ДонНТУ | Портал магистров ДонНТУ

АВТОРЕФЕРАТ

По теме: «Исследование процесса стабилизационной обработки оборотных вод цикла ПГХ надсмольной водой»

Автор: Карпович Юлия Викторовна

Содержание

Введение

1 Первичное охлаждение коксового газа

2 Оборотное водоснабжение коксохимических предприятий

3 Аналитический обзор способов стабилизационной обработки водных систем оборотных циклов

4 Характеристика аммиачной воды газосборникового цикла

5 Процесс ингибирования солеотложений

6 Исследование процесса стабилизации подпиточной воды путем предварительного умягчения аммиачной водой

Выводы

Литература

Введение

В последние годы работы многих исследователей направлены на улучшение качества охлаждающей воды для предотвращения накипеобразования в теплообменной аппаратуре. В коксохимической промышленности эта проблема очень актуальна, так как она связана со вскрытием одного из главных резервов увеличения производства ценных химических продуктов коксования.

В коксохимическом производстве одним из основных источников вредных выбросов являются башни тушения кокса. По существующим схемам  водоснабжения и канализации тушения кокса производят сточными водами, которые содержат летучие и легко разлагающиеся вредные вещества. При взаимодействии с раскаленным коксом эти воды вносят в атмосферу дополнительное количество загрязнений. Переход на тушение технической водой и внедрение метода сухого тушения сдерживаются из-за отсутствия технически совершенных и экономичных способов и сооружений для глубокой очистки сточных вод до уровня, позволяющего сбрасывать их в водоемы.

В последние годы было предложено использовать сточную воду совместно с технической водой в охладительных системах оборотного водоснабжения. Основанием для этого послужило:

1) сточные воды в основном представляют собой конденсат и не образуют накипных отложений;

2) благодаря содержанию в них органических веществ, обладающих ингибирующими свойствами, они имеют пониженную коррозионную активность.

Предотвращение процессов накипеобразования объясняют наличием в сточных водах аммонийных соединений, способных вступать во взаимодействие с бикарбонатами технической воды и переводить их в соли постоянной жесткости. Однако, помимо связанных солей аммиака, в сточной воде находится аммиак в свободном состоянии, который в водном растворе, взаимодействуя с бикарбонатом кальция, способствует образованию карбоната кальция. Промышленные испытания показывают, что выпадение карбоната кальция в системе не происходит, более того – наблюдается процесс растворения накипи, образовавшейся ранее, при  работе ее на одной технической воде. Следовательно, безнакипный режим работы систем оборотного водоснабжения происходит при поступлении в оборотную воду определенного количества хлорида аммония. Расчеты показывают, что для умягчения оборотной воды обычно достаточно части сточных вод предприятия.

Данная магистерская работа имеет большое значение: приведенные в ней результаты исследовательских работ подтверждают простоту и действенность предлагаемого метода предотвращения накипных отложений в теплообменной аппаратуре.

1 Первичное охлаждение коксового газа

Газ из коксовых камер отводится через стояки, которые специальными каналами соединены с газопроводом, расположенным вдоль коксовой батареи. Этот газопровод носит название газосборника и предназначен для:

1)     приема газа из коксовых камер и выравнивания его состава в постоянную и равномерную смесь;

2)     первичного охлаждения коксового газа;

3)     частичной конденсации смолы и фусов.

На коксовых батареях устанавливаются два газосборника – с коксовой и машинной сторон, соединенных перекидным газопроводом. Охлаждение коксового газа в газосборнике достигается главным образом за счет испарения жидкой фазы – аммиачной воды с t = 80-85°С, подача более холодной воды (ниже 70-75°С) повлечет за собой большую конденсацию смолы, худшее охлаждение газа из-за меньшего испарения воды, что осложнит работу газосборника.

В процессе работы необходимо тщательное наблюдение за чистотой форсунок и отсутствием отстоявшихся примесей в воде.

