Способ опреснения воды и установка для его осуществления

 

1. Способ опреснения воды с помощью кристаллогидратного теплоиспользуимцего цикла путем двухступенчатой кристаллизации газовых гидратов : из гидратообразующего агента и исходной воды, по которому пар после испарения агента во второй ступени кристаллизации направляют в первую ступень с пoвышeн Ieм его давления, отделяют рассол от гидратов с последующей его рециркуляцией, осуществляют промывку гидратов и их последующее плавление с образованием пресной воды и смеси:и жидкого и газообразного агентов, отличающийся тем, что, с целью повьопения зкономичности путем использования энергии рециркулирующего рассола, повышают давление у .части паров после испарения агента путем инжекции рассолом, рециркулирующим после отделения гидг ратов от рассола, в первую ступень кристаллизации, а часть жидкого агента после плавления гидратов направляют в первую ступень кристаллизации. 2. Установка для опреснения воды, включающая соединенные трубопроводами основной и дополнительный кристаллизаторы , промывочную колонну, фильтрующая сетка которой соединена трубопроводами рециркуляции рассола с основным и дополнительным кристаллизаторами , плавитель газовых гидратов с i отстойником,.эжектор, отделитель рассола и регулирующий вентиль, от (Л личающаяся . тем, что, с целью повышения экономичности путем использования энергии рециркулирующего рассола, она снабжена дополнительным регулирующим вентилем и дополнительным водогазовым эжектором, рабочее сопло которого соединено с трубопроСАЭ водом рециркуляции рассола из промывочной колонны в основной кристаллиО затор, приеьшая камера по газу соесл динена с дополнительным кристаллиза:о д тором, диффузор - с основным кристаллизатором , а выход жидкого агента из отстойника соединен через дополнительный регулирующий вентиль с основным кристаллизатором.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц"

7 г "р

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3609944/23-26 (22) 27.06.83 . (46) 23.12.84. Вюл. У 47 (72} Э. А. Бакум, Ю. И. Сафонов, Ю. И. Головлев и Б. А. Алексеенко (71) Одесский технологический институт холодильной промышленности (53) 663.635(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 487021, кл, С 02 F 5/02, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 3322529, кл. С 02 F 5/02, В 01 9/04, 1981. (54) СПОСОБ ОПРЕСНЕНИЯ ВОД11 И УСТА-НОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ опреснения воды с помощью кристаллогидратного теплоиспользующего цикла путем двухступенчаа той кристаллизации газовых гидратдв: из гидратообразующего агента и исходной воды, по которому пар после испарения агента во второй ступени кристаллизации направляют в первую ступень с повышением его давлений, отделяют рассол от гидратов с последующей его рециркупяцией, осуществляют промывку гидратов и их последующее плавление с образованием пресной воды и .смеси и жидкого и газообразного агентов, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности путем использования энергии рециркулирующего рассола, повышают

З151) С 02 F 1/22; В 01 0 9/04 давление у .части паров после испарения агента путем инжекции рассолом, рециркулирующим после отделения гид ратов от рассола, в первую ступень кристаллизации, а часть жидкого агента после плавления гидратов направляют в первую ступень кристаллизации.

2. Установка для опреснения воды, включающая соединенные трубопроводами основной и дополнительный кристаллизаторы, промывочную колонну, фильтрующая сетка которой соединена трубопроводами рециркуляции рассола с основным и дополнительным кристаллизаторами, плавитель газовых гидратов с отстойником,.эжектор, отделитель рассола и регулирующий вентиль, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения экономичности путем использования энергии рециркулирующего рассола, она снабжена дополнительным регулирующим вентилем и дополнительным водогазовым эжектором, рабочее сопло которого соединено с трубопроводом рециркуляции рассола из промывочной колонны в основной кристаллизатор, приемная камера по газу соединена с дополнительным кристаллизатором, диффузор — с основным кристаллизатором, а выход жидкого агента из отстойника соединен через дополнительный регулирующий вентиль с основным кристаллизатором. тельную часть агента, образованного в результате плавления гидратов, нужно переводить в газообразное состояние для использования в качестве рабочего пара при инжекции газа из второй ступени кристаллизации, а это влечет за собой повышенные тепловые нагрузки кристаллизатора первой ступени.

