автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Аэрогидрокавитационная технология обработки водо-нефтяных эмульсий нефтеперерабатывающих заводов

На нравах рукописи

□ОЗОВ2ЭВВ

КОЛЕСНИКОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ

АЭРОГИДРОКАВИТАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ ВОДО-НЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ НЕФТЕПЕРЕРАБАIЫВАЮЩИХ

ЗАВОДОВ

05 17 07 — «Химия и технология тотив и специа и.ныч продуктов»

АВТОРЕФЕРА[

диссертации па соискание ученой с:спени кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена в Российском 1 осударственном Университете нефти и газа им И М Губкина па кафедре физической и коллоидной химии

Научный руководитель докшр химических наук, профессор

Колесников Иван Михайлович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

1 уманян Борис Петрович

докюр технических наук, профессор Яковлев Сергей Павлович

Ведущая организация ОАО «Московский НПЗ»

Защита состоится « 23> » Я____ 2007 года в 15> часов в ауд 541

на заседании диссертационно1 о совета Д 212 200 04 при Российском Государственном Университете нефти и газа им И М Губкина по адресу 119991 г Москва, ГСП-1, Ленинский проспект 65

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефги и газа им И М Губкина

Автореферат разослан «¿9» а-пр&ля_2007 года

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212 200 04 доктор технических наук, профессор

Р 3 Сафиева

Актуальность проблемы В последние годы на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях России увеличивается глубина и объемы переработки нефти, что приводит к росту объемов образования эмульгированных технологических стоков, но также из-за недостаточной эффективности в работе существующих очистных сооружений существенно выросли платежи за сброс недостаточно очищенных стоков

Одними из наиболее опасных видов загрязнений для окружающей среды являются примеси нефти и нефтепродуктов в сточных водах, поступающих с предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности Нефтесодержащие стоки нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов представляют собой водо-нефтяную эмульсию сложного химического состава Они, кроме нефтепродуктов могут содержать поверхностно-активные вещества, минеральные соли, жиры, масла, частицы пыли и другие примеси Поэтому очистка таких стоков до уровня ПДК на перечисленных выше предприятиях осуществляется в несколько стадий, с применением механических, физико-химических, адсорбционных, абсорбционных, экстрактивных и биологических методов Несмотря на огромное число отечественных и зарубежных разработок по технологии очистки стоков проблема глубокой очистки нефтесодержащих стоков, с учетом современных требований, не может считаться решенной

Существующие в настоящее время эффективные методы глубокой очистки стоков сопряжены с большими экономическими и ресурсными затратами, требуют обслуживания высококвалифицированными специалистами, использования дефицитных реагентов с последующей их регенерацией, связаны с необходимостью утилизации или захоронения полученных после очистки отходов, требуют большой территории для очистных сооружений, что является доступным далеко не всем предприятиям Поэтому во всем мире и в России ведется поиск новых эффективных способов очистки промышленных водо-нефтяных стоков от нефтепродуктов и других примесей и совершенствование уже существующих методов

Цель работы. Целью данной работы является

• Разработка новых методов повышения эффективности работы оборудования, предназначенного для очистки нефтесодержащих стоков нефтеперерабатывающих заводов с учетом уже существующих типов сооружений и аппаратов (нефтеловушка, сепаратор) основывающихся на применении гидродинамических кавитационных аппаратов

• Выявление оптимальных параметров (давление, кратность циркуляции), влияющих на эффективность кавитационного воздействия на процесс очистки сложных смесевых стоков и стоков с индивидуальных технологических установок с выявлением степени удаления нефтепродуктов и других примесей

• Изучение закономерностей совместной работы кавитационных аппаратов и химических реагентов, коагулянтов и флокулянюв в процессах очистки стоков

• Создание высокоэффективной и простой в процессе эксплуатации технологии флотационной обработки вводно-нефтяных эмульсий с использованием аэрогидрокавитационных аппаратов и химических реагентов

Научная новизна. Впервые доказана возможность осветления промышленных водо-нефтяных стоков при совместном использовании аэрогидрокавитационного аппарата (АГКА) и химических реагентов (неорганического коагулянта, флокулянта) в установках импеллерной флотации при высокой степени турбулентности очищаемых стоков во флотационной камере На основе запатентованного (патент РФ 2053029) аэрогидрокавитационного аппарата, разработанного на кафедре физической и коллоидной химии Российского Государственного Университета нефти и газа им И М Губкина, впервые проведены исследования по выявлению основных закономерностей влияющих на эффективность аэрогидрокавитационной флотационной очистки стоков Разработана и внедрена в промышленном масштабе высокоэффективная аэрогидрокавитационная флотационная технология очистки стоков нефтеперерабатывающих заводов

4

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Сформулированы принципиальные схемы расположения и монтажа аэрогидрокавитационного аппарата в существующее оборудование по очистки нефтесодержащих стоков промышленных предприятий

Установлены оптимальные режимы работы аэрогидрокавитационного флотационного оборудования в процессах очистки стоков нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов

Проведенные промышленные испытания аэрогидрокавитационного аппарата по разработанной технологии на различных объектах и сооружениях по очистке нефтесодержащих стоков подтвердили оптимальные режимы установленные в ходе лабораторных пилотных испытаний

Высокая эффективность новой технологии флотационной обработки нефтесодержащих стоков определяется как применением аэрогидрокавитационного аппарата так и химических реагентов

Апробация работы. Основное содержание работы доложено и обсуждено на следующих научных конференциях и симпозиумах Международном симпозиуме «Чистая вода России-97», (Екатеринбург 1997 г), конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 1999 г), 56-ой межвузовской студенческой научной конференции «Нефть и газ-2002», г Москва

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, включающих одну научно-техническую статью и девять тезисов докладов на научно-практических, в том числе международных конференциях

Структура ц объем диссертации Материал диссертации изложен на 185 страницах, содержит 40 таблиц и 31 рисунок Список литературы включает 113 литературных ссылок на научные публикации Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность исследований в области разработки новых технологий глубокой очистки промышленных стоков от нефтепродуктов Отмечено, что, несмотря на многообразие отечественных и зарубежных разработок по технологии очистки сточных вод проблема глубокой очистки нефтесодержащих стоков с учетом современных требований, не может считаться решенной, и требует дальнейшей научной и практической разработки

Первая глава посвящена обзору научной и патентной литературы, в котором приведено краткое описание основных методов очистки стоков от нефтепродуктов и детально рассмотрены флотационные методы обезвреживания нефтесодержащих эмульгированных стоков

Общие закономерности построения современных технологических схем, применяемых для очистки нефтесодержащих стоков, представляют собой последовательность стадий очистки с переходом от грубой очистки к более глубокой

Первая стадия очистки включает гравитационное отделение в

нефтеловушках Вторая стадия включает физико-химическую очистку

сточных вод от тонко-эмульгированных и коллоидных частиц

нефтепродуктов посредством коагуляции, реагентной флотации и др Третья

стадия определяет очистку стоков от растворенных нефтепродуктов и

нефтепродуктов, оставшихся после первых двух стадий обработки

(биологическая, сорбционная очистка) Из рассмотренных выше методов

очистки стоков от нефти и нефтепродуктов наиболее перспективным

является метод флотации, так как он позволяет снизить содержание

нефтепродуктов в стоках до концентраций, которые не препятствуют

использованию очищенной воды в системах оборотного водоснабжения или

процессам ее дальнейшей доочистки на станциях биологической и

сорбционной доочистки Флотационная очистка стоков от эмульгированных

нефтепродуктов заключается в создании воздушных пузырьков в воде, затем

прилипании капелек нефтепродуктов к п>зырькам воздуха и всплывании

б

возникших сложных структурных единиц (ССЕ) с образованием пены на поверхности воды Этот способ очистки стоков неразрывно связан с диспергированием воздуха в сточной воде Одним из перспективных направлений в области интенсификации очистки стоков от нефтепродуктов является использование в процессах очистки сточных вод гидродинамической кавитации Аппараты для осуществления кавитационных режимов могут после детального исследования встраиваться в уже имеющееся технологическое оборудование и не требуют значительной конструктивной доработки аппаратов уже существующих очистных сооружений

Использование гидродинамической кавитации и ее эжекционных свойств в сочетании с различными флотационными методами является новым направлением в совершенствовании способов очистки стоков от примесей, однако неоднозначность влияния времени пребывания газожидкостной смеси в зоне кавитационного воздействия на эффективность обработки приводит к необходимости выбора периодичности процесса и расчета или подбора кратности циркуляции, давления для каждого конкретного технологического процесса

Насыщение стоков мельчайшими пузырьками воздуха, создаваемых кавитацией осуществляют с помощью кавитационных эжекторов и аппаратов, которые можно включать в технологические линии в зависимости от характеристики стоков и флотируемых загрязнений по одной из трех схем прямоточной, рециркуляционной или частично-прямоточной Последняя схема более экономична с точки зрения энергетических затрат по сравнению с предыдущими Кроме того, она позволяет применять коагулянты и флокулянты

Во второй главе описаны объекты и методы исследования Одними из объектов исследования являлись нефтесодержащие сгоки Плоцкого нефтехимического комбината, ЗАО «Рязанская нефтеперерабатывающая компания» и ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» В образцах

Рис. 1 Принципиальное устройство АГКА (1 -эжекционные камеры)

Исследованных стоков в широких пределах варьируется содержание нефтепродуктов, взвешенных веществ и других примесей. Другими объектами исследования являлись аэрогидрокавнтационный аппарат, созданный в 1992 году в Государственной Академии нефти и газа им. И.М. Губкина, на кафедре физической и коллоидной химии, в лаборатории «Промышленная кинетика и катализ» принципиальная схема конструкции которого приведена на рис.1 и промышленный кавитационный эжектор, принципиальное устройство которого показано на рис. 2.

