CN114890560A - 一种延迟焦化废水细颗粒脱除工艺装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种延迟焦化废水颗粒脱除工艺装置，包括固液旋流分离单元、缓冲罐与微旋流气浮二次分离单元；其针对现有旋流分离法对废水中焦粉颗粒脱除率低、尤其10μm以下焦粉颗粒脱除率极低的情况，通过固液旋流器的高速离心旋流分离技术与多管式微旋流‑气浮耦合工艺装置的旋流气浮分离技术的耦合，有效提高延迟焦化废水的焦粉颗粒的高效脱除，改善下游装置的操作环境，延长延迟焦化装置及下游装置的运行周期。

Description

一种延迟焦化废水细颗粒脱除工艺装置

技术领域

本发明涉及用于分离、净化方面的环保设备、石油化工设备领域，具体涉及一种延迟焦化废水细颗粒脱除工艺装置。

背景技术

延迟焦化工艺是一种技术成熟、应用广泛的重油、渣油及沥青油的脱碳生产工艺。石油行业中的延迟焦化装置会产生大量的含焦粉废水，焦粉颗粒对后续的气提法回收氨和硫磺生产产生负面影响，主要表现在一下两方面：(1)废水中的焦粉易覆盖的下游汽提塔的浮阀塔盘表面，减小甚至完全封闭浮阀与塔盘之间的缝隙，使塔顶难以有效分离酸性气中的氨气，甚至造成严重的生产危害，装置一旦堵塞只能停工检修，影响操作的连续性；(2)经过汽提塔进入氨精制系统的氨气中仍含有部分焦粉，焦粉随氨气进入氨压缩机的气缸和油路，造成气缸和油路的堵塞，同时焦粉也会造成氨精制系统中塔、机泵、管道的堵塞，氨精制系统的产品液氨也会含有极少量的焦粉，影响液氨产品的质量。

目前主要通过工艺参数优化、过滤分离法、沉降分离法及旋流分离法对延迟焦化废水中的焦粉颗粒进行脱除。工艺参数的优化简单易行，但只在一定范围内降低了延迟焦化装置废水中的焦粉携带量，即焦粉脱除能力有限；过滤分离法易发生堵塞，需定期进行反冲洗造成生产的连续性降低，操作的抗干扰能力差同时装置初始和维修成本高；沉降分离法的生产周期相对较长，连续性较差，无法满足废水产量较大的实际生产情况；旋流分离法由于设备体积小、能耗小、易于维护操作和操作连续等优势广泛应用于废水中焦粉的脱除，目前应用旋流分离法的焦粉脱除率为70.7％，其中10μm以下焦粉颗粒的脱除率低于40％，即单体设备无法实现大范围粒径焦粉颗粒的高效脱除。

针对现有技术的不足，有必要针对延迟焦化废水焦粉颗粒脱除问题，同时考虑脱除率、能耗、操作连续性、安全性等问题，开发一种延迟焦化废水细颗粒脱除工艺装置。

发明内容

基于上述目的，本发明提供了一种延迟焦化废水颗粒脱除工艺装置，其针对现有旋流分离法对废水中焦粉颗粒脱除率低、尤其10μm以下焦粉颗粒脱除率极低的情况，通过固液旋流器的高速离心旋流分离技术与多管式微旋流-气浮耦合工艺装置的旋流气浮分离技术的耦合，有效提高延迟焦化废水的焦粉颗粒的高效脱除，改善下游装置的操作环境，延长延迟焦化装置及下游装置的运行周期。

本发明采用的技术方案如下：一种延迟焦化废水细颗粒脱除工艺装置，包括固液旋流分离单元、缓冲罐与微旋流气浮二次分离单元：

所述固液旋流分离单元壳体内通过设置上隔板与下隔板将内部空间自上而下分为溢流出口区、进料区及底流收集区，所述溢流出口区顶部壳体设置溢流排料管，所述进料区侧壁设置进料管，所述底流收集区底部设置底流排料管，所述固液旋流器设置于进料区用于焦化废水的一次分离。

