Библиотека
Очистка аммиачных вод от примесей диспергированных смол и масел
И.Г.Крутько, Е.Р.Кузнецов, А.В.Киричук, С.И.Кауфман, А.В.Квасов и А.В.Макаренко
ОАО «Авдеевский коксохимический завод»
Источник:Ежемесячный научно-технический и производственный журнал «Кокс и Химия» – M.: Металлургиздат – 1999. – № 12. – с. 32–34.
Сточные воды коксохимического производства, в том числе конденсат первичных газовых холодильников (ПГХ) и газосборниковая вода, содержат значительное количество смол и масел, в основном в виде эмульсий. Маслоэмульсионные сточные воды пиролиза угля отличаются высокой дисперсностью и стабильностью. Это обусловлено наличием ароматических углеводородов, обладающих «скрытой полярностью». В этой связи тщательная очистка сточных вод коксохимического производства от примесей смол и масел, зависящая от степени разру¬шения эмульсий, сопряжена с серьезными трудностями.
Наличие смол и масел в сточных водах затрудняет эксплуатацию оборудования. Отлагаясь в емкостях, трубопроводах, аммиачных колоннах и обесфеноливающих скрубберах, они снижают эффективность технологических процессов. Масла, которые отдуваются из воды в аммиачных колоннах, ухудшают качество сырых пиридиновых оснований. Смолы и масла оказывают губительное воздействие на микроорганизмы, осложняя работу биохимических установок. Содержание смол и масел в водах перед биохимочисткой не должно превышать 25–35 г/м3 [1].
Для очистки сточных вод от примесей диспергированных смол и масел используют различные методы: отстаивание, центрифугирование, флотацию, фильтрование, адсорбцию и др. Для всех них харак¬терны определенные недостатки, и большинство из них малоэффективны для очистки вод от высокодисперсных органических примесей [1-4]. С нашей точки зрения, одним из наиболее перспективных способов повышения эффективности очистки маслоэмульсионных сточных вод является процесс, основанный на коалесценции. В настоящее вре¬мя метод коалесценции для очистки сточных вод от нефтепродуктов широко применяют в нефтеперерабатывающей промышленности [5]. Однако по своему составу каменноугольные смолы и масла значительно отличаются от нефтепродуктов. Они состоят в основном из ароматических углеводородов, в то время как нефтепродукты – это смесь преимущественно алифатических, алициклических и в малой доле ароматических углеводородов. Ароматические углеводороды вследствие своей «скрытой полярности» обусловливают сродство каменноугольных смол и масел к полярным молекулам воды. В 32 результате на коксохимических предприятиях образуются более устойчивые маслоэмульсионные сточные воды, отличающиеся высокой степенью дисперсности. Такие частицы трудно коалесцировать, поэтому разделение каменноугольных эмульсий представляется более трудной задачей, чем нефтяных.
Сведения об использовании метода коалесценции для очистки вод коксохимического производства в литературе отсутствуют. Настоящая работа посвя-щена изучению процесса очистки сточных вод коксохимического производства от эмульгированных смол и масел с использованием коалесцирующих насадок. Процесс коалесценции представляет собой физический способ снижения дисперсности смоляной и масляной фаз без применения каких-либо реагентов. В основе его лежит фильтрование очищаемой воды через твердую загрузку, материал кото¬рой обладает коалесцирующими свойствами. В практике эти материалы используют в виде коалесциру¬ющих насадок различных конструкций [5].
При фильтровании маслосодержащей воды через коалесцирующую насадку частицы смолы и масел вступают в контакт с поверхностью материала насадки, осаждаются на ней и накапливаются в виде пленки за счет адгезионного взаимодействия, а затем отрываются под гидродинамическим воздей¬ствием потока эмульсии и выносятся из насадки в виде укрупненных капель.
Таким образом, процесс формирования масляной пленки и отрыва ее от поверхности гранул опреде¬ляется соотношением адгезионных и гидродинами¬ческих сил. Процесс коалесценции диспергированных частиц смол и масел при фильтровании водомасляных эмульсий через коалесцирующие насадки представляет собой результат сложного взаимодей¬ствия адгезионных и гидродинамических сил, т.е. физико-химических свойств, геометрической формы и размеров материала коалесцирующих насадок и скорости протекания эмульсии через них [5].
