Атыарузский НПЗ

1. Источник водоснабжения

Для технологических расчетов приняты показатели качества исходной воды р. Урал.

Таблица 1

Показатели качества исходной воды

Наименование показателя	Величина					Примечание
	мг/дм³			ммоль/дм³		Примечание
	минимум	максимум		минимум	максимум
1	2		3	4	5	6
1. Жесткость общая	-		-	4,5	7,5
2. Щелочность общая	-		-	3,0	4,5
3. Кальций (Са²⁺)	-		-	2,0	3,5
4. Магний (Mg²⁺)	-		-	2,5	4,0
5. Железо общее (Fe²⁺)	0,05		0,15	-	-
6. Сульфаты (SO₄^2-)	50		150	-	-
7. Хлориды (Cl^-)	60		170	-	-
8. Солесодержание	350		600	-	-
9. Окисляемость перманганатная, мгО/дм³	1,8		2,5	-	-
10. рН	8		9
11. Взвешенные вещества	80		400	-	-

2. Производительность установки

Производительность установки составит:

- 320 м³/ч по умягченной воде для обеспечения потребностей питания котлоагреагатов ТЭЦ давления 40,4 ата, котлов-утилизаторов технологических установок и подпитки тепловой сети завода;

3. Требования к качеству продукта

Показатели качества умягченной воды принимаются по «Техническому заданию» Заказчика:

- жесткость, ммоль/дм³	- не более 5,0;
- щелочность, ммоль/дм³	- не более 0,7-0,8;
- железо общее, мкг/дм³	- не более 28;
- рН	- 10,5-11,0;
- солесодержание, мг/дм³	- 200-350.

4. Сброс сточных вод осуществляется в канал грязных вод.

5. Обоснование внедрения противоточного ионирования

Способ регенерации ионитов противотоком известен несколько десятков лет и особенно интенсивно внедряется в практику водоподготовки последние 15-20 лет.

Отсутствие соответствующего надежного отечественного фильтровального оборудования и ионообменных смол, работающих в условиях противотока, не позволило широко внедрить эту технологию в проекты водоподготовительных установок российских предприятий.

Существуют несколько разных технологий противоточного обессоливания ионированием.

Технология противоточного ионирования с блокировкой слоя ионита водой по разработке ВНИИАМа. Этот способ имеет ряд недостатков: высокая вероятность разрушения среднего распределительного устройства, требуются дополнительные затраты на блокирующий поток воды, необходимы периодические промывки ионитов для удаления мелкой фракции и загрязнений, фильтр нельзя полностью заполнить ионитом (нужно свободное пространство над средним распредустройством для взрыхляющей промывки), регенерация требует длительного периода и значительных трудозатрат, сложна конструкция фильтра.

Технология противоточного ионирования со взвешенным слоем ионита в восходящем потоке обрабатываемой воды. Этот способ воплощен в технологиях Швебебед (варианты: Лифбет, Ринзебет, Мультистеп) фирмы «Байер АГ» и Амберпак фирмы «Ром и Хаас».

При всех отличиях в технологических приемах и конструкции оборудования для этого типа технологии характерны следующие недостатки: большая зависимость от колебаний расхода фильтруемой воды; возможность внутрислойного перемешивания ионита при колебаниях расхода рабочего потока, что уменьшает рабочую обменную емкость ионообменной смолы; необходимость осуществления взрыхляющей промывки ионитов от загрязнений, то есть нужна дополнительная емкость для перегрузки ионитов, при которой усиливается разрушение (истирание) гранул ионитов; большая чувствительность к содержанию взвешенных примесей в осветленной воде (до 0,5 мг/дм³).

