книги / Экология производства химических продуктов из углеводородов нефти и газа
..pdfВоздушное охлаждение позволяет |
сократить потребность |
в охлаждающей воде на действующих |
предприятиях на 60 — |
75% и следовательно, объем сточных вод — на 25—45%. Соот ветственно снижаются потери сырья, основных и побочных про дуктов, уменьшаются капитальные затраты и эксплуатацион
ные расходы на водопотребление и водоотведение (канализа цию).
Водопотребление снижается также при замене барометриче ских конденсаторов смешения (для создания вакуума) поверх ностными аппаратами. Расход охлаждающей воды при этом, сокращается в 3—4 раза, экономится энергия на перекачку во ды, уменьшаются газовые выбросы в атмосферу.
Экономии воды способствует комбинирование процессов, так как жесткие связи по сырью между блоками установок позво ляют устранить промежуточное охлаждение продуктовых пото ков, а избыточное тепло на одном блоке утилизировать на дру гих. Например, удельный расход воды на комбинированной установке ЛК-6у на 6,21 м3/т ниже, чем на трех установках ЭЛОУ-АТ-2, несмотря на более сложную технологическую схе му комбинированной установки.
Расход воды снижается при повторно-последовательном ис пользовании охлаждающей воды как на отдельных технологиче ских установках, так и на смежных установках и некоторых объектах общезаводского хозяйства. Особенно эффективно оно в случае предварительной стабилизации свежей и оборотной воды против выпадения и разложения солей жесткости или специальной химической водоочистке свежей воды. Воду при этом можно нагревать до более высоких температур, так как накипь на трубах не образуется, а перед поступлением на гра дирню предварительно охлаждать с утилизацией тепла для ото пления помещений, теплиц или производства холода. При такой схеме расход воды уменьшается в несколько раз.
Различный качественный и количественный состав загряз нений, поступающих в воду, не позволяет создать универсаль ный метод очистки сточных вод. При разработке мало- и безот ходных технологий необходимо решать задачу и создания бессточных производств, т. е. замкнутых водооборотных циклов. Основу замкнутых систем водного хозяйства составляют локаль ные замкнутые системы технического водоснабжения.
С созданием крупнокомбинированных установок на нефтепе рерабатывающих заводах, крупных комплексов на нефтехими ческих предприятиях сооружение локальных систем оборотного водоснабжения, канализации и очистки сточных вод экономи чески выгодно. В этом случае снижаются затраты на биологи ческую очистку сточных вод, улучшается контроль за их каче ством, сокращаются потери продуктов, уменьшается загрязнен ность окружающей среды. Экономически целесообразна децент рализация оборотного водоснабжения на действующих заводах с подключением к оборотным системам ограниченного числа
6-763
Рис. 28. Схемы водообеспечения промышленных предприятий:
а — прямоточная; |
б — оборотная; |
1 — предприятие; 2 — очистные |
сооружения; 3 — охла |
||||||||
дительные установки; |
/ — вода |
из источника; |
// — безвозвратные |
потери воды; |
/ / / — во |
||||||
да, удаляемая со |
шламом; I V |
— |
вода, |
сбрасываемая в водоем; |
V — потери воды на |
ис |
|||||
парение и унос; |
V I — оборотная |
вода |
после |
охладительных установок; |
V I I — то |
же, |
по |
||||
сле очистных сооружений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
технологических |
установок. |
При |
рассредоточении |
оборотного |
|||||||
водоснабжения |
и уменьшении |
объема циркулирующей |
воды |
можно использовать герметизированные напорные системы водооборота и канализации сточных вод.
На ряде предприятий США и Западной Европы предусмот рены раздельные системы канализации: ливневая, хозяйственно фекальная, условно чистая для ливневых вод и несколько про изводственных. Это позволяет распределять сточные воды с уче том степени их загрязненности, качества и свойств загрязни телей, выбирать наиболее оптимальные и дешевые методы очи стки для возвращения в оборотные системы. Некоторые типы вод, например слабощелочные и слабокислые, целесообразно отводить в одну систему для их взаимной нейтрализации и эко номии реагентов.