Вид А

Для аэрогидрокавитационного аппарата и промышленного кавитадионного эжектора с номинальными расходами жидкости 1 Л53/ч были проведены сравнительные исследования

гидродинамических режимов и изучена структура струйного течения газ о-жидкостных потоков.

Рис. 2 Принципиальное устройство кавитационного эжектора: 1 - срез коцфузора, 2 - горловина, 3 — диафрагма, 4 - патрубок подсоса Для дальнейших исследований был воздуха, 5 - конфузор, 6 - каналы в диафрагме

аппарат, т.к. он по гидро-

выорап азрогидро кав ита ц и о н н ы и

динамическим параметрам превосходил кавитащгонный эжектор, В качестве реагентов для повышения эффективности процесса очистки нефтесо держащих стоков с применением аэрогидрокавитационного аппарата использовались катионные органические флокулянты Zetag 7692 (С1Ьа, Германия), Ргас51о1 852ВС (ЗюскЬаиксп еш, Германия и Россия), «Ма1со» №4710 (США), которые представляют собой сополимеры полиакрил амида с возрастающими долями катионных сомо номеров, и коагулянт

«Аква-Аурат™ 30». Коагулянт «Аква-Аурат™ 30» (ТУ 6-09-05-1456-96} относится к одному из видов неорганических полимеров и представляет собой полиоксихлорид алюминий (ПОХА), общей формулы А]п(ОП)тС13п.т.

Определение показателей загрязненности нефтесодержащих стоков нефтепродуктами, взвешенными веществами, сульфидами, азотом аммиака и другими примесями до и после аэрогидр ока вита ционноЙ флотационной обработки проводили стандартными методами.

В третьей глявс приведены результаты исследования закономерностей влияния на эффективность процесса аэрогидрокавитационной флотационной обработки стоков крахи ости циркуляции сточных вод через аэро гидр о ка в итац и он н ы й аппарат и давления, создаваемого очищаемыми стоками в напорном трубопроводе перед аппаратом. Эффективность процесса аэрогидрокавитационной флотационной обработки определялась по остаточным концентрациям нефтепродуктов, взвешенных веществ,

показателя ХПК и др. Исследования проводились на реальных сточных водах, которые подвергались флотационной обработке на Пилотной и передвижной

полу промышленной установке с аэрогидрокавитационным аппаратом

Пилотная флотационная

установка, на которой проводили

определение оптимальных

параметров процесса и кратности

циркуляции загрязненных стоков

через А ПСА, представлена- на рис. 3.

Установка работает в следующей

последовательности. Исходная неочищенная сточная вода заливается во

флотационную емкость 1 до отметки 10 литров (2 литра необходимо для

заполнения насоса), т.е. общий объем неочищенных стоков в флотационной

9

Рис. 3 Пилотная флотационная установка. 1 - флотационная емкость, 2-циркуляционный насос, 3- эл. двигатель, 4-АГКА, 5- эжекционные линии, 6- манометр, 1- всасывающая и напорная линии, 8- пробоотборник, 9 ■ штатив

установке составляет 12 литров. Включается циркуляционный насос 2. Стоки забираются насосом из нижней части емкости и под давлением 3 атмосферы подаются во входное отверстие аэрогидро гравитационного аппарата 4. Давление контролируется установленным на напорной линии насоса манометром 6.

В азрогидрокавитациошiом аппарате за счет центростремительного движения жидкости возникает разрежение и происходит самопроизвольный подсос воздуха через патрубки 5. Полученная водо-воздушная смесь поступает во флотационную емкость, в которой происходит всплытие пузырьков воздуха, с закрепленными на их поверхности частицами загрязняющих веществ. Слив воды и отбор проб из флотационной емкости осуществляется через кран 8.

Исследование влияния кратности циркуляции не фтс содержащих стоков через аэрогидрокавитационнЫй аппарат на степень удаления загрязнений без использования флотационных реагентов проводили на иефтесодержащих смесевых стоках с заводского коллектора нефтехимического комбината. Смесевые стоки отбирали из коллектора технологической цепочки установок по первичной переработке нефти и вторичных процессов, т.е. установок АВТ, каталитического риформинга, гидроочистки,

каталитического крекинга.

Зависимость степени очистки от кратности прохождения сточных вод через аэрогидр окавитацнонн ый аппарат приведена на рис. 4.

Как видно из рисунка 4, прохождение 50% загрязненных водо-нефтяных стоков через аэрогидрокавитационный аппарат приводит практически к 3-х

100

»

s

Я ь

о

S

7 О

л г а

Е

о н U

Нефтепродукты Взвешенные в-Еза ХПК

Кратность циркуляции

Рис. 4 Зависимость степени очистки от кратности прохождения стоков нефтепереработки через АГКА

кратному снижению содержания в них нефтепродуктов и взвешенных веществ и снижению на 25% показателя ХПК, Уже при однократной

Ю

обработке всего объема загрязненных стоков при помощи аэрогидрокавитационного аппарата происходит увеличение степени очистки сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ до уровня 88 % и 75 %, соответственно Дальнейшая аэрогидрокавитационная флотационная обработка смесевых сточных вод нефтепереработки приводит лишь к незначительному увеличению степени очистки, а именно по нефтепродуктам с 88 до 90 %, по взвешенным веществам с 75 до 78%, по показателю ХПК с 54 до 56%

Таким образом, количество и размер пузырьков атмосферного воздуха, сформированных в жидкости за время аэрогидрокавитационной обработки, позволяет удалить из стоков большую часть нефтепродуктов и взвешенных веществ, а остаточное содержание загрязняющих веществ не может быть снижено из-за наличия частиц примесей минимального размера с прочным адсорбционно-сольватным слоем, которые не входят в контакт с пузырьками воздуха в процессе флотационной очистки сточной воды и не прилипают к их поверхности

Оптимальное значение кратности циркуляции нефтесодержащих стоков

определяли также и для смесевых химически загрязненных стоков от установок нефте-

химического комбината алкилирования, СЖК, пиролиза, полимеризации Смесевые химически загрязненные стоки обрабатывались аналогично стокам с установок по первичной переработке нефти и вторичных процессов

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Кратность циркуляции

Рис. 5 Зависимость степени очистки химически загрязненных стоков от кратности циркуляции стоков через АГКА

На рис 5 приведены зависимости степени очистки химически загрязненных стоков от кратности циркуляции сточных вод через аэрогидрокавитационный аппарат При использовании

аэрогидрокавитационного аппарата для флотационной обработки химически загрязненных стоков степень очистки достигает

• по нефтепродуктам -98%,

• по взвешенным веществам -98%,

• по фенолу -3% и сульфидам-93%,

• ХПК-37%

Из рисунков 4 и 5 видно, что, эффективность аэрогидрокавитационной флотационой обработки стоков нефтехимического комбината по нефтепродуктам составляет 89,4% - для стоков процессов нефтепереработки, 98% - для стоков нефтехимических процессов

Разная эффективность удаления загрязняющих веществ обусловлена различным углеводородным составом стоков, размером частиц загрязнений и различными силами межмолекулярных взаимодействий Оптимальная кратность циркуляции через аэрогидрокавитационный аппарат для обоих стоков колеблется в интервале 1-1,5 м 3/м3*ч Но, следует отметить, что в промышленности даже однократное прокачивание стоков через аэрогидрокавитационный аппарат экономически нецелесообразно, тк это связано со значительными затратами электроэнергии в связи с тем, что часовой объем сбрасываемых на очистные сооружения стоков на крупных нефтехимических комбинатах может достигать 5-7 тысяч м3/ч по каждой системе Более выгодно кратность циркуляции стоков поддерживать на уровне 0,3-0,7 м3/м3*ч Из полученных результатов следует, что

1 Использование аэрогидрокавитационного аппарата позволяет с высокой эффективностью обрабатывать сточные воды с установок нефтепереработки и нефтехимических производств

2 При обработке стоков с установок нефтепереработки и стоков

нефтехимических производств в промышленности целесообразно прокачивать или рецирхулировать стоки через аэрогидрокавитационный аппарат в объемах от 30 до 70%, что соответствует кратности циркуляции 0,3-0,7 м3/м3*ч

На основе полученных экспериментальных данных для расчета эффективности аэрогидрокавитационной обработки стоков по нефтепродуктам было выведено уравнение, связывающее степени очистки сточной эмульсии типа м/в с кратностью циркуляции

Г

где у - кратность циркуляции, х - степень очистки эмульсии, К - константа для данного режима очистки

Для проверки работоспособности этого уравнения используем опытные данные, приведенные на рис 5 Для удобства расчеты сведены в таблицу 5

Таблица 5.