Способ АПКОРЕ отличают от параллельноточного ионирования и вышеупомянутых технологий, такие принципиально существенные особенности и преимущества:

- большая скорость фильтрования – до 40 м/ч – позволяет уменьшить количество необходимых фильтров, количество регенераций ионитов, количество расходуемых реагентов и воды на собственные нужды;

- максимальная загрузка фильтров ионитами – наиболее полно используется вся вместимость фильтров;

- эффективная очистка ионитов от загрязнений взвешенными примесями, в том числе от ионитной «мелочи», следовательно, исключен вынос «мелочи» из катионитного фильтра в анионитный фильтр, при этом очистка производится в самом фильтре – не требуется перегрузка в специальную емкость;

- остановки и изменения скорости фильтрования рабочего потока воды не нарушают слойность загрузки разных смол за счет специально разработанных фирмой «Дау Кемикал Компани» ионитов, что позоволяет совместить в одном фильтре слабо- и сильноосновной аниониты без разделяющей их перегородки;

- простота конструкции фильтра, позволяющая выполнить модернизацию серийных параллельно-точных фильтров I ступени в соответствии с технологией АПКОРЕ только путем замены в фильтрах распределительных устройств и установки смотровых окон;

- простота управления: фильтры легко поддаются автоматизации;

- меньшая зависимость от качества осветленной воды.

Разработанная фирмой «Дау Кемикал Компани» (США) современная технология противоточной ионообменной регенерации уплотненных слоев смолы в восходящем потоке – UPCORE (Upflow Countrercurrent Regeneration) наряду с высокими технико-экономическими показателями выгодно отличается надежностью, технологичностью и удобством эксплуатации.

Опыт внедрения и эксплуатации в течение четырех лет противоточной технологии АПКОРЕ на ТЭЦ-12 АО «Мосэнерго» показал возможность достижения высокого качества обессоленной воды на одной ступени ионирования при низких удельных расходах реагентов и воды на регенерацию.

6. Описание технологии АПКОРЕ

Технология АПКОРЕ – это система с противоточной регенерацией и прямым током обрабатываемой воды.

Фильтр оборудован двумя распределительными системами: верхней и нижней. Ионообменная смола располагается над нижней распределительной системой. Под верхней распределительной системой помещают слой плавающего инертного материала. Этот материал пропускает потоки уплотняющей воды и регенерационных растворов с ионитной мелочью и механическими загрязнениями и задерживает зерна нормального размера.

Обрабатываемая вода поступает через верхнюю дренажную систему, проходит через плавающий слой инертного материала, затем через слой ионита и выходит через нижнюю дренажную систему. По окончании фильтроцикла ионообменная смола регенерируется.

Этапы регенерации преследуют две цели:

- вытеснение поглощенных загрязнений и восстановление обменной емкости;

- очистку слоя от мелочи и механических загрязнений.

Каждый этап имеет свои собственные точные параметры: скорость потока и время.

Регенерация проходит в пять этапов:

- уплотнение;

- ввод регенерационных растворов;

- вытеснение реагентов;

- осаждение;

- доотмывка.

На рис. 1. схематично показан регенерационный цикл противоточного фильтра по технологии АПКОРЕ.

Уплотнение

Цель уплотнения – поджатие слоя ионита вверх без нарушения зоны фильтрации, подготовка к вводу регенеранта и вытеснение загрязнений, аккумулированных в верхней части слоя. Вода для уплотнения подается снизу вверх. Скорость потока, позволяющая достигнуть нужной степени уплотнения, зависит от количества свободного пространства, типа смолы и температуры воды.

Процесс происходит быстро и эффективно благодаря высоким скоростям потока.

Регенерация

Перед регенерацией расход уплотняющей среды снижается до расхода регенерационного раствора. Раствор подается снизу вверх со скоростью, достаточной для поддержания слоя в зажатом состоянии.

Подача регенерационного раствора в направлении, противоположном току обрабатываемой воды, способствует высокой степени регенерации выходных слоев ионообменной смолы, эффективному восстановлению обменной емкости и позволяет снизить расход реагентов на регенерацию. Во время процесса регенерации также происходит отмывка от ионитной мелочи.

Вытеснение

Сразу после окончания подачи регенерационного раствора следует этап вытеснения реагентов потоком умягченной воды снизу вверх по линии подачи регенерационного раствора при тех же скоростях, что и регенерация. Вытеснение реагентов требует меньшего количества воды благодаря качественным ионитам, применяемым в системах АПКОРЕ.

Осаждение

После вытеснения подача воды прекращается, слой смолы свободно осаждается в течение 5-15 мин. Осаждение происходит послойно без разрушения зоны фильтрации. Мелкие фракции за счет классификации зерен ионита перемещаются в верхнюю часть слоя и удаляются в процессе следующей регенерации.

