RU2663858C1 - Способ реагентного обессоливания воды гидрокарбонатом аммония с получением соединений, подлежащих последующему разложению - Google Patents
Способ реагентного обессоливания воды гидрокарбонатом аммония с получением соединений, подлежащих последующему разложению Download PDFInfo
- Publication number
- RU2663858C1 RU2663858C1 RU2017119515A RU2017119515A RU2663858C1 RU 2663858 C1 RU2663858 C1 RU 2663858C1 RU 2017119515 A RU2017119515 A RU 2017119515A RU 2017119515 A RU2017119515 A RU 2017119515A RU 2663858 C1 RU2663858 C1 RU 2663858C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- sodium chloride
- desalination
- dissolved
- ammonium bicarbonate
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 101
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 title claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 title description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 81
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 41
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 claims abstract description 28
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 claims abstract description 27
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 27
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 27
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 229910000013 Ammonium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims abstract description 4
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 20
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 claims description 10
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 abstract description 7
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 11
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 11
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 10
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 9
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 9
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 5
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 2
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 2
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- GYSCBCSGKXNZRH-UHFFFAOYSA-N 1-benzothiophene-2-carboxamide Chemical compound C1=CC=C2SC(C(=O)N)=CC2=C1 GYSCBCSGKXNZRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001133760 Acoelorraphe Species 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LVZWSLJZHVFIQJ-UHFFFAOYSA-N Cyclopropane Chemical compound C1CC1 LVZWSLJZHVFIQJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GHVNFZFCNZKVNT-UHFFFAOYSA-N Decanoic acid Natural products CCCCCCCCCC(O)=O GHVNFZFCNZKVNT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 244000068988 Glycine max Species 0.000 description 1
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 description 1
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 159000000009 barium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N dimethylmethane Natural products CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical group O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 125000003010 ionic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000001282 iso-butane Substances 0.000 description 1
- 239000003041 laboratory chemical Substances 0.000 description 1
- 235000021388 linseed oil Nutrition 0.000 description 1
- 239000000944 linseed oil Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- NMJORVOYSJLJGU-UHFFFAOYSA-N methane clathrate Chemical compound C.C.C.C.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O NMJORVOYSJLJGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- -1 salt ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 1
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000563 toxic property Toxicity 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 1
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F5/00—Softening water; Preventing scale; Adding scale preventatives or scale removers to water, e.g. adding sequestering agents
- C02F5/02—Softening water by precipitation of the hardness
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
- C01D7/00—Carbonates of sodium, potassium or alkali metals in general
- C01D7/12—Preparation of carbonates from bicarbonates or bicarbonate-containing product
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/4604—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods for desalination of seawater or brackish water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/58—Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано для получения опресненной воды из морских и соленых природных вод. Для осуществления способа удаляют хлорид натрия из соленой или морской воды путем проведения обменной химической реакции хлорида натрия с гидрокарбонатом аммония. Рассчитанное количество гидрокарбоната аммония вносят в сухом виде в воду при температуре до 18°С с последующим, через 10-60 минут, разложением полученных соединений, находящихся в воде, электроимпульсной обработкой в герметичном электроимпульсном реакторе проточного типа при насыщении обрабатываемой воды избыточным количеством кислорода воздуха. Затем конечные продукты реакции удаляют дегазацией, отстаиванием и фильтрацией. Изобретение обеспечивает сокращение капитальных и эксплуатационных расходов процесса опреснения воды и получение обессоленной воды заранее заданного уровня содержания в ней хлорида натрия. 1 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к технологии опреснения морской и соленой воды различного происхождения путем снижения уровня содержания в воде хлорида натрия. Известно значительное число изобретений и технических решений, направленных на решение этой проблемы.