Расчет процесса аэрогидрокавитационной обработки сточной воды по параметрическому уравнению

Кратность Степень очистки, -у1п(1-х) 1/у к,

циркуляции ■К об/об

0,25 0,47 0,158 4 4,158

0,5 0,9 1,150 2,0 3,150

1,00 0,93 3,50 1 4,500

ЛГС0=3,936

Из данных табл 5 следует, что константа К получена с удовлетворительным постоянством Уравнение адекватно отражает полученную закономерность С помощью этого уравнения можно установить необходимую кратность циркуляции стоков для достижения соответствующей степени очистки

Изучение влияния давления на эффективность удаления загрязняющих веществ из нефтесодержащих стоков проводили на созданной передвижной полупромышленной установке на колесной базе, изображенной на рис 6

Установка представляет собой горизонтальный стальной резервуар прямоугольной формы, оборудованный поворотными трубами для сбора всплывших нефтепродуктов, системой погружных и полупогружных перегородок, а также дренажными патрубками для освобождения камер установки от стоков Рабочий объем передвижной полупромышленной установки составляет 5 м3

Рис. 6 Полупромышленная передвижная установка для изучения влияния давления на эффективность процесса аэрогидрокавитационной флотационной обработки нефтесодержащих сточных вод

Зависимость степени очистки с точных вод от нефтепродуктов газофракционирующей установки (ГФУ) нефтехимического комбината от рабочего давления стоков в технологическом циркуляционном трубопроводе полупромышленной передвижной установки перед аэрогидрокавитационным аппаратом приведена на рис 7

0 1,5 2,2 3 4 5 6

Давление стоков, кгс,'см2

Рис. 7 Обобщенная зависимость степени извлечения нефтепродуктов из стоков ГФУ нефтехим комбината от рабочего давления стоков перед АГКА. Концентрация нефтепродуктов в стоках до обработки 18 мг/л.

Из данных представленных на рисунке 7 можно отметить следующие закономерности:

1.: При увеличении давления от 1,6 кг до 4 кг/см2 происходит значительный рост степени очистки стоков: по нефтепродуктам с 37 до 86%-90% масс; по взвешенным веществам с 12 до 63%; по показателю ХПК с 7 до 65%.

2. Данные факты объясняются ростом энергии кавитационного воздействия на стоки с повышением давления, что приводит к следующим эффектам: созданию пузырьков воздуха в жидкости оптимального радиуса; увеличению количества воздушных пузырьков в единице объема очищаемых стоков; увеличению удельной поверхности раздела фаз г/ж; увеличению числа эффективных столкновений воздушных пузырьков с загрязнениями и формированию прочных ССЕ (пузырек-частица загрязнения), за счет этого происходит более полное удаление загрязнений в поверхностный пенный слой.

3. Дальнейшее увеличение рабочего давления с 4 до 6 кг/см2 приводит к снижению степени извлечения загрязнений из стоков: по нефтепродуктам с 90 до 31%; по взвешенным веществам с 63 доЗЗ%; по показателю ХПК с 65 до 28%

4, Снижение эффективности процесса азрогидрокавитационной флотационной обработки стоков с повышением давления до 6 кг/см2 объясняется следующим: ростом турбулентности потока и разрушения сформированных флотационных ССЕ пузырек-примесь; уменьшению количества эффективных столкновений частиц загрязнения с пузырьками, т.е. столкновений приводящих к образованию стойких флотационных ССЕ; усиление кавитации возможно, приводит к повышению дисперсности частиц углеводородов в стоках, то есть эмульгированною загрязнений.

После исследования и выявления оптимальных параметров процесса флотационной обработки стоков с использованием аэрогидрокавитационного аппарата были проведены исследования и дана сравнительная оценка эффективности обработки смесевых стоков нефтехимического комбината и стоков с индивидуальных технологических установок при одинаковых условиях проведения процесса азрогидрокавитационной обработки. Результаты исследований представлены на рисунке 8.

4000

| 3500

§ 3000

| 2500

| 2000 О.

| 1500

% 1000 х

0 500

¡5 о

1 а о

Рис. 8 Начальные и остаточные концентрации нефтепродуктов до и после азрогидрокавитационной флотационной обработки сточных вод с технологических установок и смесевых стоков нефтехимического комбината

Сж'н Стоки Стоки Стоки АВТ Смесевые

риформннга кат.крекинга установки стоки НХК

получения олефияов

Анализируя данные диаграммы рисунка 8 можно сформулировать следующее

1 Смесевые стоки нефтехимического комбината значительно сложнее поддаются процессу флотационного извлечения загрязняющих веществ,

2 Вышеуказанные данные объясняются формированием устойчивой сольватной оболочки вокруг частиц загрязнений и взаимным эмульгированием углеводородов различных I омологических рядов

В четвертой главе представлены данные по применению аэрогидрокавитационного аппарата для повышения эффективности процессов очистки нефтесодержащих стоков в типовом оборудовании очистных сооружений нефтеперерабатывающих заводов

Существующие очистные сооружения на большинстве нефтеперерабатывающих заводов были построены несколько десятилетий тому назад и в настоящее время не выдерживают современных требований жестких норм по степени извлечения нефтепродуктов и взвешенных веществ Дороговизна нового оборудования для обработки сточных вод, нехватка площадей под новые очистные сооружения, необходимость проведения проектно-изыскательских работ и значительные капитальные и временные затраты на строительство новых очистных сооружений требуют создания компактных и высокоэффективных аппаратов и технологий по очистке стоков с быстрым сроком окупаемости В связи свыше изложенным, были проведены исследования по применению аэрогидрокавитационного аппарата в оборудовании очистных сооружений нефтеперерабатывающих заводов В частности, было изучено влияние аэрогидрокавитационной обработки стоков ЭЛОУ Рязанской нефтеперерабатывающей компании на эффективность работы нефтеловушки (НЛ) и всей технологической схемы очистки стоков

Принципиальная схема очистки стоков ЗАО «Рязанская

нефтеперерабатывающая компания» (РНПК) с использованием аэрогидрокавитационного аппарата представлена на рис 9

Рис. 9 Принципиальная схема очистки стоков ЗАО «РНПК» с использованием аэрогидрокавитационного флотационного оборудования

Где К- коагулянт полиоксихлорид алюминия (ПОХА), Ф- флокулянт.

При реконструкции этой системы в головной части трех секций нефтеловушки стоков ЭЛОУ (рис 9), в направлении навстречу поступающему потоку сточных вод, были установлены

аэрогидрокавитационные флотационные блоки, производительностью 30 м3/ч каждый, состоящие из шести аэрогидрокавитационных аппаратов производительностью по 5 мъ/ч

В ходе эксплуатации аэрогидрокавитационных блоков остаточная концентрация нефтепродуктов в стоках ЭЛОУ после импеллерных флотаторов снизилась в 2 раза и в среднем составила 12 мг/л

С целью проверки эффективности процесса аэрогидрокавитационной

обработки сточных вод расход рабочего раствора флокулянта на

импеллерные флотаторы установки \VEMCO был снижен в два раза, что

практически не оказало влияние на качество очистки стоков ЭЛОУ средняя

18

концентрация нефтепродуктов в стоках ЭЛОУ до установки WEMCO составляла 59 мг/л, а после установки - 15 мг/л Дальнейшее уменьшение расхода флокулянта (на 75%) привело лишь к незначительному росту остаточной концентрации нефтепродуктов в сточных водах с 12 до 19 лгг/л

Увеличение степени извлечения нефтепродуктов из сточных вод ЭЛОУ при использовании аэрогидрокавитационных блоков, объясняется воздействием кавитации на сольватные слои взвешенных веществ, которые в основном состоят из нефтепродуктов В результате воздействия энергии кавитации происходит разрушение сольвагных оболочек взвешенных веществ, что приводит к потере плавучести частиц взвеси и оседанию их на дно нефтеловушки, а освободившиеся из сольватного слоя нефтепродукты, прилипая к пузырькам воздуха формируют ССЕ и всплывают на поверхность нефтеловушки

При дальнейшем использовании аэрогидрокавитационного флотационного оборудования в нефтеловушке стоков ЭЛОУ, как показали расчеты, общий экономический эффект за счет сокращения расхода флокулянта составит 515 438 руб/год, а срок окупаемости аэрогидрокавитационной технологии -1, 1 года