Быстрая промывка

Быстрая промывка производится по линии основного потока сверху вниз.

Все этапы регенерации сопровождаются самоочищением смолы.

Между этапами уплотнения, регенерации и вытеснения не должно быть промежутков во времени. Скорости потоков воды и регенерирующих растворов должны быть установлены за 3-5 с. Это достигается за счет использования быстродействующей арматуры.

Все операции по восстановлению ионообменной смолы, за исключением второго этапа отмывки, производятся с использованием умягченной воды.

7. Иониты, применяемые в технологии АПКОРЕ

Отличительной особенностью технологии АПКОРЕ, как и других технологий противоточного ионирования, является использование смол с однородным гранулометрическим составом. В то время, как размер гранул обычной смолы имеет нормальное распределение в диапазоне от 0,35 до 1,2 мм, фракционный состав смолы Дауэкс Моносфера, значительно более однородный: 95% гранул не выходят за пределы ± 10% от среднего размера.

Применение этих смол обеспечивает лучшую кинетику, более высокую обменную емкость и продолжительность фильтроцикла, а также уменьшение потребления реагентов и промывочной воды. При промывке возможно значительное увеличение линейной скорости потока, что повышает эффективность удаления из слоя смолы имеющихся загрязнений.

Специальная технология синтеза монодисперных смол, разработанная фирмой Дау Кемикал позволяет:

- значительно повысить механическую прочность зерен;

- существенно улучшить осмотическую стабильность;

- повысить химическую стойкость;

- повысить устойчивость к отравлению органикой и другими веществами.

В соответствии с данными опыта эксплуатации монодисперсных смол на западных ВПУ, благодаря комплексу механических, осмотических и химических характеристик ионитов, в течение 8-12 лет не производилось никаких досыпок, в то время как для стандартных полидисперсных смол срок службы из-за досыпок и естественного старения смолы не превышает 10 лет.

Технология противоточного умягчения ВПУ ОАО «Атыраусский НПЗ» предусматривает применение сильнокислотного катионита Дауэкс Моно С-600 (в Na-форме) для натрий-катионитных фильтров.

8. Конструкция противоточного фильтра

Основным элементом модернизации является установка в фильтрах верхнего и нижнего распределительного устройства в виде трубчато-колпачковой системы, состоящей из коллекторов с боковыми ответвлениями. Коллекторы и боковые ответвления выполнены из нержавеющей стали. Щелевые колпачки верхнего и нижнего распределительного устройства пластмассовые, двойные. Размер щелей верхнего распределительного устройства 0,5 мм, нижнего распределительного устройства 0,2 мм.

В верхнюю часть фильтра загружается инертный материал на высоту 290 мм ниже верхнего распредустройства.

Фильтр практически полностью загружается ионитами и инертным материалом из расчета обеспечения свободного пространства над слоем ионообменной смолы 50-100 мм.

Для контроля состояния без вскрытия фильтры оборудуются смотровыми окнами на уровне нижнего и верхнего распределительных устройств. Подсветка смотровых окон производится стационарными электрическими фонарями.

9. Описание технологической схемы.

9.1. Установка предварительной подготовки воды.

9.1.1. Исходная вода с расходом примерно 490 м³/ч подается на подогреватели речной воды. Температура исходной воды изменяется от 2⁰С в зимнее время до 26⁰С в летнее время. Подогреватели должны обеспечить постоянный подогрев воды.

Подогретая вода подается в два осветлителя, где осуществляется процесс известкования.

Для улучшения качества коагулированной воды в осветлители устанавливают тонкослойные модули («ламели»). Ламели изготавливают по индивидуальным конструкторским чертежам.

Насосы известкованной воды подают воду на осветлительные фильтры.

9.1.2. Для осветления известкованной воды устанавливаю осветли-

тельные фильтры. Необходимость промывки фильтров устанавливается по продолжительности фильтроцикла или снижению нагрузки на фильтр.

Расчетные данные по работе осветлительных фильтров представлены в таблице 2.

Загрузка осветлительных фильтров – гидроантрацит «N», обладающий однородным гранулометрическим составом, высокой грязеемкостью, лучшей механической и гидравлической прочностью по сравнению с традиционным антрацитом.

Таблица 2.

