通存储罐(C2)设有用于排出澄清液的第二排出口，所述第一排出口通过第一泵(P1)与第一换热器(E1)的进口端连接，所述第二排出口通过第二泵(P2)与所述第一换热器(E1)的进口端连接，所述第一泵(P1)、第二泵(P2)与所述第一换热器(E1)连接的共同管道上设有第一阀(V1)；
所述蒸馏分离设备包括精馏塔(T1)，所述精馏塔(T1)内从上至下依次设置有塔顶气相排出口、澄清液进料口以及塔底液相排出口，所述第一换热器(E1)的出口端通过第二换热器(E2)、第三换热器(E3)连接所述澄清液进料口；所述塔顶气相排出口通过所述第一换热器(E1)与一回流罐(C3)的进口连接；所述精馏塔(T1)还设有塔顶回流口，所述回流罐(C3)通过回流泵(P3)与所述塔顶回流口连接，以形成用于调节塔顶温度进而控制塔顶馏出油质量要求的液相回流；
所述静态混合设备包括一静态混合器(M1)，所述静态混合器(M1)设有油物进口、洗涤水进口和油水混合物出口；所述第一泵(P1)、第二泵(P2)还通过同一管道连接该油物进口，该同一管道上设有第二阀(V2)；所述回流罐(C3)通过管道连接该油物进口，回流罐(C3)与该油物进口之间设有第三阀(V3)；
所述重力沉降设备包括重力沉降罐(C4)，所述重力沉降罐(C4)自上至下依次设置有气相排出口、油水混合物进口、用于排出澄清液的第三排出口、含油污水排出口；所述油水混合物进口通过管道与所述油水混合物出口相连接，所述第三排出口依次通过第五泵(P5)、第四阀(V4)连接所述第一换热器(E1)，所述第五泵(P5)不与所述第四阀(V4)连接的管道上设有第五阀(V5)，所述塔顶气相排出口与所述第五阀(V5)的出口通过管道连接，所述塔顶气相排出口与所述第五阀(V5)的出口之间的管道上设有第六阀(V6)。
根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述精馏塔(T1)包括精馏段和提馏段，所述的精馏段采用高效填料分离元件，提馏段采用高通量防结焦散堆填料。
根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述精馏塔(T1)的底部还设有汽提蒸汽入口。
根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述第一阀(V1)与第三阀(V3)之间设有跨线阀(V7)，所述跨线阀(V7)打开时，所述精馏塔(T1)蒸馏出的部分低沸点烃类物质经过所述跨线阀(V7)与所述第一阀(V1)输出的澄清液混合。
本发明第二方面提供了一种高效清洁处理化工污油残液的方法，该方法采用如上所述的装置，根据需要处理的化工污油残液的性质，执行先蒸馏后水洗和/或先水洗后蒸馏的处理方法。
根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述先蒸馏后水洗的处理方法包括以下步骤：
打开第一阀(V1)、第三阀(V3)、第五阀(V5)，关闭第二阀(V2)、第四阀(V4)、第六阀(V6)，开启第一泵(P1)将承压球罐(C1)中的澄清液抽出，以及开启第二泵(P2)将普通存储罐(C2)中的澄清液抽出；
按照与生产要求对应的比例混合从承压球罐(C1)和普通存储罐(C2)抽出的澄清液，混合后的澄清液依次经过第一换热器(E1)、第二换热器(E2)、第三换热器(E3)后被输送至精馏塔(T1)，其中，所述精馏塔(T1)对所述澄清液进行蒸馏处理，产生的低沸点烃类物质及水蒸气经过冷凝冷却后输送至回流罐(C3)，部分的低沸点烃类物质经过回流泵(P3)返回精馏塔(T1)的顶部，回流罐(C3)输出的低沸点烃类物质进一步被输送至静态混合器(M1)；
在所述静态混合器(M1)中加入水，以使低沸点烃类物质和水成预设比例混合至静态混合器(M1)中进行洗涤，洗涤后形成的油水混合物被输送至重力沉降罐(C4)，进而通过重力沉降罐(C4)的非均相分离完成水洗步骤。
所述先水洗后蒸馏的处理方法包括以下步骤：