Дистилляционные методы опреснения воды, при которых процесс осуществляют в специальных дистилляционных установках - опреснителях путем испарения воды и последующей конденсации водяного пара. Если из исходной соленой воды отгоняют не одну фракцию, а несколько, дистилляцию называют фракционной (дробной). Современные дистилляционные опреснители подразделяют на одноступенчатые и многоступенчатые (RU 2453352 С2, B01D 1/22, опубл. 20.06.2012). Капитальные вложения для многоступенчатых конструкций имеют величину многократно большую по сравнению капитальными вложениями для одноступенчатых конструкций. Удельный расход электроэнергии в наиболее эффективных дистилляционных установках составляет 3,5-4,5 кВт час на 1 м3 дистиллята. Существуют дистилляционные установки с использованием природного тепла, в том числе тепла морской воды (US 7897019 В2, C02F 1/14, C02F 103/08, B01D 3/02, опубл. 01.03.2011 г.), солнечной энергии (DE 2935231 А1, C02F 1/14, опубл. 02.04.1981) и т.д. Дистилляция в вакууме проходит при температуре от 15°С и такая дистилляция требует меньших тепловых затрат, хотя общие потребности в энергии не могут быть уменьшены. Другой способ дистилляции - это многостадийная однократная равновесная перегонка - МОРП, которая также является энергетически и капиталоемким процессом. Материальные затраты при осуществлении любого варианта процесса дистилляции связаны с большим потреблением энергии и капитальные вложения на дистилляционные технические устройства являются очень высокими. Скорость опреснения этих процессов не имеет высоких показателей.
Криогенные методы основаны на явлении криоскопии, т.е. процессе кристаллизации льда из молекул воды. При замораживании соленой воды вокруг центров кристаллизации образуется пресный лед гексагональной игольчатой структуры со средней плотностью 930 кг/м3. Замораживание морской воды проводят в кристаллизаторах различных конструкций - контактных, вакуумных, с теплообменом через стенку. Разработан газогидратный метод опреснения воды, который основан на способности некоторых углеводородных газов - пропана, циклопропана, бутана, изобутана, этилена и т.д. при определенных условиях по температуре и давлению образовывать при взаимодействии с водой соединения кластерного типа. Криогенные методы (RU 2601003 С2, C02F 1/04, опубл. 27.10.2016) являются очень медленными и качество опресненной воды не всегда достаточное высокое для ее прямого использования. При опреснения морской воды показатели солености по NaCl составляют 500-1000 мг/л при требуемых 250-350 мг/л. Криогенные технологии опреснения требуют очень высоких капитальных вложений и значительных эксплуатационных расходов. Применение гидратных методов требует наличия значительного количества углеводородных газов и больших вложений в обеспечение их технологического оборота. Точных данных по энергоемкости криогенных процессов не представлено.
Обратно осмотические методы опреснения воды (RU 2556662 С2, C02F 1/44, B01D 61/02, опубл. 27.05.2015) основаны на пропускании соленой воды через полупроницаемые мембраны под воздействием давления, существенно превышающего разницу осмотических давлений пресной и соленой воды (для морской воды разница осмотических давлений составляет 25-50 атм.). Степень опреснения воды и производительность мембраны по опресненной воде зависят от различных факторов, прежде всего от общего солесодержания исходной воды, солевого состава воды, давления и температуры проводимого процесса. Так, при опреснении соленой воды из скважины, содержащей 0,5% растворенных солей, при давлении 50 атм. в течение суток удается получить приблизительно 700 л пресной воды с 1 м2 мембраны. Поскольку для обеспечения большого количества пресной воды требуется большая площадь мембран, для производства пресной воды в промышленных масштабах процесс обратного осмоса не находит широкого применения. Данный процесс является медленным и энергоемким. Лучшие промышленные образцы имеют показатели около 15 мДж на 1 м3 очищенной воды. Капитальные вложения при осуществлении обратно осмотических методов опреснения воды являются высокими. Количество сбрасываемой воды при обратно осмотических процессах очень высоко. Сбрасываемая вода является более соленой по сравнению с изначально очищаемой водой. В бытовых устройствах обратно осмотического типа сбрасывается до 80% от объема начальной воды.
