硕士学位论文凝结水精制技术的应用研究.docx

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硕士学位论文凝结水精制技术的应用研究

工程硕士专业学位论文

论文题目：

凝结水精制技术的应用研究

ThesisfortheGraduateCandidateTest

Researchonapplicationandpurificationtechnologyforcondensedwater

Candidate:

MaHaifeng

Tutor:

WangJian

Field:

ChemicalEngineering

Dateoforalexamination:

June9th,2012

University:

NortheastPetroleumUniversity

学位论文独创性声明

本人所呈交的学位论文是我在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

作者签名：

日期：

学位论文使用授权声明

本人完全了解XXX大学有关保留、使用学位论文的规定。

学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，可以公布论文的全部或部分内容。

XXX大学有权将本人的学位论文加入《中国优秀硕士学位论文全文数据库》、《中国博士学位论文全文数据库》和编入《中国知识资源总库》。

保密的学位论文在解密后适用本规定。

学位论文作者签名：

导师签名：

日期：

日期：

凝结水精制技术的应用研究

摘要

本课题是紧密结合大庆石化化工区乙烯装置凝结水实际现状提出的，通过乙烯装置工艺凝结水现状进行调查和水质分析，调研凝结水精制出水水质要求，同时考察凝结水处理工艺和方法，拟通过实验考察凝结水阻截除油应用工艺效果，提出凝结水精制优化方法。

大庆石化乙烯装置的凝结水比炼油装置复杂很多，在换热器等设备泄漏情况下，可能含有硫氰酸钠、丙烯、氨、氢氰酸、苯、丁二烯、溶剂油、丁烯、氮气、乙烯、铁、钙离子、镁离子、氯根、硫酸根、磷酸根等污染物质，对凝结水的水质影响较大，且难以处理。

大庆石化原有凝结水精制装置采用精密过滤器、焦炭过滤器处理、混床工艺处理，原设计经除油及其它杂质后，应用于脱盐水的设备，但由于当时除油技术的局限性，水质达不到所需要求（含油小于0.3mg/L），因此一直没有应用，送入循环水场作为循环补充水。

因此，本试验通过对化工凝结水进行污染物种类、成分浓度进行比对分析，选用两级预屏障工艺和三级阻截除油工艺与覆盖过滤器和活性碳过滤器处理工艺对进行中试实验，通过连续监测各个组合工艺日平均出水指标，找出处理效果变化趋势，结果证明两级预屏障工艺和三级阻截除油工艺的组合工艺更能有效降低凝结水的油和离子含量，化工凝结水经过处理后，出水油≤0.3mg/L，去除率达92.9%，COD≤1.0mg/L，经过混床处理后，出水能够达到中石油规定的锅炉给水标准且运行成本相对低廉，具有可观的经济效益和环境效益。

实验表明两级预屏障工艺和三级阻截除油工艺组合工艺对化工区乙烯装置凝结水具有较好的处理效果。

关键词：

凝结水，油去除率，电导去除率，阻截除油

Researchonapplicationandpurificationtechnologyforcondensedwater

ABSTRACT

ThistopicisincloseconnectionwiththeDaqingPetrochemicalchemicalethyleneplantintheactualstatusofthecondensatethroughtheethyleneplantprocesscondensatesituationsurveyandwaterqualityanalysis,researchcondensaterefiningwaterqualityrequirementsalsoinvestigatedthecondensationofwatertreatmentprocessesandmethods,theproposedcondensateinterceptiondegreasingprocesseffect,theexperimentinvestigatedproposedcondensaterefinedoptimizationmethod.

