Исследование влияния серы и ее соединений на стабильность работы оборотных систем в нефтепереработке тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.04, кандидат технических наук Быкова, Екатерина Викторовна

• Быкова, Екатерина Викторовна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Быкова, Екатерина Викторовна

Введение.

Глава 1. Анализ влияния качества воды на стабильность работы оборотных систем в нефтепереработке.

1.1. Требования, предъявляемые к качеству воды оборотных систем нефтеперерабатывающих заводов. -Ю

1.2. Факторы, влияющие на стабильность работы оборотных систем.

1.3. Методы управления качеством воды оборотных систем в нефтепереработке.

Глава 2. Методики проведения экспериментальных исследований.

2.1. Исследования состава воды оборотных систем.

2.2. Исследование процесса окисления серы и сероорганических соединений.

2.3. Определения числа сероокисляющих микроорганизмов в оборотной воде.

Глава 3. Динамика изменения концентрации серы и ее соединений в оборотной воде нефтеперерабатывающего завода.

3.1. Изучение закономерностей изменения концентрационных показателей воды оборотных систем нефтеперерабатывающих заводов.

3.2. Определение концентрации серы и ее соединений.

Глава 4. Изучение возможности химического и биохимического окисления серы и ее соединений.

4.11 Исследование окисления серы под действием кислорода воздуха.

4.2. Исследование биохимических превращений соединений серы в воде оборотных систем.

4.2.1. Изучение видового состава сероокисляющих бактерий в оборотной воде.

4.2.2. Изучение окисления сероорганических соединений под действием микроорганизмов, содержащихся в оборотной воде.

4.3. Составление схемы превращений серы и ее соединений в оборотной воде.

Глава 5. Разработка технологических мероприятий по стабилизации качества воды оборотных систем.

Глава 6. Экономическая часть.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование влияния серы и ее соединений на стабильность работы оборотных систем в нефтепереработке»

