СПОСОБ ОБРАБОТКИ МОРСКОЙ ВОДЫ Российский патент 2019 года по МПК C02F9/08 C02F5/02 C02F1/34 C02F103/08 

Изобретение относится к способу опреснения морской и соленой воды.

Известны различные способы опреснения морской и соленой воды: дистилляция (выпаривание); ионообменный; электродиализ; обратный осмос; вымораживание; химический.

Известен способ опреснения морской воды по патенту CN 201193207 (Y), взятый за аналог.

Указанный выше способ включает, расположенные последовательно, отдельные устройства струйной кавитации воды и опреснения морской воды.

При этом, устройство для опреснения морской воды может быть выполнено мембранным фильтрующим устройством обратного осмоса или дистилляционной установкой.

Устройство струйной кавитации, расположенное перед устройством опреснения воды, предназначено для сокращения и упрощения химической обработки воды, с целью ее дезинфекции, флоккуляции, предотвращения образования осадка и т.п., при предварительной обработке воды (см. Реферат указанного патента).

Указанный выше способ опреснения морской воды имеет следующие недостатки:

- применение устройства для опреснения в виде обратного осмоса имеет выход опресненной воды до 60% и приводит к образованию до 40% от объема опресняемой воды, так называемого, «соляного рассола» - воды с очень большим содержанием соли, что требует дополнительных затрат на его утилизацию;

- применение устройства для опреснения в виде дистилляции приводит к повышенным энергетическим затратам.

Наиболее близким к заявленному способу является химический способ опреснения воды с применением химических реагентов.

В качестве реагентов химического опреснения воды используют вещества, которые вступают в реакцию с растворенным в воде хлористым натрием (NaCl), в результате чего образуются «соли опреснения», выпадающие в осадок и удаляемые из опресненной воды различными способами: фильтрацией, гравитацией (отстаиванием), центрифугированием и др.

Известен способ опреснения морской и соленой воды по патенту РФ №2239602, включающий использование химических реагентов: двуокиси углерода (СО₂) и аммиака (NH₃), взятый за прототип.

В указанном способе опреснения воды, аммиак предварительно растворяют в морской или соленой воде, а затем осуществляют тонкодисперсное распыление раствора в реакторе, с одновременной подачей в него двуокиси углерода (СО₂).

Недостатками указанного способа являются:

- использование аммиака - экологически опасного вещества, производимого с использованием первичных (ископаемых), источников энергии: природного газа или угля, необходимых, кроме того, для производства электрической и тепловой энергии, потребность в которых в мире возрастает;

- большие энергозатраты при тонкодисперсном распылении в реакторе раствора морской воды и аммиака.

Задача изобретения - опреснение воды простым и эффективным способом.

Эта задача решается тем, что морскую или соленую воду, содержащую двуокись углерода (СО₂) и азот (N₂), фильтруют от механических примесей и пропускают через гидродинамическое кавитационное устройство, выполненное в виде насоса - кавитатора, при этом вода диссоциирует на вещества, образующие один из реагентов опреснения - аммиак (NH₃), после чего «соли опреснения» и опресненную воду разделяют, а часть опресненной воды циркулирует через кавитационное устройство, температура в котором составляет не более +98°С.

Для повышения производительности способа, кавитационное устройство состоит из нескольких насосов - кавитаторов, соединенных последовательно, при этом линия циркуляции воды соединяет последний насос - кавитатор с первым.

На фиг. 1 изображена структурная схема способа опреснения морской или соленой воды, включающая: насос - кавитатор 1, отделитель солей 2, линию опресненной воды 3, смеситель 4, линию циркуляции воды 5, фильтр очистки воды от механических примесей 6, сборник солей опреснения 7.

На фиг. 2 изображена схема работы насоса - кавитатора.

На фиг. 3 изображено сечение А фиг. 2.

На фиг. 4 изображено сечение Б фиг. 2.

Насос - кавитатор включает: корпус 8, ступени повышения скорости потока 9…13, каждая из которых, в свою очередь, включает неподвижное направляющее устройство 14…18 и центробежную турбину 19…23, закрепленную на валу 24, соединенном муфтой 25 с валом электродвигателя 26, а также входной 27 и выходной 28 фланцы корпуса.