PetrochemicalethyleneplantinDaqingcondensaterefiningunitcomplex,theleakageofheatexchangersandotherequipment,maycontainsodiumthiocyanate,propylene,ammonia,hydrogencyanide,benzene,butadiene,solvents,oil,butylene,nitrogen,ethylene,iron,alcium,magnesium,chloride,sulfate,phosphateandotherpollutants,waterqualityimpactsofthecondensateanddifficulttohandle.DaqingPetrochemicaloriginalcondensaterefiningunitwithprecisionfilter,cokefilterprocessing,themixedbedprocess,theoriginaldesignafteroilandotherimpuritiesusedintheequipmentofthedesalinatedwater,butbecausedegreasingtechnologylimitations,waterqualitytoreachthenecessaryrequirements（oilislessthan0.3mg/L）,hasnotbeenapplied,addwaterintothecirculatingwaterfieldasacircular.Therefore,thetestbychemicalcondensatetypesofpollutants,ingredientconcentrationthantheanalysis,thechoiceoftwopre-barrierprocessandthreeinterceptdegreasingprocessandcoverthefilterandactivatedcarbonfiltertreatmentprocessofpilottestthroughcontinuousmonitoringofvariouscombinationsofprocessaverageeffluentindicatorstoidentifythetreatmenteffecttrend,resultsshowthatthecombinationoftwopre-barrierprocessandthreeinterceptdegreasingprocesstechnologymoreeffectivelytoreducetheoilandioncontentofthecondensate,chemicalcondensationwateraftertreatment,theeffluentoil≤0.3mg/L,theremovalrateof92.9%ofCOD≤1.0mg/L,afteramixedbed,thewatercanreachtheoilrequirementsoftheboilerfeedwaterstandardsandrelativelylowrunningcosts,withconsiderableeconomicbenefitsandenvironmentalbenefits.Theexperimentsshowthatthetwopre-barrierprocessandthreeinterceptdegreasingprocessescombinedprocesschemicalethyleneplantinthecondensatehasabettertreatmenteffect.

Keywords：

Condensate;Oilremoval;Conductivityremoval；Interdictiondegreasing

创新点摘要

本文主要研究的是化工区乙烯装置凝结水一种新型的处理工艺，其创新点如下：

1．本文通过现场同步试验，测定两种不同工艺组合对化工区乙烯装置凝结水处理的效果，并检验了阻截除油工艺的运行稳定性和抗冲击性，极具推广应用价值。

2．利用两级预屏障工艺和三级阻截除油工艺组合工艺，能够将化工区乙烯装置凝结水的出水油在0.3mg/L左右，去除率达92.9%左右，COD≤1.0mg/L，达到中石油规定的锅炉给水标准验证了两级预屏障工艺+三级阻截除油工艺+活性炭+混床组合工艺适用于化工区乙烯装置凝结水处理。