关闭第一阀(V1)、第三阀(V3)、第五阀(V5)，打开第二阀(V2)、第四阀(V4)、第六阀(V6)，开启第一泵(P1)将承压球罐(C1)中的澄清液抽出，以及开启第二泵(P2)将普通存储罐(C2)中的澄清液抽出；
按照与生产要求对应的比例混合从承压球罐(C1)和普通存储罐(C2)抽出的澄清液，混合后的澄清液进入静态混合器(M1)；
在所述静态混合器(M1)中加入水，以使所述混合后的澄清液和水成预设比例混合至静态混合器(M1)中进行洗涤，洗涤后形成的油水混合物被输送至重力沉降罐(C4)，进而通过重力沉降罐(C4)的非均相分离完成水洗步骤，水洗后的澄清液依次经过第一换热器(E1)、第二换热器(E2)、第三换热器(E3)后被输送至精馏塔(T1)，进而由精馏塔(T1)进行蒸馏处理，分离得到低沸点烃类物质和高沸点烃类物质，完成蒸馏分离步骤。
根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述承压球罐(C1)的操作温度为1～70℃，普通存储罐(C2)的操作温度为1～100℃，承压球罐(C1)、普通存储罐(C2)的操作压力皆为0～0.8MPa；
所述精馏塔(T1)的操作温度为常温40～300℃，操作压力为0～0.5MPa；
所述静态混合器(M1)的操作温度为2～80℃，操作压力为0～0.8MPa；
所述重力沉降罐(C4)的操作温度为2～80℃，操作压力为0～0.5MPa；
所述回流罐(C3)的操作温度为2～60℃，操作压力为0～0.5MPa
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明有益效果如下：
1.将乙烯工厂内不同操作单元的污油残液分成易挥发、难挥发两大类分别进入承压球罐(C1)和普通存储罐(C2)，避免全部需要进入承压承压球罐(C1)；然后进行集中、高效、清洁处理；
2.根据澄清液性质切换不同工艺操作方案，充分利用污油残液中的高品质组分，提高污油残液的利用率，减少环境污染；
3.采用精馏塔(T1)作为分离装置，塔底部吹入水蒸气降低油气分压、降低塔底温度，可以减少占地面积，降低设备投资，减少塔底油热缩聚，并通过塔底热量集成，实现了能量利用最大化；
4.化工污油残液经集中回收、高效清洁处理后，可回收满足下游加工装置对原料性质要求的塔顶馏分油达到50％～80％；塔底釜液与沉降液混兑后，可满足延迟焦化装置对原料性质的要求，或满足船用残渣燃料油性质要求；
5.工艺流程灵活多变，即可以采取先蒸馏后水洗方案，也可以采取先水洗后蒸馏方案；通过跨线阀的设置还可以适应污油原料性质多变，处理超重超粘稠的污油残液原料。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一个示例性的一种高效清洁处理化工污油残液的分离装置的结构连接示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合附图1对本发明做进一步说明，本发明提供了一种高效清洁处理化工污油残液的装置及方法，本装置包括：存储设备、蒸馏分离设备、静态混合设备、重力沉降设备。
所述存储设备包括用于存储轻质易挥发污油残液的承压球罐(C1)和用于存储重质难挥发污油残液的普通存储罐(C2)，所述承压球罐(C1)设有用于排出澄清液的第一排出口，所述普通存储罐(C2)设有用于排出澄清液的第二排出口，所述第一排出口通过第一泵(P1)与第一换热器(E1)的进口端连接，所述第二排出口通过第二泵(P2)与所述第一换热器(E1)的进口端连接，所述第一泵(P1)、第二泵(P2)与所述第一换热器(E1)连接的共同管道上设有第一阀(V1)；
所述蒸馏分离设备包括精馏塔(T1)，所述精馏塔(T1)内从上至下依次设置有塔顶气相排出口、澄清液进料口以及塔底液相排出口，所述第一换热器(E1)的出口端通过第二换热器(E2)、第三换热器(E3)连接所述澄清液进料口；所述塔顶气相排出口通过所述第一换热器(E1)与一回流罐(C3)的进口连接；所述精馏塔(T1)还设有塔顶回流口，所述回流罐(C3)通过回流泵(P3)与所述塔顶回流口连接，以形成用于调节塔顶温度进而控制塔顶馏出油质量要求的液相回流；