Ионообменные методы основаны на свойстве твердых полимерных смол разной степени сшивки, ковалентно связанных с ионогенными группами (ионитами), обратимо обмениваться ионами растворенных в воде солей (противо-ионами) (RU 2036160 C1, C02F 1/42, опубл. 27.05.1995). На скорость ионного обмена влияют следующие факторы: доступность фиксированных ионов внутри каркаса ионита, размер гранул ионита, температура проводимого процесса, состав солей и их концентрация в очищаемой воде. В условиях, приближенных к реальным условиям очистки воды, диффузия ионов внутри гранулы ионита определяет предел скорости ионного обмена, что является лимитирующим фактором при использовании ионообменного процесса опреснения воды. Обменная способность ионообменных смол в процессе эксплуатации постепенно снижается, и, в конечном итоге, исчерпывается. В этом случае необходима регенерация ионообменных смол, которая восстанавливает их исходные химические свойства. Ионообменный способ опреснения воды имеет ряд достоинств: простота оборудования, малый расход электроэнергии. Недостаток ионообменного метода - высокий расход агрессивных реагентов необходимых для регенерации смол, сложности с утилизацией сбросов, технологическая сложность процесса в случае каскадной или многоуровневой схемы, которая определяется исходным уровнем солесодержания. Скорость обессоливания сравнительно невысокая. Повышение скорости процесса требует значительного увеличения капитальных вложений и эксплуатационных затрат. Недостатком ионообменного процесса является его низкая регулируемость для достижения заданных показателей концентрации солей в очищенной воде. Количество воды подлежащих сбросу - 15-20% от общего объема очищаемой воды.
Электродиализный способ опреснения основан на способности ионов растворенных в воде солей перемещаться через мембрану под действием градиента электрического поля (RU 2036160 С1, C02F 1/42, опубл. 27.05.1995). Катионы и анионы разделяют, используя специальные проницаемые для ионов ионоселективные мембраны. В результате, в ограниченном мембранами объеме, происходит снижение концентрации солей в воде. Ионоселективные мембраны, применяемые для электродиализа, изготовляют из термически и химически стойких полимерных материалов, что позволяет проводить процесс опреснения воды при повышенных температурах. Срок службы мембран в среднем составляет 3-5 лет. Выход пресной воды в электродиализных установках может составлять 90-95%, но при достижении таких показателей объем капитальных вложений сильно возрастает. Практическое потребление электроэнергии в таких системах для морской воды составляет около 200 мДж на 1 м3. Теоретический нижний предел электропотребления - 2,7 мДж на 1 м3, который достижим в электродиализных установках электроконденсаторного типа (ЕР 2014620 А2, C02F 1/48, C02F 1/461 опубл. 14.01.2009), которые требуют применения особых материалов для электродов и использования электрических конденсаторов сверхбольших емкостей - около 50 микрофарад на 1 см2 площади конденсатора. Как следствие, при реализации этого процесса капитальные вложения и эксплуатационные расходы значительно возрастают.
Химическое (реагентное) опреснение производят путем введения в соленую воду специальных реагентов, которые при взаимодействии с растворенными в ней ионами солей, образуют соединения, которые могут быть впоследствии удалены из водных растворов. К веществам, способным образовывать нерастворимые соединения с ионами натрия (Na+) и хлора (Cl-), относятся соли серебра (Ag+) и бария (Ва2+), которые при обработке соленой воды образуют вещества, выпадающие в осадок. В изобретении (CN 1974418 В, C02F 1/28, C02F 103/08, опубл. 08.06.2011) авторы предлагают реагентное опреснение соленой воды за счет ранее перечисленных реагентов, внедренных в цеолитовые структуры. Такой подход не снижает суммарных затрат на реагенты, поскольку итоговое количество требуемых для полного проведения химического процесса реагентов не уменьшается, а процесс внедрения реагентов в цеолиты приводит к увеличению конечной стоимости композитного реагента за счет дополнительных затрат на цеолиты и на процесс внедрения реагентов в структуру цеолитов. Сами реагенты имеют высокую стоимость, реакции с солями серебра протекают медленно, а соли бария обладают токсичными свойствами.