Указанные недостатки объясняются тем, что не используется потенциальная энергия рассола, рециркулирующего после отделения гидратов.

Целью изобретения является повышение экономичности путем использования энергии рециркулирующего рассола.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу опреснения воды с помощью кристаллогидратного теплоиспользующего цикла путем двухступенчатой кристаллизации газовых гидратов из гидратообразующего агента и исходной воды, по которому пар после испарения агента во второй ступени кристаллизации направляют в первую ступень с повышением его давления отделяют рассол от гидратов с последующей его рециркуляцией, осуществляют промывку гидратов и их последующее плавление с образованием пресной воды и смеси жидкого и газообразного агентов, повышают давление у части паров после испарения агента путем инжекции рассолом, рециркулирующим после отделения гидратов от рассола, в первую ступень кристаллизации, а часть жидкого агента после плавления гидратов направляют в первую ступень кристаллизации.

Установка для опреснения водЫ, включающая соединенные трубопроводами основной и дополнительный кристал. лизаторы, промывочную колонну, фильтрукицая сетка которой соединена трубопроводами рециркуляции рассола с основным и дополнительным кристаллизаторами, плавитель газовых гидратов с отстойником, эжектор, отделитель рассола и регулирующий вентиль, снабжена дополнительным регулирующим вентилем и дополнительным водогазовым эжектором, рабочее сопло которого соединено с трубопроводом рециркуляции рассола из промывочной колонны в основной кристаллизатор, приемная камера по газу соединена с дополнительным кристаллизатором,- диффузор— с основным кристаллизатором, а выход

I жидкого агента из отстойника соединен через дополнительный регулирующий

1 1130532 2

Изобретение относится к области опреснения морской, а также минерализованной воды с помощью кристаллогидратного метода и может быть ис/ пользовано в теплоиспользующих газ5 гидратных опреснителях.

Известны теплоиспользующий кристаллогидратный способ опреснения воды с использованием в качестве гид:ратообразующего агента веществ с тем- о пературой верхней инвариантной точки, превышающей температуру окружающей среды, теплоту гидратообразования в котором отводят в окружающую среду, а для плавления гидратов на воду и жидкий агент используют низкопотенциальное тепло с температурой

313-323 К, а также установка для его осуществления, включающая кристаллизатор, промывочную колонну, плавитель газовых гидратов и отстойник жидкого агента от воды (1) .

Недостатком этого технического решения является невысокая степень извлечения пресной воды, что означает 5 недоопреснение рассола и вывод его из опреснителя с небольшим солесодержанием, Известен.теплоиспользующий кристаллогидратный способ опреснения воды путем двухступенчатой кристаллизации газовых гидратов из гидратообразующего агента и исходной воды, в котором пар после испарения агента во второй ступени кристаллизации направляют в первую ступень, повышая его давление инжекцией газообразным агентом, образовавшимся после плавления гидратов, отделения рассола от гидратов с последующей рециркуляцией его на гидратообразование, промывки гидратов и их последующего плавления с образованием прессной воды и смеси жидкого и газообразного агентов.

Установка для осуществления известного способа включает соединенные трубопроводами основной и дополнительный кристаллизаторы, промывочную колонну, фильтрующая сетка которой соединена трубопроводами рециркуляции рассола с основным и дополнительным кристаллизаторами, плавитель газовых гидратов с отстойником, эжектор, отделитель рассола и регулирующий вентиль (2) .

Недостатками известного способа

-и установки для его осуществления яв. ляются повышенные расходы тепла при плавлении гидратов, так как значивентиль с основным кристаллиза1130 тором

На чертеже представлена схема ус- тановкн для опреснения воды.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример. Исходный раствор с . концентрацией 27 NaCl, из которого извлекают растворенные газы, под давлением 420 кПа подают в первую ступень кристаллизации, в которой он смешивается с гидратообразующим агентом и образует кристаллогидраты при температуре 288,18 К, в результате чего концентрация рассола повышается ,15 до 3,927. NaC1 . Теплота гидратообра- зования отводится в окружающую среду при н".контактной теплопередаче холодной водой с температурой 28,3 К. Кристаллогидратную суспензию (смесь гидратов и рассола)сжимают до давления