Сточные воды, содержащие нефтепродукты, не следует сме шивать со сточными водами, содержащими вещества, способные образовывать трудно разрушаемые эмульсии, стойкую пену или увеличивать потери от испарения.
Оптимальное решение проблемы предотвращения загрязне
ния водоемов и уменьшения |
дефицита |
воды — создание эконо |
||
мически рациональных замкнутых |
систем водного хозяйства |
|||
предприятий. |
|
|
|
|
2.4. ОРГАНИЗАЦИЯ ВОДООБОРОТНЫХ ЦИКЛОВ |
||||
Основной |
путь уменьшения |
сброса |
в |
водоемы загрязненных |
и условно |
чистых вод — повторное их использование, т. е. орга |
низация оборотного водообеспечения.
При прямоточном водообеспечении вся забираемая из водое ма вода после использования в технологическом процессе воз вращается в водоем за исключением безвозвратных потерь в производстве и потерь со шламом на очистных сооружениях (рис. 28, а)
Широкое распространение получило повторное использова ние сточных вод после их очистки (рис. 28,6). Незагрязненные
Рис. 29. Балансовая схема водопотребления |
195 |
680 |
и водоотведения промышленного предприя |
|
|
тия (см. обозначения на рис. 28, а, б). Циф |
|
|
ры на стрелках показывают расходы воды |
|
|
В М3/ ч .
нагретые сточные воды поступают на охладительные установки (гра дирни, охладительные пруды), а за тем возвращаются в оборотную си стему водообеспечения. Загрязнен ные сточные воды поступают на очистные сооружения. После очист ки часть отработанных сточных вод подают в систему оборотного во дообеспечения, если их состав удов летворяет нормативным требовани
ям. Балансовая схема водопотребления и водоотведения на про мышленном предприятии приведена на рис. 29.
Для возвращения в производство всех отработанных вод предприятия разрабатывают замкнутые системы водообеспече ния. В каждой отрасли эту задачу решают по-разному с учетом специфики производств, однако основные принципы формиро вания замкнутых систем водообеспечения для всех отраслей общие. Это учет технологических особенностей предприятий, имеющихся источников свежей воды и ее качества, наличия источников загрязнения и возможных потребителей отходов про изводства, а также климатических, рельефных и других особен ностей промышленного региона в целом.
Исходя из существующего технического уровня отраслей, повторно используется 92—98% воды. В отдельных производ ствах этот показатель достиг 100%, т. е. воду используют много кратно без сброса загрязненных стоков в водоемы, а свежую воду добавляют в связи с естественной убылью (испарение, химическое превращение и др.). Так, на предприятиях нефтепе рерабатывающей и нефтехимической промышленности оборот ные системы обеспечивают 91% производственных потребностей в воде. На Мажейкском, Кременчугском, Лисичанском нефтепе рерабатывающих заводах использование оборотной воды при ближается к 100%. Замкнутые системы на действующих пред приятиях внедряют постадийно с постепенным увеличением обо ротного водообеспечения.
Однако переход от частичных оборотных систем к полностью замкнутым оборотным системам связан не только с дополни тельными капитальными затратами на строительство соответст вующих очистных сооружений, но и с решением двух основных задач: устранение минерализации и покрытие потерь оборотной воды.
II!