Основные данные, характеризующие технологический режим газосборника:

- температура газа, °С

  перед поступлением в газосборник                             600-650

  в газосборнике                                                                 80-90

- температура воды, °С

поступающей на орошение                                              80-85

стекающей                                                                         72-78

- точка росы газа, °С                                                         78-82

- расход воды на орошение газосборника,

м³/т шихты                                                                            5-6

- количество испаряющейся воды,

% от подаваемой                                                                  2-3

- количество конденсирующейся смолы,

% от содержащейся в газе                                                  50-60

- давление в газосборнике, Па                                           78-117

Первой и обязательной технологической операцией, которой подвергается газ по выходе из печей, является процесс охлаждения, обуславливающий конденсацию водяных паров и смолы.

Первичное охлаждение коксового газа осуществляется в 2 стадии: а) в коленах стояков и газосборниках коксовых печей до 85-90 °С  при орошении газа аммиачной водой; б) в первичных газовых холодильниках до 30-35°С. Эта температура является оптимальной, при которой происходит конденсация паров смолы и воды. При орошении газа в стояках и газосборниках надсмольная аммиачная вода частично абсорбирует из него аммиак, сероводород, углекислоту, цианистый водород и другие кислые газы с образованием солей аммиака. Состав солей и содержание их в надсмольной воде зависят от температуры газа, покидающего газосборник.

Коксовый газ, выходящий из подсводового пространства коксовых камер, содержит значительное количество паров смолы, воды и пар от пароинжекции газов загрузки.

Из газосборников коксовый газ вместе с надсмольной водой и водой поступает в сепараторы, в которых газ отделяется от воды и смолы.

Существует два способа первичного охлаждения коксового газа: прямой и косвенный. Первоначально большое распространение получил метод прямого охлаждения газа в холодильниках непосредственного действия (полые аппараты, заполненные деревянной хордовой насадкой), орошаемых циркулирующей надсмольной водой. Эти схемы имели ряд недостатков – значительные эксплуатационные расходы: необходимость периодической очистки от загрязнений смолой (пропарка). Наличие этих недостатков привело к схемам косвенного охлаждения газа. В некоторых схемах сочеталось прямое и косвенное охлаждение. 

В начале газового тракта устанавливали так называемые конденсоры – полочные аппараты, орошаемые надсмольной водой, в сочетании с трубчатыми газовыми холодильниками с вертикальными или горизонтальными трубами.

В трубчатых холодильниках с горизонтальным расположением труб представлялось возможным увеличить скорость газа и воды.

Использование воздуха в качестве хладоагента (в АВО) целесообразно в связи с дефицитом технической воды, а также необходимостью снижения промышленных выбросов и коррозии наружного оборудования.

Значительный интерес представляет предложенная УХИНом схема двухступенчатого охлаждения, которая отличается тем, что между 1 и 2 ступенями охлаждения газ очищают от смолы (электрофильтром), а также от аммиака и цианистого водорода. Это позволяет во 2 ступени получить практически чистый конденсат, который после обесфеноливания может быть использован в оборотном цикле водоснабжения. [4]  

При извлечении аммиака из газа до 2 ступени первичного охлаждения отпадает необходимость в аммиачном отделении.

Для южных заводов во 2 ступени охлаждения более приемлемо применение малого холода: 1 ступень охлаждения до 60°С с использованием существующих холодильников, а 2 ступень до 20-25°С позволяет устранить влияние солей жесткости на накипеобразование. После ПГХ содержание смолы в газе составляет 2-5г/м³. при этом она находится в виде пузырьков, заполненных газом, т.е. в виде тумана. Значительное количество смоляного тумана оседает в нагнетателях газа.

Содержание смолы в газе после нагнетателей составляет 0,2-0,5г/м³. Однако и это количество отрицательно влияет на работу последующей аппаратуры, в связи с чем газ дополнительно очищают в электрофильтрах.

Для охлаждения газа до 25-35°С применяются холодильники непосредственного действия (трубчатые).