680 кПа и смешивают с суспензией из второй ступени кристаллизации, которую также сжимают до давления 680 кПа перед смешением. Затем отделяют гид25 раты от рассола и промывают от поверхностной рассольной пленки. Рассол отделяют от гидратов, в результате чего его давление падает до 640 кПа, и разделяют на два потока, один рециркулируют во вторую ступень кристал лизации, а другой — в первую ступень кристаллизации. Промытые гидраты вследствие подвода низкопотенциального тепла., сначала изобарически нагревают до 300,4 К, а затем плавят 3S при этой же температуре в двухфазной области с образованием пресной воды, жидкого и газообразного агентов. Давление плавления 605 кПа. Пресная вода отделяется вследствие разности 40 плотностей » о= 1000 кг/м

1 гО

906 кг/м ) от жидкого агента и а разделяется на два потока: один направляют на промывку гидратов, а другой представляет продуктовую прес- 45 ную воду, полученную в результате . реализации способа.

Жидкий агент, образованный в результате плавления гидратов, направляют в первую и вторую ступени кристаллизации.

Во второй ступени кристаллизации жидкий агент смешивается с рассолом, отделенным от гидратов перед промывкой их, и при перемешивании образует кристаллогидратй при 287,8 К и давлении 405 кПа. Теплота гидратообразо. вания отводится кипящим жидким аген532 4

ТоМ в результате чего образуется газообразный агент, часть которого образует гидраты, повышая концентрацйю рассола до 5,513 NaC1 . Из суспензии (рассол и гидраты газа), выводимой из второй ступени кристаллизации, отделяется часть рассола, сбрасываемого в окружающую среду либо на дальнейшую переработку, а другая часть рассола вместе с гидратами смешивается с суспензией из первой ступени кристаллизации и направляется на отделение гидратов от суспензии и промывку гидратов. Другая часть газообразного агента, не вошедшего в оостав гидратов во второй ступени кристаллизации, направляется в первую ступень кристал лизации для образования гидратов в ней, повышая его давление от 405 до

420 кПа инжекцией, газообразным аген- том, образовавшимся после плавления гидратов и инжекцией рассолом, рециркулирующим после отделения гидратов в первую ступень кристаллизации.

Установка состоит из основного 1 и дополнительного 2 кристаллизаторов промывочной колонны 3, плавителя 4, нижняя часть которого представляет собой отстойник 5, эжектора 6, водогазового эжектора 7, насосов 8 и 9 и отделителя 10 рассола. Основной кристаллизатор 1, имеющий встроенный теплообменник ll через насос 8 соединен с нижней частью промывочной колонны 3, средняя часть которой имеет карман с фильтрующей сеткой 12, который соединен патрубками 13 через водогазовый эжектор 7 с основным 1 кристаллизатором, патрубками 14 — с дополнительным.2 кристаллизатором.

Верхняя часть колонны 3 имеет скре-. пер 15 и соединена патрубком 16 с плавителем 4, снабженным теплообменником 17. Отстойник 5 соединен патрубками 18 вывода пресной воды из установки через дегазатор 19 и насосом 20 подачи пресной промывочной воды в промывочную колонну 3. Верхняя часть плавителя имеет водоотделитель

21 и соединена патрубком 22 с рабочей полостью эжектора 6, выходная полость которого соединена патрубком 23 с кри сталлизатором 1, а приемная — патрубком 24 с кристаллизатором 2, который через регулирующий вентиль 25 соединен с отстойником 5, а патрубкои

26 с приемной- камерой водогаэового эжек гора 7. Кристаллиэатор l.соединен.патрубком подачи исходного раст3 11305 вора с деаэратором- 27 через насос 28, а с отстойником 5 через дополнительный регулирующий вентиль 29. В разры. ве трубопровода между кристаллизатором 2 и насосом 9 установлен отделитель 10 рассола, соединенный с дегазатором 19 патрубком 30 сброса рассола из установки.

Установка работает следующим образом (на метилхлориде) .