В работе установок очистки с коалесцирующи¬ми насадками большую роль играет применяемый в качестве загрузки коалесцирующий материал, свойства которого обусловливают технологические параметры работы установок в целом.
Анализ литературных источников [5] показывает, что существует большое разнообразие коалесцирующих материалов, которые можно разделить на гранулированные, волокнистые и пористые – искусственного и естественного происхождения. При выборе коалесцирующего материала исходили из его доступности, стоимости, а также соответствия выбранного материала требованиям, предъявляемым к ним. К числу таких требований относятся: достаточная однородность, пористость и плотность, ме¬ханическая прочность (истираемость, измельчаемость), химическая стойкость по отношению к фильтруемой среде, адгезионные и электрокинетические свойства поверхности загрузки, гидравлические свойства и др. Перечисленным требованиям в различной степени отвечают указанные коалесцирующие материалы.
В нефтеперерабатывающей промышленности предпочтение отдают коалесцирующим полимерным материалам на основе углеводородных соединений (гранулы или волокна полиэтилена, пропилена, пенополистирола и др.). Для коксохимических водомасляных эмульсий они непригодны, так как разруша¬ются под действием ароматических углеводородов. Из гранулированных, волокнистых и пористых поли¬мерных материалов волокнистые загрузки обладают более высоким эффектом коалесценции. Однако в этом случае возможно засорение загрузки при высоком содержании в очищаемой воде механических примесей.
Исходя из изложенного для очистки аммиачных вод (конденсат ПГХ и газосборниковая вода) коксохимического производства от примесей диспер-гированных смол и масел в качестве коалесцирующей загрузки выбрали минеральное суперволокно МСВ-2, выпускаемое отечественной промышленностью на основе природных минералов, с диаметром волокон ‹2 мкм и плотностью 20-25 кг/м3.
I – насадка; 2 – диск: 3 – сстка; 4 – ребро; 5 – тяга: 6 – диск установки и извлечения насадки
Для исследований в промышленных условиях Авдеевского коксохимического завода была разработана конструкция фильтра, оснащенного коалесцирующей насадкой (см. рисунок). Фильтр устанавливали в горизонтальном положении по ходу очища¬емой воды перед малогабаритным тарельчатым опытно-промышленным осветлителем в отделении конденсации цеха улавливания № 2.
Очищаемая газосборниковая вода после механи¬зированного осветлителя поступала в фильтр с коалесцирующей насадкой. Пройдя сквозь слой МСВ- 2, мелкодисперсные частицы смол и масел укрупнялись, что способствовало улучшению их гравитационного осаждения. Кроме того, капли смолы и масел улавливали и поглощали трудноулавливаемую и плавающую сверху «легкую смолку», что также способствовало повышению качества очистки воды. Водный поток с укрупненными каплями смол и масел поступал на вход малогабаритного осветлителя, в котором и происходил процесс гравитационного отделения смол и масел от воды. Из осветлителя выходила очищенная вода.
| Опыт | Расход воды, м3/ч | Содержание Смол и масел, мг/л | Степень улавливания, % | Время пребывания воды в каналах осаждения, мин | |
| До очистки | После очистки | ||||
| 1 | 1,0 | 1240 | 51 | 95,9(65) | 12,7 |
| 2 | 1,3 | 1240 | 70 | 94,4 | 9,8 |
| 3 | 1,5 | 1204 | 65 | 94,7 | 8,5 |
| 4 | 1,7 | 1240 | 84 | 93,2 | 7,5 |
| 5 | 2,0 | 1240 | 96 | 92,2 | 6,35 |
| 6 | 2,2 | 1240 | 105 | 91,5(63) | 5,8 |
| 7 | 0,5 | 850 | 63 | 92,6 | 25,4 |
| 8 | 1,0 | 850 | 76 | 91,0(54) | 12,7 |
| 9 | 1,3 | 850 | 87 | 89,8 | 9,8 |
| 10 | 1,8 | 850 | 94 | 88,9 | 7,0 |
| 11 | 2,0 | 850 | 112 | 86,8 | 6,35 |
| 12 | 2,5 | 850 | 154 | 81,9(44) | 5,0 |
| Примечание. В скобках – без применения насадки | |||||
Результаты исследований по очистке газосборниковой воды на коалесцирующей насадке в промышленных условиях представлены в таблице. Несмотря на высокое содержание смол и масел в газосборниковой воде, коалесцирующая насадка не забивалась; подтвердилась ее высокая эффективность. При толщине коалесцирующего слоя в несколько десятков миллиметров обеспечивалась высокая степень очистки воды от примесей смол и масел (95,9 %). Как показали исследования, эффективность очистки газосборниковой воды засисит от скорости водного потока. При скорости потока ‹25 м/ч насадка переходит в режим фильтрования и на ее поверхности начинается накопление смол и масел. При высо¬ких скоростях (›50 м/ч) мелкодисперсные частицы не успевают укрупняться, ухудшаются условия отстоя и, как следствие, снижается степень очистки.
