СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ

СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ


RU (11) 2311347 (13) C2

(51) МПК
C02F 1/12 (2006.01)
C02F 5/02 (2006.01)
B01D 9/02 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2006101969/15 
(22) Дата подачи заявки: 2006.01.24 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2006.01.24 
(43) Дата публикации заявки: 2007.08.10 
(45) Опубликовано: 2007.11.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2239602 C1, 10.11.2004. SU 1743352 A3, 23.06.1992. SU 1799286 A3, 28.02.1993. SU 1212457 A, 23.02.1986. US 6531034 B1, 11.03.2003. US 6562234 B2, 13.05.2003. WO 2004/035167 A2, 29.04.2004. 
(72) Автор(ы): Гузеев Виталий Васильевич (RU); Дульбеев Владимир Валериевич (RU); Соколов Дмитрий Сергеевич (RU); Гузеева Татьяна Ивановна (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Институт физики прочности и материаловедения Сибирское отделение Российской Академии Наук (ИФПМ СО РАН) (RU) 
Адрес для переписки: 634021, г.Томск, пр. Академический, 2/1, ИФПМ СО РАН, патентный отдел 

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ
Изобретение относится к технологии очистки и обессоливания воды, водных растворов солей в промышленности и быту и может быть использовано для очистки питьевой воды, промышленных стоков. Способ включает охлаждение воды, образование газовых гидратов и последующее их разложение на газ и очищенную воду. Предварительно очищаемую воду насыщают гидратообразующим газом, а затем в реакторе подвергают диспергированию до размеров частиц воды менее 1 мкм в потоке гидратообразующего газа в условиях интенсивного гидратообразования. В качестве гидратообразующего газа предпочтительно используют пропан, двуокись углерода, фреон. Для улучшения технологических параметров в качестве гидратообразующего газа используют смесь указанных газов. Условия образования газовых гидратов - температуру и давление устанавливают в зависимости от выбранного гидратообразующего газа. Предварительное насыщение очищаемой воды гидратообразующим газом проводят при давлении менее давления гидратообразования выбранного газа. Образование газовых гидратов проводят, предпочтительно, в присутствии того гидратообразующего газа, которым насыщают очищаемую воду. Способ обеспечивает при использовании минимальных энергетических затрат получение воды высокой степени очистки. 6 табл., 6 з.п. ф-лы.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к технологии очистки и обессоливания воды, водных растворов солей в промышленности и быту и может быть использовано для очистки питьевой воды, промышленных стоков.

Известен способ опреснения морской воды [патент RU №2239602, C02F 1/00, опубл. 10.11.2004], включающий перемешивание аммиака с указанной водой с образованием эффективного количества гидроксида аммония, для вступления его в реакцию с молекулами соли NaCl, присутствующими в указанной воде, и разупрочнения связи в указанных молекулах NaCl, распыление указанной воды в виде мелких брызг в закрытой технологической камере возле ее верхней части, воздействие на распыленную воду эффективным количеством отработанного газа сжигания (СО2) для вступления в реакцию с указанными разупрочненными молекулами, и образования и удаления твердых веществ карбоната натрия и хлорида аммония в отстойнике, расположенном ниже указанной технологической камеры, осаждения и удаления твердых веществ через выпускную трубу нижнего слива и сброса опресненной воды в виде верхнего слива из указанного отстойника.

Недостатками данного изобретения являются энергоемкость устройства, сложность и длительность технологического процесса, недостаточная степень очистки воды, применение химического реагента.

