СПОСОБ ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДЫ Российский патент 1995 года по МПК C02F1/42 

Изобретение относится к очистке воды и может быть использовано для подготовки добавочной воды парогенераторов, подпитывания тепловых сетей и опреснения соленой воды.

Известен способ очистки добавочной воды котлов аммоний-катионированием [1] Этим способом умягчают добавочную воду и уменьшают щелочность котловой воды. Уменьшение щелочности котловой воды происходит вследствие термического разложения поступающего в котел с добавочной водой бикарбоната аммония на аммиак и углекислый газ и удаления этих газов в пар.

Недостатками этого способа являются отсутствие повторного использования pегенеpатоpов, как попадающих в отработавший регенерационный раствор вследствие превышения затрат регенерантов над стехиометрически необходимыми затратами, так и поступающих в очищаемую воду в виде обменных ионов, а также повышенный объем солевых стоков в виде регенерационных стоков и продувки котла, превышающий солевой поток, поступающий с исходной водой.

Известен способ обессоливания воды, включающий водород-катионирование, бикарбонат или карбонат-анионирование, декарбонизацию, водород-катионирование и гидроксид-анионирование с регенерацией водород-катионитных фильтров кислотой, гидроксид-ионитного фильтра щелочью, а бикарбонат или карбонат-анионитного фильтра соответствующей содой [2]
Недостатками этого способа являются отсутствие повторного использования регенерантов, как попадающих в отработавший регенерационный раствор вследствие превышения затрат регенерантов над стехиометрически необходимыми затратами, так и поступающих в обессоливаемую воду в виде обменных ионов, а также повышенный объем солевых стоков, превышающий солевой поток, поступающий с исходной водой.

Известен способ обессоливания конденсата электростанций, включающий аммоний-катионирование и гидроксид-анионирование с регенерацией ионообменных фильтров гидроксидом аммония [3]
Недостатками этого способа являются отсутствие повторного использования регенерантов, как попадающих в отработавший регенерационный раствор вследствие превышения затрат регенерантов над стехиометрически необходимыми затратами, так и поступающих в обессоливаемую воду в виде обменных ионов, а также повышенный объем солевых стоков, превышающий солевой поток, поступающий с исходной водой.

Известен способ обессоливания воды, включающий водород-катионирование, бикарбонат-анионирование, декарбонизацию, водород-катионирование и гидроксид-анионирование с регенерацией водород- катионитных фильтров кислотой, гидроксид-анионитного фильтра щелочью, а бикарбонат-анионитного фильтра раствором бикарбоната магния, получаемым растворением в воде углекислым газом шлама, образующегося при известковании регенерационных стоков ионитных фильтров. Осветленные после известкования регенерационные стоки ионируются в отдельных аммоний-бикарбонат-анионитном и водород-катионитных фильтрах и подмешиваются к обессоливаемой воде перед декарбонизатором [4]
Недостатком этого способа является отсутствие полного повторного использования регенерантов, так как отсутствует повторное использование кислоты и щелочи, как попадающих в отработавший регенерационный раствор вследствие превышения затрат регенерантов над стехиометрически необходимыми затратами, так и поступающих в обессоленную воду в виде обменных ионов, а также повышенный объем солевых стоков, превышающий солевой поток, поступающий с исходной водой.

Целью изобретения является полное повторное использование регенерантов, а также уменьшение количества солевых стоков.

Предлагаемый способ так же, как прототип, включает ионирование воды в катионо- и анионообменных фильтрах, регенерацию этих фильтров, обработку регенерационного стока с переводом избытка регенерирующего вещества в нежидкую фазу без отгонки воды, отделение из регенерационного стока переведенного в нежидкую фазу регенерирующего вещества, растворение отделенного регенерирующего вещества в отдельной воде с получением регенерационного раствора. Но в отличие от прототипа в предлагаемом способе регенерационные стоки катионо- и анионообменных фильтров обрабатывают совместно, регенерацию катионо- и анионообменных фильтров производят раствором одного и того же вещества, например, гидроксида аммония, карбоната аммония, бикарбоната аммония, бикарбоната магния, отличающегося высокой растворимостью в воде и способностью быть выведенным из водного раствора в нежидкую фазу без отгонки воды, например при нагреве, ионированную воду обрабатывают с переводом растворенного в ней регенерирующего вещества в нежидкую фазу без отгонки воды и отделяют из воды переведенное в нежидкую фазу регенерирующее вещество, отделенное регенерирующее вещество растворяют в отдельной воде с получением регенерационного раствора.

