無磷阻垢緩蝕劑在煤氣化循環(huán)水中的應(yīng)用

史 玉, 趙士學(xué)

(北京拓凱化工技術(shù)有限公司, 北京 100124)

無磷阻垢緩蝕劑在煤氣化循環(huán)水中的應(yīng)用

史 玉, 趙士學(xué)

(北京拓凱化工技術(shù)有限公司, 北京 100124)

通過考察煤氣化循環(huán)水的工藝和水質(zhì)特點(diǎn)，制定無磷水處理技術(shù)方案；在實(shí)驗(yàn)室測試了無磷阻垢緩蝕劑的阻垢性能和緩蝕性能；在現(xiàn)場應(yīng)用的過程中沒有結(jié)垢現(xiàn)象，掛片測定碳鋼腐蝕速率可以達(dá)到0.010mm/a。在循環(huán)水中采用無磷水處理技術(shù)可以減少磷排放，減少環(huán)境污染。

無磷;阻垢緩蝕劑;煤氣化;循環(huán)水

工業(yè)循環(huán)水使用的阻垢緩蝕劑一般多用磷系的復(fù)合配方，磷系水處理藥劑給工業(yè)外排水帶來大量含磷化合物，對水源造成污染，會使自然水體富含營養(yǎng)，導(dǎo)致水藻、藍(lán)藻快速生長。 我國在2013年制定的合成氨工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，其中磷排放限值0.5mg/L，排放的要求提高了，循環(huán)冷卻水使用無磷方案是較好的選擇。粉煤氣化制甲醇聯(lián)產(chǎn)合成氨尿素的技術(shù)在我國有廣泛的應(yīng)用，是煤炭綜合利用，轉(zhuǎn)化為潔凈能源和化肥產(chǎn)品的有效途徑之一，同時(shí)也能促進(jìn)國內(nèi)的資源優(yōu)化配制。這是一條節(jié)能、降耗、循環(huán)、環(huán)保的氨醇生產(chǎn)工藝路線，一套全面優(yōu)秀的冷卻水運(yùn)行管理系統(tǒng)可以為穩(wěn)定生產(chǎn)提供保障。另一方面，穩(wěn)定的水質(zhì)水源，高效的化學(xué)處理藥劑也很重要。 循環(huán)水在使用過程中不僅受到陽光照射、風(fēng)吹雨淋、灰塵雜物等室外因素的影響，而且生產(chǎn)工藝中的廢水串入、原料泄露等影響因素也很多。

1 現(xiàn)場條件

某化肥廠采用航天爐煤氣化技術(shù)，生產(chǎn)甲醇、合成氨等產(chǎn)品，氣化循環(huán)冷卻水用戶包括航天爐裝置燒嘴、冷凝器、壓縮機(jī)、空分、甲醇、合成氨等工藝?yán)鋮s水的很多換熱設(shè)備。用水設(shè)備多，換熱效率要求高，因此對循環(huán)冷卻水水質(zhì)要求也高，補(bǔ)充水水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 補(bǔ)充新水水質(zhì)指標(biāo)

補(bǔ)充的新水不斷循環(huán)、蒸發(fā)、濃縮，當(dāng)濃縮倍數(shù)達(dá)到2倍時(shí)，計(jì)算朗格利爾(L.S.I)飽和指數(shù)為1.9，雷茲納(R.S.I)穩(wěn)定指數(shù)為5.3，為結(jié)垢型水質(zhì)，濃縮倍數(shù)提高則呈嚴(yán)重結(jié)垢型水質(zhì)，見表2。同時(shí)循環(huán)水的含鹽量高，也存在很強(qiáng)的鹽腐蝕。

表2 不同濃縮倍數(shù)下的穩(wěn)定指數(shù)