Известен способ опреснения воды, выбранный в качестве прототипа [Ю.Ф.Макогон. Гидраты природных газов. М.: Недра, 1974, с.192-193]. Минерализованная вода поступает в деаэратор, где из нее удаляются растворенные газы. Далее она подается в реактор, предварительно охлаждаясь в теплообменниках потоками пресной воды и рассола. В реактор одновременно вводится через дросселирующий клапан сжиженный пропан из ресивера. Пропан и вода смешиваются при давлении около 5 кгс/см2 и температуре 1,7°С, т.е. при условиях интенсивного гидратообразования. Степень переохлаждения при этом достигает 1,5-2°С. Образующиеся хлопья гидратов вместе с рассолом направляются в сепарационную колонну, после чего отмытые пресной водой (до 10% пресной воды затрачивается на отмытие сорбированных солей от гидрата) гидраты подаются в емкость разложения гидрата, где поддерживается давление около 6 кгс/см2 и температура 7,5°С. Гидрат разлагается на сжиженный пропан и воду. В результате различия плотностей происходит разделение газа и воды. Вода подается потребителю, а газ после компримирования компрессором, через конденсатор, теплообменник и ресивер подается снова в реактор.

К недостаткам данного изобретения относится то, что образование кристаллогидратов происходит на поверхности гранул газового гидрата, что приводит к появлению примесей в очищенной воде. Необходимо тратить 10-20% очищенной воды для отмывки кристаллогидратов, иначе степень очистки воды будет низкая.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа очистки воды, в частности ее обессоливания, позволяющий так же, как и прототип, использовать минимальные энергетические затраты, но, в отличие от прототипа, получать более чистую воду.

Указанный технический результат достигается тем, что способ очистки воды включает ее охлаждение, образование газовых гидратов и последующее их разложение на газ и очищенную воду.

Особенностью предлагаемого способа является то, что очищаемую воду предварительно насыщают гидратообразующим газом, а затем ее в реакторе подвергают диспергированию до размеров частиц воды менее 1 мкм в потоке гидратообразующего газа в условиях интенсивного гидратообразования.

Кроме того, в качестве гидратообразующего газа используют пропан, двуокись углерода, фреон.

Кроме того, для улучшения технологических параметров в качестве гидратообразующего газа используют смесь вышеуказанных газов.

Кроме того, условия образования газовых гидратов, а именно температуру и давление выбирают в зависимости от выбранного гидратообразующего газа.

Кроме того, предварительное насыщение очищаемой воды гидратообразующим газом проводят при давлении менее давления гидратообразования выбранного газа.

Кроме того, образование газовых гидратов проводят, предпочтительно, в присутствии того гидратообразующего газа, которым насыщают очищаемую воду.

Кроме того, для приведения содержания гидратообразующего газа в очищенной воде к уровню предельно допустимой концентрации (ПДК), очищенную воду насыщают безвредным для здоровья человека газом, например CO2 или O 2.

Поставленная задача достигается тем, что газовые гидраты образуются в потоке гидратообразующего газа путем взаимодействия последнего с мелкодиспергированными каплями воды, предварительно насыщенной гидратообразующим газом, при этом диспергирование воды и образование газовых гидратов происходит непрерывно, что исключает образование кристаллогидратов солей как на поверхности, так и внутри гранул газового гидрата. Поэтому в предлагаемом способе, в отличие от прототипа, исчезает необходимость в операции отмывки и резко возрастает степень очистки воды. Предварительное насыщение очищаемой воды гидратообразующим газом проводят при давлении менее давления гидратообразования выбранного газа. Предварительное насыщение и диспергирование воды до размеров частиц воды менее 1 мкм в потоке гидратообразующего газа дает возможность начать образование газогидратов от центра капли воды, а не на его поверхности, как в прототипе, что исключает появление примесей в очищенной воде.

В качестве гидратообразующего газа используют пропан, двуокись углерода, фреон.

Для улучшения технологических параметров в качестве гидратообразующего газа можно использовать смесь вышеуказанных газов. Это приводит при установленной температуре к уменьшению давления или при установленном давлении к повышению температуры образования газовых гидратов, что уменьшает энергетические затраты при реализации предлагаемого способа.

Предпочтительным вариантом способа очистки воды является тот, когда в процессах предварительного насыщения и гидратообразования используют один и тот же газ.