Особенностью насадочных и полочных холодильников является противоточное движение газа и воды, благодаря чему температура воды на выходе может достигать 70°С и более, а ее расход значительно ниже, чем в скрубберах Вентури. В этих холодильниках снижение температуры газа до 30-35°С может быть достигнуто при одноступенчатом охлаждении.

В трубчатых холодильниках контакт газа с охлаждающей водой исключается, поэтому массообмен между ними отсутствует. Интенсивность теплообмена в них ниже из-за дополнительного термического сопротивления разделяющей стенки и слоя загрязнений на поверхностях со стороны газа и воды. Получили распространение две разновидности этих холодильников: с вертикальными трубами и с горизонтальными трубами. В первых газ движется в межтрубном пространстве, разделенном вертикальными перегородками на 6 последовательных ходов, вдоль труб противотоком к воде, движущейся в трубах под действием небольшого перепада уровней в смежных водяных камерах. Образующийся газовый конденсат выводится из нижней части межтрубного пространства каждого хода. Из-за малой скорости движения воды в трубах (около 0,1 м/с), а также интенсивного отложения нафталина на внешней поверхности труб последних ходов коэффициент теплопередачи в этих холодильниках незначителен. Для интенсификации процесса требуется периодическая пропарка межтрубного пространства с целью удаления нафталина.

В холодильниках с горизонтальными трубами газ движется сверху вниз перпендикулярно оси труб, а вода проходит снизу вверх последовательно через все трубные пучки, соединенные между собой водяными камерами. Во избежание осаждения взвешенных частиц и солей жесткости в трубах скорость воды должна поддерживаться не менее 0,8-1,0 м/с, а температура воды на выходе не более 42°С. Весь газовый конденсат, образующийся в холодильнике, стекает сверху вниз и смывает нафталин, отлагающийся на трубах нижних пучков. С этой же целью в межтрубное пространство вводится сверху через разбрызгивающее устройство горячая смола или водо-смоляная эмульсия. Благодаря этому не требуется частая пропарка холодильников, а интенсивность теплообмена в них значительно выше. [1]

2 Оборотное водоснабжение коксохимических предприятий

На предприятиях химической промышленности  основную роль в водоснабжении играют системы оборотного водоснабжения. Нагретая в теплообменных аппаратах оборотная вода вновь охлаждается в градирнях, брызгательных бассейнах или других устройствах и циркуляционными насосами возвращается в теплообменники. При этом она многократно и последовательно подвергается физико-химическим воздействиям – упаривается, нагревается, охлаждается, аэрируется, многократно соприкасается с охлаждаемой поверхностью и в результате этого частично теряется при испарении, капельном уносе в атмосферу и постепенно становится более минерализованной. Часто при этом стабильность воды нарушается, она становится коррозионной или способной к отложению минеральных солей, постепенно в ней накапливается пыль и продукты коррозии. Поэтому для пополнения потерь оборотной воды и восстановления ее качества системы оборотного водоснабжения получают подпитывающую воду. Подпитывающая и оборотная вода различаются по качеству.

Оборотное водоснабжение может быть осуществлено в виде единой системы для всего промышленного предприятия или в виде отдельных циклов для одного или группы цехов. Количество систем оборотного водоснабжения на предприятии устанавливается с учетом особенностей и характера производства, назначения воды, требований к ее качеству, температуре, давлению.

С целью уменьшения диаметра и протяженности труб коммуникаций следует преимущественно предусматривать на предприятии раздельные системы оборотного водоснабжения отдельных производств, цехов или установок при максимально возможном приближении сооружений оборотного водоснабжения к потребителям воды.