所述固液旋流分离单元壳体内设置一台或多台并联的所述固液旋流器，以满足焦化废水处理量要求。

所述固液旋流器的进料口采用矩形进料口以此消除进料短路的死区，所述固液旋流器顶部设置溢流管，底部设置底流管，所述固液旋流器的溢流口结构采用凹环面设计，可有效避免急速上行流对溢流管造成的巨大冲击，减缓溢流管入口的附近流场的局部紊乱，有效避免溢流跑粗。进一步的，所述固液旋流器的柱段直径为D，所述固液旋流器的柱段高度为H，所述固液旋流器的锥段锥角为α，所述固液旋流器的溢流管直径为Do，所述固液旋流器的底流管直径为Du，其中D为40mm～65mm，α为3～5°，H为1～2D，Do为0.25～0.35D，Du为0.15～0.25D。所述固液旋流器通过壳体内的上隔板与下隔板固定，溢流管穿过上隔板与溢流出口区相连通，底流管通过下隔板与底流收集区相连通。

所述缓冲罐顶部底部分别设置进料管与排水管，所述缓冲罐侧壁设置出口，通过离心泵与微旋流气浮二次分离单元射流器入口连接；所述缓冲罐底部设置出口，通过离心泵与微旋流气浮二次分离单元底部进料口连接。

所述微旋流气浮二次分离单元壳体顶部设置射流器入口与浮渣口，所述微旋流气浮二次分离单元壳体侧壁设置进气口与净水出口，所述微旋流气浮二次分离单元壳体底部设置进料口。所述微旋流气浮二次分离单元内部设置有采用专利CN 113213582 A公开的一种多管式微旋流-气浮耦合工艺装置，以完成微旋流气浮分离工艺。

所述微旋流气浮二次分离单元壳体内设置一台或多台并联的多管式微旋流-气浮耦合工艺装置，以满足焦化废水处理量要求。

本发明还请求保护一种延迟焦化废水细颗粒脱除的工艺方法：

焦化废水通过离心泵经固液旋流分离单元进料管及壳体内进料区进入固液旋流器内，所述焦化废水在固液旋流器内形成高速旋转离心运动，在离心力的作用下，大部分焦粉颗粒被甩向固液旋流器的边壁，沿壁面向下运动，进入所述底流收集区形成高浓度焦粉浆液，高浓度焦粉经壳体底流排料管进入焦炭池内，低浓度焦粉废水经固液旋流器溢流管进入溢流出口区，经壳体溢流排料管进入缓冲罐内，待进行二次分离净化，即完成一级分离。

缓冲罐兼具沉降分离功能，焦粉颗粒在重力作用下聚集于缓冲罐底部，通过缓冲罐底部的排水口输送至焦炭池内。

缓冲罐内的待处理低浓度焦粉溶液分别通过离心泵输送至微旋流气浮二次分离单元壳体顶部的射流器入口与底部的进料口，空气自微旋流气浮二次分离单元壳体侧壁进气口进入所述多管式微旋流-气浮耦合工艺装置的射流器内，低浓度焦粉溶液与空气在射流器内充分混合形成溶气废水，溶气废水上升至多管式微旋流-气浮耦合工艺装置的旋流气浮分离腔室，溶气废水在旋流导叶的引流稳流作用下快速形成漩涡，在离心力和旋流微气泡的气浮作用下，废水中的焦粉颗粒附着在气泡上形成气泡-固体颗粒聚合体，聚合物向中间旋流聚集并上浮至液面，分离后的净水经壳体侧壁净水管输送至下游汽提塔内，高浓度焦粉浆料经壳体顶部的浮渣口输送至焦炭池内，即完成二级分离。

进一步的，上述方法中固液旋流分离单元进料管入口与底流排料管出口的流量比选择为1：0.05～0.25。

进一步的，上述方法中微旋流气浮二次分离单元射流器入口与进气口入口的流量比选择为1：0.1～0.3。

本发明具有以下优点：

(1)本发明采用固液旋流单元与微旋流气浮二次分离单元的高度集成式设计，综合利用了离心分离、微旋流气浮技术，实现了两种单体分离设备之间的良性互补，实现了大范围粒径焦粉颗粒的高效脱除，大幅度提高了延迟焦化废水的焦粉脱除率，尤其是提高了10μm以下小粒径焦粉颗粒的脱除效率；