Для приведения содержания гидратообразующего газа в очищенной воде к уровню предельно допустимой концентрации (ПДК) очищенную воду насыщают безвредным для здоровья человека газом, например CO2 или O 2. Это необходимо проводить для обеспечения безопасности здоровья потребителей воды.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В герметичную емкость подают очищаемую воду, содержащую разные соли (натрия, кальция, магния и т.д.), где ее насыщают гидратообразующим газом при давлении менее давления гидратообразования выбранного газа, предпочтительно, (0.7-0.8)Р, где Р - давление гидратообразования выбранного газа. Воду охлаждают до температуры 268-283К. Далее в реакторе, представляющем собой устройство для смешения газа и воды, диспергируют вышеуказанную воду до размеров частиц воды менее 1 мкм в потоке гидратообразующего газа и в результате ее взаимодействия с газом при установленной температуре, давлении и интенсивности смешивания происходит образование газовых гидратов. Газовые гидраты отделяют от газового и водного потока в циклоне, где после их разложения получают воду, пригодную для бытового и технического использования. Для приведения к ПДК содержания гидратообразующего газа в очищенной воде ее насыщают безвредным для здоровья человека газом, например CO 2 или О2.

Примеры конкретного выполнения.

Для примеров использовались водные растворы хлористого натрия разной концентрации.

Пример 1

В герметичную емкость подают очищаемую воду, где ее насыщают пропаном под давлением 320 кПа, до границы образования газогидратов. Воду охлаждают до температуры гидратообразования, равной 277 К, и подают в реактор. Вода мелко диспергируется в реакторе в потоке пропана, который подается под давлением 454 кПа, в результате чего в реакторе происходит образование газовых гидратов при установленной температуре 277К. Газовые гидраты отделяются от газового и водного потоков в циклоне, где после их разложения получают очищенную от солей хлористого натрия воду.

Таблица 1.

Условия образования газогидратов пропана 
Т, К Р, кПа Степень очистки без насыщения (%) Степень очистки с насыщением (%) 
174 323 454 515 554 84 95 
268 + + + + + 
273 + + + + + 
277 - - + + + 
279 - - - + + 
283 - - - - - 
"+" - гидраты образуются; "-" - гидраты не образуются. 


Пример 2

В герметичную емкость подают очищаемую воду, где ее насыщают фреоном 11 под давлением 16 кПа. Воду охлаждают до температуры гидратообразования, равной 279К, и подают в реактор. Вода мелко диспергируется в реакторе в потоке газа фреона 11, который подается под давлением 22 кПа, в результате чего в реакторе происходит образование газовых гидратов при установленной температуре 279К. Газовые гидраты отделяются от газового и водного потоков в циклоне, где после их разложения получают очищенную от солей хлористого натрия воду.

Таблица 2.

Условия образования газогидратов фреона 11. 
Т, К Р, кПа Степень очистки без насыщения (%) Степень очистки с насыщением (%) 
5,1 9,1 21,8 35,5 62,3 85 96 
268 + + + + + 
273 - + + + + 
277 - - + + + 
279 - - + + + 
283 - - - - - 
"+" - гидраты образуются; "-" - гидраты не образуются. 


Пример 3

В герметичную емкость подают очищаемую воду, где ее насыщают фреоном 22 под давлением 53 кПа. Воду охлаждают до температуры гидратообразования, равной 268К, и подают в реактор. Вода мелко диспергируется в реакторе в потоке фреона 22, который подается под давлением 71 кПа, в результате чего в реакторе происходит образование газовых гидратов при установленной температуре 268К. Газовые гидраты отделяются от газового и водного потоков в циклоне, где после их разложения получают очищенную от солей хлористого натрия воду.

Таблица 3.

Условия образования газогидратов фреона 22. 
Т, К Р, кПа Степень очистки без насыщения (%) Степень очистки с насыщением (%) 
71 98,5 149 198 332 83 95 
268 + + + + + 
273 - + + + + 
277 - - + + + 
279 - - - + + 
283 - - - - + 
"+" - гидраты образуются; "-" - гидраты не образуются. 