В обычных системах оборотного водоснабжения, не имеющих специфических загрязнений технологическими продуктами, предотвратить повышение минерализации в оборотной воде можно путем продувки (сброса части оборотной воды) и пополнения системы подпитывающей водой. На химических предприятиях это осложняется следующими обстоятельствами: из-за попадания в систему оборотного водоснабжения продуктов выработки предприятия воды, сбрасываемые при продувке системы, оказываются существенно загрязненными, в связи с чем их сброс даже после очистных сооружений жестко ограничивается. Кроме того, коррозионная стойкость теплообменной аппаратуры и коммуникаций обеспечивается лишь при соблюдении оптимального узкого интервала рН и при незначительном содержании солей в воде. Для таких систем рекомендуется применять корректировку рН оборотной воды либо частичного Н-катионирования, а также осуществлять мероприятия, снижающие интенсивность солесодержания.[3]

В зависимости от качества исходной воды и требований, предъявляемых к качеству потребляемой воды, часть общего расхода оборотной воды может подвергаться обработке (коррекционная обработка, умягчение, обессоливание, хлорирование, удаление взвесей).

Отработанная вода, используемая в производстве, и вода, расходуемая на собственные нужды водоочистных установок, не всегда могут возвращаться в рециркуляционную систему и частично сбрасываются в сточные воды. В таких случаях этот расход воды следует учитывать в общем балансе системы.

В обороте могут использоваться три категории воды, соответствующие трем основным схемам оборотного водоснабжения.

Рис.1 – Схемы оборотного водоснабжения

а- с охлаждением оборотной воды; б- с очисткой оборотной воды; в- с очисткой и охлаждением оборотной воды; 1- производство; 2- охладитель воды; 3- водоочистные сооружения; 4- камеры обработки добавочной воды; 5- насосные станции.

Первая схема используется, если вода в производстве не загрязняется, а лишь нагревается и изменяется ее термостабильность. В этом случае отработавшая вода охлаждается, частично выводится из системы (продувка) и вновь подается на то же производство, пополненная исходной водой источника водоснабжения.

Вторая схема применяется, когда вода в производстве не нагревается, но загрязняется. В этом случае подвергается только очистке (отстаиванию, фильтрованию) и вновь подается на то же производство.

Наиболее сложный случай отражает схема, когда вода в производстве нагревается и загрязняется. Такая отработавшая вода перед возвращением на производство охлаждается, частично выводится из системы, подвергается очистке и пополняется исходной водой источника водоснабжения.

В настоящее время для пополнения систем оборотного водоснабжения используются очищенные сточные воды.

Система оборотного водоснабжения наполняется водой в момент первоначального ввода ее в эксплуатацию. В дальнейшем количество воды поддерживается постоянным, т.е. потери компенсируются добавляемой водой. Убыль воды из системы оборотного водоснабжения складывается из следующих потерь:

1)     потери воды в производстве в местах ее использования;

2)     потери воды на сооружениях осветления и подготовки воды;

3)     потери воды в результате испарения при охлаждении;

4)     потери воды из системы под действием ветра и в результате капельного уноса;

5)     в некоторых случаях с целью поддержания в оборотной воде постоянной концентрации какого-либо растворенного вещества часть воды из оборотного цикла может намеренно сбрасываться и заменяться свежей водой из источника в том же количестве. [2]

Газообразные продукты коксования по выходу из коксовых камер с температурой 700-800°С отводятся по стоякам в газосборники. В коленах стояков и в газосборниках газ обильно орошается надсмольной (барильетной) водой и охлаждается до температуры 82-85°С.

Коксовый газ по газопроводам, проложенным с уклоном от батарей, через сепараторы тремя потоками направляется в сборный газовый коллектор к ПГХ.

В ПГХ с горизонтальным расположением труб коксовый газ охлаждается до 25-45°С оборотной водой.

Используемая для охлаждения газа оборотная вода из карманов градирен по трем ниткам насосов подается в водяной коллектор перед ПГХ, а далее на включенные в работу холодильники. Нагретая в ПГХ вода самотеком поступает в верхнюю часть градирни на распылительные форсунки, охлаждается и в виде капель в чаши охлажденной воды.