Исследование эффективности эксплуатации аэрогидрокавитационных аппаратов в пластинчатых сепараторах установки механо-химической очистки WEMCO «ЛУКОЙЛ-Пермьнефтеоргсинтез» с использованием флокулянта Zetag 7689 показало следующее

1 За счет направленного движения потока нефтепродукта с воздухом можно упростить технологию сбора и повысить эффективность удаления нефтепродукта с поверхности пластинчатых сепараторов

2 При работе на штатных расходных нормах флокулянта - 3,47 г/м эффективность работы оборудования комплекса WEMCO по сравнению с существующим повысилась по нефтепродуктам на 34,8%, по взвешенным веществам на 26,7%

3 При снижении расхода флокулянта на 25% от штатного эффективность работы оборудования комплекса "\VEMCO повысилась по нефтепродуктам на 24,7%, по взвешенным веществам на 7,3%

4 Проведенные расчеты показали, что после внедрения аэрогидрокавитационной технологии на всех сепараторах комплекса \VEMCO возможно дополнительно удалить из сточных вод нефтепродуктов 99-122 т/год, взвешенных веществ 50-136 т/год

5 Экономический эффект от сокращения рабочей концентрации флокулянта на 25% составит 2,8 млн руб / год

В пятой главе представлены результаты исследования совместного использования аэрогидрокавитационных аппаратов и коагуляционных реагентов для повышения эффективности процесса импеллерной флотации ЗАО Рязанская нефтеперерабатывающая компания

Согласно литературным источникам, проведение осветления сточных вод, т е применение неорганических коагулянтов в процессах очистки стоков с высокой турбулентностью потока невозможно

Высокая турбулентность потока при флотационной очистке стоков создается не только при использовании аэрогидрокавитационных аппаратов, но и в процессах очистки стоков импеллерной флотацией Несмотря на это были проведены лабораторные, а затем промышленные испытания композиций реагентов (ПОХА + флокулянты), которые были использованы для интенсификации процессов импеллерной флотации и флотации с использованием аэрогидрокавитационных аппаратов

Для проведения испытании в лаборатории, а затем на установке импеллерной флотации ЗАО РНПК (см рис 9) , использовали кристаллический коагулянт полиоксихлорид алюминия марки «Аква-Аурат™ 30» и органический катионный флокулянт РгасБШ! 852ВС на основе сополимеров полиакриламида

Полученные в результате опытно-промышленных испытаний данные представлены на рис 10 и рис 11

17.12.2003 18.12.2003

□ Содержание взвешенных веществ до №МСО

В Содержание взвешенных веществ после 18депуратора

□ Содержание взвешенных веществ после 16 депуратора

Рис. 10 Изменение остаточной концентрации механических примесей после аэрогидрокавитационной обработки стоков + коагулянт + флокулянт (импеллерный флотатор (депуратор) ¡6) и а эр ог идр окавита ци он по й обработки +флокулянт (импеллерный флотатор (депуратор) 18).

180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,С 60,0 40,0 20,0 0,0

¿У

соды-жлниг „и /ы-ойукюв м- о

—»вход в

сепараторы

-------выход

имп. флотатор, 18

ими. флотатор 16

Рис. 11 Изменение остаточной концентраций нефтепродуктов после аэрогидрокавитационной обработки стокон + коагулянт + флокулянт (импеллерный флотатор 16) и по технологии аэрогидрокавитационная обработка +флокулянт (импеллерный флотатор 18)

Как видно из рисунков 10 и 11, совместное использование аэрогидрокавитационного аппарата, коагулянта «Аква-Аурат '' -30» и флокулянта позволило:

• увеличить эффективность работы установки импеллерной флотации по удалению нефтепродуктов с 55% до 87% и снизить их остаточное содержание с 50 до 15-18 мг/л.

• уменьшить остаточное содержание взвешенных веществ 2-3 раза к снизить их остаточную концентрацию в очищенных стоках е 28 до 10 мг/л.

21

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

1 Установлено, что наибольшая эффективность процесса аэрогидро-кавитационной флотационной обработки водо-нефтяных эмульсий нефтеперерабатывающих заводов достигается при оптимальных технологических параметрах, а, именно, кратности циркуляции 0,3-1 и рабочим давлением перед аэрогидрокавитационным аппаратом 3-4 кгс/см2

2 На основании экспериментальных результатов выведено корреляционное уравнение, позволяющее по значению необходимой степени очистки сточной эмульсии по нефтепродуктам рассчитывать кратность циркуляции очищаемой эмульсии через аэрогидрокавитационный аппарат

3 Доказано, что раздельная предварительная очистка нефтесодержащих стоков от отдельно стоящих технологических установок или групп установок с одинаковым типом технологического процесса на нефтеперерабатывающих и нефтехимических комбинатах более целесообразна на локальных очистных сооружениях, чем на общезаводских сооружениях

4 В результате опытно-промышленных испытаний аэрогидро-кавитационных блоков в нефтеловушке стоков ЭЛОУ установлено, что при снижении расхода флокулянта в 2-2,5 раза на последующей стадии импеллерной флотационной очистки стоков удается получить значительное снижение (на 30-50%) остаточного содержания нефтепродуктов в очищенных стоках, откачиваемых на установку биологической очистки после стадии импеллерной флотационной очистки

5 Выявлено, что использование аэрогидрокавитационных аппаратов в пластинчатых сепараторах \VEMCO при снижении расхода флокулянта на 25% от штатного существенно повышает эффективность последующего процесса очистки нефтесодержащих стоков в импеллерных флотаторах, а именно по нефтепродуктам на 24,7%, по взвешенным веществам на 7,3% (экономический эффект 2,8 млн руб / год)

6 Комплексное применение аэрогидрокавитационных аппаратов и комбинации реагентов неорганический коагулянт + флокулянт в процессах

22

импеллерной флотации позволяет существенно снизить в очищенных стоках концентрацию нефтепродуктов с 50 до 18 мг/л и взвешенных веществ с 28 до 10 мг/л, по сравнению со стандартными методами обработки

7. В результате совместного применения аэрогидрокавитационных аппаратов, органического флокулянта и неорганического коагулянта полиоксихлорида алюминия впервые получены положительные результаты при проведении процесса осветления стоков в процессе импеллерной флотации

8 Создана высокоэффективная аэрогидрокавитационная флотационная технология обработки водо-нефтяных эмульсий, которая легко адаптируется к оборудованию очистных сооружений нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов

Список используемых сокращений:

ПДК - предельно допустимая концентрация АГКА - аэрогидрокавитационный аппарат ССЕ - сложная структурная единица ХПК - химическое потребление кислорода СЖК - синтетические жирные кислоты ГФУ - газофракниониругощая установка АВТ - атмосферно-вакуумная трубчатка НХК- нефтехимический комбинат ЭЛОУ - электрообессоливающая установка HJI — нефтеловушка

РНПК - Рязанская нефтеперерабатывающая компания ПОХА- полиоксихлорид алюминия

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1 Колесников А А , Яблонский А В , Кильянов М Ю , Колесников И М Аэрогидрокавитационная технология обработки сточных промышленных и городских вод с целью их очистки Международный симпозиум «Проблемы экологии в нефтепереработке и нефтехимии» Экология -95, Уфа, 14-15 декабря 1995 г Издательство «Реактив» с 64

2 Яблонский А В , Колесников С И, Чеховская О М , Колесников А А Новые технологии очистки сточных вод в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности Всероссийская научная конференция «Фундаментальные проблемы нефти и газа» Москва 22-25 января 1996 г ГАНГ им И М Губкина Круглый стол «Экология» с 23

3 Kolesnikov S I, Jablonsky А V , Mitkm V N, Kolesnikov IM, Kolesnikov A A Purification of industrial pollution water's on base of cavitation technology The 12 Internatioal Congress of Chemical and Process Engineering CHISA-96,Praha, 25-30 august 1996 p 89.

