Использование надсмольной воды в качестве ингибитора накипеобразования

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.