所述静态混合设备包括一静态混合器(M1)，所述静态混合器(M1)设有油物进口、洗涤水进口和油水混合物出口；所述第一泵(P1)、第二泵(P2)还通过同一管道连接该油物进口，该同一管道上设有第二阀(V2)；所述回流罐(C3)通过管道连接该油物进口，回流罐(C3)与该油物进口之间设有第三阀(V3)；
所述重力沉降设备包括重力沉降罐(C4)，所述重力沉降罐(C4)自上至下依次设置有气相排出口、油水混合物进口、用于排出澄清液的第三排出口、含油污水排出口；所述油水混合物进口通过管道与所述油水混合物出口相连接，所述第三排出口依次通过第五泵(P5)、第四阀(V4)连接所述第一换热器(E1)，所述第五泵(P5)不与所述第四阀(V4)连接的管道上设有第五阀(V5)，所述塔顶气相排出口与所述第五阀(V5)的出口通过管道连接，所述塔顶气相排出口与所述第五阀(V5)的出口之间的管道上设有第六阀(V6)。
在一种能够实现的方式中，所述精馏塔(T1)包括精馏段和提馏段，精馏段采用高效填料分离元件(相当于3-20块理论板)，提馏段采用高通量防结焦散堆填料(相当于1-3块理论板)；进料段为进料汽液闪蒸空间(相当于1块理论板)；塔顶设有液相回流，调节塔顶温度进而控制塔顶馏出油质量要求。在一种能够实现的放置中，所述精馏塔(T1)的底部还设有汽提蒸汽入口，塔底不采用重沸器提供热量和产生气相回流，而是在塔底液面上方直接吹入水蒸气气提，达到降低油气分压、加强提馏作用的效果。
在一种能够实现的方式中，所述第一阀(V1)与第三阀(V3)之间设有跨线阀(V7)，所述跨线阀(V7)打开时，所述精馏塔(T1)蒸馏出的部分低沸点烃类物质经过所述跨线阀(V7)与所述第一阀(V1)输出的澄清液混合。污油残液性质在进装置之前不可调，但通过跨线阀(V7)及相应操作变成可调，因此可以处理分离很重(标准密度≤1050kg/m3)很粘稠(50℃运动粘度≤200mm2/s)的污油残液，提高了分离装置及方法的适应性。
本发明提供的高效清洁处理化工污油残液的方法采用上述的装置，能够根据回收污油残液原料的性质采用两种不同技术路线进行高效清洁分离处理，即先蒸馏后水洗(方案1)，或者先水洗后蒸馏(方案2)。
当澄清液质量较好时采用方案1进行操作(打开第一阀(V1)、第三阀(V3)、第五阀(V5)，关闭第二阀(V2)、第四阀(V4)、第六阀(V6))，从承压球罐(C1)出来的轻质污油残液(F1)与从普通存储罐(C2)出来的重质污油残液(F2)按生产要求在管道内混合，经第二阀(V2)后依次与塔顶馏分油(D)、塔底重质油(R)进行换热，最后与中压蒸汽换热，进入精馏塔(T1)进行分离。汽提蒸气通过控制阀进入精馏塔塔底液面上方，对流向塔底的液相物流进行气提提馏出其中的轻组分。精馏塔(T1)操作温度为40～300℃，操作压力为0.1～0.5MPa，全塔的理论板数为5～24块。低沸点的轻组分及水蒸气自下而上流向塔顶，经换热器、水冷器后进入回流罐(C3)，操作温度为2～60℃，操作压力为0.1～0.5MPa。其中的气相物质作为气态烃(G)进入瓦斯管网；含油污水外排至污水处理装置；液相的塔顶馏分油(D)部分作为塔顶冷回流控制塔顶温度，确保塔顶馏分油(D)的干点，多余部分作为塔顶馏分油送去水洗单元。蒸馏得到的塔顶馏分油(D)经过第四阀(V4)后与一定比例的新鲜水(油水质量比为3:1)共同进入静态混合器(M1)进行强力混合，静态混合器(M1)操作温度为2～80℃，操作压力为0.1～0.8MPa，通过强力混合，能够溶解油中可溶于水的盐类、非烃类化合物；然后到重力沉降罐(C4)进行油水分离，重力沉降罐(C4)的操作温度为2～80℃，操作压力为0.1～0.5MPa。重力沉降罐(C4)底部水包的洗涤废水与回流罐(C3)的含油污水一起送去污水处理装置；洗涤后的馏分油进入下游的加氢装置原料罐作为加氢精制的原料油转化为高品质的油品。