Потери оборотной воды цикла ПГХ, которые происходят за счет испарения и уноса брызг, пополняется свежей технической водой, подаваемой участком водоснабжения.

Для уменьшения отложения солей жесткости в трубах ПГХ предусмотрен сброс оборотной воды на тушение в коксовый цех, а также на фенольные отстойники.

Отстоявшаяся от воды барильетного цикла смола с удельным весом 1,17-1,19г/м³ из нижней части механизированных осветлителей через телескопические регуляторы периодически, по мере пополнения выводится на смоляной промежуточный сборник.

Осветленная надсмольная (барильетная) вода из верхней части механизированных осветлителей непрерывно перетекает в промежуточные сборники, откуда забирается центробежными барильетными насосами и вновь подается на орошение газосборников, а отстоявшаяся смол (водо-смоляная эмульсия) выпускается в сборник газового конденсата, либо на смоляной промсборник.

Газовый конденсат после ПГХ поступает в заглубленные сборники, которые объединены общей переливной линией, а газовый конденсат из гидрозатворов газодувных машин выводится в заглубленное хранилище. Излишки газового конденсата перекачиваются насосом в микст-отстойник, в котором происходит отстаивание смолы и отделение от воды. Смола через «Телескоп» выпускается в хранилище, а вода самотеком подается на каскад из хранилищ для дальнейшего отделения смолистых веществ и осветления воды перед подачей ее насосом на аммиачную колонну.

Так образуется замкнутый цикл и кругооборот надсмольной воды цикла газосборников (барильетной воды). [6]

3 Аналитический обзор способов стабилизационной обработки

водных систем оборотных циклов

Очистка (опреснение) вод с высоким солесодержанием, включая морские, а также переработка высокоминерализованных сбросных растворов в целях защиты окружающей среды и выделения ценных компонентов для повторного использования – важнейшие научно-технические проблемы. Обработка высокоминерализованных вод и растворов может осуществляться, во-первых, удалением из воды растворенных примесей, что реализуется, как правило, без фазовых переходов растворителя (воды) в парообразное или твердое состояние; во-вторых, методом извлечения из раствора молекул воды, основанным на изменении их агрегатного состояния (методом дистилляции).

Первый путь извлечения солей из раствора теоретически представляется более целесообразным, т.к. мольная доля растворенных даже высокоминерализованных примесей примерно в 100 и более раз меньше количества самих молекул воды. Однако технические трудности при реализации такого пути не позволяют во всех случаях экономически выгодно осуществить это преимущество.

При нагревании водных растворов молекулы воды приобретают энергию, превышающую силы молекулярного притяжения, и выносятся в паровое пространство. Когда давление насыщенного пара воды становится равным внешнему давлению, вода начинает кипеть. Ионы и молекулы растворенных веществ, содержащихся в воде и находящихся в гидратированном состоянии, не имеют такого запаса энергии и переходят в пар при невысоких давлениях в весьма незначительном количестве. Таким образом, организовав процесс кипения водных растворов, можно разделить растворитель (воду) и содержащиеся в ней примеси. Дистилляция (термическое обессоливание) реализуется в испарительных установках.

Химические методы. Стабилизацию подкислением применяют для предупреждения образования на теплопередающих поверхностях накипи карбоната кальция и гидроксида магния. Для обработки морской воды предпочтительнее использовать HCl, так как серная кислота увеличивает содержание сульфат-ионов, что при нарушении дозировки может привести к выпадению сульфата кальция. Доза кислоты зависит от щелочности питательной воды, температуры процесса дистилляции и составляет обычно 70-90% щелочности исходной воды. Применение бисульфата натрия аналогично подкислению, так как в результате диссоциации NaHSO4  образуются ионы водорода. Для подкисления можно использовать хлорное железо, при этом наряду с ионами водорода при гидролизе образуется взвесь гидроксида железа, частицы которой служат центрами кристаллизации накипеобразователей.

Физико-химические методы. В основе лежит применение химических реагентов – присадок ПАВ, вводимых в испаряемую воду в настолько малом количестве (1-20 мг/кг), что реакция с примесями не играет существенной роли. Эффективность таких присадок обусловлена тем, что вследствие их большой поверхностной активности кристаллизация накипеобразователей на поверхности нагрева резко снижается. ПАВ адсорбируются в виде мономолекулярной пленки на поверхности зародышевых кристаллов, либо препятствуя росту кристаллов, либо затрудняя адгезию их на поверхности.

Применение этих методов не позволяет обходиться без удаления (очистки) накипи с поверхностей аппаратов. Основные методы очистки: самоочищение – частичное отделение накипи с поверхностей нагрева вследствие разности коэффициентов линейного расширения нагревательных элементов и слоя накипи при резком изменении температуры, создаваемом закачкой холодной воды в аппарат и прекращением подачи пара в нагреватель; химическая очистка с применением реагентов, которые широко используются в теплоэнергетике, а именно - соляной кислоты, органических кислот (лимонной, уксусной и др.), комплексообразующих реагентов типа ЭДТК и композиций на их основе; механическая или ручная очистка.

Конструктивные и технологические методы. Они применяются прежде всего в испарительных установках с вертикальнотрубными греющими секциями. Примером конструктивного метода служит испаритель с вынесенной зоной кипения.

Примером технологических методов ограничения накипеобразования может быть использование организованно удаляемого газа (газовой сдувки) испарителей для насыщения диоксидом углерода питательной воды. При термическом распаде бикарбонатов в газовую фазу выделяется диоксид углерода. Смешивая его с водой в таком количестве, которое превышает равновесное значение, воде придают агрессивные свойства по отношению к карбонату кальция, что препятствует его выделению в подогревателях питательной воды. Однако, при избыточном содержании диоксида углерода в воде, снижающем рН, интенсифицируются коррозионные процессы конструкционных материалов.

4 Характеристика аммиачной воды газосборникового цикла

При коксовании углей наряду с другими летучими продуктами выделяется большое количество водяных паров как в результате испарения влаги шихты, так и в результате термического разложения кислород- и водородосодержащих соединений угля. При рабочей влажности шихты 8-10% выход водяных паров составляет 110-135кг на 1т сухой шихты. При охлаждении коксового газа в первичных холодильниках до 30°С большая часть этих паров (95-120кг/час) конденсируется с образованием надсмольной воды, а меньшая часть (15кг/час) уносится с коксовым газом. При загрузке коксовых печей шихтой с применением паровой инжекции количество надсмольной воды возрастает на 8-10%. Надсмольная воды, образующаяся при охлаждении прямого коксового газа, поглощает содержащиеся в нем аммиак, углекислый газ, сероводород, цианистый водород, а также фенолы, пиридиновые основания и другие соединения. Количество растворенных в воде веществ может меняться в широких пределах в зависимости от условий и схемы охлаждения коксового газа.

Большинство соединений кислого характера в воде образует с аммиаком соли. Аммиак, связанный в виде непрочных соединений (NH4)2CO3, NH4HS, NH4CN,которые разлагаются при нагревании до температуры 96-98°С с выделением аммиака, углекислого газа, сероводорода и цианистого водорода, принято называть летучим, а аммиак, связанный в виде термически стойких солей NH4Cl, NH4CNS, (NH4)2SO4, (NH4)2S2O3,  которые разлагаются только под действием сильных щелочей, называется связанным. Химический состав надсмольной воды характеризуется содержанием в ней аммиака общего и летучего, кислот, оснований и нейтральных примесей (легких масел, нафталина и др.)

Связанный аммиак накапливается преимущественно в надсмольной воде цикла газосборников, что объясняется переходом части сероводорода в окисленные формы – элементарную серу и ее двуокись, которые в присутствии аммиака и цианистого водорода образуют тиосульфат, сульфат, сульфит, роданид аммония. Значительное влияние на скорость накопления солей связанного аммиака в воде цикла газосборника оказывают хлориды, которые содержатся как в исходном угле, так и в технической воде, используемой при обогащении углей. В условиях пиролиза углей часть хлоридов разлагается с выделением хлористого водорода, который в газосборнике образует с аммиаком хлорид аммония.

Конденсат, образующийся при охлаждении газа в первичных холодильниках, содержит преимущественно летучий аммиак, концентрация которого зависит от содержания аммиака в коксовом газе и температуры конденсата. При охлаждении коксового газа до 25-35°С в газовый конденсат переходит 10-30% общих ресурсов аммиака. При этом содержание связанного аммиака в нем  невелико (0,3-0,6г/л) и обусловлено главным образом уносом брызг воды из газосборника.

Таблица 1 – Состав надсмольной воды цикла газосборника и  газового конденсата, г/л

Состав избыточной надсмольной воды, подаваемой на переработку в аммиачную колонну, зависит в значительной мере от места ее вывода. При выводе воды на переработку только из цикла газосборника содержание в ней летучего аммиака минимальное, а в коксовом газе после первичных холодильников максимальное. При переработке только газового конденсата содержание в нем летучего аммиака будет максимальным. [1]

5 Процесс ингибирования солеотложений

Природные воды, используемые в качестве охлаждающего агента в теплообменной аппаратуре, вызывают образование на поверхности нагрева солевых отложений, состоящих преимущественно из карбоната кальция. Это обусловлено распадом солей карбонатной жесткости при нагревании воды с потерей углекислоты и выпадением в осадок карбоната кальция. Интенсивность образования осадка зависит от температуры нагрева и количества бикарбонатов в воде.

Для предупреждения отложений карбоната кальция на коксохимических предприятиях испытано много различных способов обработки охлаждающей воды: подкисление серной кислотой; фосфатирование; обработка фенольными водами, содержащими хлорид и сульфат аммония. В настоящее время для предотвращения накипеобразования в оборотных системах водоснабжения все большее применение находят фосфорорганические соединения. Эффективным соединением данного класса является оксиэтилидендифосфоновая кислота.

Для обеспечения эффективного управления кристаллизацией малорастворимых солей в водной системе оксиэтилидендифосфоновой кислотой предлагается производить предварительное умягчение подпиточной воды. В качестве реагентов для умягчения воды рекомендуют различные вещества: соляную кислоту, серную кислоту, сульфат аммония, хлорид аммония и др.

Однако все эти способы не обеспечивают безнакипного режима работы теплообменной аппаратуры.

Образование карбонатных отложений трудно предотвратить потому, что в условиях производства техническая вода, поступающая на пополнение циклов, характеризуется высокой общей (8-15 мг-экв/л) и карбонатной (5-7 мг-экв/л) жесткостью.

Надсмольная вода газосборникового цикла является одним из наиболее вредных сбросов в фенольную канализацию. Высокое содержание в ней органических и минеральных примесей осложняет работу биохимустановки (БХУ). Поэтому эта вода, минуя БХУ, поступает на тушение кокса.

При взаимодействии компонентов воды с раскаленным коксом в атмосферу выбрасываются вредные вещества в виде паров и продуктов разложения солей связанного аммиака и других примесей (аммиак, хлористый водород, роданиды, цианиды, фенолы и др.), коксотушильное оборудование подвергается интенсивной коррозии.

Между тем, надсмольная вода благодаря присутствию в ней минеральных и органических соединений может быть использована для стабилизационной обработки оборотной охлаждающей воды. Надсмольная вода представляет собой концентрированный раствор хлористого аммония (до 50 г/л), в ней присутствуют также органические основания, фенолы и др.

Вследствие наличия в надсмольной воде органических веществ она обладает способностью снижать коррозионную активность водной системы.

Предотвращение образования карбонатных отложений при использовании смеси технической и надсмольной воды объясняется в основном протеканием обменной реакции между бикарбонатом кальция и солями аммония с образованием хлорида кальция. Взаимодействием связанных солей аммония с бикарбонатом кальция соли временной жесткости переводятся в соли постоянной жесткости, не кристаллизующиеся в теплообменной аппаратуре.

В то же время присутствие в оборотной системе связанных солей аммиака способствует растворению старых карбонатных отложений.

6 Исследование процесса стабилизации подпиточной воды путем предварительного умягчения аммиачной водой

В качестве реагентов для умягчения воды рекомендуют различные вещества: соляную кислоту, серную кислоту, сульфат аммония, хлорид аммония и др. В аммиачной воде газосборникового цикла содержатся аммонийные соли, в основном хлорид аммония (до 50 г/л), что позволяет применять эту воду для умягчения технической воды.

Оценку устойчивости бикарбонатных водных растворов и определение эффективности обработки технической воды надсмольной водой проводили в лабораторных условиях. Определенный объем технической воды с добавкой надсмольной воды и без нее выпаривали при 80°С до достижения необходимой кратности упаривания. Далее систему анализировали на содержание ионов кальция и магния, после чего рассчитывали количество кальция, выпавшего в осадок.

Методика эксперимента заключается в следующем. В несколько стаканов приливали по 400 мл технической воды. Содержимое первого стакана выпаривали без какой-либо обработки. В остальных стаканах воду предварительно умягчали надсмольной водой в количестве 5, 10, 15% от объема взятой технической воды.

Рис.2 - Лабораторная установка для исследования стабилизационной обработки воды (9 кадров, количество повторений бесконечно)

Результаты лабораторных исследований представлены в таблице.

Таблица 2 – Результаты стабилизационной обработки технической воды

Как видно из таблицы, высокая жесткость технической воды (8 мг-экв/дм³) обусловила интенсивное накипеобразование в первом и четвертом стаканах (опыт 1 и 4).

При вводе соответствующего объема надсмольной воды в техническую (опыт 2,3,6,7) наблюдается эффект ингибирования солеотложений, который снижается при росте коэффициента упаривания.

Лабораторные исследования подтвердили возможность применения надсмольной воды в качестве ингибитора отложения карбонатных солей при соблюдении оптимальных концентраций.

Выводы

Исследование систем оборотного водоснабжения многих коксохимических предприятий показало, что при их работе на технической воде на поверхности теплообменной аппаратуры, как правило, появляется значительный слой карбонатных отложений. Хлористый аммоний сточной воды способствует их растворению.

Снятие накипи не приводит к увеличению скорости коррозии металла, поскольку входящие в состав сточных вод фенолы, роданиды, цианиды, пиридиновые основания и другие органические вещества участвуют в формировании защитной пленки на поверхности металла и тем самым препятствуют процессу коррозии. Скорость формирования защитной пленки зависит от многих факторов: температуры, скорости движения воды, коэффициента упаривания, степени биохимической очистки сточных вод – изолированной или в смеси с технической водой.

Литература

1.       Гребенюк А.Ф., Коробчанский В.И., Власов Г.А., Кауфман С.И. – Улавливание химических продуктов коксования. Д. Восточный издательский дом, 2001

2.       Шабалин А.Ф. – Оборотное водоснабжение промышленных предприятий. М., Стройиздат, 1975

3.       Когановский А.М., Семенюк В.Д. – Оборотное водоснабжение химических предприятий. Киев, «Будівельник», 1975

4.       Лейбович Р.Е., Мениович И.В. – Аппаратчик коксохимического производства. М., Стройиздат, 1981

5.       Привалов В.Е., Хлопкова Л.И., Папков Г.И. – Анализ сточных вод коксохимических заводов. М., Металлургия, 1976.

6.       Постоянный технологический регламент цеха улавливания ОАО «ЯКХЗ», 2005

ДонНТУ Портал магистров ДонНТУ | Главная | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальное задание