При использовании в качестве регенерирующего вещества гидроксида аммония или карбоната аммония, или бикарбоната аммония, перевод этого вещества в нежидкую фазу и отделение его от ионированной воды и от регенерационного стока производят в контактных теплообменниках нагревом водяным паром с получением очищенных от регенерирующего вещества воды и регенерационного стока и содержащих эти вещества парогазовых смесей, эти смеси охлаждают с получением регенерационного раствора в виде конденсата.

При использовании в качестве регенерирующего вещества бикарбоната магния по первому варианту, перевод регенерирующего вещества в нежидкую фазу и отделение его от ионированной воды и от регенерационного стока производят в контактных теплообменниках нагревом водяным паром с получением очищенных от регенерирующего вещества воды и регенерационного стока и содержащих эти вещества суспензий и парогазовых смесей, суспензии охлаждают и абсорбируют ими парогазовые смеси с получением регенерационного раствора.

При использовании в качестве регенерирующего вещества бикарбоната магния по второму варианту, перевод регенерирующего вещества в нежидкую фазу и отделение его от ионированной воды и от регенерационного стока производят известкованием с получением очищенных от регенерирующего вещества ионированной воды и содержащих это вещество суспензий, обрабатывают суспензии углекислым газом с получением регенерационного раствора.

Анализ патентной и научно-технической литературы не выявил способа обессоливания воды с отличительными признаками и с положительным эффектом, присущими предлагаемому изобретению. Следовательно, данное изобретение соответствует критерию "существенные отличия".

На чертеже показана схема осуществления предлагаемого способа.

Способ обессоливания воды осуществляют следующим образом.

Исходную воду обрабатывают в катионообменном 1 и анионообменном 2 фильтрах, отрегенерированных одним и тем же веществом, например гидроксидом аммония, карбонатом аммония, бикарбонатом аммония, бикарбонатом магния, отличающимся высокой растворимостью в воде и способностью быть выведенными из водного раствора в нежидкую фазу без отгонки воды, например, при нагреве. Ионированную воду обрабатывают с переводом растворенного в ней регенерирующего вещества в нежидкую фазу без отгонки воды, например, нагревом, и отделяют из воды переведенное в нежидкую фазу регенерирующее вещество в реакторе 3 ионированной воды. Отделенное регенерирующее вещество растворяют в отдельной воде с получением регенерационного раствора в реакторе 4 регенерационного раствора. Полученный регенерационный раствор собирают в баке 5 регенерационного раствора. Регенерационный раствор подают на истощенные ионообменные фильтры насосом 6. Регенерационный сток ионообменных фильтров собирают в баке 7 регенерационного стока. Регенерационный сток насосом 8 подают в реактор 9 регенерационного стока, где регенерационный сток обрабатывают с переводом растворенного в нем регенерирующего вещества в нежидкую фазу без отгонки воды, например, нагревом, и отделяют от воды переведенное в нежидкую фазу регенерирующее вещество. Отделенное в реакторе 9 регенерационного стока регенерирующее вещество обрабатывают в реакторе 4 регенерационного раствора совместно с регенерирующим веществом, полученным в реакторе 3 ионированной воды.

При использовании в качестве регенерирующего вещества легколетучего вещества, например гидроксида аммония, или карбоната аммония, или бикарбоната аммония, реакторы 3 и 9 ионированной воды и регенерационного стока соответственно представляют собой контактные теплообменники, в которых ионированная вода и регенерационный сток обрабатываются водяным паром. При этом регенерирующее вещество возгоняется, и в итоге получаются очищенные от регенерирующего вещества вода и регенерационный сток и содержащие регенерирующее вещество парогазовые смеси. В парогазовые смеси кроме водяного пара при применении в качестве регенерирующего вещества гидроксида аммония поступает образующийся при его разложении аммиак, а при применении бикарбоната или карбоната аммония образующиеся при их разложении аммиак и углекислый газ. Реактор 4 регенерационного раствора представляет собой поверхностный теплообменник, в котором при охлаждении полученных в реакторах 3 и 9 парогазовых смесей происходит конденсация водяного пара и растворение в полученном конденсате газов, образовавшихся при возгонке регенерирующего вещества. В итоге получается регенерационный раствор.