当澄清液质量较差时采用方案2进行操作(关闭第一阀(V1)、第三阀(V3)、第五阀(V5)，打开第二阀(V2)、第四阀(V4)、第六阀(V6))，从承压球罐(C1)出来的轻质污油残液(F1)与从普通存储罐(C2)出来的重质污油残液(F2)按生产要求在管道内混合，经第一阀(V1)与一定比例的新鲜水(油水质量比为4:1)共同进入静态混合器(M1)进行强力混合，然后到重力沉降罐(C4)进行油水分离。静态混合器(M1)操作温度为2～80℃，操作压力为0.1～0.8MPa，通过强力混合，能够溶解油中可溶于水的盐类、非烃类混合物，然后油水混合物通过管道进入重力沉降罐(C4)，其操作温度为2～80℃，操作压力为0.1～0.5MPa，通过洗涤沉降操作可实现非均相分离，气态烃(G)从罐顶部采出，通过管道、控制阀引入瓦斯管网；洗涤水由罐底层水包排出到污水处理装置；洗涤后的澄清液从罐底部采出，通过管道、第五阀(V5)后依次与塔顶馏分油(D)、塔底重质油(R)进行换热，最后与中压蒸汽换热，进入精馏塔(T1)进行分离。汽提蒸气通过控制阀进入精馏塔(T1)塔底液面上方，对流向塔底的液相物流进行气提提馏出其中的轻组分。精馏塔(T1)操作温度为40～300℃，操作压力为0.1～0.5MPa，全塔的理论板数为5～24块。低沸点的轻组分及水蒸气自下而上流向塔顶，经换热器、水冷器后进入回流罐(C3)，操作温度为2～60℃，操作压力为0.1～0.5MPa。其中的气相物质作为气态烃(G)进入瓦斯管网；含油污水与重力沉降罐(C4)的洗涤水一起外排至污水处理装置；液相的塔顶馏分油(D)部分作为塔顶冷回流控制塔顶温度，确保塔顶馏分油(D)的干点，多余部分作为塔顶馏分油送去下游的加氢装置原料罐作为加氢精制的原料油转化为高品质的油品。
实施例一：
一种高效清洁处理化工污油残液的装置，装置处理能力为2t/h，本例选取15种污油为进料混合原料，其中6种污油残液属于低沸点轻组分(标准密度小于800kg/m3)，质量占比65％，9种污油残液属于高沸点重组分(标准密度大于800kg/m3)，质量占比35％，采用先蒸馏后水洗的工艺方案，具体操作情况如下所示：
承压球罐(C1)操作温度为25℃，操作压力为0.35MPa；普通存储罐(C2)操作温度为25℃，操作压力为0MPa；出料质量流率控制承压球罐(C1)65％，普通存储罐(C2)35％，管道内常温混合。
精馏塔(T1)的精馏段为两段规整填料(理论板数为12块)，提馏段为一段散堆填料(理论板数为3块)，污油残液进料位置为自上而下第二与第三段填料之间，汽提蒸汽进料位置为塔底液面上方(第三段填料下部)；塔顶出低沸点的馏分油(即低沸点烃类物质)及水蒸气，塔底出高沸点的重油(即高沸点烃类物质)。塔顶回流比为0.7，塔底吹入水蒸气占塔底重油5％(质量)，降低油气分压从而降低塔底温度。塔底操作温度为225℃，塔顶操作温度113℃，操作压力为0.13。回流罐(C3)操作温度为40℃，操作压力为0.1MPa。
蒸馏得到的馏分油去静态混合器(M1)。进入静态混合器(M1)的油与常温新鲜水的质量比例为4:1，静态混合器(M1)操作温度为37-38℃，操作压力为0.6MPa。
重力沉降罐(C4)操作温度为37℃，操作压力为0.25MPa。
塔顶热物料、塔底热物料均与新鲜原料换热，实行热集成，尽最大可能回收热量和减少冷却水用量。
基于上述条件，可回收馏分油收率达到63.12％，满足下游汽油加氢装置对原料性质的要求。塔底重油及沉降液混兑后满足延迟焦化装置对原料性质的要求，或满足船用残渣燃料油性质要求。
实施例1要求的污油残液相对干净，得到的水洗馏分油更干净，有利于减少水洗水用量，而且水洗不发生乳化现象。
实施例二：
一种高效清洁处理化工污油残液的装置，装置处理能力为2t/h，当污油残液含碳粒固杂、沥青质较多时，先蒸馏会造成传质分离元件易结垢，影响长周期运转。此时，宜采用实施例二，确保装置安全、平稳运行。