計(jì)算時(shí)pH值9.1-9.3，總?cè)芄探?jīng)測定為電導(dǎo)率的75%，溫度35℃為防止換熱設(shè)備結(jié)垢，同時(shí)也考慮外排水pH值要求小于9，循環(huán)水系統(tǒng)采用加硫酸的方式，調(diào)整循環(huán)水pH到9以下。計(jì)算加酸后的飽和指數(shù)和穩(wěn)定指數(shù)，水質(zhì)的結(jié)垢傾向有下降，但依然呈結(jié)垢性水質(zhì)，見表3。

表3 加酸后的穩(wěn)定指數(shù)

計(jì)算時(shí)pH值為9，堿度550mg/L，總?cè)芄探?jīng)測定為電導(dǎo)率的75%，溫度35℃

2 實(shí)驗(yàn)部分

針對煤氣化循環(huán)水的工藝和水質(zhì)特點(diǎn)，制定了一套無磷水處理技術(shù)方案。在實(shí)驗(yàn)室對無磷阻垢緩蝕劑的阻垢、緩蝕方面的性能進(jìn)行了測試。

2.1 試驗(yàn)儀器和藥品

分析天平、旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)儀、恒溫水浴鍋、燒瓶、溫度計(jì)、酸度計(jì)、分光光度計(jì)、電導(dǎo)率儀、恒溫干燥箱、馬弗爐、水質(zhì)測定相關(guān)設(shè)備藥品等。

2.2 試驗(yàn)用藥劑和水質(zhì)

試驗(yàn)用的無磷阻垢緩蝕藥劑，由丙烯酸丙烯酸磺酸丙烯酸酯馬來酸共聚物和天然提取物復(fù)合生產(chǎn)，技術(shù)指標(biāo)見表4。此復(fù)合物是不含磷的純有機(jī)產(chǎn)品，在工業(yè)循環(huán)水中使用，減少了微生物的營養(yǎng)源，更符合環(huán)保需要。

表4 無磷阻垢緩蝕劑技術(shù)指標(biāo)

試驗(yàn)用水質(zhì)是從現(xiàn)場采集的生產(chǎn)新水，水質(zhì)指標(biāo)見表1。

2.3 阻垢性能測定

通過靜態(tài)阻垢試驗(yàn)考察無磷阻垢藥劑的阻垢性能，試驗(yàn)方法參照《水處理劑阻垢性能的測定 碳酸鈣沉積法》(GB16632-2008)進(jìn)行。測定試驗(yàn)前后水中的鈣離子濃度，計(jì)算阻垢率。試驗(yàn)采用不加酸和加酸兩種方式進(jìn)行。

在試驗(yàn)水中分別投加無磷阻垢緩蝕劑，使藥劑的質(zhì)量濃度達(dá)到10、20、30、40mg/L，不同藥劑濃度下的阻垢率見圖1所示。可以看出當(dāng)藥劑投加濃度達(dá)到20mg/L時(shí)，不加酸調(diào)整的阻垢率為90%，加酸調(diào)整后阻垢率可以達(dá)到97%以上，藥劑量再增加則阻垢率趨于平穩(wěn)。

圖1 不同藥劑濃度下的阻垢率

圖2 不同藥劑濃度下的腐蝕率

2.4 緩蝕性能測定

通過旋轉(zhuǎn)掛片試驗(yàn)考察無磷藥劑的緩蝕性能。試驗(yàn)方法參照《水處理劑緩蝕性能的測定-旋轉(zhuǎn)掛片法》(GB18175-20000)進(jìn)行。試片材質(zhì)：A3碳鋼。在試驗(yàn)水中投加無磷阻垢緩蝕劑，使藥劑的質(zhì)量濃度達(dá)到40、60、80、100mg/L，不同藥劑濃度下的腐蝕率見圖2所示。當(dāng)藥劑濃度達(dá)到60mg/L時(shí)，不加酸調(diào)整水質(zhì)的碳鋼腐蝕率可以達(dá)到0.055mm/a，加酸調(diào)整水質(zhì)后的碳鋼腐蝕率可以達(dá)到0.070mm/a。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 化學(xué)水處理技術(shù)方案