Насос - кавитатор работает следующим образом: при заполненном морской или соленой водой, содержащей двуокись углерода (СО₂) и азот (N₂), внутреннем объеме корпуса 8 и включенном электродвигателе 26, вращение последнего через муфту 25 передается валу 24 и турбинам 19…23. При этом скорость потока 29 увеличивается от ступени 9 до ступени 13. Поток воды 29 проходит через каналы центробежных турбин и каналы направляющих устройств, достигая критической скорости, при которой наступает процесс гидродинамической кавитации воды и ее диссоциация на вещества, который описывается формулой:

5H₂O=4Н₂+Н₂О₂+О₃.

Химизм процесса и материальный баланс реакций опреснения воды, идущий в две стадии, описывается следующими формулами:

- образование аммиака - гидрирование N₂ водородом диссоциации воды, в присутствии катализаторов процесса - Н₂О₂ и О₃, и материальный баланс реакции:

опреснение воды с содержанием NaCl, например, 3,1% мас. и материальный баланс реакции:

Пример осуществления способа.

Для подтверждения способа опреснения соленой воды собрали установку по схеме фиг. 1, без линии подачи воды, фильтра 6, сборника солей опреснения 7 и линии выхода опресненной воды 3, линия циркуляции воды 5 имела прозрачный участок для наблюдения процесса кавитации воды. В качестве отделителя солей 2 использовали гидроциклон с нижним сливом.

Приготовили соленую воду. Взяли пресную, питьевую воду объемом, равным 33 литра (0,7 л + 32,3 л), замерили ее показатель рН, который равнялся 7,1 единицы. При температуре воды, равной +25°С, растворили в ней пищевую, нейодированную соль (NaCl) в количестве 1,0 кг. После этого замеряли показатель рН соленой воды, который равнялся 8,1 единицы. Затем соленой водой заполняли установку и включали ее в работу.

При включенном электродвигателе 26 и наблюдении кавитации в линии циркуляции 5, в соленую воду через смеситель 4, из баллонов со сжатыми газами СО₂ и N₂, установленных на весах, через редукторы, одновременно подавали двуокись углерода и азот. Всего подали газов, соответственно, СО₂=0,39 кг и N₂=0,37 кг.

При обработке соленой воды, периодически, из нижней части гидроциклона 2 в прозрачную емкость сливали отстой. На дне прозрачной емкости наблюдали, выпадающие в осадок, «соли опреснения».

После окончания выпадения в осадок «солей опреснения», установку выключали, а из гидроциклона 2 брали пробу воды и замеряли показатель рН, который равнялся 7,3 единицы, что свидетельствовало об опреснении воды.

Изобретение может быть использовано при добыче нефти, газа для промышленно-бытового потребления для опреснения морской воды, а также любой соленой или пластовой воды химическими реагентами. Для осуществления способа морскую или соленую воду, содержащую двуокись углерода (СО₂) и азот (N₂), фильтруют на фильтре (6) от механических примесей и пропускают через гидродинамическое кавитационное устройство (1), выполненное в виде насоса-кавитатора, после чего осадок выпавших солей и опресненную воду разделяют в отделителе солей (2), а часть опресненной воды циркулируют по линии циркуляции воды (5) через кавитационное устройство (1), температура в котором составляет не более +98°С. При этом кавитационное устройство (1) может состоять из нескольких насосов-кавитаторов, соединенных последовательно, и линия циркуляции воды (5) соединяет последний насос-кавитатор с первым кавитатором. Предложенный способ опреснения является экологически безопасным, энергетически эффективным и обеспечивает высокую производительность. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

1. Способ обработки морской или соленой воды химическими реагентами опреснения: двуокисью углерода (СО₂) и аммиаком (NH₃), отличающийся тем, что морскую или соленую воду, содержащую двуокись углерода (СО₂) и азот (N₂), фильтруют от механических примесей и пропускают через гидродинамическое кавитационное устройство, выполненное в виде насоса-кавитатора, при этом вода диссоциирует на вещества, образующие один из реагентов опреснения - аммиак (NH₃), после чего «соли опреснения» и опресненную воду разделяют, а часть опресненной воды циркулирует через кавитационное устройство, температура в котором составляет не более +98°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кавитационное устройство состоит из нескольких насосов-кавитаторов, соединенных последовательно, при этом линия циркуляции воды соединяет последний насос-кавитатор с первым.