(2)固液旋流器的结构设计，可以有效延长整体工艺装置的单次运行时长，减少焦粉颗粒粘附堆积，改善操作环境，使固液旋流器保持较好的分离效果，降低后续微旋流气浮罐内工作负荷，从而使经本发明的工艺装置处理后的焦化废水中的焦粉颗粒高效脱除。

(3)提出的组合工艺装置结构设计合理、操作简单方便、操作连续性强，操作弹性较大，解决了下游装置塔盘等操作单元的堵塞问题，降低了下游酸性水汽提塔的负荷、保证下游工艺工艺装置的长时间运行。

附图说明

图1是本发明延迟焦化废水细颗粒脱除工艺的装置流程示意图；

图2是本发明延迟焦化废水细颗粒脱除工艺中固液旋流器结构示意图；

图中：1-第一离心泵，2-溢流排料管，3-溢流出口区，4-上隔板，5-进料管，6-固液旋流器，7-进料区，8-下隔板，9-底流收集区，10-底流排料管，11-缓冲罐进料管，12-缓冲罐，13-缓冲罐排水口，14-缓冲罐侧壁出口，15-缓冲罐底部出口，16-第二离心泵，17-第三离心泵，18-射流器入口，19-进气口，20-多管式微旋流-气浮耦合工艺装置，21-浮渣口，22-净水管，23-进料口，24-溢流管，25-固液旋流器进料管，26-柱段，27-锥段，28-底流管。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方法，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。参阅附图，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的位置限定用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

图1是本发明延迟焦化废水细颗粒脱除工艺的装置流程示意图，如图所示，其包括固液旋流分离罐、缓冲罐12、微旋流气浮罐，所述固液旋流分离罐内部设置固液旋流器6，且所述固液旋流分离罐内部设置上隔板4和下隔板8以将内部空间自上而下分为溢流管出口区3、进料区7及底流收集区9，对应所述溢流管出口区3区域的壳壁上设置有溢流排料管2，对应所述进料区7区域的壳壁上设置有进料管5，对应底流收集区9区域的壳壁上设置有底流排料管10；所述进料管5经第一离心泵1连接焦化废水的来流方向，所述固液旋流器6可以单个或多个集成使用，其入口设置在进料区7内部，而固液旋流器6的溢流口汇集至溢流管出口区3、固液旋流器6的底流口汇集至底流收集区9。

所述溢流排料管2经由管线连通缓冲罐12的缓冲罐进料管11，所述缓冲罐12的底部设置有缓冲罐排水口13，用于清理缓冲罐12内部沉积颗粒及少量积水，所述缓冲罐12下部临近底端处还设置有缓冲罐侧壁出口14和缓冲罐底部出口15，所述缓冲罐侧壁出口14经由第二离心泵16连通微旋流气浮罐顶部的射流器入口18，所述缓冲罐底部出口15经由第三离心泵17连通所述微旋流气浮罐底部的进料口23；所述微旋流气浮罐内部设置多管式微旋流-气浮耦合工艺装置20，所述微旋流-气浮耦合工艺装置可采用本课题组自主研发的旋流气浮分离设备，其已详细公开在专利文件CN113213582A中，在此不再赘述其结构细节，所述多管式微旋流-气浮耦合工艺装置20可多个集成式安装或者单个安装在微旋流气浮罐内部；所述微旋流气浮罐侧壁上设置有进气口19，所述进气口19外接气浮补气源，以输入空气并与从射流器入口18进入的焦化废水混合形成溶气废水，溶气废水进入多管式微旋流-气浮耦合工艺装置20的水射器入口管10；所述微旋流气浮罐上还设置有浮渣口21和净水管22，所述浮渣口21与多管式微旋流-气浮耦合工艺装置20的浮油浮渣排出管连接在一起，以将分离出的浮油浮渣外排至焦炭池，所述净水管22与多管式微旋流-气浮耦合工艺装置20的净水出口7连接在一起，以将经微旋流气浮处理后的水外输至下游酸性水汽提塔进一步处理。

进一步的，所述微旋流气浮罐壁面上还适配性地设置有分别与多管式微旋流-气浮耦合工艺装置20的排气孔和排污管连通的开口管。

如图2所示，是本发明延迟焦化废水细颗粒脱除工艺中固液旋流器结构示意图，所述固液旋流器6由柱段26和锥段27连接而成，柱段26上方设置单切式矩形固液旋流器进料管25，顶部中心位置设置溢流管24，锥段27底部中心位置设置底流管28；溢流管24穿过上隔板4与溢流出口区3相连通，底流管28穿过下隔板8与底流收集区9相连通。

所述固液旋流器6的进料口采用矩形进料口以此消除进料短路的死区，所述固液旋流器顶部的溢流管24在柱段26内的入口周缘处设置为凹环面结构，以避免急速上行流对溢流管造成的巨大冲击，减缓溢流管入口的附近流场的局部紊乱，有效避免溢流跑粗。

为了进一步提升固液旋流器6的分离效率，使其更适应焦化废水中超细焦粉颗粒的分离工况，对固液旋流器6的结构参数进行了进一步的优化设计，参见图2，固液旋流器6的柱段26直径为D，所述固液旋流器的柱段26高度为H，所述固液旋流器的锥段27锥角为α，所述固液旋流器的溢流管24直径为Do，所述固液旋流器的底流管28直径为Du，其中D为40mm～65mm，优选为50mm，α为3～5°，H为1～2D，Do为0.25～0.35D，Du为0.15～0.25D。如此设置，可以有效延长整体工艺装置的单次运行时长，减少焦粉颗粒粘附堆积，改善操作环境，使固液旋流器保持较好的分离效果，降低后续微旋流气浮罐内工作负荷，从而使经本发明的工艺装置处理后的焦化废水中的焦粉颗粒高效脱除。

结合图1、图2，对本发明的具体工作过程介绍如下：

焦化废水通过第一离心泵1经固液旋流分离罐的进料管5及壳体内进料区7进入固液旋流器6内，所述焦化废水在固液旋流器6内形成高速旋转离心运动，在离心力的作用下，大部分焦粉颗粒被甩向固液旋流器6的边壁，沿壁面向下运动，进入所述底流收集区9形成高浓度焦粉浆液，高浓度焦粉经壳体底流排料管10进入焦炭池内，低浓度焦粉废水经固液旋流器6的溢流管24进入溢流出口区3，经壳体溢流排料管2进入缓冲罐12内，待进行二次分离净化，即完成一级分离。

缓冲罐12兼具沉降分离功能，焦粉颗粒在重力作用下聚集于缓冲罐12底部，通过缓冲罐底部的排水口13输送至焦炭池内。

缓冲罐12内的待处理低浓度焦粉溶液分别通过第二离心泵16、第三离心泵17输送至微旋流气浮罐的壳体顶部的射流器入口18与底部的进料口23，空气自微旋流气浮二次分离单元壳体侧壁进气口19进入所述多管式微旋流-气浮耦合工艺装置20的射流器内，低浓度焦粉溶液与空气在射流器内充分混合形成溶气废水，溶气废水上升至多管式微旋流-气浮耦合工艺装置20的旋流气浮分离腔室，溶气废水在旋流导叶的引流稳流作用下快速形成漩涡，在离心力和旋流微气泡的气浮作用下，废水中的焦粉颗粒附着在气泡上形成气泡-固体颗粒聚合体，聚合物向中间旋流聚集并上浮至液面，分离后的净水经壳体侧壁净水管22输送至下游汽提塔内，高浓度焦粉浆料经壳体顶部的浮渣口21输送至焦炭池内，即完成二级分离。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种等效结构或等效流程的修改或变形，或直接或间接运用到其他相关的技术领域，仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种延迟焦化废水细颗粒脱除工艺装置，其特征在于，包括固液旋流分离单元、缓冲罐和微旋流气浮二次分离单元；

所述固液旋流分离单元包括固液旋流分离罐，所述旋流分离罐内部设置固液旋流器，且所述固液旋流分离罐内部通过设置上隔板和下隔板将内部空间自上而下分为溢流管出口区、进料区及底流收集区，对应所述溢流管出口区区域的壳壁上设置有溢流排料管，对应所述进料区区域的壳壁上设置有进料管，对应底流收集区区域的壳壁上设置有底流排料管；所述进料管经第一离心泵连接焦化废水的来流方向；所述固液旋流器入口设置在进料区内部，而固液旋流器的溢流口汇集至溢流管出口区、固液旋流器的底流口汇集至底流收集区；