Качество воды оборотных систем является важным фактором, определяющим стабильность работы технологических установок.Изменение качества воды оборотных систем может привести к выходу из строя не только нефтеперерабатывающих установок, но и сооружений очистки сточных вод предприятий, как локальных (отстойники, флотаторы и т.д.), так и сооружений биологической очистки. Это связано с тем, что в случае формирования неудовлетворительного качества оборотной воды производят замену охлаждающего» агента в оборотной системе. Это приводит к выносу на локальные и биологические сооружения огромных количеств окислов железа, взвешенных веществ, сульфатов и нефтепродуктов. Поэтому важнейшей задачей технологов и инженеров водного хозяйства нефтеперерабатывающих заводов является разработка системы мер по поддержанию стабильного качества оборотной воды соответствующего технологическим требованиям.Важность этого утверждения можно продемонстрировать на следующем примере. В июне 1970 года на Куйбышевском нефтеперерабатывающем заводе произошло резкое снижение рН оборотной ВОДЫ; до 5,0 - 3,5. В ноябре того же года процесс понижения рН самопроизвольно прекратился и вновь начался в мае 1971 г., продолжаясь до первой половины октября того же года. В 1971 г. были проведены научноисследовательские работы на тему: "Изыскание реагентных методов обработки оборотной воды Куйбышевского НПЗ с целью снижения ее коррозионности". Исследования проводили специалисты Куйбышевского инженерно-строительного и Педагогического институтов. В результате исследования причины, приводящие к резкому понижению рН, установлены не были. в системе водного хозяйства блока оборотного водоснабжения № 3 Куйбышевского нефтеперерабатывающего завода с 25 декабря 2000 года по 15 марта 2001 года вновь имело место самопроизвольное понижение рН оборотной воды до рН = 4,0-3,0. Наряду с повышением рН было отмечено повышение содержания сульфатов в оборотной воде до 500 мг/л при среднем значении за 2000 год около 150 мг/л. Понижение рН в оборотной воде приводит к резкой интенсификации коррозионного процесса, который сопровождается глобальным увеличением содержания железа и его окислов в оборотной воде соответственно до 3,0-6,0 мг/л (при среднем около 0,4 мг/л) и до 100-110 мг/л (при среднем 2-3 мг/л).Природа таких явлений в практике работы нефтеперерабатываюш,их предприятий не изучена и представляет большой научный и практический интерес, т.к. связана с усиленной коррозией оборудования и трубопроводов • технологических установок, блока оборотного водоснабжения, а таьсже с многократным увеличением экологических платежей за сверхнормативный сброс сульфатов и ухудшению других показателей очистки производственных сточных вод из-за дестабилизации всего цикла очистки.Целью настоящей работы является изучение протекающих в оборотных системах нефтепереработки химических и биохимических процессов с участием серы и ее соединений для разработки инженерных решений по стабилизации качества воды.Для достижения поставленной цели в работе необходимо было решить следующие задачи: - провести анализ концентраций различных соединений серы и других компонентов в оборотной воде; - выяснить возможность химического и биохимического окисления коллоидной серы под действием кислорода; - выяснить основные факторы, определяющие стабильность качества воды оборотных систем нефтепереработки; - разработать технолопиеские мероприятия по стабилизации качества воды оборотных систем.Научная новизна.1. В составе оборотной воды нефтеперерабатывающего завода впервые обнаружена элементарная сера в концентрациях до 50 мг/л.2. Установлено, что элементарная сера является основным исходным веществом для образования серной кислоты в оборотной системе, которая является причиной возникновения аварийной ситуации.3. Показано, что в воде оборотных систем присутствуют сероокисляющие микроорганизмы; бактерии ТБ Thioparus sp., серобактерии рода Beggiatoa sp. и Thiothrix sp. Наиболее распространенными являются бактерии ТБ Thioparus sp., количество которых может достигать 5,2-10 кл/мл.4. Показано, что окисление элементарной серы до серной кислоты может протекать, как химическим путем, так и посредством сероокисляюших микроорганизмов. Серосодержащие органические соединения окисляются только биохимическим путем. Разработана схема превращений серы и ее соединений в воде оборотных систем нефтепереработки.5. Выявлено в качестве основного фактора, определяющего стабильность работы оборотных систем, соотношение концентрации элементарной серы и щелочности [НСОз]/[8].6. Разработан ряд технологических мероприятий, направленных на поддержание стабильности работы оборотных систем и технологическая схема подготовки подщелачивающего раствора.Практическая значимость и реализация работы.1. Установлены причины возникновения аварийных ситуаций в оборотных системах в нефтепереработке, связанной с образованием серной кислоты в оборотной воде.2. Выданы рекомендации по совершенствованию плана-графика химикотехнологического контроля, позволяющего определять критические предаварийные состояния оборотных систем.3. Разработаны мероприятия позволяют предотвращать залповые сбросы загрязняющих веществ при смене оборотной воды в процессе ликвидации аварийных ситуаций на блоках оборотного водоснабжения.4. Комплекс проведенных исследований позволяет разработать систему поддержания; стабильности качества воды оборотных систем, обеспечивающую нормальную работу технологических установок в нефтепереработке.Автор выносит на защиту. - результаты исследования химического и микробиологического состава воды оборотных систем; - результаты исследований окисления серы и ее соединений растворенным кислородом; - схему превращений серы и ее соединений в оборотной воде нефтеперерабатывающих заводов; - шкалу состояний оборотной системы в зависимости от соотношения концентраций серы и щелочности; - систему мероприятий по поддержанию стабильности работы.Научные разработки выполнены в соответствии с планом научноисследовательских работ Самарской государственной архитектурностроительной академии, проводимых в рамках научно-технической программы «Интеграция науки и высшего образования России».Научные разработки построены на результатах анализа многочисленных технологических экспериментов, произведенных в лабораторных и промышленных условиях. В работе для решения конкретных задач использовались современные физико-химические методы исследования и анализа.Автор выражает благодарность за научные консультации при подготовке работы А.К. Стрелкову, СЕ. Никифорову, М.Г. Дюжакину, Л.Ф. Кузьминой, Л.Л. Негоде и др.

Заключение диссертации по теме «Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов», Быкова, Екатерина Викторовна

1. Впервые в составе оборотной воды нефтеперерабатывающего завода обнаружено присутствие элементарной серы в концентрациях до 50 мг/л.2. Установлено, что элементарная сера является основным исходным веществом для образования серной кислоты в оборотной системе, которая является причиной возникновения аварийной ситуации.3. Показано, что в воде оборотных систем присутствуют сероокисляющие микроорганизмы: бактерии ТБ Thioparus sp., серобактерии рода Beggiatoa sp. и Thiothrix sp. Наиболее распространенными являются бактерии ТБ Thioparus sp., количество которых может достигать 5,2-10 кл/мл.4. Показано, что окисление элементарной серы до серной кислоты может протекать, как химическим путем, так и посредством сероокисляющих микроорганизмов. Серосодержащие органические соединения окисляются только биохимическим путем. Разработана схема превращений серы и ее соединений в воде оборотных систем нефтепереработки.5. Выявлено в качестве основного фактора, определяющего стабильность работы оборотных систем, соотношение концентрации элементарной серы и щелочности [НСОз]/[8]. Разработана щкала состояний оборотной системы в зависимости от^ соотношения концентраций серы и щелочности.6. Разработан ряд технологических мероприятий, направленных на поддержание стабильности работы оборотных систем.7. Выданы рекомендации Куйбышевскому нефтеперерабатывающему заводу для внедрения результатов настоящей диссертационной работы в производство.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Быкова, Екатерина Викторовна, 2004 год

1. Берне Ф., Кордонье Ж. Водоочистка. Очистка сточных вод нефтепереработки. Подготовка воды систем охлаждения: Пер. с франц. / Под ред. Е.И. Хабаровой и И.А. Роздина - М.: Химия, 1997. - 288 с.