Исходный раствор с концентрацией

27 NaC1 через деаэратор 27, в котором из .него удаляют растворенные газы, под давлением 420 кПа поступает в кристаллизатор 1, в котором он контактирует с агентом, подаваемым из выходных полостей эжекторов 6 и 7 и через регулирующий вентиль 29. При перемешивании агент охлаждается и при 288,8 К образует кристаллогидраты. Теплота гидратообразования отводится водой, циркулирующей через змеевик теплообменника 11 ° Кристаллогид. ратную суспензию (смесь 10,07 по массе кристаллогидрато» и рассол) насосом 8 подают в нижнюю часть колонны

3 под давлением 675 кПа, предваритель но смешивая с суспензией (рассол и гидраты газа), подаваемой насосом 9 из кристаллизатора 2. В промывочной

30 колонне гидраты газа отделяют от расФ сола при помощи фильтрующей сетки 12, а затем промывают от поверхностной рассольной плавки. Рассол, отделенный от гидратов, собирается при давлении 635 кПа в кармане с фильтрующей сеткой 12, из которого направляется на рециркуляцию в дополнительный кристаллизатор через патрубок 14 и через патрубок 13 и водогазовый эжектор в кристаллизатор 1, где

40 рассол смешивается с исходным раствором. Промытые кристаллы скрепером

15 разрыхляются и по патрубку 16 подаются в плавитель 4, в котором вслед ствие подвода низкопотенциального

45 тепла через теплообменник 17, сначала изобарически нагреваются до

300,4 К, а затем плавятся при этой же темп ратуре в двухфазной области с образованием пресной воды, жидкого и газообразного агентов.

Отделенный от воды в отстойнике 5 жидкий агент дросселируют через дроссельный вентиль 29 в кристаллизатор

1, а через дроссельный вентиль 25 в дополнительный кристаллизатор 2, в котором он смешивается в рассолом, поступающим из кармана после фильтру32 6 ющей сетки 12 колонны 3, и при перемешивании образует кристаллогидраты при 287,8 К и давлении 405 кПа. Теплота гидратообразования отводится кипящим жидким агентом, в результате чего образуется газообразный агент, часть которого образует гидраты, повышая концентрацию рассола до 5,517

NaС1 . Кристаллогидратная суспензия из кристаллизатора 2 подается в отделитель 10 рассола, в котором отделяется часть рассола, сбрасываемого из установки через патрубок 30 и дегазатор 19, а другую часть рассола вместе с гидратами, образованными в кристаллизаторе 2, насосом 9 подают в нижнюю часть промывочной колонны под давлением 675 кПа, где смешивают с суспензией после крнсталлизатора

1, подаваемой насосом 8.

Другая часть газообразного агента (не вошедшего в состав гидратов) с верхней части кристаллизатора 2 разде ляется на два потока, один через пат.— рубок 24 инжектируется эжектором 6, который повышает его давление до

420 кПа, и направляется через патрубок 23 в кристаллизатор 1, другой поток через патрубок 26 инжектируется рассолом, рециркулирующим из промывоч ной колонны в кристаллизатор 1, водогазовым эжектором 7, который повьппает давление газа до 420 кПа, и направляется также в кристаллизатор 1.

В качестве рабочего газа в эжекторе

6 используется газ высокого давления (VÄÄ = 605 кПа), образованный в плавителе 4 в результате плавления гидратов.

Образованная пресная вода в резуль тате плавления гидратов в плавителе разделяется на два потока: один насосом 20 подают в верхнюю часть промывочной колонны 3 для промывки гидратов, другой представляет продуктовую пресную воду, выводимую из установки по патрубку 18 через дегазатор 19

Экономичность изобретения выражает— ся в сокращении расходов тепла при плавлении гидратов и тепловой нагрузки основной ступени кристаллизации, что при сохранении разности температур при неконтактной передаче в этих аппаратах приведет к пропорциональному сокращению теплопередающих поверхностей в них. При приведенных параметрах процессов и при коэффици1130532

Составитель Л. Эпштейн

Редактор Н. Джуган Техред Т.Фанта Корректор В. Синицкая

Заказ 9506/19

Тираж 866 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-Ç5, Раушская наб., д. 4!5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 енте извлечения, равном коэффициенту извлечения в известном способе расход тепла при плавлении гидратов, а соответственно, и поверхность теплообменника 17 сокращаются на 7,217, I а тепловая нагрузка основной ступени кристаллизации и поверхность теплообменника ll сокращаются на 7,37.