3．两级预屏障工艺+三级阻截除油工艺+活性炭+混床组合工艺，在处理总铁、油、电导等低浓度化工区乙烯装置凝结水中，运行成本低廉，性能稳定。

目录

学位论文独创性声明I

学位论文使用授权声明I

摘要II

ABSTRACTIII

创新点摘要IV

前言1

第一章文献综述3

1.1凝结水处理现状3

1.2凝结水处理的特点3

1.3凝结水除油除铁技术3

1.3.1覆盖过滤器4

1.3.2电磁过滤器4

1.3.3阻截除油技术4

1.3.4复合膜除油除铁技术4

1.4凝结水的除盐装置4

1.4.1深层净化混床4

1.4.2三层混床5

1.4.3粉末树脂覆盖过滤器6

1.5凝结水精制的工艺方法6

1.5.1复合膜高温凝结水除油除铁+活性炭过滤器+混床工艺6

1.5.2表面冷凝液过滤器+精密过滤器+活性炭过滤器+混床工艺7

1.5.3磁增益复合除铁屏障罐+凝聚阻截除油罐+活性炭过滤器+混床工艺7

1.6凝结水精制技术的应用进展8

1.6.1国外的凝结水精处理技术8

1.6.2国内的凝结水精处理技术应用8

第二章乙烯装置凝结水处理现状及研究意义10

2.1我国凝结水处理现状调研10

2.1.1调研路线10

2.1.2福建联合（乙烯与炼油）炼化公司凝结水处理情况10

2.1.3中石化天津分公司芳烃厂凝结水处理情况11

2.1.4燕山石化公司一电站凝结水处理情况11

2.1.5中石油抚顺石化洗化厂凝结水处理情况12

2.1.6调研情况小结13

2.2乙烯装置凝结水处理的研究意义13

第三章实验内容与方法14

3.1实验内容14

3.2实验装置和药品14

3.2.1实验装置14

3.2.2实验药品15

3.3实验方法15

3.3.1两级预屏障除铁工艺法15

3.3.2阻截除油工艺17

3.3.3表面冷凝液过滤器+精密过滤器工艺18

3.4实验水质分析及监测指标18

3.4.1水质分析18

3.4.2分析项目及测量方法19

3.5试验准备19

3.5.1滤料的选择意义19

3.5.2滤料的选择依据19

3.5.3滤料的确定20

3.5.4滤料填充率确定20

3.5.5反应器的启动21

第四章实验工艺选择23

4.1现有处理工艺23

4.2两级预屏障工艺+三级阻截除油工艺23

4.2.1两级预屏障工艺+三级阻截除油工艺介绍23

4.2.2实验设备及原理24

4.3表面冷凝液过滤器+精密过滤器+活性炭过滤器+混床工艺25

第五章实验结果与分析27

5.1凝结水成分分析试验27

5.2实验数据分析27

5.2.1两级预屏障工艺+三级阻截除油工艺+活性炭+混床工艺数据分析31

5.2.2表面过滤器+精密过滤器+活性炭+混床工艺数据分析32

5.3对比实验分析34

5.4小结35

结论36

参考文献37

发表文章目录40

致谢41

前言

地球上的水资源，从广义来说是指水圈内水量的总体

。

海水是咸水，不能直接利用，所以通常所说的水资源主要是指陆地上的淡水资源，如河流水、淡水湖泊水、地下水和冰川等。

陆地上的淡水资源只占地球上水体总量2.53％，其中大部分（近70％）是固体冰川，即分布在两极地区和中、低纬度地区的高山冰川，还很难加以利用。

目前人类比较容易利用的淡水资源，主要是河流水、淡水湖泊水，以及浅层地下水，储量约占全球淡水总储量的0.3％，只占全球总储水量的十万分之七。

据研究，从水循环的观点来看，全世界真正有效利用的淡水资源每年约有9000立方千米。

从数据上看，全球水资源极其丰富，但实际上当前全球水资源却极其紧缺，可以直接利用的水资源极其有限，部分国家存在水比油贵的尴尬情况，以中国为例，668座城市中有400余座正遭受缺水之痛，其中108座城市处于“严重”缺水状态；而与此相对应的却是水资源的浪费和水污染日趋严重的态势。

世界银行指出，当前，在中国只有30%的城市污水得到部分处理，即使在水资源相对丰富的广东省也很难保证清洁水的供应。

中国政府法令要求，截止2012年，所有人口超过50万以上的城市必须处理掉60%的污水，水的问题已经成为制约中国经济发展的隐患。

另外当今资源、能源紧张的情况下，节能降耗已成为各个企业的大事，节能降耗不仅关系到环境问题，同时也关系到企业的市场竞争能力及生存能力。

同时，随着社会的发展，人类对环保的要求越来越高，这就要求企业严格遵守环保法规，向环保要效益。

目前，乙烯装置凝结水的处理是较为火热的研究课题之一，各大院校、研究机构、社会团体，都致力于乙烯装置凝结水处理技术研究，也导致该技术在中国的蓬勃发展。

但与国外相比，我国的高乙烯装置凝结水处理技术研究还有较大差距，我国乙烯工业始于50年代末、60年代初，从原苏联引进第一套方箱式裂解炉乙烯和后期的砂子裂解炉乙烯装置，70年代又引进5套30万吨/年管式裂解炉乙烯装置，80年代到90年代初引进了几套12~16万吨/年规模的小型乙烯装置。

在90年代中期又引进了茂名和吉林两套30万吨/年乙烯装置。

同时还改造了一批30万吨/年乙烯和小型乙烯装置。

目前全国有16家乙烯生产企业，拥有18套乙烯装置，2003年共计产量612万吨。

目前国内在建、拟建规模约为60万吨/年以上的项目有：

1．中石化/扬子石化与巴斯夫（BASF）合资的60万吨/年乙烯装置；

2．中国海洋石油总公司、广东省、香港招商局与壳牌公司（Shell）合资，在广东惠州新建80万吨/年乙烯；

3．中石化/上海石化与BP公司新建90万吨/年乙烯；

4．茂名石化正在建的64万吨/年乙烯装置；

5．中石化/福建炼化与埃克森（EXXON）及沙特阿美公司合资的80万吨/年乙烯装置；

6．宁波镇海炼化厂拟新建规模为100万吨/年乙烯装置；

7．新疆独山子石化利用哈萨克斯坦含硫油拟建100万吨/年乙烯装置。

另外还有齐鲁石化、吉林石化、兰州石化、大庆石化等都在进行扩能改造，使装置总规模在60万吨以上。

同时还有天津、四川、广州、湖北、大连正在筹划建设大型乙烯装置。

随着乙烯装置的蓬勃发展，作为该装置排放的污染凝结水，因其中含有多种污染物，组份十分复杂，处理后排放的污水环境污染较大且难以处理，而经过传统处理工艺的凝结水也因较难达到锅炉给水要求而降低使用，既造成了水资源的浪费，同时也严重地阻碍了乙烯生产技术的发展，因此凝结水处理技术有待提高。