При использовании в качестве регенерирующего вещества бикарбоната магния по первому варианту реакторы 3 и 9 ионированной воды и регенерационного стока представляют собой также контактные теплообменники, в которых ионированная вода и регенерационный сток обрабатываются водяным паром. При этом регенерирующее вещество разлагается с образованием карбоната магния, выпадающего в шлам, и углекислого газа. В итоге получаются очищенные от регенерирующего вещества вода и регенерационный сток, и содержащие регенерирующее вещество суспензии и парогазовые смеси. Реактор 4 регенерационного раствора представляет собой абсорбер, в котором охлажденными суспензиями, полученными в реакторах 3 и 9 абсорбируют полученные там же парогазовые смеси. В итоге получается регенерационный раствор.

При использовании в качестве регенерирующего вещества бикарбоната магния и по второму варианту реакторы 3 и 9 ионированной воды и регенерационного стока представляют собой осветлители, в которых ионированная вода и регенерационный сток обрабатываются известью. При этом регенерирующее вещество выпадает в шлам в зависимости от дозы извести в виде карбоната или гидроксида магния. В итоге получаются очищенные от регенерирующего вещества вода и регенерационный сток, и содержащие регенерирующее вещество суспензии. Реактор 4 регенерационного раствора представляет собой растворитель, в котором суспензии, полученные в реакторах 3 и 9, растворяются углекислым газом. В итоге получается регенерационный раствор.

Количество ступеней ионирования очищаемой воды определяется требованиями к качеству обессоленной воды. Возможно применение фильтров смешанного действия, так как для регенерации катионитного и анионитного фильтров используется один и тот же регенерант. Регенерация ионитных фильтров может производиться с любыми кратностями расхода регенеранта, не меньшими требуемых для обеспечения нужного качества фильтрата. Однако, чрезмерно высокие кратности расхода регенеранта приводят к увеличению объемов регенерационных стоков, а также к их разбавлению (после очистки от регенеранта). Оптимальная кратность расхода регенеранта при прямоточной регенерации при применении в качестве регенеранта гидроксида аммония, или карбоната аммония, или бикарбоната аммония, или смеси этих веществ составляет 1,5-2,5 г-экв/г-экв. Отгонка паром регенеранта из ионированной воды и регенерационных стоков при применении в качестве регенеранта веществ, указанных выше, производится с высокой интенсивностью при выше 95^оС. Конденсирование отогнанного регенеранта с высокой интенсивностью производится при температурах ниже 40^оС.

П р и м е р. Исходную воду, имеющую температуру 30^оС и ионный состав, мг-экв/л: Сa 0,03; Na 6,787; CO₃ 0,5; OH 0,2; SO₄ 3,094; Cl 2,994, пропускают через две ступени аммоний-карбонат гидроксид-ионитных фильтров смешанного действия, загруженных равными объемами катионита КУ-2 и анионита АВ-17. Из ионированной воды с ионным составом, мг-экв/л: Ca 0,003; Na 0,005; NH₄ 6,812; CO₃ 4,866; OH 1,946; SO₄ 0,003; Cl 0,005, отгоняют паром в атмосферном деаэраторе регенерант, представляющий собой смесь карбоната и гидроксида аммония. При этом вода подогревается до 104^оС и обессоливается. Обессоленная вода имеет ионный состав, мг-экв/л: Ca 0,003; Na 0,005; NH₄ 0,056; OH 0,056; SO₄ 0,003; Cl 0,005. Выпар деаэратора, содержащий отогнанные аммиак и углекислый газ, а также водяной пар в количестве 0,2% от расхода деаэрируемой воды, конденсируют в охладителе выпара с получением регенерационного раствора. При этом конденсат охлаждается до 35^оС. Полученным регенерационным раствором с концентрацией карбоната аммония 1537 мг-экв/л и гидроксида аммония 615 мг-экв/л последовательно регенерируют 2-ю и 1-ю ступени аммоний-карбонат-гидроксид-ионитные фильтры с кратностью расхода регенеранта на катионит 1,5 г-экв/г-экв. Отмывку фильтров производят обессоленной водой с кратностью 2 м³/м³. Отмывочную воду пропускают последовательно через 2-ю и затем через 1-ю ступень, Отработавший регенерационный раствор и отмывочную воду смешивают и усредняют. Полученный регенерационный сток имеет расход 3,3% от расхода натрий-катионированной воды и ионный состав, мг-экв/л: Ca 0,9; Na 204,8; NH₄ 100,7; CO₃ 87,5; OH 35; SO₄ 93,3; Cl 90,3. Из этого регенерационного стока отгоняют аммиак и углекислый газ паром в атмосферном деаэраторе для регенерационного стока. При этом регенерационный сток очищается от регенеранта до остаточного суммарного содержания карбоната и гидроксида аммония 0,056 мг-экв/л. Выпар деаэратора стока, содержащий водяной пар в количестве 5,2% от расхода деаэрируемого стока (0,175% от расхода аммоний-карбонат-гидроксид-ионированной воды), подмешивают к выпару деаэратора ионированной воды.