Показатель	Величина	Примечание
1	2	3
1.Расход известкованной воды, м³/ч	325-330
2.Приняты к установке фильтры – диаметр, мм - диаметр, мм - площадь, м² - количество, шт.	3000 7,1 4+1+1
3. Высота загрузки, м	1
4. Скорость фильтрования (м/ч) при работе 5-ти фильтров 4-х фильтров	9,15-9,3 11,4-11,6
5.Тип загрузочного материала	гидроантрацит «N» фракции 0,8-1,8 мм, поддерживающий слой фракции 2-4 мм
6.Время взрыхления, мин. 1 операция – водой 2 операция – воздухом 3 операция - водой	3-5 3-5 3-5

7.Расходы воды и воздуха на взрыхление одного фильтра, м³ 1 операция – водой 2 операция – воздухом 3 операция - водой	14,9 34,1 14,9
8.Грязеемкость, кг/м³	1,5
9.Суточные число промывок всех фильтров, пром/сут	~ 4
10.Среднечасовой расход воды на взрыхление, м³/ч	~ 5
11.Объем загрузки, м³	35,5

9.2. Установка получения обессоленной воды

Осветленная вода подается на натрий-катионитные противоточные фильтры (Naпрот.), загруженные сильнокислотным катионитом.

Расчетное качество осветленной воды, подаваемой на натрий-катионитные фильтры, представлено в таблице 3.

Таблица 3.

Наименование показателя	Величина, ммоль/дм³		Примечание
Наименование показателя	минимум	максимум	Примечание
1	2	3	4
1. Жесткость	2,9	4,55
2. Щелочность	0,7	0,7
3. Кальций (Са²⁺)	0,4	0,55
4. Магний (Mg²⁺)	2,5	4,00
5. Натрий (Na⁺)	1,23	4,77
6. Хлориды (Cl^-)	1,69	4,79
7. Сульфаты (SO₄^2-)	1,74	3,83
8. рН	10,5-11	10,5-11
9. Окисляемость перманганатная, мгО/дм³	0,9	1,25

Для регенерации Naпрот. используеся раствор поваренной соли

Расчетные данные по работе Naпрот. представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Показатель	Величина	Примечание
1	2	3
1.Расход воды, подаваемой на фильтры, м³/ч	326-330
2.Приняты к установке фильтры – диаметр, мм - площадь, м² - количество, шт.	3000 7,1 2+1+1
3.Высота загрузки, м	1,01
4.Скорость фильтрования (м/ч) при работе 3-х фильтров 2-х фильтров	15,4 23,1
5. Тип загрузочного материала	Сильнокислотный катионит Дауэкс Моно С-600
Показатель	Величина	Примечание
6.Рабочая обменная емкость, моль/м³	1109-1023
7.Продолжительность фильтроцикла одного фильтра, ч	42,3-24,5
8.Расход осветленной воды на уплотнение, м³	17,0
9.Время уплотнения, мин	3
10.Удельный расход 100%-ной поваренной соли на регенерацию, моль/моль	1,39-1,50
11.Расход регенерационного раствора поваренной соли (8%), м³	20,4
12.Время пропуска регенерационного раствора, мин	16
13.Расход воды на отмывку по линии регенерации, м³	36,2
14.Время отмывки по линии регенерации, мин	29
15.Время осаждения, мин.	10
16.Расход воды на отмывку по потоку, м³	54,3
17.Время отмывки по потоку, мин.	20
18.Суточное число регенераций всех филтров, рег/сут	1,10-1,86
19.Расход воды на регенерацию, м³	127,9
20.Среднечасовой расход воды на собственные нужды, м³/ч	5,86-9,91
21.Объем загрузки, м³	54,3
22.Ежегодная досыпка, м³/год	1,1

9.3. Сбросные регенерационные воды от Na-катионитных фильтров, направляются в канал грязных вод.

Объем сброса составляет 5,86-9,91 м³/ч.

Состав сбросов:

Са²⁺ - 433-363мг/дм³;

Mg²⁺ - 1625-1585мг/дм³;

Na⁺ - 1410-1835 мг/дм³;

Cl^- - 7810-8160 мг/дм³;

SO₄^2- - 84-184 мг/дм³;

солесодержание – 11405-10340 мг/дм³;

рН – 10,5-11.