Кірсанова Т. А., Нагорна С. Ю., Нагорний Ю. С.
Дніпродзержинскьй державний технічний університет,Україна
ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ВИЛУЧЕННЯ ЗАБРУДНЮЮЧИХ РЕЧОВИН ІЗ ОБОРОТНИХ ПРОМИСЛОВИХ ВОД
Основними джерелами забруднення атмосферного повітря м. Дніпродзержинська є металургійні і хімічні виробництва, а також підприємства, які займаються переробкою первинної природної сировини, в першу чергу, твердих паливних копалин. Переробкою кам’яного вугілля займаються два коксохімічних заводи, які знаходяться в межах міста. Тому викиди цих підприємств суттєво впливають на якість повітря міста, в першу чергу, по специфічним забрудникам. На обох КХЗ проблеми з викидами шкідливих та отруйних речовин в атмосферу практично однакові. Наприклад, по результатам інвентаризації, одним з головних джерел викидів у повітря специфічних забрудників є градирні кінцевого охолодження коксового газу. З них надходить біля 90% викидів цехів уловлювання цих заводів.
Зрозуміле занепокоєння не тільки працівників заводу, але й громадськості міста в ліквідації названих потужних викидів в атмосферне повітря бензолу, ціаністих сполук, фенолів, аміаку, сірководню, нафталіну. Однак, проблема не з простих і до цього часу ще не вирішена.
Проблема кінцевого охолодження коксового газу є актуальною не тільки для вітчизняних, але й закордонних підприємств коксохімічної галузі. Надійного способу кінцевого охолодження коксового газу при прямому контакті охолоджуючої води не існує. Перш за все це зумовлено ефектом вимивання з газу отруйних речовин, таких як: феноли, аміак, сірководень, синильна кислота, ціаніди та роданіди. Згадані компоненти коксового газу накопичуються в оборотній воді, яка циркулює між кінцевим газовим холодильником і градирнею.
В градирні охолоджується забруднена вода кінцевого газового холодильника. При цьому з неї десорбується значна частина речовин, розчинених у воді. Вище згадані отруйні речовини разом з повітрям надходять у навколишнє середовище, забруднюючи його.
За кордоном на деяких підприємствах використовують схеми очистки води від сірководню і синильної кислоти. При цьому одержують сірчану кислоту чи роданисті сполуки, зокрема роданистий натрій. На вітчизняних підприємствах також функціонували схеми очистки води від HCN з одержанням роданистого амонію чи роданистого натрію. Але в останні роки різко знизився попит на вказані продукти. Саме з цієї причини були зупинені цехи роданистих солей, наприклад, на ВАТ „Баглійкокс” та інших вітчизняних підприємствах. Для ВАТ „Дніпродзержинський КХЗ” проблема ускладнюється відсутністю на підприємстві сірководневої очистки та ціаноочистки.
З метою вирішення деяких проблем очистки оборотної води кінцевого охолодження коксового газу виконали дослідження на експериментальній установці, яка моделює промислову схему охолодження забрудненої води кінцевого газового холодильника.
Схема експериментальної установки приведена на рисунку.
1-вакуумний насос; 2-напірний бак; 3-десорбер; 4-термометр; 5-патрубок для продувки; 6-приймальна склянка; 7-ртутний манометр; 8-нагрівач.
Установка обладнана термостатичним кожухом, нагрів десорбера здійснювали за допомогою ніхромової спіралі, навитої на корпус колони. Регулювання навантаження по струму здійснювали за допомогою реостату. Температурний режим в колоні контролювали ртутним термометром, встановленим в середній частині робочої зони апарату. Температуру в апараті змінювали в діапазоні від 30 до 65оС.
Результати експериментів наведені в таблиці 1.
Таблиця 1 – Залежність процесу десорбції із води кислих газів від температури при постійному тиску 750 мм.рт.ст.
|
Температура,
º С |
Вміст компонентів у воді, мг/л (%
від вихідної проби) |
|||||
|
C6H5 OH |
NH3 лет. |
NH3 зв’яз. |
CNS‾ |
CN‾ |
H2S |
|
|
Вихідна
проба 30 (8
проб) 40 (6
проб) 50 (6
проб) 60 (5
проб) 65 (5
проб) |
760 (100) 710 (93) 655 (86) 641 (84) 632 (83) 632 (83) |
549 (100) 300 (54) 220 (40) 210 (38) 215 (39) 210 (38) |
606 (100) 535 (88) 522 (86) 444 (73) 440 (72) 450 (74) |
916 (100) 880 (96) 840 (91) 812 (88) 810 (88) 805 (87) |
78 (100) 12 (15) 10 (12) 8 (10) 7 (9) 5 (6) |
118 (100) 93 (79) 41 (34) 43 (36) 38 (32) 35 (29) |
Як видно із таблиці 1, температурні умови ведення процесу десорбції із води кислих газів мало впливають на процес.
