Способ термического умягчения природных вод

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сок э Советсиик

Социапистическик

Республик

gi)?91643

К АВТОРСКОМУ СВ Н ЕЛЬСТВУ (63) Дополнительное к аат, сеид-ву (22) Заявлено 270479 (21) 2759454/23-26 с присоединением заявим N9 (З1)М. К,.з

С 02 : 5/00

Государственный комнтет

СССР но делам нзобретеннй н открытн и (23) Приоритет

Опубликовано. 3012д0. Бюллетень Н9.48 (53) УДК 663.632.47 (088.8) Дата опубликования описания 301 230 (72) Авторы изобретения

П,П.Симонов, В.В.Шищенко, И.А.Гейвандов, A,È.Áûêîç и N.М.Крикун (71) Заявитель

Ставропольский политехнический институт т 54,т спОсОБ тБРмическОГО УИЯГчениЯ

ПРИРОДНЫХ ВОД

Изобретение относится к способам термического умягчения природных и сточных.вод, предпочтительно с высоким содержанием сульфата кальция, в частности известкованных океанских и пластовых вод, и может быть использовано для подготовки питательной воды промышленных и нефтепромысловых парогенераторов.

Известен способ термического умягчения .природных вод, включающий на гревание до 140 -160 С и кристаллизацию сульфата кальция с последующим уда= лением образовавшегося осадка после многоступенчатого испарения (1). f5

Недостатком этого способа является то, что при последующем многоступенчатом испарении по мере снижения температуры води происходит растворение 20 ранее выпавшего сульфата кальция; что уменьшает степень умягчения воды и может привести к образованию отложений на теплопередающих поверхностях испарительных аппаратов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ термического умягчения природных и. сточных вод, уключака ий нагревание воды до 130-170 С и две стадии крнстал- 30 лизации сульфата кальция и осветление води (2) .

Недостатком этого .способа является повышенное содержание сульфата кальция в умягченной воде, что делает невозможным использование ее для питания парогенераторов высокого давления и соответственно, увеличивает затраты .на подготовку воды.

Целью изобретения является повышение степени умягчения воды для подпитки парогенераторов.

Поставленную цель достигают тем, что двухстадийнуто кристаллизацию сульфата кальция ведут при повышенных тем-. пературе и давлении, причем кристаллизацию на второй стадии осуществляют при величине давления на 2-5-бар ниже давления в парогенераторе и нагревании паром до температуры насыщения, а полученную умягченную воду упарива-. ют в 1 05-1,1 раза и смешивают с продувочной водой.

На чертеже представлена схема установки.

Схема установки включает трубопровод 1, теплообменники 2,3, первую камеру 4 кристаллизации, паропровод 5, дренаж 6, трубопровод 7 осветленной воды, насос 8,вторую камеру 9 крйстал791643 лизации,парогенератор 10,паропроВод 11, перепускную линию 12 трубопровода, трубопровод 13 умягченной воды, расширитель 14, трубопровод продувочной воды 15, насос 16, паропровод 17 к потребителю, трубопровод

18 продувочной воды. Воду по трубопроводу 1 направляют в теплообменники

2 и 3 и затем подают в нижнюю часть амеры 4, где нагревают паром, поступающим по паропроводу 5 до температуры

138-170 С. Образующийся сульфат кальция отделяют от воды и периодически удаляют из аппарата по линии в дренаж.

Осветленную и частично умягченную воду по трубопроводу 7 насосом 8 подают во вторую камеру 9, где поддерживают давление на 2-5 бар ниже давления пара, вырабатываемого парогенератором 10. В камере 9 воду смешивают с паром,,поступившим по паропроводу 11, нагревают до температуры 300- 20

340 С и пропускают через слой ангидрида сульфата кальция. Избыточное количество ангидрида периодически перепускают по линии 12 в камеру, Глубокоумягченную воду по трубопроводу 13 2Я подают в расширитель 14, где смешивают с продувочной водой,упаривают в

1, 05-1, 1 раза и охлаждают до 270-290 С эа счет снижения давления (дросселирования), Пар по трубопроводу 5 подают в первую камеру, а охлажденную и частично упаренную воду охлаждают в теплообменнике 3 на 3-5 С для обеспе0 чения нормальной работы насоса 16 и подают в парогенератор 10, Часть полученного пара по паропроводу 11 подают в камеру 9, а основное количество направляют потребителю по паропроводу 17, Продувочную воду парогенератора, представляющую собой концентрат умягченной воды, разделяют на 2 пото- 40 ка,один из которых подают на смешение с умягченной водой, а второй поток по трубопроводу 18 после охлаждения в теплообменнике 2 удаляют в дренаж.