4 Колесников С И, Кильянов М Ю , Яблонский А В , Колесников А А Интенсификация процессов очистки сточных вод Всероссийская научно-техническая конференция «Химия, технология и экология переработки природного газа» Москва 1996 г , ГАНГ им И М Губкина, с 76

5 Колесников А А , Колесников С И, Кильянов М Ю , Яблонский А В Новые технологии очистки сточных вод в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности Международный симпозиум «Чистая вода России-97», Екатеринбург 1997, С 131

6 Колесников И М , Кильянов М Ю , Яблонский А В , Колесников А А Новая технология интенсификации процессов очистки пефтесодержащих сточных вод Научно-техническая конференция «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России»,27-29 января, 1999, с 23

7 Трифонова Н А Научные руководители Колесников С И, Колесников А А, Масловская Е А, Повышение эффективности очистки нефтесодержащих сточных вод с использованием гидродинамической кавитационно-флотационной технологии 56-ая Межвузовская студенческая

24

научная конференция «Нефть и газ-2002», тезисы докладов, секция 4 «Химические технологии и экология в нефтяной и газовой промышленности» РГУ нефти и газа им И М Губкина 2002 г стр 34

8 Колесников С И , Кильянов М Ю , Яблонский А В , Колесников А А Очистка нефтесодержащих сточных вод с использованием аэрогидрокавитационного флотационного оборудования и новейших химических реагентов Совещание руководителей природоохранных подразделений железных дорог Иркутск 2003 стр 58

9 Колесников С И, Яблонский А В , Логинов С А , Егоров А К , Колесников А А Интенсификация процессов очистки сточных вод ЗАО «РНПК» от нефтепродуктов «Сборник научных трудов, посвященный 50-летнему юбилею Государственного научного учреждения Мещерского филиала ВНИИ гидротехники и мелиорации им А Н Костикова» Рязань, 2004 г стр 475-478

10 СИ Колесников, А В Яблонский, А А Колесников, РВ Мелехов Особенности применения полиоксихлорида алюминия для интенсификации процесса импеллерной флотации - Технологии нефти и газа, 2007, №1 стр 62-64

Подписано в печать 12 04 2007 i Ислю ihcho 13 04 2007 г Печать трафаретиая

Заказ № 269 I ираж 120 экч

Tunoi рафия «11-й ФОРМАТ » ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш , 36 (495) 975-78-56 www autorciirat ru

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Классификация сточных вод

1.2 Краткая характеристика основных методов очистки стоков 12 от нефтепродуктов

1.3 Флотационная очистка стоков от нефтепродуктов

1.3.1 Физико-химические основы флотации

1.3.2 Флотационные процессы

1.3.2.1 Классификация флотационных процессов

1.3.2.2 Пневматическая флотация

1.3.2.2.1 Импеллерная флотация

1.3.2.3 Флотация растворенным воздухом

1.3.2.3.1 Напорная флотация

1.3.2.3.1.1 Зависимость степени очистки стоков от исходной 41 концентрации нефтепродуктов и соотношения воздух/нефтепродукты

1.3.2.3.1.2 Влияние размеров флотокамеры на степень очистки 45 стоков от нефтепродуктов

1.3.2.3.2 Вакуумная флотация

1.3.2.4 Электрофлотация

1.4 Методы интенсификации флотационных процессов

1.4.1 Применение реагентов для интенсификации 49 флотационных роцессов

1.4.2 Применение гидродинамического явления кавитации для 56 интенсификации флотационной обработки стоков

1.4.2.1 Физико-химические основы кавитации

1.4.2.2 Классификация и применение кавитационных аппаратов

1.4.2.3 Применение кавитационной техники для интенсификации 67 флотационных процессов

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объекты исследования

2.1.1 Сточные водо-нефтяные эмульсии

2.1.2 Устройство и принцип действия аэрогидрокавита- 71 ционного аппарата и кавитационного эжектора

2.1.2.1 Сравнительное исследование гидродинамической характеристики и структуры струйного течения аэрогидрокавитационного аппарата и кавитационного эжектора

2.1.3 Химические реагенты для повышения эффективности 78 процессов очистки водо-нефтяных эмульсионных стоков

2.1.3.1 Органические флокулянты

2.1.3.2 Неорганический коагулянт «Аква-Аурат™ 30»

2.2 Методы исследования

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ

ФАКТОРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА

АЭРОГИДРОКАВИТАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ВОДО

НЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

3.1 Описание пилотной аэрогидрокавитационной 84 установки для проведения исследований по влиянию кратности циркуляции стоков, прошедших через аэрогидрокавитационный аппарат, на степень очистки стоков

3.2 Исследование влияния кратности циркуляции 85 нефтесодержащих стоков через аэрогидрокавитацион-ный аппарат на степень очистки

3.2.1 Исследование влияния кратности циркуляции 85 нефтесодержащих стоков через аэрогидрокавита-ционный аппарат

3.2.1.1 Связь степени очистки стоков с кратностью циркуляции

3.2.2 Исследование влияния на степень очистки кратности 94 циркуляции нефтесодержащих стоков через аэрогидрокавитационный аппарат с использованием флотационного реагента

3.3 Исследование влияния давления нефтесодержащих стоков на процесс аэрогидрокавитационной обработки водо-нефтяных эмульсий

3.3.1 Описание полупромышленной установки для изучения 100 влияния давления стоков на процесс аэрогидрокавитационной обработки водо-нефтяных эмульсий

3.3.2 Изучение процесса обработки стоков стрипинг секции 103 газофракционирующей установки с использованием аэрогидрокавитационного аппарата при различных давлениях

3.3 Сравнительная оценка эффективности очистки смесевых стоков нефтехимического комбината и стоков с индивидуальных технологических установок при одинаковых условиях проведения процесса аэрогидрокавитационной обработки

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ АЭРОГИДРОКАВИТАЦИОННЫХ

АППАРАТОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОКОВ НА

ТИПОВОМ ОБОРУДОВАНИИ

НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗАВОДОВ

4.1 Влияние аэрогидрокавитационной обработки стоков 118 ЭЛОУ ЗАО «Рязанская нефтеперерабатывающая компания» (РНПК) на эффективность работы нефтеловушки

4.1.1 Расчет экономической эффективности использования 126 аэрогидрокавитационного оборудования в нефтеловушке ЗАО «РНПК»

4.2 Исследование эффективности эксплуатации 128 аэрогидрокавитационных аппаратов в пластинчатых сепараторах установки механо-химической очистки WEMCO «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»

4.2.1 Описание работы аэрогидрокавитационных аппаратов в 130 пластинчатых сепараторах WEMCO

4.2.2 Расчет дополнительной степени очистки, количества 138 дополнительно уловленных нефтепродуктов и взвешенных веществ. Расчет ожидаемого экономического эффекта от снижения расхода флокулянта

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ

СОВМЕСТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

АЭРОГИДРОКАВИТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ И

КОАГУЛЯЦИОННЫХ РЕАГЕНТОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ

ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ИМПЕЛЛЕРНОЙ

ФЛОТАЦИИ ЗАО «РНПК»

5.1 Лабораторное исследование прочностных характеристик макрохлопьев, полученных при очистке нефтесодержащих стоков с использованием коагулянта «Аква-АуратЗО™» и флокулянтов

5.2 Проведение промышленных испытаний по очистке промливневых стоков на импеллерном флотаторе ЗАО «Рязанская НПК» с использованием коагулянта «Аква-АуратЗО™» и флокулянта Praestol 852 ВС Заключение

Выводы

С начала 70-х годов из-за снижения качества воды в источниках водоснабжения и роста внимания мирового сообщества к состоянию окружающей среды повышенное внимание уделяется разработке новых концепций водоочистки [1]. Приоритетными являются следующие направления:

- оптимизация существующих технологий водоочистки с целью сокращения образования биологических и нефтяных шламов, улучшения качества очистки, сокращения капитальных и эксплуатационных затрат;

- развитие новых безотходных технологий очистки стоков физическими (фильтрация через мембраны, обеззараживание с помощью УФ-излучения), биологическими (биологическое обеззараживание), химическими и физико-химическими методами;

- расширение числа постов постоянного контроля качества сырой воды и сбрасываемых вод, не только контролирующими органами, но и станциями очистки стоков промышленных предприятий и городских станций аэрации [1].

Одним из наиболее опасных видов загрязнений для окружающей среды является примеси нефти и нефтепродуктов в стоках, поступающих с предприятий нефтегазового комплекса, электростанций, при транспортировке нефти в танкерах и по трубопроводам, а также из-за отсутствия или недостаточной эффективности очистных сооружений.

Так, например, содержащийся в бензиновых фракциях высокотоксичный ароматический углеводород бензол, относится к канцерогенным соединениям. Он способен накапливаться в человеческом организме, приводя к тяжелым заболеваниям. Основным источником поступления бензола в окружающую среду являются отработанные газы автомобилей (около 70 % масс.), испарения (20 % масс.) и утечка топлива при обслуживании машин на автозаправочных станциях (10%масс) [2].

Опасность попадания нефти и нефтепродуктов со стоками в природные водоемы связана с их устойчивостью к биохимическому окислению. Так, количество нефти в воде при температуре до 5°С уменьшается в течение 2-7 сут. лишь на 15%, а при температуре до 20°С -на 40-50 % [12].

Концентрация растворенных нефтепродуктов в стоках предприятий и водоемов определяется химическим составом и структурой молекул углеводородов, входящих в их состав. Ниже приведены данные по растворимости наиболее распространенных нефтепродуктов и углеводородов в воде (табл. 1).

Таблица 1.