IV
V
VI
Рис. 30. Балансовая схема водоснабжения и канализации на нефтеперераба тывающем заводе с нефтехимическим уклоном без сброса сточных'вод:
/ — предприятие (мощность 12 млн. т нефти в год); 2 — |
установка |
механической очист |
||||||
ки; 3 — установка биохимической |
очистки; -/ — установка |
доочистки; |
5 |
— установка тер |
||||
мического обезвоживания; 6 — градирни; |
/ — потери в процессе |
производства; // — сточ |
||||||
ные воды с установки подготовки |
нефти; |
I I I — свежая |
вода |
на |
промышленные нужды; |
|||
I V — хозяйственно-питьевая вода |
на промышленные нужды; |
V |
— технологический кон |
|||||
денсат; V I — паровой конденсат; |
V7/ — сточные воды; |
|
V/// — потери |
воды с солями; |
||||
I X — биохимически очищенные сточные воды; X — регулируемый сброс сточных вод (про |
||||||||
дувка градирен). Цифры на стрелках показывают расход воды в |
м3/ч |
|
|
|||||
При циркуляции в системе часть воды испаряется в градир |
||||||||
нях, с поверхности открытых прудов и |
очистных |
сооружений, |
при удалении шламов и осадков, теряется в результате участия в химических реакциях, подвергается различным физико-хими ческим воздействиям, в том числе упариванию, в результате чего в ней увеличивается концентрация солей и накипеобразую щих соединений. При многократном использовании в воде на капливаются механические взвеси, различные коррозионно-аг рессивные соединения и микроорганизмы. Все это вызывает интенсивное отложение накипи-и коррозию конденсационно-хо лодильного оборудования, ухудшает теплопередачу. Из-за уве личения содержания в воде солей, в том числе солей кальция и магния, других примесей требуются вывод части воды и заме на ее свежей. С этой целью осуществляют так называемую подпитку, или продувку системы. Взамен сброшенной из водое ма забирают свежую воду. Покрыть потери оборотной воды можно за счет бытовых сточных вод, а также дождевых и па водковых вод после предварительной их подготовки.
На рис. 30 приведена балансовая схема водообеспечения нефтеперерабатывающего завода с нефтехимическим уклоном. В этой схеме для подпитки водооборотных систем используют биохимически очищенные городские сточные воды; предприятие работает практически без забора свежей воды и сброса сточных вод в водоем.
При уменьшении колличества воды в системе снижается по требность в подпитке и небольшое количество подпиточной воды можно брать из водоема без возврата. Новые системы замкну того водообеспечения проектируют с забором на подпитку не-
большого количества воды из водоема, но без сброса в него сточных вод. Снльноминерализованную воду уничтожают изве стными способами (см. с. 109).
В головном институте ВНИИВОДГЕО разработаны основ ные положения создания замкнутых водооборотных систем: разработка научно обоснованных требований к качеству воды,
используемой |
во всех технологических процессах и операциях, |
и получаемой |
продукции; внедрение воздушного охлаждения |
вместо водяного; многократное использование воды в различ ных или однотипных операциях и получение небольшого объема максимально загрязненных сточных вод, обезвреживание кото рых возможно достаточно эффективными локальными метода ми очистки; использование воды для очистки газов только в случае извлечения из газов и утилизации ценных компонен тов; обязательная регенерация отработанных кислот^ щелочных и солевых растворов и использование извлекаемых продуктов в качестве вторичного сырья; применение принципа противотока воды и сырья, многоступенчатой промывки либо ступенчатого водяного охлаждения; обязательный учет токсикологической и эпидемиологической характеристик очищенной оборотной воды и ее влияния на человека.
При организации оборотного водообеспечения предусматри вают методы борьбы с карбонатными отложениями, биологи ческими обрастаниями, коррозией оборудования, а также мето ды подготовки подпиточной воды.
Накапливающиеся в оборотной воде соли образуют на теп лообменной поверхности так называемые карбонатные отложе ния:, более чем на 50% состоящие из карбоната кальция. Основ ные методы борьбы с ними — обработка охлаждающей воды кислотой (обычно серной) для снижения общей щелочности во ды; фосфатирование путем введения в воду раствора гексамета фосфата натрия, тормозящего процессы кристаллизации и осаж дения карбоната натрия на стенках аппаратуры; обработка во ды магнитным полем, воздействие которого вызывает быстрый рост кристаллов карбонатных и других отложений, которые сор бируют на своей поверхности ионы карбонатов кальция и маг ния, растут и выпадают в виде шлама, легко уносимого по током.
Разработаны методы непосредственного удаления накапли вающихся солей из оборотных вод. Например, с помощью ам миачной воды интенсифицируется оседание карбоната кальция на зернах контактной массы (кварцевого песка, мраморной крошки). Зерна песка или мрамора, покрытые отложениями карбоната кальция, можно использовать как сырье для получе ния высококачественной извести, кальциевой селитры или для нейтрализации кислых стоков на этом же предприятии.