При температуре выше 300 С раство- g5 римость сульфата кальция незначительно уменьшается с увеличением температуры, но сильно возрастает с ростом содержания хлорида натрия и при концен— трации последнего выше 0,5-0,8 моль/кг растворимость сульфата кальция в процессе упаривания растет быстрее, чем его концентрация. Следовательно, если раствор с концентрацией хлорида натрия

0,5 моль/кг и выше насыщен по сульфату кальция, то при .его упаривании сульфат кальция. выпадать не будет, так как его содержание станет меньше его растворимости при этих условиях.

Причем, чем выше степень упаривания, тем больше разность между растворимо- ф) стью сульфата кальция и его концентрацией в воде. В результате из такого раствора первым начнет выделяться хлорид натрия при достижении им предела растворимости и только затем начнется кристаллизация сульфата кальция.

Пример. Для приготовления питательной воды для передвижного нефтепромыслового парогенератора давлением 120 бар использована пластовая вода. Вода после известкования имеет состав в мг экв/кг:

На=342 Са =46, С =341,8, SO =46, 2, общее солесодержание — 23,1 r/êã.

При нагреве этой воды до 170 С соле)"одержание сульфата кальция в ней рниэится до 15 мг. экв/кг, а общее солесодержание с учетом разбавления конденсата паром снизится до 17,2 r/êã.

Эту воду нагревают во второй камере о до 320 С при давлении 116 бар и пропускают через взвешенный слой. ангидрита сульфата кальция. В результате разбавления воды конденсатом пара и кристаллизации сульфата кальция состав воды на выходе из второй колонны будет следую((им: (в мг экв/кг) pB. =171,3, Са =0,48, СГ =171,6, О =0,58. Солесодержание такой воды необходимо увеличить в 3,5 раза, для чего ее упаривают в расширителе путем снижения давления до 70 бар и смешивают с продувочной водой парогенератора, количество которой составляет

153 от общего расхода воды из второй камеры. После смешения с продувочной водой парогенератора и упаривания вода имеет следующий состав (в мг экв/кг): Na =600, Са =1,68, С6"=601, SOy =2,03, общее соласодержание — 35,1 r/êã. Эту воду охлаждают на 3 С и подают в парогенератор.

Растворимость сульфата кальция в воде такого состава при температуре насыщения при 120 бар составляет

1,7 мг экв/кг, т.е. выше его концентрации в питательной воде. При упаривании в парогенераторе воды такого cocTàâà в 5 раз концентрация сульфата кальция в воде составит 8,4 мг экв/кг, а его растворимость в рассматриваемых условиях — 15 мг экв/кг, оставаясь выше его концентрации в процессе упаривания.

После разделения пароводяной смеси пар подают потребителю и во вторую камеру, а продувочную воду разделяют на два потока:704 ее подают в расширитель 14, а остальную часть охлаждают и сбрасывают в дренаж.

Вывод избытка сульфата кальция из пердой и второй камер осуществляют периодически. Расход воды на продувку при этом соответственно равен 3 и 1Ъ от количества исходной воды.

Степень умягчения воды по предлагаемому способу более чем в 5 раз выше чем у известного.

Экономическая эффективность указанного способа рассмотрена в сравнении с подготовкой воды для парогенераторов методом термического умягчения (известный способ) с последую-

791643

20

Составитель A. Богачев

Техред М. Петко Корректор М. Коста

Редактор Т. Пилипенко

Заказ 9375/19 Тираж 1020 Подписное

BHHHfIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )(-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 щим доумягчением многоступенчатым натрийкатионированием.

Анализ существующих проектов установок для умягчения высокоминерализованных вод многоступен-, чатым натрийкатионированием показывает, что удельные капитальные затраты (включая стоимость катионита) состав- ляют 10-12 тыс. руб. на 1 т/ч производительности установки (для устаноВоК производительностью 10-25 T/÷), а эксплуатационные затраты (с учетом износа катионита) — 50-70 коп/т.

Технико-экономический расчет, вы полненный для установки производительностью 12 т/ч, работающей по предлагаемому способу, показал, что удельные капитальные затраты составят

15 тыс.руб. на 1 т/ч производительности, а эксплуатационные затраты

30 коп/т, Годовой экономический эААект при числе часов использования 7000 и сроке окупаемости 8 лет, рассчитанный по приведенным затратам, составит

24,7 тыс.руб на 1 установку производительностью 12 т/ч.

Формула изобретения .Способ термического умягчения природных вод, включающий двухстадийную кристаллизацию сульфата кальция при повышенных температуре и давлении, отличающийся тем, что, с целью повышения степени умягчения воды для подпитки парогенераторов, кристаллизацию на второй стадии осуществляют при величине давления на

2-5 бар ниже давления в парогенераторе и нагревании паром до температуры насыщения, а полученную умягченную воду упаривают в 1,05 — 1,1 раза и смешивают с продувочной водой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Апельцин И.Э. и Клячко В.A.

Опреснение воды. М., Изд-во литературы по строительству. 1968, с.71.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2522324/23-26, кл. С 02 В 1/22, 18.08,77.