Растворимость нефтепродуктов и углеводородов в воде [3,4]

Нефтепродукт Состав Растворимость в воде, мг!л

Нефть С5 - С40 10-15

Дизельное топливо С14 " С20 8-22

Керосин С9-С18 2-5

Бензин С5 " С12 9-505

Мазут С,6 - С40 0,01-2,00

Парафины: пентан изопентан н-гексан 2,2,4-триметилпентан н-октан С5Н12 С5Н12 C6Hi4 С8н18 с8н18 38,5 48,0 9,5 2,5 0,7

Цикл опарафины: циклопентан циклогексан циклооктан С5Н10 С6Н,2 С8Н16 156,0 55,0 7,9

Олефины: этилен пропилен гексен-1 С2Н4 СзНб С6Н,2 131 200 50

Ароматические: бензол толуол о-ксилол этилбензол СбНб С7Н8 С8Ню С8Ню 1780,0 515 175 152

Как видно из данных табл. 1, растворимость большинства нефтепродуктов значительно превышает уровень ПДК (для водоемов санитарно-бытового использования - 0,1+0,3 мг/л и рыбохозяйственного назначения - 0,05 мг!л [5]). Однако ни один из существующих методов очистки стоков от нефтяных загрязнений (механический, химический, коагуляционно-флотационный, электрохимический, сорбционный, мембранный, биологический) сам по себе не способен обеспечить выполнения следующих современных требований:

• очистка до уровня ПДК и ниже;

• возврат 90-95 % воды в оборотный цикл промышленных предприятий;

• невысокая стоимость очистки;

• малогабаритность установок по очистке стоков;

• высокая степень утилизации ценных компонентов, извлеченных из стоков.

Нефтесодержащие стоки часто имеют сложный состав. Они могут содержать поверхностно-активные вещества, минеральные соли, жиры, масла, частицы пыли, землю и другие примеси. Поэтому очистка таких стоков до уровня ПДК осуществляется в несколько стадий, с применением механических, физико-химических, адсорбционных и биологических методов. Несмотря на огромное число отечественных и зарубежных разработок по технологии очистки стоков проблема глубокой очистки нефтесодержащих эмульгированных стоков, с учетом современных требований, не может считаться решенной. Одной из причин такого положения является недостаточная проработка фундаментальных основ строения, свойств и устойчивости нефтесодержащих коллоидных систем, формирующихся в воде при прохождении технологических циклов. Другая причина заключается в многообразии систем по химическому составу, условиям образования и существования дисперсных систем, к которым относятся сточные воды, что требует проведения индивидуальных исследований для каждого конкретного случая и не всегда возможно.

Третья причина заключается в том, что технология достаточно глубокой очистки стоков часто требует соблюдения условий, трудно выполнимых на практике. Кроме того, многие эффективные методы глубокой очистки сопряжены с большими экономическими и ресурсными затратами; требуют обслуживания высококвалифицированными специалистами, использования дефицитных реагентов с последующей их регенерацией; связаны с необходимостью утилизации или захоронения полученных после очистки стоков отходов; наличием большой территории для очистных сооружений, что является доступным далеко не всем предприятиям. Поэтому во всем мире и в России ведется поиск новых эффективных способов очистки промышленных стоков от нефтепродуктов и совершенствование существующих методов.

Выводы:

1. Установлено, что наибольшая эффективность процесса аэрогидрокавитационной флотационной обработки водо-нефтяных эмульсий нефтеперерабатывающих заводов достигается при оптимальных технологических параметрах, а, именно, кратности циркуляции 0,3-1 и рабочим давлением перед аэрогидрокавитационным аппаратом 3-4 кгс/см2.

2. На основании экспериментальных результатов выведено корреляционное уравнение, позволяющее по значению необходимой степени очистки сточной эмульсии по нефтепродуктам рассчитывать кратность циркуляции очищаемой эмульсии через аэрогидрокавитационный аппарат.

3. Доказано, что раздельная предварительная очистка нефтесодержащих стоков от отдельно стоящих технологических установок или групп установок с одинаковым типом технологического процесса на нефтеперерабатывающих и нефтехимических комбинатах более целесообразна на локальных очистных сооружениях, чем на общезаводских сооружениях.

4. В результате опытно-промышленных испытаний аэрогидро-кавитационных блоков в нефтеловушке стоков ЭЛОУ установлено, что при снижении расхода флокулянта в 2-2,5 раза на последующей стадии импеллерной флотационной очистки стоков удается получить значительное снижение (на 30-50%) остаточного содержания нефтепродуктов в очищенных стоках, откачиваемых на установку биологической очистки после стадии импеллерной флотационной очистки.

5. Выявлено, что использование аэрогидрокавитационных аппаратов в пластинчатых сепараторах WEMCO при снижении расхода флокулянта на 25% от штатного существенно повышает эффективность последующего процесса очистки нефтесодержащих стоков в импеллерных флотаторах, а именно по нефтепродуктам на 24,7%, по взвешенным веществам на 7,3% (экономический эффект 2,8 млн. руб./ год).

6. Комплексное применение аэрогидрокавитационных аппаратов и комбинации реагентов неорганический коагулянт + флокулянт в процессах импеллерной флотации позволяет существенно снизить в очищенных стоках концентрацию нефтепродуктов с 50 до 18 мг/л и взвешенных веществ с 28 до 10 мг/л, по сравнению со стандартными методами обработки.

7. В результате совместного применения аэрогидрокавитационных аппаратов, органического флокулянта и неорганического коагулянта полиоксихлорида алюминия впервые получены положительные результаты при проведении процесса осветления стоков в процессе импеллерной флотации.

8. Создана высокоэффективная аэрогидрокавитационная флотационная технология обработки водо-нефтяных эмульсий, которая легко адаптируется к оборудованию очистных сооружений нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При исследовании факторов, влияющих на эффективность процесса обработки сточных водо-нефтяных эмульсий НПЗ с использованием аэрогидрокавитационного аппарата обнаружено, что для достижения минимальных остаточных концентраций нефтепродуктов и взвешенных веществ в очищенных стоках необходимо поддерживать рабочее давление на входе в АГКА на уровне 3-4 атм, при кратности циркуляции очищаемых стоков через аэрогидрокавитационный аппарат 0,3-1.

Доказано, что очистка нефтесодержащих стоков от нефтепродуктов и взвешенных веществ с использованием аэрогидрокавитационных аппаратов на нефтеперерабатывающих и нефтехимических комбинатах протекает с большей эффективностью на стоках отдельно стоящих технологических установок или групп установок с одинаковым типом технологического процесса, чем на общезаводских смесевых стоках.

Проведена опытно-промышленная эксплуатация аэрогидрокавитационных аппаратов в процессах безреагентной очистки нефтесодержащих стоков в стандартной нефтеловушке стоков ЭЛОУ и пластинчатых сепараторах WEMCO с расчетом экономической эффективности.

В работе на основе систематических исследований по закономерностям аэрогидрокавитационной очистки промышленных стоков разной природы впервые доказана возможность совместного применения неорганического коагулянта «Аква-Аурат ™-30» и органических флокулянтов для флотационных процессов очистки нефтесодержащих стоков с высокой турбулентностью потоков в флотационных камерах. Эффективность совместного использования аэрогидрокавитационного оборудования и композиции химических реагентов была доказана данными полученными на установке импеллерной флотации ЗАО «Рязанская НПК».

1. Janssens J.G./ Developments in Coagulation, Floculation and Dissolved Air Flotation//Water Eng. and Manag. 1992. - 139, №1. -P.26-27,29-31.

2. Прокофьев K.B., Котов C.B., Федотов Ю.И. / Экологически безопасные высокооктановые компоненты автомобильных бензинов // Химия и технология топлив и масел. 1998. - №1. - С. 3-10.

3. Бельков В.М., Чой Санг Уон / Методы глубокой очистки сточных вод от нефтепродуктов // Химическая промышленность. 1998. - №5. - С.14-22.

4. Берне Ф. Кордонье Ж. Водоочистка. Очистка сточных вод нефтепереработки. Подготовка водных систем охлаждения. Пер. с франц.;

5. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения. СанПИН№ 4630-88.

6. Мещеряков С.В., Мазлова Е.А., Заворотный В.Л., Мирошниченко Д.А. / Очистка сточных вод на нефтегазовых производствах // Химия и технология топлив и масел, 2000, №2, с.55-56.

7. Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. Киев: Наукова думка, 1980. - 564 с.

8. Устинова Т.П., Титоренко Е.И., Артеменко С.Е. и др. / Об эффективности локальных установок очистки производственных сточных вод // Химическая промышленность. 2001. - №2. - С. 20-26.

9. Мураков А.П., Гребенчиков Е.Н. / Очистка сильнозагрязненных сточных вод химических производств // Экология и промышленность России, октябрь 2000 г.-С. 9-12.

10. Мясников И.Н., Потанина В.А., Аман В.Э. / Результаты работы новых очистных сооружений нефтебазы // ВСТ: Водоснабжение и санитарная техника.-1993.- №4.-С. 10-11.

11. И. Горюнов А.В. / Методы очистки нефтесодержащих сточных вод // Нефтяная и газовая промышленность. Сер. Нефтепромысловое дело. -1992.-№5.-С. 17-22.

12. Шишкова С.А., Юрченко Л.И., Сорокин М.Я. и др. / Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов на ТЭС и АЭС // Электрические станции. -1993.- №10.-С.28-35.