Конденсат первичных газовых холодильников, поступающий в аммиачную колонну, проходит длительную очистку в хранилищах и содержит меньше смол и масел (95-200 мг/л), чем газосборниковая вода. Однако дисперсность частиц масел и смол значительно выше.
Промышленные опыты по очистке аммиачной воды непосредственно перед подачей в аммиачную колонну проводили по той же схеме, что и для газосборниковой воды. Установка, состоящая из фильтра с насадкой и малогабаритного осветлителя, была перенесена в аммиачное отделение цеха улавлива¬ния № 2 и установлена на потоке аммиачной воды непосредственно перед аммиачной колонной.
Анализ полученных экспериментальных данных показал, что минеральное суперволокно, используе¬мое в качестве коалесцирующего материала в насадке, представляет собой эффективный материал для очистки аммиачной воды от смол и масел. Сте¬пень очистки вод от диспергированных масел и смол при толщине коалесцирующего слоя в несколько десятков миллиметров составляла 40–55 %, содержание масел и смол в очищенной воде колебалось в пределах 45–70 мг/л в зависимости от скорости вод¬ного потока. Оптимальная скорость водного потока для аммиачной воды (конденсата ПГХ) была в два раза меньше, чем для газосборниковой.
Однако следует отметить, что время осаждения укрупненных капель в малогабаритном осветлителе составляло 12–24 мин в зависимости от скорости потока, что для исследуемой системы «масло-вода» явно недостаточно. Этот вывод подтверждает тот факт, что дополнительный отстой очищенной воды, отобранной после малогабаритного тарельчатого осветлителя, в течение 2 ч позволяет снизить концентрацию масел в аммиачной воде до 20-30 мг/л.
Как показали наши исследования, одно из преимуществ коалесцирующей насадки заключается в том, что при оптимальном гидродинамическом режиме в ней происходит не накопление смолистых веществ, а укрупнение мелкодисперсных частиц примесей и вынос крупных капель вместе с водным потоком, который затем достаточно легко может быть разделен гравитационным способом. Благодаря этому отпадает необходимость в регенерации насадки фильтра.
По результатам выполненных исследований процесс коалесценции на минеральном суперволокне можно рекомендовать как действенное и реальное средство повышения эффективности работы очистных сооружений коксохимических предприятий, основанных на применении методов отстаивания, флотации.
Вывод
По простоте, доступности, экономичности и тех¬нологическому эффекту использование процесса коалесценции как метода предварительной обработки смоло- и маслосодержащих аммиачных вод представляется одним из наиболее перспективных и эффективных способов интенсификации отстаивания. В качестве материала для коалесцирующих наса¬док, используемых в процессе очистки аммиачных вод, рекомендуем использовать минеральное суперволокно МСВ-2.
Список литературы
- Небольсина Л.А., Передерни О.Г., Харлампович Г.Д. и др. Состояние и перспективы очистки сточных вод коксохимических предприятий от эмульгированных масел// Кокс и химия. 1985. № 10. С.28–29.
- Вербин В. А., Петровский О. В., Панов В. П. и др. Доочистка биохимически очищенных сточных вод коксохимического завода фильтрованием//Кокс и химия. 1980. № 10. С.46–47.
- Королев Ю Г, Терпугов Г. В.. Осипов А. И. и др. Очистка сточных вод от эмульгированных масел и смол// Кокс и химия. 1989. № 5. С.52–54.
- Дербышева Е.К., Кагасов В.М., Репина Ж.И. и др. Очистка сточных вод от углеводородов н а ПГС-полимерах/. Коксихимия. 1990. № 12.С.40–42.
- Адельипш А.Б., МутинД И., Урмитова И. С. и др. Установки очистки нефтепромысловых сточных вод с коалесцирующими насадками/Юбзорн. информ. – М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1983. – 40 с.