Пример 4

В герметичную емкость подают очищаемую воду, где ее насыщают фреоном 12, под давлением 63 кПа. Затем воду охлаждают до температуры гидратообразования 277К и подают в реактор. Вода мелко диспергируется в реакторе в потоке фреона 12, который подается под давлением 88.2 кПа, в результате чего в реакторе происходит образование газовых гидратов при установленной температуре 277К. Газовые гидраты отделяются от газового и водного потоков в циклоне, где после их разложения получают очищенную от солей хлористого натрия воду.

Таблица 4.

Условия образования газогидратов фреона 12. 
Т, К Р, кПа Степень очистки без насыщения (%) Степень очистки с насыщением (%) 
28,9 38,6 88,2 123 280 87 98 
268 + + + + + 
273 - + + + + 
277 - - + + + 
279 - - - + + 
283 - - - - + 
"+" - гидраты образуются; "-" - гидраты не образуются. 


Пример 5

В герметичную емкость подают очищаемую воду, где ее охлаждают до температуры гидратообразования, равной 277К, насыщают газовой смесью: пропана с добавлением фреона 12, под давлением 183 кПа. Воду охлаждают до температуры гидратообразования, равной 277К и подают в реактор. Вода мелко диспергируется в реакторе в потоке вышеуказанной газовой смеси, который подается под давлением 244.1 кПа, в результате чего в реакторе происходит образование газовых гидратов при установленной температуре 277К. Газовые гидраты отделяются от газового и водного потоков в циклоне, где после их разложения получают очищенную от солей хлористого натрия воду.

Таблица 5.

Условия образования газогидратов газовой смеси: пропана+фреона 12. 
Т, К Р, кПа Степень очистки без насыщения (%) Степень очистки с насыщением (%) 
101,4 180,8 244,1 319 418,5 85 98 
268 + + + + + 
273 - + + + + 
277 - - + + + 
279 - - - + + 
283 - - - - + 
"+" - гидраты образуются; "-" - гидраты не образуются. 


Пример 6

В герметичную емкость подают очищаемую воду, где ее охлаждают до температуры гидратообразования, равной 279К, насыщают фреоном 22, под давлением 120 кПа и подают в реактор. Вода мелко диспергируется в реакторе в потоке фреона 12, который подается под давлением 123 кПа, в результате чего в реакторе происходит образование газовых гидратов при установленной температуре 279К. Газовые гидраты отделяются от газового и водного потоков в циклоне, где после их разложения получают очищенную от солей хлористого натрия воду.

Преимущества предлагаемого способа очистки воды - газы, используемые для образования газовых гидратов, могут использоваться в замкнутом цикле, при образовании газогидратов теплота выделяется, а при разложении - поглощается, поэтому весь процесс требует минимальных затрат энергии, производительность способа может варьироваться в широких пределах и зависит только от производительности компримирующего оборудования, основные аппараты для проведения процесса очистки воды газогидратным способом имеют незначительные размеры 1,2 м3 при производительности 200 м3/ч, степень очистки воды достигает до 95-98%.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Способ очистки воды, включающий ее охлаждение, образование газовых гидратов и последующее их разложение на газ и очищенную воду, отличающийся тем, что очищаемую воду предварительно насыщают гидратообразующим газом, а затем ее в реакторе подвергают диспергированию до размеров частиц воды менее 1 мкм в потоке гидратообразующего газа в условиях интенсивного гидратообразования.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидратообразующего газа используют пропан, двуокись углерода, фреон.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что для улучшения технологических параметров в качестве гидратообразующего газа используют смесь указанных газов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что условия образования газовых гидратов, а именно температуру и давление устанавливают в зависимости от выбранного гидратообразующего газа.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительное насыщение очищаемой воды гидратообразующим газом проводят при давлении менее давления гидратообразования выбранного газа.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что образование газовых гидратов проводят, предпочтительно, в присутствии того гидратообразующего газа, которым насыщают очищаемую воду.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что для приведения содержания гидратообразующего газа в очищенной воде к уровню предельно допустимой концентрации (ПДК), очищенную воду насыщают безвредным для здоровья человека газом, например CO2 или O 2.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru