Ю.В.Карпович , И.Г.Крутько
Донецкий национальный технический университет
Снижение накипеобразования в теплообменной аппаратуре – первостепенная задача для технологических процессов коксохимического производства. При нарушении теплообмена затрудняется охлаждение коксового газа в первичных газовых холодильниках, что приводит к потерям химических продуктов и перерасходу электроэнергии для расхода газа.
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.
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.
Результаты лабораторных исследований представлены в таблице.
Таблица – Результаты стабилизационной обработки технической воды
| № опыта | Коэффициент упаривания | Кол-во надсмольной воды, % от объема технической воды | Выпадение (+) Са, растворение (-) Са, мг-экв/л |
| 1 | 1,8 | 0 | +3,0 |
| 2 | 1,5 | 5 | -2,5 |
| 3 | 1,4 | 10 | -4,7 |
| 4 | 3,7 | 0 | +14,0 |
| 5 | 3,9 | 5 | +4 |
| 6 | 3,8 | 10 | -0,6 |
| 7 | 3,8 | 15 | -2,1 |
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.