2. Беличенко Ю.П. Замкнутые системы водообеспечения химических производств. - М.: Химия, 1990. - 208 с.

3. Шабстин А.Ф. Оборотное водоснабжение промышленных предприятий. - М.: Стройиздат, 1972. - 296 с.

4. Замкнутые системы водного хозяйства металлургических предприятий / 2-е изд. перераб. и доп. В.И. Аксенов. - М.: Металлургия, 1991. - 124 с.

5. Ведомственные указания по технологическому проектированию производственного водоснабжения, канализации и очистки сточных вод предприятий нефтеперерабатывающей промышленности. ВУТП-97, - М.: Министерство топлива и энергетики РФ, 1997.

6. Кучеренко Д.И., Гладков В.А. Оборотное водоснабжение (системы водяного охлаждения). - М: Стройиздат, 1980. - 168 с.

7. Технологический регламент блока оборотного водоснабжения завода № 1: Утв. техн. директором Тольятгикаучук: Введ. В действие с 01.05.2002. - Тольятти: Тольятгикаучук, 2002, - 408 с.

8. Кучеренко Д.И., Меркулов В.А. Исследование источников механического загрязнения систем оборотного водоснабжения. - Тр. ВОДГЕО, 1977. Хв.Николадзе Г.И. Технология очистки природных вод. - М.; Высшая школа, 1987.-479 с.

9. Биологический метод предупреждения биообрастания теплообменников / П.И. Гвоздяк, В.У. Никоненко, Т.Г. Чеховская, Л.П. Гренива, Т.М. Гринчишина // Химия и технология воды. - 1995. - Т.П. - № 11

10. Предотвращение биологического обрастания железобактериями теплообменного оборудования / А.Д. Додолов, В.В. Шидловский, Е.А. Чесноков, Ш.Б. Верхоглазов, Е.Г, Смирнов // Водоснабжение и санитарная техника. - 1991. - № 3, - 25.

11. Микробиологические проблемы замкнутых экологических систем. - Новосибирск: Наука, 1981. - 197 с.

12. Дэюамилова Р.К, Караева НИ., Магеррамова Н.Р. Состав биоценоза обрастания систем оборотного водоснабжения двух нефтеперерабатывающих предприятий и эффективность хлорирования для борьбы с ним. - В кн.: Биокоррозия, биоповреждения, обрастания, 1976.

13. Атанов НА, Воронов Ю.В., Негода Л.Л., Кшнякина Н.В. Качественный состав биоценоза биологической пленки и очистка оборотной воды на градирнях // Химия и технология воды, - 1986. - 8. - № 3, - 69-71.

14. Прогнозирование коррозии металлов. - М.: Металлургия, 1989. - 151 с.

15. Водоснабжение и водоотведение. Наружные сети и сооружения: Справочник / Под ред. Б.Н. Репина - М.: Высшая школа, 1995. - 431 с.

16. ЗолотоваЕ.Ф., Асе Г.Ю. Очистка воды от железа, фтора, марганца и сероводорода. - М.: Стройиздат, 1975. - 123 с. 4в.Стромберг А.Г., Семченко Д.П.. Физическая химия. - М.: Высш. шк., 2003.-527 с.

17. А. Swinarski, Z. Skaleski, Przemysl Ch. II Przem. ferm. i owoc. - warzyw. - 1958.-37, №2. 48.//.Л. Наливайко II Труды по химии и химической технологии. - 1960. -Вып. 2.

18. Атанов НА., Воронов Ю.В., Негода Л.Л. Технологическая схема подготовки оборотной воды для предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности // Тезисы - 1985 г. - 9-11.

19. Воронов Ю.В., Атанов НА., Негода Л.Л. Исследование оборотных систем нефтеперерабатывающих заводов // Исследования по интенсификации методов очистки сточных вод: сб. науч. тр. - М.: МИСИ, 1987.

20. Костюк В.И. Бессточное нефтеперерабатывающее производство. - Киев: Техника, 1979.-122 с.

