Способ опреснения воды и установка для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ц и,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(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 В 487021, кл, С 02 Г 5/02, 1975,2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 3322529, кл. С 02 Г 5/02, В 01 9/04, 1981.(54) СПОСОБ ОПРЕСНЕНИЯ ВОДЫ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ опреснения воды с помощью кристаллогидратного теплоиспользующего цикла путем двухступенчаЭ той кристаллизации газовых гидратдв: из гидратообразующего агента и исход. ной 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения экономичности путем использования энергии рециркулирующего рассола, повышают за) С 02 Р 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 кристал. лизатором, а выход жидкого агента из отстойника соединен через дополнительный регулирующий вентиль с основ. ным 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 повыше ние 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 гидра. тов 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 вен. тилем 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 выход1 жидкого агента из отстойника соединен через дополнительный регулирующий 1 1130532 2Изобретение относится к областиопреснения морской, а также минерализованной воды с помощью кристаллогидратного метода и может быть ис/пользовано в теплоиспользующих газ 5гидратных опреснителях.Известны теплоиспользующий кристаллогидратный способ опреснения воды с использованием в качестве гидратообразующего агента веществ с температурой верхней инвариантной точки, превышающей температуру окружающей среды, теплоту гидратообразования в котором отводят в окружающуюсреду, а для плавления гидратов наводу и жидкий агент используют низкопотенциальное тепло с температурой313-323 К, а также установка для егоосуществления, включающая кристаллизатор, промывочную колонну, плавительгазовых гидратов и отстойник жидкогоагента от воды 1.Недостатком этого техническогорешения является невысокая степеньизвлечения пресной воды, что означает 5недоопреснение рассола и вывод егоиз опреснителя с небольшим солесодержанием,Известен.теплоиспользующий кристаллогидратный способ опреснения водыпутем двухступенчатой кристаллизациигазовых гидратов из гидратообразующего агента и исходной воды, в которомпар после испарения агента во второйступени кристаллизации направляют впервую ступень, повышая его давлениеинжекцией газообразным агентом, образовавшимся после плавления гидратов, отделения рассола от гидратовс последующей рециркуляцией его нагидратообразование, промывки гидратови их последующего плавления с образованием прессной воды и смеси жидкого и газообразного агентов.Установка для осуществления известного способа включает соединенныетрубопроводами основной и дополнительный кристаллизаторы, промывочную колонну, фильтрующая сетка которой соединена трубопроводами рециркуляциирассола с основным и дополнительнымкристаллизаторами, плавитель газовыхгидратов с отстойником, эжектор,отделитель рассола и регулирующийвентиль 2 .Недостатками известного способа 55и установки для его осуществления являются повышенные расходы тепла приплавлении гидратов, так как значивентиль с основным кристаллиза 1130 торомНа чертеже представлена схема ус-тановкн для опреснения воды.Способ осуществляют следующим образом.П р и м е р. Исходный раствор с концентрацией 27 МаС 1 , из которогб извлекают растворенные газы, под давлением 420 кПа подают в первую ступень кристаллизации, в которой он смешивается с гидратообразующим агентом и образует кристаллогидраты при температуре 288,8 К, в результате чего концентрация рассола повышается,15 до 3,927. МаС 1 . Теплота гидратообра-зования отводится в окружающую среду при н".контактной теплопередаче холодной водой с температурой 28,3 К. Кристаллогидратную суспензию смесь гидратов и рассоласжимают до давления20 680 кПа и смешивают с суспензией из второй ступени кристаллизации, которую также сжимают до давления 680 кПа перед смешением. Затем отделяют гид 25 раты от рассола и промывают от поверх. ностной 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 35 при этой же температуре в двухфазной области с образованием пресной воды, жидкого и газообразного агентов. Дав. ление плавления 605 кПа. Пресная вода отделяется вследствие разности 40 плотностейо= 1000 кг/мгО906 кг/м / от жидкого агента и фаразделяется на два потока: один направляют на промывку гидратов, а другой представляет продуктовую прес 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 приперемешивании образует кристаллогидратй при 287,8 К и давлении 405 кПа. Теплота гидратообразо. вания отводится кипящим жидким аген 532 4том в результате чего образуется газообразный агент, часть которого образует гидраты, повышая концентрацйю рассола до 5,513 МаС 1 . Из суспензии (рассол и гидраты газа), выводимой из второй ступени кристаллизации, отделяется часть рассола, сбрасываемого в окружающуюсреду 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, водо- газового эжектора 7, насосов 8 и 9 и отделителя 10 рассола. Основной кристаллизатор 1, имеющий встроенный теплообменник 11, 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 4 - 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 эжекгора 7. Кристаллиэатор 1,соединен.патрубком подачи исходного раст 3 11305вора 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),1 ОИсходный раствор с концентрацией2 Х МаС через деаэратор 27, в котором из .него удаляют растворенные газы, под давлением 420 кПа поступаетв кристаллизатор 1, в котором он кон.тактирует с агентом, подаваемым извыходных полостей эжекторов 6 и 7 ичерез регулирующий вентиль 29, Приперемешивании агент охлаждается ипри 288,8 К образует кристаллогидраты. Теплота гидратообразования отводится водой, циркулирующей через змеевик теплообменника 11Кристаллогид. ратную суспензию (смесь 10,07 по массе кристаллогидрато и рассол) насосом 8 подают в нижнюю часть колонны3 под давлением 675 кПа, предварительно смешивая с суспензией (рассол игидраты газа), подаваемой насосом 9из кристаллизатора 2. В промывочной30колонне гидраты газа отделяют от рассола при помощи фильтрующей сетки 12,а затем промывают от поверхностнойрассольной 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 14и через патрубок 13 и водогазовыйэжектор в кристаллизатор 1, где40рассол смешивается с исходным раствором. Промытые кристаллы скрепером15 разрыхляются и по патрубку 16 подаются в плавитель 4, в котором вследствие подвода низкопотенциального45тепла через теплообменник 17, сначала изобарически нагреваются до300,4 К, а затем плавятся при этойже темп ратуре в двухфазной областис образованием пресной воды, жидкогои газообразного агентов,Отделенный от воды в отстойнике 5жидкий агент дросселируют через дроссельный вентиль 29 в кристаллизатор1, а через дроссельный вентиль 25 вдополнительный кристаллизатор 2, вкотором он смешивается в рассолом,поступающим из кармана после фильтру 32 6ющей сетки 12 колонны 3, и при перемешивании образует кристаллогидраты при 287,8 К и давлении 405 кПа. Теплотагидратообразования отводится кипящим жидким агентом, в результате чего образуется газообразный агент, часть которого образует гидраты, повышая концентрацию рассола до 5,517 МаС 1 . Кристаллогидратная суспензия из кристаллизатора 2 подается в отде. литель 10 рассола, в котором отделяется часть рассола, сбрасываемого из установки через патрубок 30 и дега- затор 9, а другую часть рассола вме. сте 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 патрубок 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, водо- газовым 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 Р ц = 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 лообменника 7 сокращаются на 7,217,а тепловая нагрузка основной ступеникристаллизации и поверхность теплообменника 11 сокращаются на 7,37. оставитель Л ехред Т.фант пштеин Корректор В. Сини Редактор аказ 9506/19 ираж 866Государственнделам изобретеосква, Ж-З 5, Р ВНИИПИ 13035,Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 енте извлечения, равном коэффициенту извлечения в известном способе.расход тепла при плавлении гидратов,а соответственно, и поверхность тепПодписноео комитета СССРй и открытийшская наб., д, 4