Максимальне зниження вмісту кислих газів у воді спостерігається при підвищенні температури в робочій зоні десорбера до 50 – 60 о С.
Спостерігається значне зниження вмісту HCN вже при температурі 30оС. Загальні тенденції зберігаються і для інших компонентів. Однак, абсолютне зниження вмісту в воді HCN значно більше, ніж для інших компонентів.
Загальним підсумком дослідженої залежності є висновок про те, що процес слід вести при робочих температурах 35 – 45ОС, які характерні для робочих зон десорберів будь – якої конструкції.
Виконали дослідження процесу десорбції кислих газів із води оборотного циклу кінцевого охолодження коксового газу від тиску в десорбері.
Конструкція експериментальної установки дозволяла змінювати в робочій зоні апарата тиск в межах 750 - 460 мм рт. ст.. Представляло практичний інтерес встановити характер названої залежності. Для забезпечення вказаного тиску використовували вакуум – насос. Регулювання тиску здійснювали запорним вентилем, встановленим на лінії всмоктування насосу, а також запорним вентилем, встановленим на патрубку подачі в десорбер повітря.
Контроль тиску в десорбері здійснювали ртутним манометром.
Аналізи якості води вихідної та після експерименту здійснювали по стандартним методикам.
Результати експерименту представлені в таблиці 2.
Таблиця 2. - Зміна вмісту кислих газів у воді при продувці її повітрям з одночасним вакуумуванням при температурі 40оС.
|
Тиск, мм рт.ст. |
Вміст компонентів у воді, мг/л (%
від вихідної проби) |
||||||||
|
C6H5 OH |
NH3 лет. |
NH3 зв’яз. |
CNS‾ |
CN‾ |
H2S |
||||
|
|
|
Вихідна проба |
760 (100) |
549 (100) |
606 (100) |
916 (100) |
78 (100) |
118 (100) |
|
|
|
|
750 |
720 (94) |
350 (63) |
585 (96) |
820 (89) |
18 (23) |
114 (96) |
|
|
|
|
730 |
715 (94) |
337 (61) |
563 (93) |
830 (90) |
12 (15) |
85 (72) |
|
|
|
|
710 |
720 (94) |
300 (54) |
502 (82) |
820 (89) |
15 (19) |
59 (50) |
|
|
|
|
660 |
650 (85) |
281 (51) |
482 (79) |
810 (88) |
10 (13) |
54 (46) |
|
|
|
|
610 |
611 (80) |
252 (46) |
430 (71) |
750 (82) |
8 (10) |
44 (38) |
|
Як видно із таблиці 2, зниження тиску в робочій зоні десорбера по-різному впливає на процес десорбції із води кислих газів.
Наприклад, вміст фенолів, роданідів, аміаку зв’язаного практично не змінювався; це означає, що вакуумування води в досліджуваному діапазоні зміни тиску в робочій зоні десорбера від 750 до 610 мм рт. ст. мало впливає на процес. Стало можливим знизити вміст названих компонентів у воді шляхом продувки її повітрям на ~ 20 – 25 %.
Кращий ефект спостерігається для летючого аміаку і сірководню. Зниження вмісту у воді компонентів досягає більше 50 %. На наш погляд, це пояснюється високою летючістю аміаку та сірководню і тому вони відносно легко десорбують із рідкої в газову фазу. Це пояснюється ще й тим, що в коксовому газі, а також і в воді оборотного циклу, міститься підвищена кількість сірководню через відсутність на ВАТ „ДКХЗ” сіркоочистки.
Для ціанідів спостерігається наступна залежність: їх вміст у воді знизився на 90 % ( з 78 до 8 мг/л ). З динаміки зміни вмісту названого компоненту води випливає те, що максимальний ефект деціанізації досягається при зниженні тиску в робочій зоні десорбера від атмосферного до 750 – 730 мм рт. ст. Подальше зниження тиску до 610 мм рт. ст. сприяє прискоренню десорбції із води ціанідів. Це важливо при використанні одержаних залежностей при деціанізації забрудненої води кінцевого охолодження коксового газу. Тиск в межах 750 – 730 мм рт. ст. в робочих зонах хімічних апаратів відносно легко досягнути для вакуумних установок різних конструкцій.
Література
1. Е.А. Буланов, В.Е. Костин, Л.А. Зиновьева и др. Из опыта эксплуатации закрытого цикла конечного охлаждения коксового газа. № 6, 1995.-с. 20-23.
2. Е. Л. ВОЛКОВ Очистка коксового газа на стадии первичного охлаждения. Кокс и химия, № 2, 1992. - с. 28-29.
3. Л. И. Мироненко и Е. Л. Волков. Освоение закрытых циклов конечного охлаждения коксового газа на коксохимических предприятиях. Кокс и химия, № 4, 2001. - с. 27-29.