本例选取15种污油为进料混合原料，其中5种污油残液属于低沸点轻组分(标准密度小于800kg/m3)，质量占比54％，10种污油残液属于高沸点重组分(标准密度大于800kg/m3)，质量占比46％，采用先蒸馏后水洗的工艺方案，具体操作情况如下所示：
承压球罐(C1)操作温度为25℃，操作压力为0.35MPa；普通存储罐(C2)操作温度为25℃，操作压力为0MPa；出料质量流率控制承压球罐(C1)54％，普通存储罐(C2)46％，管道内常温混合。
精馏塔(T1)的精馏段为两段规整填料(理论板数为12块)，提馏段为一段散堆填料(理论板数为3块)，污油残液进料位置为自上而下第二与第三段填料之间，汽提蒸汽进料位置为塔底液面上方(第三段填料下部)；塔顶出低沸点的馏分油及水蒸气，塔底出高沸点的重油。塔顶回流比为0.67，塔底吹入水蒸气占塔底重油5％(质量)，塔底操作温度为227℃，塔顶操作温度115℃，操作压力为0.13。回流罐(C3)操作温度为40℃，操作压力为0.1MPa。
蒸馏得到的馏分油去静态混合器(M1)。进入静态混合器(M1)的油与常温新鲜水的质量比例为4:1，静态混合器(M1)操作温度为37-38℃，操作压力为0.6MPa。
重力沉降罐(C4)操作温度为37℃，操作压力为0.25MPa。
基于上述条件，可回收馏分油收率达到52.1％，虽然仍能满足下游汽油加氢装置对原料性质的要求，但部分指标卡边。塔底重油及沉降液混兑后满足延迟焦化装置对原料性质的要求，或满足船用残渣燃料油性质要求。
实施例三：
一种高效清洁处理化工污油残液的装置，本例选取12种污油残液进料为混合原料，其中3种污油残液属于低沸点轻组分(标准密度小于800kg/m3)，质量占比21％，9种污油残液属于高沸点重组分(标准密度大于800kg/m3)，其中4种污油残液属于超重超粘稠的稠环芳烃和沥青质组分，质量占比79％；混合后原料的标准密度达到1060kg/m3，50℃运动粘度达到≤203mm2/s。装置处理能力为1.6t/h，采用先蒸馏后水洗的工艺方案，具体操作情况如下所示：
承压球罐(C1)操作温度为25℃，操作压力为0.35MPa；普通存储罐(C2)操作温度57℃，操作压力为0MPa；出料质量流率控制承压球罐(C1)16％，普通存储罐(C2)84％，管道内常温混合。
精馏塔(T1)的精馏段为两段规整填料(理论板数为12块)，提馏段为一段散堆填料(理论板数为3块)，污油残液进料位置为自上而下第二与第三段填料之间，汽提蒸汽进料位置为塔底液面上方(第三段填料下部)；塔顶出低沸点的馏分油及水蒸气，塔底出高沸点的重油。塔顶回流比为0.68，塔底吹入水蒸气占塔底重油5％(质量)，降低油气分压从而降低塔底温度。塔底操作温度为225℃，塔顶操作温度114℃，操作压力为0.13。回流罐(C3)操作温度为40℃，操作压力为0.1MPa。
蒸馏得到的馏分油一部分0.6702/h通过循环跨线阀返回去与重质原料混合，另一部分0.367t/h去静态混合器(M1)。进入静态混合器(M1)的油与常温新鲜水的质量比例为4:1，静态混合器(M1)操作温度为37-38℃，操作压力为0.6MPa。
重力沉降罐(C4)操作温度为37℃，操作压力为0.25MPa。
塔顶热物料、塔底热物料均与新鲜原料换热，实行热集成，尽最大可能回收热量和减少冷却水用量。
基于上述条件，由于处理超重超粘稠污油残液物料，仍可回收馏分油收率达到20.58％，满足下游汽油加氢装置对原料性质的要求。塔底重油及沉降液混兑后满足延迟焦化装置对原料性质的要求，或满足船用残渣燃料油性质要求。
本发明上述实施例根据污油残液性质切换不同工艺操作方案，能够提高污油残液的利用率，充分利用污油残液中的高品质组分，减少环境污染。同时，采用完全精馏塔作为分离装置，以减少占地面积，降低设备投资，并通过塔底热量集成，实现能量利用最大化。此外，考虑到污油残液来源数量不均匀、不连续导致性质差异很大的特点，增设塔顶馏分油返回原料管线，即跨线阀(V7)，可调节污油残液组成性质，便于正常分离处理。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