所述溢流排料管经由管线连通缓冲罐的缓冲罐进料管，所述缓冲罐的底部设置有缓冲罐排水口，所述缓冲罐下部临近底端处还设置有缓冲罐侧壁出口和缓冲罐底部出口；

所述微旋流气浮二次分离单元包括微旋流气浮罐，所述缓冲罐侧壁出口经由第二离心泵连通微旋流气浮罐顶部的射流器入口，所述缓冲罐底部出口经由第三离心泵连通所述微旋流气浮罐底部的进料口；所述微旋流气浮罐内部设置多管式微旋流-气浮耦合工艺装置，所述微旋流气浮罐侧壁上设置有进气口，所述进气口外接气浮补气源；所述微旋流气浮罐上还设置有浮渣口和净水管，所述浮渣口与多管式微旋流-气浮耦合工艺装置的浮油浮渣排出管连接在一起，所述净水管与多管式微旋流-气浮耦合工艺装置的净水出口连接在一起。

2.根据权利要求1所述的延迟焦化废水细颗粒脱除工艺装置，其特征还在于，所述固液旋流器单个设置或多个并联设置。

3.根据权利要求1所述的延迟焦化废水细颗粒脱除工艺装置，其特征还在于，所述多管式微旋流-气浮耦合工艺装置单个设置或多个并联设置。

4.根据权利要求1所述的延迟焦化废水细颗粒脱除工艺装置，其特征还在于，所述固液旋流器由柱段和锥段连接而成，所述柱段上方设置单切式矩形固液旋流器进料管，柱段顶部中心位置设置溢流管，锥段底部中心位置设置底流管。

5.根据权利要求4所述的延迟焦化废水细颗粒脱除工艺装置，其特征还在于，所述固液旋流器顶部的溢流管在柱段内的入口周缘处设置为凹环面结构。

6.根据权利要求4或5所述的延迟焦化废水细颗粒脱除工艺装置，其特征还在于，所述柱段直径为D，所述固液旋流器的柱段高度为H，所述固液旋流器的锥段锥角为α，所述固液旋流器的溢流管直径为Do，所述固液旋流器的底流管直径为Du，其中，α为3～5°，H为1～2D，Do为0.25～0.35D，Du为0.15～0.25D。

7.根据权利要求6所述的延迟焦化废水细颗粒脱除工艺装置，其特征还在于，所述柱段直径D取值为40mm～65mm。

8.一种延迟焦化废水细颗粒脱除方法，其采用权利要求1-7任一项所述的工艺装置，包括旋流分离工序和微旋流气浮分离工序，具体如下：

旋流分离工序：焦化废水通过第一离心泵经固液旋流分离罐的进料管及壳体内进料区进入固液旋流器内，所述焦化废水在固液旋流器内形成高速旋转离心运动，在离心力的作用下，大部分焦粉颗粒被甩向固液旋流器的边壁，沿壁面向下运动，进入所述底流收集区形成高浓度焦粉浆液，高浓度焦粉经壳体底流排料管进入焦炭池内，低浓度焦粉废水经固液旋流器的溢流管进入溢流出口区，经壳体溢流排料管进入缓冲罐内；

微旋流气浮分离：缓冲罐内的待处理低浓度焦粉溶液分别通过第二离心泵、第三离心泵输送至微旋流气浮罐的壳体顶部的射流器入口与底部的进料口，空气自微旋流气浮二次分离单元壳体侧壁进气口进入所述多管式微旋流-气浮耦合工艺装置的射流器内，低浓度焦粉溶液与空气在射流器内充分混合形成溶气废水，溶气废水上升至多管式微旋流-气浮耦合工艺装置的旋流气浮分离腔室，溶气废水在旋流导叶的引流稳流作用下快速形成漩涡，在离心力和旋流微气泡的气浮作用下，废水中的焦粉颗粒附着在气泡上形成气泡-固体颗粒聚合体，聚合物向中间旋流聚集并上浮至液面，分离后的净水经壳体侧壁净水管输送至下游汽提塔内，高浓度焦粉浆料经壳体顶部的浮渣口输送至焦炭池内。

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