21. Методика выполнения измерений рН в водах потенциометрическим методом: ПНД Ф 14.1:2:3:4.121-97: Утв. гос. комитетом РФ по охране окружающей среды в 1997 г. / Разраб. ГУАК Госкомэкологии России. -М., 1997.-6 с.

22. ГОСТ 4151-72. Методические указания. Определение общей жесткости в пробах воды титриметрическим методом с трилоном Б. - Взамен ГОСТ 4151-48; Введ. 01.01.74. - М.: Изд-во стандартов, 1973. - 6 с.

23. Стрелков А.К., Быков Д.Е., Назаров А.В. Изучение коагулирующей способности водных растворов полигидроксохлоридов алюминия // Водоснабжение и санитарная техника. - 2001. - № 3. - 23-25.

24. К механизму влияния магнитной обработки воды на процессы накипеобразования и коррозии / О.И. Мартынова, А.С. Копылов, Е.Ф. Тебенихин, В.Ф, Очков // Теплоэнергетика. - 1979. - № 6. - 67-69.

25. Классен В.И. Омагничивание водных систем. - М.: Химия, 1978. - 240 с. б^.Терновцев В.Е. Магнитные установки в системах оборотного водоснабжения. - Киев: Буд1вельник, 1976. - 88 с,

26. Кристаллизация СаСОз из оборотной воды в присутствии оэксиэтилиден- фифосфоновой кислоты / Л.Д. Павлухина, В.Г, Дубин, Н.П. Вельская и др. // Химия и технология воды, - 1987. - Т.9. - № 2. no

27. Исследования по защите металлов от коррозии в химической промышленности: сб.статей / Ред. Коллегия: М.Н. Фокин и др. - М.: Всесоюзн. науч.-исслед. ин-т по защите металлов от коррозии, 1976. -140 с.

28. Основы учения о коррозии и защите металлов / Перевод с англ. А.В. трейдера. - М.: Мир, 1978. - 223 с.

30. Блохинов В.Ф., Никитин А.Ю., Пилипенко Н.Н. Программы по антикоррозийной защите оборудования // Нефтепереработка и нефтехимия. - М.: ЦНИИТЭнефтехимии, 2001. - № 9. - 34-40.

31. Коррозионная стойкость оборудования химических производств. Нефтеперерабатывающая промышленность: Справ, изд. / Под ред. Ю.И. Аргакова, A.M. Сухомина. -Л. : Химия, 1990.

32. Metal loss inhibitors and prosses therewith: Пат. 6344090 США, МПК ,^ C23 G 1/04/ Henkel Соф., Johnston William G. - № 091381421; Заявл. 19.03.1998; Опубл. 05.02.2002; НПК 13412.

33. Синтез ингибитора комплексного действия для водооборотных систем // Нефтепереработка и нефтехимия: Науч.-инф. сб. - 2003. - № 8. - 68.

34. Применение медноамиачного реагента для борьбы с биологическим обрастанием в системах промышленного водоснабжения // Водоснабжение и санитарная техника. - 1980. - № 4. - 23-24

35. Wasserbehandlung Bei Kublturmen. Kalte- und Юш1а1ес1т // Нефтепереработка и нефтехимия. - М.: ЦНИИТЭнефтехимии, 2001. - № 8.-С. 22,24,28.

36. Untangling the complexities of cooling water chemistry. Daniels David. Power (USA) // Нефтепереработка и нефтехимия. - М.: ЦНИИТЭнефтехимии, 2002. - № 6 - 43-44,46,48, 50, 52.

37. Карасевич Ю.Н. Экспериментальная адаптация микроорганизмов. - М.: Наука, 1975. - 179 с.

38. Промышленные неорганические продукты: Справочник./Под. ред. Ошина Л.А. - М.: Химия, 1978. - 656 с.

39. Вредные химические вещества. Углеводороды. Галогенпроизводные углеводородов: Справ, изд./А.Л, Бандман, Г.А. Войтенко, Н.В. Волкова и др.; Под. ред. В.А, Филова и др. - Д.: Химия, 1990, - 732 с.

40. Вредные веш;ества в промышленности: Справочник для химиков, инженеров и врачей. В 3-х томах./ Под. ред. Н.В. Лазарева, Э.В. Левиной. -Л. : Химия, 1976.

41. Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оитимизапди в химической технологии. - М.: Химия, 1969. - 564 с.

42. Экономическая и финансовая политика в сфере охраны окружающей среды: Сборник аналитичесюк материалов нормативных правовых актов и ведомственных документов./ Под общ. ред. проф. В.И. Данилова-Данильяна. - М: НУМЦ Госкомэкологии России, 1999. - 512 с.