Как видно из приведенного примера, регенерант повторно используется полностью, как часть регенеранта, попадающая в ионированную воду в виде обменных ионов, так и часть регенеранта, попадающая в регенерационные стоки. В этих же условиях в прототипе на повторное использование может быть возвращена только та часть регенеранта, которая попадает в регенерационные стоки.

Технико-экономический эффект от реализации предлагаемого способа складывается из уменьшения затрат на реагенты.

Использование: для очистки воды, в частности для подготовки добавочной воды парогенераторов, подпитывания теплосети и опреснения соленых вод. Сущность: в способе, включающем ионирование воды в катионитных и анионитных фильтрах, регенерацию фильтров, обработку отработавшего регенерационного раствора с выводом избытка регенеранта в нежидкую фазу, отделение регенеранта от отработавшего регенерационного раствора, растворение регенеранта в воде и повторное его использование, примеси в ионируемой воде обменивают на легкорастворимые вещества, характеризующиеся пригодностью для регенерации как катионитных, так и анионитных фильтров и способностью быть выведенными из воды в нежидкую фазу, например, на гидроксид аммония, обрабатывают ионированную воду с выводом растворенных в ней веществ в нежидкую фазу, отделяют их от воды, растворяют в воде и используют для регенерации ионнообменных фильтров. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДЫ, включающий ионирование воды в катионо- и анионообменных фильтрах, регенерацию этих фильтров, обработку регенерационного стока с переводом избытка регенерирующего вещества в нежидкую фазу без отгонки воды, отделение из регенерационного стока переведенного в нежидкую фазу регенерирующего вещества, растворение отделенного регенерирующего вещества в отдельной воде с получением регенерационного раствора, отличающийся тем, что регенерационные стоки катионо- и анионообменных фильтров обрабатывают совместно, регенерацию катионо- и анионообменных фильтров производят раствором одного и того же вещества, характеризующегося высокой растворимостью в воде и способностью быть выведенным из водного раствора в нежидкую фазу без отгонки воды, например, при нагреве, ионированную воду обрабатывают с переводом растворенного в ней регенерирующего вещества в нежидкую фазу без отгонки воды и отделяют из воды переведенное в нежидкую фазу регенерирующее вещество, отделенное регенерирующее вещество растворяют в отдельной воде с получением регенерационного раствора. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве регенерирующего вещества используют гидроксид аммония, или карбонат аммония, или бикарбонат аммония, а перевод этого вещества в нежидкую фазу и отделение его от ионированной воды и регенерационного стока производят в контактных теплообменниках нагревом паром с получением очищенных от регенерирующего вещества воды и регенерационного стока и содержащих эти вещества парогазовых смесей, затем эти смеси охлаждают и получают регенерационный раствор в виде конденсата. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве регенерирующего вещества используют бикарбонат магния, а перевод его в нежидкую фазу и отделение от ионированной воды и от регенерационного стока производят в контактных теплообменниках нагревом паром с получением очищенных от регенерирующего вещества воды и регенерационного стока и содержащих эти вещества суспензий и парогазовых смесей, затем суспензии охлаждают и абсорбируют ими парогазовые смеси с получением регенерационного раствора. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании в качестве регенерирующего вещества бикарбоната магния перевод регенерирующего вещества в нежидкую фазу и отделение его от ионированной воды и регенерационного стока производят известкованием с получением очищенной от регенерирующего вещества ионированной воды и содержащей это вещество суспензии, обрабатывают суспензии углекислым газом с получением регенерационного раствора.