13. Кувшинников И.М., Чарикова Т.А., Жильцова В.М. и др. / Очистка производственных стоков от нефтепродуктов // Химическая промышленность 1994. - №6. - С. 410-414.

14. Пат. 2108974 Россия, МКИ C02F 1/24 / Способ очистки сточных вод // Ксенофонтов Б.С.

15. Назаров В.Д. / Технология очистки нефтесодержащих вод // Очистка бытовых и произв. сточн. вод: Тез. докл. Башк. обл. правл. БНТО стройиндустрии и др. Уфа, 1990. - С. 3-4.

16. Пат. 2079437 Россия, МКИ C02F 1/40 / Установка для очистки нефтесодержащих сточных вод // Винокуров П.Н., Шеваль В.В., Беляшин П.А. и др.

17. Скрылев Л.Д., Пурич А.И., Замриборщ А.Ф. и др. / Очистка промывных вод, загрязненных нефтепродуктами // Экотехнологии и ресурсосбережение Хим. технол.. 1997. - №5. - С.57-61.

18. Ксенофонтов Б.С. Флотационная очистка сточных вод промышленных предприятий. Обзорн. инф. Сер. Химико-фармацевтич. пр-во. Вып. 7. -М.: Гос. НИИ экономики мед. промышл., 1997.

19. Лихачев Е.И. / Опыт применения устройства для очистки сточных вод от нефтепродуктов // Нефтепереработка и нефтехимия. (Москва). 1990. -№2.-С.41-43.

20. Пономарев В.Г., Челюк О.А., Кимаев М.А. и др. / Напорный нефтеотделнтель для очистки воды в оборотных системах НПЗ// Нефтепереработка и нефтехимия. (Москва). 1998. - № 10. - С.49-51.

21. Селиванов А.В. / Дифференциатор нефтесодержащих сточных вод ДНС 1.3.5 // Водоснабж. и санитарн. техника. 1992. - №7. - С.10-11.

22. Пат. 1674895 СССР, МКИ В01 D 17/02, 21/00 / Устройство для очистки сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов // Селиванов А.В. идр.

23. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия: Учеб. для унтов и хим.-технол. вузов. 2-е изд., перераб и доп. - М.: Высш. шк., 1992. -414 с.

24. Перевалов В.Г., Алексеева В.А. Очистка сточных вод нефтепромыслов. -М.: Изд-во «Недра», 1969. 224 с.

25. Ионниди О.А., Прохоров А.А., Роев Г.А. Новые технологии для очистки нефтезагрязненных вод, почв, переработки и утилизации нефтешламов. Междунар. конф. 10-11 декабря 2001 г. Тез. докл. М.: Издат. дом «Ноосфера», 2001. - С. 35.

26. Ребиндер П.А., Липец М.Е., Римская М.М. Таубман А.Б. Физико-химия флотационных процессов. Москва-Ленинград-Свердловск: Метал лургиздат, 1933.

27. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Избранные труды. М.: Наука, 1978. - 368 с.

28. Алексеев Д.В., Николаев Н.Л. / Анализ технико-экономических показателей работы флотационных аппаратов // Химическая промышленность. 2001, №1. - С.40-43.

29. Аграноник Р.Я., Писклов Г.А. / Биофлотационная и микрофлотационная технологии очистки сточных вод // ВСТ. Водоснабжение и санитарная техника. Haustechn/ - 1993, №9. - С.29.

30. Мещеряков Н.Ф. Флотационные машины и аппараты. М.: Недра, 1984. -250 с.

31. Мацнев А.И. Очистка сточных вод флотацией. Киев: Буд1вельник, 1976. -132 с.

32. Скрылев Л.Д., Пурич А.И., Замриборщ А.Ф. и др. / Очистка промывных вод, загрязненных нефтепродуктами // Экотехнологии и ресурсосбережение Хим. технол.. 1997. - №5. - С.57-61.

33. Демихова З.И. Процесс удаления из сточных вод нефтепродуктов при помощи флотации. Дисс. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. М.: 1992.-182 с.

34. Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. Л.: Химия, 1977. - 520 с.

35. Пономарев В.Г., Чучалин И.С. / Применение импеллерной флотации для очистки сточных вод // ВСТ: Водоснабжение и санитарная техника. 1990. -№10. -С.29-32.

36. Патент 2146228 Россия, МПК7 C02F 1/24. Импеллерный флотатор /Пономарев В.Г., Самсонова С.П. // Бюл. изобр. 2000. - №7.

37. Пономарев В.Г. / Очистка сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов // ЭКВАТЭК-2000: 4-й Междунар. конгр. «Вода: экол. и технол.», Москва, 30 мая-2 июня, 2000. Тез. докл. М.: 2000. - С. 564-566.

38. Пат. 2174050 Россия , МПК7 В 01 D 1/14 / Механическая флотационная машина // Мещеряков Н.Ф., Сабиров Р.Х.

39. Глембоцкий В.А., Классен В.И. Флотация. -М.: Недра, 1973.

40. Мещеряков Н.Ф. Флотационные машины и аппараты. М.: Недра, 1984.

41. Абрамов А.А. Флотационные методы обогащения. М.: Недра, 1984.

42. Физико-химические основы теории флотации: Сб. статей. Под ред. Д.Д. Плаксина.-М.: Наука, 1985.

43. Мещеряков Н.Ф. Кондиционирующие и флотационные машины и аппараты. -М.: Недра, 1990.

44. Кулаков Е.А. / Сточные воды фабрик первичной обработки шерсти, их очистка и извлечение шерстного жира (ланолина) // Очистка промышленных сточных вод. Вып.2. -М.: Госстройиздат, 1959.

45. Песенсон И.Б. / Исследования по очистке от жира и взвешенных веществ сточных вод мясокомбинатов флотацией в промышленных флотационных машинах // XXV научная конференция ЛИСИ: Тез. докл. Л., 1967.

46. Шифрин С.М., Хосид Е.В. Очистка сточных вод предприятий рыбообрабатывающей промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1977.

47. Alkhatib Е.А., Tiem L.T. / Wastewater Oil Removal Evaluated // Hydrocarbon Processing. 1991. - V.70. - №8. - P.77-80.

48. Мегунье Ж.П. Оптимизация процесса очистки сточных вод НПЗ на установке напорной флотации с применением кинетико-математического моделирования. Дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М.: 2000. -189 с.

49. Заявка ФРГ 4138848, МКИ C02F 1/24, C02F 1/66. Wurdig G., Rier J. / Verfahren zur Durchfiirung einer Teilstromflotation mit gesteuerter Ruckfiihrung von Reinwasser.

50. Курков Л.М., Бриль Д.М. / Очистка нефтесодержащих сточных вод многокамерной флотацией // Химия и технология воды. 1990. - Т. 12. -№10.-С. 918-921.

51. Карелин Я.А., Перевалов В.Г. Очистка сточных вод от нефтепродуктов. -М.: Гос. изд-во лит-ры по строит., архитектуре и строит, материалам, 1961. 132 с.

52. А.С. 585125 СССР, МКИ С 02/С 1/ 2 . Бардин А.Ф., Бронштейн И.С., Курков Л.М. и др. / Аппарат для флотационной очистки сточных вод.

53. А.с. 1623967 СССР, МКИ С02 F 1/24 / Способ очистки жидкостей от углеводородных примесей флотацией // Плугин А.И.

54. Роев Г.А., Калаков С.М. Краткий обзор развития вакуумной флотации при очистке нефтесодержащих сточных вод. Экспрессинформация ВНИИОЭНГ. Сер. «Транспорт и хранение нефти». 1990. - Вып. 12. - С. 7-10.

55. Назаров В.Д. Очистка нефтесодержащих вод. Дисс. на соиск. учен. степ, докт. техн. наук. -М.: 1996.

56. Колесников В.А., Вараксин С.О., Ильин В.И. / Электрофлотационныйспособ очистки сточных вод от ионов металлов и органическихзагрязнителей и оборудование // Химическая промышленность. 1994. - №6.-с. 28-34.

57. Капустин Ю.И., Колесников В.А., Крючкова JI.A., Кокарев Г.А. / Электрофлотационная технология очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты // Химическая промышленность. 2000. - №7. - с.53-56.

58. Селемекев В.Ф., Образцов А.А., Киселев Ю.И., Бобринская Г.А. и др. / Очистка маслосодержащих сточных вод компрессорных станций // Пробл. химии и хим. технол.: Тез. докл. ; Центр.- Черноземн. регион, конф., Тамбов, 4-5 окт., 1996. С. 137-138.

59. Александров И.В., Родюшкин О.И. и др. / Электрофлотационная очистка сточных вод коксохимического производства от смол и масел // Кокс и химия. 1992. - №6. - С. 47-49.

