СПОСОБ ГЛУБОКОГО ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДЫ Российский патент 2002 года по МПК C02F1/60 C02F9/04 C02F9/04 C02F101/10 C02F103/04 

Изобретение относится к глубокому обессоливанию воды и может быть использовано в теплоэнергетике, химической я других отраслях промышленности.

Глубокое обессоливание воды представляет, в частности, значительный интерес для питания паровых котлов высокого давления (ПКВД).

Для выполнения нормативных требований ПКВД питательная вода должна иметь, в том числе, содержание кремния не более 0,02-0,03 мГ/л, очистка от последнего является трудной технической проблемой. В исходной воде кремний присутствует не только в виде раствореных солей, но также в виде нерастворенных соединений кремния, например мелкодисперсного ангидрида кремниевой кислоты (SiO₂) и его коллоидных частиц, с размерами от 0,000001 мм. Время осаждения таких частиц в осветлителях на глубину 1 м составляет до 4 лет. Нерастворенные соединения кремния имеют технический термин "коллоидный кремний".

Известен способ глубокого обессоливания (и обескремнивания) воды с помощью набора механических и сорбционных фильтров с последующим испарением исходной воды и конденсацией водяного пара ("Химическая промышленность", 1974, 3, 182-189).

Недостатком этого способа является большая энергоемкость и большое количество оборудования, занос поверхностей теплообмена солями временной жесткости и коллоидными соединениями кремния, поэтому применение такой технологии обессоливания воды ограничено.

Известен способ глубокого обессоливания воды с помощью набора механических и сорбционных фильтров с последующей очисткой воды в мембранных фильтрах ("обратный осмос") ("Химическая промышленность", 1974, 3, 189-192). Глубокое обессоливание воды по способу "образного осмоса" требует специальной предочистки сырой воды, в том числе, и от коллоидных примесей. При содержании нерастворенных соединений кремния выше 4 мГ/л в воде перед мембранными фильтрами, специализированные фирмы не применяют технологию "обратного осмоса", поэтому в промышленности этот способ не получил распространения.

Наиболее распространенным в промышленности является способ глубокого обессоливания воды с помощью набора механических, сорбционных и ионообменных фильтров. Если необходимо очищать природную воду из водоемов или рек, дополнительно применяют осветлители ("Справочник химика - энергетика". Под общ. ред. С.М. Гурвича. Том первый, М., "Энергия", 1972, с. 29).

Недостатком этого способа при очистке вод артезианских или северных рек России, практически не содержащих органических веществ, является то, что не происходит улавливания основного количества дисперсных коллоидных частиц двуокиси кремния на всех стадиях очистки, включая осветлители.

Это приводит к нарушениям качества питательной воды, например для ПКВД, по содержанию кремния в 100-200 раз, с последствиями в виде отложений кремния в змеевиках пароперегревателей и соответственно прогарам последних, выпадению кремнийсодержащих солей на лопатках паровых турбин с отказами в работе.

Задача изобретения - более глубокое обессоливание воды за счет снижения содержания коллоидного кремния в обессоленной воде.

Указанная задача достигается тем, что глубокое обессоливание, заключающееся в фильтровании на механических, сорбционных, ионообменных фильтрах, осветлении, включает дополнительную обработку в щелочной среде или/и щелочью, или/и содой при температуре, обеспечивающей необходимую скорость процесса растворения коллоидного кремния. Процесс может проводиться и без подогрева воды.

Предлагаемый способ глубокого обессоливания воды, содержащей коллоидные соединения кремния с их растворением, может интегрироваться в различные технологии и схемы, частный пример приводится ниже (см. чертеж).

Вода поступает в осветлитель 1, проходит фильтр 2 и поступает в катионообменный фильтр первой ступени 3, где извлекаются катионы Са, Мg, и др., затем вода дегазируется от CO₂ в декарбонизаторе 4 и очищается в анионообменном фильтре 5 от сильных кислот.

Для удаления кремния из воды необходимо перевести инертную структуру коллоида соединений кремния в ионную форму кремниевой кислоты, что достигается процессом взаимодействия в щелочной среде (рН>7,0) коллоидного кремния с ионами щелочных металлов (в примере - с ионами натрия). Повышение температуры в рекуператоре 6 и подогревателе 7 ускоряет химический процесс, заканчивающийся в емкости 8. Реакция проходят по следующим схемам:
SiO₂+Na₂CO₃=Na₂SiO₃+CO₂
SiO₂+2NaOH =Na₂SiO₃+Н₂О
Соли кремниевых кислот, полученные в результате этих реакций, извлекаются при дальнейшем обессоливании воды, пройдя рекуператор 6, холодильник 9 и ионообменные фильтры второй ступени 10, 11, фильтр смешанного действия 12 или по другим технологическим схемам.

Предлагаемый способ позволяет добиться глубокого обессоливания воды, в том числе содержание кремния уменьшается до 0,02-0,03 мГ/л, что позволяет обеспечить нормативные требования к питательной воде котлов высокого давления или для других производств.

В таблице приведены показатели обессоленной воды по содержанию в ней кремния, полученной по известному способу и по предлагаемому.

Изобретение относится к способам глубокого обессоливания воды и может быть использовано в теплоэнергетической и других отраслях промышленности, потребляющих глубоко деминерализованную воду. Способ глубокого обессоливания воды, содержащей коллоидные соединения кремния, заключается в том, что дополнительно к известным приемам обессоливания проводят очистку от коллоидной кремнекислоты в щелочной среде с последующим удалением соединений кремния фильтрацией до обеспечения содержания в воде растворенного кремния 20-30 мкГ/л. 1 ил., 1 табл.

Способ глубокого обессоливания воды, заключающийся в фильтровании на механических, сорбционных, ионообменных фильтрах, осветлении, отличающийся тем, что дополнительно проводят очистку от коллоидной кремнекислоты в щелочной среде с последующей фильтрацией до обеспечения содержания в воде растворенного кремния 20-30 мкГ/л.