以目前在大庆石化凝结水处理技术的水平，处理后的凝结水COD≤1.0mg/L、油≤0.3mg/L、在线电导≤0.2μs/cm、SiO2≤0.02mg/L的锅炉给水标准极为困难。

大庆石化脱盐水装置对上述凝结水经精密过滤器－焦炭碳过滤器－混床处理工艺处理后，其出水仍然超过国家锅炉给水标准，远达不到中石油锅炉给水标准要求。

本课题通过试验装置连续进水，力求寻找到适合乙烯装置凝结水处理的工艺，而从达到资源再生、重复利用、节能降耗，改善生态环境的目的。

第一章文献综述

1.1凝结水处理现状

石油化工企业生产过程中形成的大量凝结水，而回收的凝结水中因反应釜、塔、换热器泄漏等因素，常含有一定的油类物质、铁离子和其他有机物，使得回收的凝结水不能直接送回锅炉中再次使用，因此只有降级使用或者排放，导致巨大的资源浪费，不仅造成大量水资源的浪费，并且会污染整个生态环境。

将凝结水回收利用，使其在生产过程中循环使用，形成两性循环，不仅可以很大程度的降低生产成本，并且还能节约越来越珍贵的水资源。

下面我们将简单分析凝结水受污染的原因：

凝结水是蒸汽凝结而生成的水，在一般的情况下，应该是比较纯净的，但在工业生产过程中，凝结水会受到不同程度的污染，凝结水中不同的污染物质会对采用凝结水为工作介质的设备产生不同程度的危害。

主要原因有以下三点：

（1）蒸汽系统的凝汽器发生渗漏。

通常在凝汽器的管子与管板结合的地方，出现了不严密处，使得冷却水渗漏到凝结水中；或是由于系统的腐蚀而出现裂纹、损坏、穿孔等造成凝汽器的泄露，造成凝结水受到污染。

（2）金属腐蚀产物的污染。

凝结水系统的设备和管路由于某种原因被腐蚀，金属腐蚀的产物进入到凝结水中，其中主要是铁和铜的腐蚀产物，即铁和铜的氧化物的污染。

（3）从用户返回的水的杂质污染。

在热用户返回的凝结水中，往往含有许多杂质，随着应用场合与生产工艺的不同，杂质的成分与污染的途径也不同。

有时未经处理的原水、油类等漏入蒸汽，形成的凝结水中。

在凝结水中，主要污染物的污染因子大体可以分为两类：

一类是金属污染物，其主要以离子状态存在于凝结水中（如Fe2+、Fe3+、Cu2+等）；另一类是有机污染物，这类污染物既可以胶体状态悬浮于凝结水中，也可以分子形式溶解于凝结水中，其主要代表物是油。