60. Колесников В.А., Мерзлякова Е.А. / Органические примеси в сточных водах и способы их извлечения // Обезвреживание и регенерация твердых органических отходов и растворителей: Тез. докл. зональн. конф. 29-30 нояб., 1990. Пенза, 1990. - С.3-4.

61. Насыров Ю.Н. / Судовая установка для очистки нефтесодержащих вод // Очистка бытовых и производств, сточных вод: Тез. докл. Башкирского обл. правл. БНТО стройиндустрии и др. Уфа, 1990. - С. 17-18.

62. Ильин В.И., Громова Е.В. и др. / Извлечение органических веществ из растворов и сточных вод электрофлотацией // Обезвреживание ирегенерация твердых органических отходов и растворителей: Тез. докл. зональн. конф. 29-30 нояб., 1990. Пенза, 1990. - С.4-6.

63. А.с. 1474096 СССР, МКИ C02F 1/46. Способ очистки сточных вод электрофлотацией /Назаров В.Д., Тихомиров А.Г., Тихомирова Н.К. и др. // Бюл. изобр. 1989. -№15. - С.84.

64. Арсентьев В.А., Горловский С.И., Устинов И.Д. Комплексное действие флотационных реагентов. М.: Недра, 1992. - 160 с.

65. Запольский А.К., Баран А.А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. Свойства, получение, применение. JL: Химия. Ленингр. отд-ние, 1987.-204 с.

66. Мягченков А.А., Баран А.А., Бекутров Е.А., Булидорова Г.В. Полиакриламидные флокулянты. Казань, 1998. - 288 с.

67. Вейцер Ю.И., Минц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод. М.: Стройиздат, 1984. - 201 с.

68. Тимофеева С.С., Бейм A.M., Бейм А.А./ Эколого-технологические принципы выбора флокулянтов для очистки сточных вод от глинистых взвесей //Химия и технология воды. 1994. -т.16, №1. -С.72-76.

69. Сотскова Т.З. Демкина Т.В., Борышкевич Л.Д., Голик Г.А. / Флотационное разделение фаз эмульсий М/В, стабилизированных анионными ПАВ // Химия и технология воды. 1988. - т. 10, №5. - С.402-405.

70. Баран А.А., Соломенцева И.М. / Флокуляция дисперсных систем водорастворимыми полимерами и ее применение в водоочистке // Химия и технология воды. 1983. -т.5, №2. - С. 120- 136.

71. Shelly S.A. / The Battle Cry for Coagulants and Flocculants: Charge 1 // Chem. Eng. (USA). 1997. - v. 104, №6. - P. 63-64.

72. Заявка 2308312 Великобритания, МКИ B01D 17/035 / Ito Hiratsui // Oil Separating Method.

73. Пат. 294422 ГДР, МКИ B01D 17/04, C02F 1/24 / Jaeger W., Gohlke U., Jobmann M., Otto A., et al. // Flotationsmittel und- verfahren zur Reinigung olhaltiger Abwasser,

74. Pat. 5151195 USA, ICI B01D 15/00 / Buriks R.S., Fauke A.R. // Flotation-Aid Composition and Method of use Thereof.

75. A.c. 1594146 СССР, МКИ C02/F 1/24 / Кошелева Л.А., Липунова И.Н. и др. // Способ очистки сточных вод от нефтепродуктов.

76. А.с. 1691320 СССР, МКИ C02/F 1/58 / Кошелева Л.А., Синицын В.В., Комлев A.M. и др. // Способ очистки сточных вод от нефтепродуктов и масел.

77. Prodanov Е., Dobrevski I.D., Prodanova S.K. / Anwendung synthetisher kationenaktiver Polyelektrolyte zur Abwasserreinigung in der Erdolindustrie // Acta hydrochim. et hydrobiol. 1990. - v. 18, № 1. - P. 115-118.

78. Pat. 2257698 GB, ICI C02/F 1/54 / Evain E.J., Downs H.H., Durham D.K. // Floe Modifiers for Water Clarifiers.

79. Шубов Л.Я., Иванков Г.И. Запатентованные флотационные реагенты. Справ, пособие. -М.: Недра, 1992. 143 с.

80. La Мег V.K., Smellie R.H./ Flocculation, Subsidence and Filtration of Phosphate Slime // J. Colloid. Sci. 1952. - 11, №6. - P.704-709.

81. La Mer V.K. / Filtration of Colloidal Dispersions Flocculated by Anionic and Cationic Polyelectrolytes // Disc. Farad. Soc. 1966. - №42. - P.248-254.

82. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами. М.: Наука, 1977. - 356 с.

83. Хавский И.И., Токарев В.Д. / Осветление воды и водных растворов флотофлокуляцией // Цветная металлургия. 1979, №3. - с. 20-23.

84. Абрамова Л.И., Байбурдов Т.А., Григорян Э.П. и др. Полиакриламид. М.: Химия, 1992. - 192 с.

85. Николаев А.Ф., Охрименко Г.И. Водорастворимые полимеры. Л.: Химия, Ленингр. отд., 1979. - 144 с.

86. Бутова С.А., Гнатюк П.П. Флокулянты. Свойства, получение, применение. М.: Стройиздат, 1997. - 200 с.

87. Страхов Е.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов. Л.: Недра, 1983. - 263 с.

88. Lucassen-Reynders Е.Н., Lucassen J., Giles D. / Surface and Bulk Properties of Mixed Anionic/Cationic Surfactant Systems // J.Colloid. Sci. 1981, №1. - P. 151-157.

89. Goswami A.K., Babadur P. / Role of Mixed Emulsifier in Emulsion Stability // Progr. Colloid. Polym. Sci.- 1978. 63, №1. - P. 27-29.

90. Скрылев Л.Д., Скрылева Т.Л., Небеснова T.B. / Гетерокоагуляционная модель процесса флотационного выделения тонкоэмульгированных нефтепродуктов // Химия и химическая технология. 2001. - т.44, №1. - С. 143-146.

91. Тронов А.В., Хохлов Д.Б., Нигматуллина А.И. / Исследование процесса турбулентной микрофлотации в слабоконцентрированных прямых водонефтяных эмульсиях // Химия и технология воды. 1991. - 13, №10. -С. 887-894.

92. Ксенофонтов Б.С. Очистка сточных вод. Флотация и сгущение осадков. -М.: Химия, 1992.-143 с.

93. Пирсол И. Кавитация. Пер. с англ. Ю.Ф. Журавлева. Ред., предисл. и дополн. JI.A. Эпштейна. -М.: Мир, 1975. 94 с.

94. Мачинский А.С., Яхова Н.А., Марутовская Н.Н. Кавитационные аппараты для очистки сточных вод. Обзорная информация. -М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1991. Вып. 2. - 41 с.

95. Эпштейн Л.А. Методы теории размерности и подобия в задачах гидромеханики судов. Л.: Судостроение, 1970. - 105 с.

96. Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. М.: Мир, 1974. - 688 с.

97. Федоткин И.М., Немчин А.Ф. Использование кавитации в технологических процессах. Киев: Вища школа / Изд-во при КГУ. - 1984. -68 с.

98. Немчин А.Ф., Сергеев Г.И., Мачинский А.С. Суперкавитирующие аппараты. Обзорная информация. М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1990. - Вып.1. -41 с.

99. Пурис Б.И., Полесский Э.П., Герцович В.А., Клюмель Г.П. / Использование гидродинамической кавитации для флотационной очистки жидкостей // Проблемы тепло-массообмена -85; Респ. межвед. научно-техн. сб. Минск: 1986. - С. 29-33.

100. Немчин А.Ф. Исследование гидродинамических характеристик суперкавитирующих насосов. Дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. -Киев, 1979.-246 с.

101. Мачинский А.С., Козюк О.В., Шишлов Д.Н. Кавитационные смесители. Обзорная информация. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1990. - Вып.1. - 52 с.

102. Ю7.Сулейманов Р.Н. Разработка и оптимизация работы напорного флотационного аппарата очистки и подготовки сточных нефтепромысловых вод для системы поддержания пластового давления. Автореф. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Уфа: 1996. - 23 с.

103. Ю8.Сулейманов Р.Н. К вопросу подбора размеров пузырьков газа в при флотационной очистке сточных нефтесодержащих вод. В сб.: Вопросы охраны окружающей среды. Ленинград-Николаев: ЛХТИП, 1986. - 43 с.

104. Назаров В.Д., Крайнева Э.А., Майорова Л.П., Сулейманов Р.Н. Комплексный технико-экономический подход к проблеме рационального использования водных ресурсов в нефтяной промышленности. М.: ВНИИОНГ, 1987.-40 с.

105. А. с. №1393796 (СССР) / Мархасин И.Л., Назаров В.Д., Нурутдинов Р.Г. и др. Способ очистки и подготовки сточных нефтепромысловых вод и устройство для его осуществления // Бюл. изобр.№17,1988.

106. Методическое руководство по анализу сточных вод нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов, (издание третье, переработанное, аттаестованное), Уфа.: БашНИИ НП, 1992.-111с.