主要包括投加無磷阻垢緩蝕劑，用來控制換熱設(shè)備的結(jié)垢和控制用水設(shè)備的腐蝕；投加主要成分為有效氯的氧化性殺菌劑、投加主要成分為有機(jī)溴和有機(jī)硫的非氧化性殺菌劑，協(xié)同控制循環(huán)水中微生物的繁殖，控制粘泥的增長。加硫酸調(diào)整循環(huán)水的PH值在8～9之間。

3.2 循環(huán)水運(yùn)行和水質(zhì)檢測情況

表5中是摘錄的循環(huán)水水質(zhì)檢測數(shù)值，現(xiàn)場操作采用加酸運(yùn)行。

表5 循環(huán)水水質(zhì)檢測數(shù)值

表5(續(xù))

3.3 循環(huán)水運(yùn)行效果

3.3.1 在5月至10月的生產(chǎn)期間，生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)一直正常，開機(jī)檢查也沒有結(jié)垢現(xiàn)象。

3.3.2 在水池中掛片測定腐蝕率，結(jié)果均符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。藥劑投加量60mg/L時(shí)，碳鋼腐蝕速率0.063mm/a；藥劑投加量提高到100mg/L時(shí)，碳鋼腐蝕速率0.010mm/a。

3.3.3 檢查用水設(shè)備沒有粘泥附著，沒有明顯菌藻生長。檢測細(xì)菌總數(shù)為6.0×103個/mL，符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4 結(jié)果討論

煤氣化裝置周圍環(huán)境一般比較差，給管理帶來不少困難。循環(huán)水系統(tǒng)為很多設(shè)備提供冷卻水，對水質(zhì)要求很高。無磷水處理藥劑在煤氣化循環(huán)水的應(yīng)用中，取得很好的使用效果，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

無磷阻垢緩蝕劑投加濃度從60mg/L提高到100mg/L時(shí)，碳鋼腐速率從0.063mm/a下降到0.010mm/a，緩蝕效果更明顯。操作時(shí)可以從使用效果與經(jīng)濟(jì)效益的平衡來考慮合適的藥劑投加量。

選擇使用無磷水處理藥劑可以減少排水中的磷含量，減輕水體富養(yǎng)化，減少環(huán)境污染；有利于減輕微生物的繁殖和苔藻生長，從而減少循環(huán)水殺菌滅藻劑的用量；減少循環(huán)水中磷酸鹽沉積，提高換熱設(shè)備的傳熱系數(shù)，降低能量消耗。

[1] 周本省.工業(yè)水處理技術(shù)[M].2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

[2] 賀永德.現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊[M]. 2版. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2010.

[3] 嚴(yán)蓮荷.水處理藥劑及配方手冊[M]. 北京：中國石化出版社，2003.

[4] 環(huán)境保護(hù)部. GB13458-2013合成氨工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

[5] 中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會化工分會. GB50050-2007工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6] 國家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].4版. 北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

(本文文獻(xiàn)格式：史 玉, 趙士學(xué).無磷阻垢緩蝕劑在煤氣化循環(huán)水中的應(yīng)用[J].山東化工，2016，45(08)：93-95.)

Application of Non Phosphorus Scale and Corrosion Inhibitor Used in Coal Gasification Circulating Cooling Water

Shi Yu，Zhao Shixue

(Beijing Tuokai Water Treatment Ttechnical Co.,Ltd.,Beijing 100124,china)

Through the investigation of the coal gasification circulating water technology and water characteristics, to develop non phosphorus water treatment technique；In the laboratory test the anti fouling performance and corrosion inhibition performance of non phosphorus corrosion inhibitor；No fouling in the process of practical application, the corrosion rate of carbon steel was 0.010mm/a. In the circulating cooling water using non phosphorus water treatment technology can reduce phosphorus emissions, reduce pollution to the environment.

non phosphorus; corrosion inhibitor; coal gasification; circulating cooling water

2016-03-07

史 玉(1974—)，北京人，工程師，本科。主要從事水處理化學(xué)品的研究和水務(wù)運(yùn)營管理工作。

TQ085.4

B

1008-021X(2016)08-0093-03