1.2凝结水处理的特点

根据生产工艺的不同，污染物的污染途径、成分和含量也不尽相同，因此必须根据水中污染物的特点以及不同设备对凝结水水质要求进行不同方法、不同程度的净化处理。

凝结水的回收，特别是高参数、大容量锅炉机组的凝结水，通常具有数量大和含盐量低的特点，因此，凝结水的除盐处理要求设备在流量大和含盐量低的情况下运行。

此外，在凝汽器泄露等的特殊情况下，要求设备具有应急应变能力。

1.3凝结水除油除铁技术

凝结水中油和铁的去除是制约凝结水回收的难点。

凝结水除油除铁的技术主要有活性炭除油技术、粉末树脂覆盖过滤除油除铁技术、高密度纤维阻截除油技术、高密度滤元阻截、陶瓷超滤过滤除油除铁技术等。

1.3.1覆盖过滤器

覆盖过滤器用于汽轮机凝结水回收中去除悬浮态、胶态金属腐蚀产物，特别是除铁性能良好。

覆盖过滤器是将粉末状滤料覆盖在过滤元件上，使其形成一个均匀的微孔滤膜，被处理的水通过滤膜过滤后，经过滤元汇集后送出。

过滤器是利用覆盖在过滤元件表面上的滤膜进行过滤的。

作为覆盖过滤器的滤料，除要求呈粉末状及化学稳定性好外，还要求其本身有孔隙。

对于用于凝结水除油的覆盖过滤器的滤料，可采用活性炭粉、硅藻土和焦炭粉。

例如：

活性炭的化学稳定性好，多孔、吸附力强，所以有良好的除油效果。

1.3.2电磁过滤器

电磁过滤器内部充填的填料是强磁性物质（直径为6—8mm软铁或纯铁小球）。

过滤器外边装有能改变磁场强度的电磁线圈。

通直流电时，线圈产生强磁场，是填充物磁化，再通过磁化基体对水中磁性物质颗粒的磁力吸引，将杂质吸着在被磁化了的填料表面，达到水的净化。

需要清洗时，切断向线圈供电的直流电，是磁场消失，再用水和空气反洗。

电磁过滤器适应于去除凝结水中金属氧化腐蚀产物，可以作为凝结水净化系统的前置过滤器。

1.3.3阻截除油技术

阻截除油原理是充分利用对油、水鉴别选择非常敏感的特殊材料，当含油凝结水经过这种材料时，水可以通过，油被阻截，针对油、水流体的物理特性，实现油、水分离，帮助油水精确分离的关键是安装在过滤装置内部、由特殊改性纤维构成的阻截膜。

这层的阻截膜对油和水有极为敏感的识别能力，遇到水分子就让它流过，遇到油分子就把它挡住。

目前已有自主研发成功阻截除油技术装置实现了油水分离。

1.3.4复合膜除油除铁技术

利用滤料的架桥作用，将粉末状的过滤介质覆盖在一种特制的多孔管件（滤元）上，在其表面形成致密滤膜，当凝结水由管外通过滤膜和滤元孔隙进入管内时，通过机械阻截和化学吸附等一系列手段的综合作用，一次性去除其中的油、铁、COD和悬浮物等杂质。

1.4凝结水的除盐装置

凝结水除盐装置是凝结水净化系统的核心，凝结水除盐一般多为净化混床，亦可用粉末树脂覆盖过滤器。

1.4.1深层净化混床

凝结水的净化混床是由氢型或铵型强酸阳离子交换树脂与氢氧型强碱阴离子交换树脂组合而成，其作用是在除去凝结水中悬浮物杂质的同时，还能除去凝结水中一些有害的离子。

除盐原理：

H/OH方式时：

NH/OH方式时：

1.4.2三层混床

三层混床是在强酸阳树脂和强碱阴树脂之间置入一种惰性树脂，惰性树脂的真密度介于阳树脂和阴树脂的真密度之间。

由于三种树脂的粒度、级配、密度及沉降速度等方面均是按一定特殊要求选取的，所以在反洗分层后，树脂能清晰地分成三层。

由于惰性树脂层介于阴、阳树脂层之间，可使阴、阳树脂有效地分离，且避免了再生时的“交叉污染”。

三层混床的出水水质好，交换容量高，正洗水耗低，分层后可观察到明显的分界面，便于操作。

体外再生层混床主要用于凝结水净化处理，三层混床的缺点是惰性树脂易受污染，污染后不能稳定地处于阴、阳树脂层之间。

1.4.3粉末树脂覆盖过滤器

粉末树脂覆盖过滤器在凝结水处理系统中，可用作深层净化混床的后置设备，或取代深层净化混床作为主除盐设备，或用作深层净化混床的前置处理设备。

粉末树脂覆盖过滤器的截污容量小于深层净化混床，但能去除硅酸，对凝汽器泄露的防护能力差，只能在凝汽器的正常运行下工作，即使凝汽器有微小泄露，就会影响其运行周期，出水水质要比深层净化混床稍差。

1.5凝结水精制的工艺方法

凝结水精制处理工艺流程大致可以分为两类,一是在混床前加单独的前置过滤器，即采用各种过滤器（包括管式微孔过滤器、覆盖过滤器、电磁过滤器、氢型阳床）+高速混床方式；二是不设前置过滤器,只采用单独的空气擦洗高速混床或树脂粉末覆盖过滤器。

设置较为复杂,占地和投资较大,运行操作也比较麻烦,后一类系统设置和运行操作则相对简单、占地和投资费用也较小。

目前凝结水处理工艺大致是先经