При оборотном водоснабжении возникает проблема борьбы с биологическими обрастаниями. Разнообразные живые сущест ва (бактерии), проникая из открытых водоемов в систему обо
ротного водоснабжения, поселяются на любой твердой поверх ности, соприкасающейся с водой, развиваются, образуют посе ления, называемые биологическими обрастанйЯми; сами орга низмы называются биогентами. Допустимой считается скорость
развития биологических обрастаний |
теплообменных аппаратов |
и трубопроводов в оборотной воде |
не выше 0,07 г/(м2*ч), т. е. |
в течение месяца толщина нарастающего слоя должна быть не более 0,05 мм. Для борьбы с бактериальными биогентами при меняют хлор, а для уничтожения водорослей — медный купо рос. Дозы и периодичность хлорирования определяют на основе лабораторных исследований оборотной воды. Водоросли разви ваются в основном в теплый период года. Поэтому купоросом обрабатывают воду 3—4 раза в месяц в период с апреля пооктябрь.
Содержащиеся в оборотной воде соли и другие примеси вы зывают коррозию оборудования. Хлориды ускоряют коррозию вследствие увеличения кислотности воды и их разрушающего действия на пассивирующие пленки; сульфаты агрессивно дей ствуют на бетон. Диоксид углерода замедляет образование за щитных пленок. Для защиты от коррозии в оборотных системах применяют различные ингибиторы. Процесс коррозии приоста навливают хромат и бихромат калия. Они же замедляют биоло гические обрастания. Для снижения коррозий воду обрабаты вают также фосфатами, которые образуют пленку, изолирую щую металл от воды. В отличие от хроматов фосфаты благо приятствуют развитию биологических обрастаний, поэтому эти химикаты иногда применяют совместно. Один из способов за щиты металла от коррозии — защитные покрытия смолами, красками, лаками и эмалями, однако они недолговечны и вос становить их можно только во время ремонта.
Для предотвращения и удаления карбонатных отложений и биологических обрастаний систему оборотного водообеспечения систематически очищают механическим способом, гидро пневматической промывкой или с помощью химических реагентов.
Таким образом, полностью замкнутая система водообеспечения предполагает постоянный количественный и качественный состав воды, предотвращение коррозии оборудования, загрязне ния системы как минеральными, так и биологическими отложе ниями, отсутствие сброса загрязненных вод в водоемы, ликви дацию сбросов другими способами.
2.5. ПОДГОТОВКА ПОДПИТОЧНОЙ И ОБОРОТНОЙ ВОДЫ
Для восполнения потерь воды, вызванных испарением на гра дирнях, капельным уносом, утечками, а также продувками обо ротных систем, необходима свежая подпиточная вода, которую частично забирают из водоемов, а частично восполняют дожде выми и паводковыми водами. Для этой цели можно использо-
Таблица 11. Ограничения по содержанию примесей в свежей и оборотной воде, предусмотренные нормами проектирования
|
|
Оборотная вода |
|
Показатели |
Свежая вода |
первая си |
вторая си |
|
|
стема |
стема |
Содержание |
взвесей, мг/л |
|
25 |
25 |
|
|
То же, в период паводка |
|
100 |
— |
15 |
||
(экс |
25 |
|||||
Содержание |
нефтепродуктов |
— |
||||
трагируемые |
СС14), мг/л |
|
500 |
2000 |
|
|
Общее солесодержание, мг/л |
|
|
||||
в том числе: |
|
|
130 |
|
500 |
|
сульфаты |
|
|
|
|||
хлориды |
(временная) жесткость, |
50 |
5 |
300 |
||
Карбонатная |
2,5 |
|
||||
мг-экв/л |
|
|
3,3 |
15 |
|
|
Постоянная жесткость, мг-экв/л |
|
|||||
БПКполн, мг Ог/л |
|
10 |
25 |
|
||
pH |
|
|
|
7—8,5 |
|
|
вать также очищенные |
стоки, |
например |
хозяйственно-бытовые, |
|||
а также оборотную воду из систем соседних предприятий. |
||||||
На ряде нефтеперерабатывающих заводов водообеспечение |
||||||
осуществляется на базе двух |
систем. Первая система |
предна |
значена для охлаждения и конденсации светлых и темных неф тепродуктов (углеводороды С5 и выше), вторая — продуктов, вырабатываемых на газоперерабатывающих и газофракциони рующих установках (углеводороды не выше С4), где требуются более низкие температуры охлаждения. На установках, загряз няющих воду специфическими веществами, используют локаль ные системы водообеспечения. Количество свежей подпиточной воды' составляет 3—5% от циркулирующей воды, в летнее вре мя— 7—10%.
Втабл. 11 приведены ограничения по содержанию примесей
всвежей и оборотной воде, предусмотренные нормами проек тирования. На большинстве предприятий состав свежей подпи точной 'воды соответствует приведенным нормам, и ее подверга ют механической очистке (фильтрации) только в период павод ка, в остальное время фильтры используют для промежуточной очистки части оборотной воды (около 10% ее расхода). Эф фективность работы оборотных систем в значительной степени зависит от качества водоподготовки.
Специального решения требует вопрос опреснения вод с по-’
вышенным |
солесодержанием, |
например, |
артезианской |
||
(1900 |
мг/л), |
смеси |
речной и |
морской (5840 мг/л), морской |
|
(15,5 |
г/л). |
|
воды дистилляцией — хорошо |
освоенный, но |
|
Обессоливание |
энергоемкий процесс. Весьма перспективны и уже широко при меняются электролиз и обратный осмос. Дистиляционное опрес нение используют на высокопроизводительных станциях и для сильноминерализованных вод (более 10 г/л). Мембранные ме-
Рис. 31. Общая схема очистки сточных вод:
У—установка механической очистки; 2 — установка биохимической или физико-химической очистки; 3 — установка доочистки; 4 — установка по обеззаражи ванию сточных вод; 5 — сооружения по обработке осадка; I — неочищенные сточные воды; I I — очищен ные сточные воды; I I I — осадок или избыточная био масса; I V — обработанный осадок
обладает моющим действием, эффек тивна при относительно высокой жесткости воды и солесодержании бо лее 2000 мг/л. Эта смесь позволяет снизить скорость образования накипи и коррозии на 94—99%, предотвра тить биокоррозию, почти в три раза сократить потребление свежей воды
для подпитки оборотных систем, на десятки миллионов кубо метров уменьшить сброс продувочных вод, улучшить показате ли работы конденсационнохолодильного оборудования, сокра тить его простои, связанные с ремонтом и очисткой.
Для ингибирования оборотной воды эффективна также смесь ортофосфорной кислоты и сульфата цинка. Скорость кор
розии в ее присутствии стабилизируется |
на |
уровне 0,03— |
||
0,05 мм/год, образование осадка уменьшается на 75%. |
||||
Антибактериальную обработку |
воды |
хлором |
проводят та |
|
ким образом, чтобы его остаточное |
содержание, |
определяемое |
||
после наиболее удаленного аппарата, |
не |
превышало 0,2 мг |
||
С12/л. Одновременно добавляют купорос |
(4 мг Cu/л) в расчете |
на часовой расход оборотной воды. Такая обработка воды в со четании с ингибированием обеспечивает нормальный теплооб мен на установках и значительно снижает потребность в охлаж дающей воде.
2.6. МЕТОДЫ очистки сточных вод
Методы очистки сточных вод можно разделить на три группы: механические, физико-химические, биохимические.
В комплекс очистных сооружений, как правило, входят сооружения механической очистки. В зависимости от требуемой степени очистки вод включают сооружения физико-химической
или |
биохимической |
очистки, |
а при |
более |
высоких |
требова |
||||||
ниях— глубокой |
очистки. |
Очищенные |
сточные |
воды |
обез |
|||||||
зараживают, |
образующийся |
на |
всех |
стадиях очистки |
осадок |
|||||||
или |
избыточная |
биомасса поступают |
на |
сооружения |
по обра |
|||||||
ботке осадка |
(рис. 31). Очищенные сточные |
воды |
направляют |
|||||||||
в оборотные |
системы |
водообеспечения |
или |
сбрасывают |
в во |
доем. Обработанный осадок утилизируют, уничтожают или складируют.