Сорбционные методы основаны на способности некоторых веществ к селективной сорбции воды с последующим процессом ее десорбции. К таким веществам относят некоторые натуральные масла, например, соевое, пальмовое, льняное масло или декановая кислота, имеющая практически нулевую растворимость в воде. В сорбционных методах эффективная сорбция не превышает 2% от объема сорбирующего материала, расход которого при осуществлении сорбционных процессов незначителен. В патенте (RU 2556669 С2, C02F 1/26, B01D 11/04, C02F 101/10, опубл. 10.07.2015) указано, что цикл сорбция-десорбция может занимать 24 часа. Для ускорения процесса десорбции воды применяют термическое воздействие на сорбент. Капитальные вложения и эксплуатационные расходы для таких установок имеют очень высокую стоимость
В изобретении, выбранном в качестве прототипа (RU 2239602 С1, C02F 1/00, опубл. 10.11.2004), авторы описывают способ опреснения морской и соленой воды, включающей проведение обменной химической реакции растворенного в воде хлорида натрия с аммоний содержащим агентом. Способ, раскрытый в данном изобретении обеспечивает получение твердых товарных продуктов.
Заявленный способ отличается от прототипа тем, что обеспечивает вступление в обменную химическую реакцию растворенного хлорида натрия с заранее рассчитанным количеством вносимого в воду гидрокарбоната аммония, с последующим разложением полученных в результате реакции гидрокарбоната натрия и других соединений, находящихся в воде, электроимпульсной обработкой при насыщении обрабатываемой воды избыточным количеством кислорода воздуха и последующим удалением из воды конечных продуктов реакции методами дегазации, отстаивания и фильтрации.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в уменьшении капитальных и эксплуатационных расходов для процесса опреснения соленой воды различного происхождения с целью получения воды с заранее заданной концентрацией хлорида натрия, при повышении безопасности, управляемости и прогнозируемости процесса обессоливания и снижении экологической нагрузки на окружающую среду.
Поставленная задача решена путем реализации процесса реагентного обессоливания соленой воды различного происхождения, в том числе морской, за счет проведения обменной химической реакции растворенного в воде хлорида натрия с гидрокарбонатом аммония и дальнейшим разложением химических соединений, полученных в результате проводимой реакции. Предлагаемый процесс отличается тем, что обеспечивают проведение обменной химической реакции растворенного в воде хлорида натрия с заранее рассчитанным количеством вносимого в воду гидрокарбоната аммония, в результате проводимой химической реакции получают растворенные в воде гидрокарбонат натрия и другие соединения, которые по сравнению с хлоридом натрия являются химически нестойкими соединениями. Полученные нестойкие химические соединения разлагают стандартными электроимпульсными методами в присутствии в обрабатываемой воде избытка кислорода. Химические соединения, полученные в результате электроимпульсного воздействия в присутствии кислорода на очищаемую воду, удаляют из обрабатываемой воды методами дегазации, отстаивания, фильтрации и другими методами. Расчет требуемого для процесса обессоливания количества гидрокарбоната аммония производят на основании стехиометрических параметров проводимой обменной химической реакции хлорида натрия с гидрокарбонатом аммония с учетом показателей по начальной и конечной (требуемой) концентрации в воде хлорида натрия. Предлагаемый процесс обессоливания воды протекает при нормальных или близких к нормальным условиям с высокой, но безопасной кинетикой химической реакции. Изобретение может быть применено в системах опреснения морской и соленой воды различного происхождения для снижения в обрабатываемой воде концентрации хлорида натрия до заранее назначаемого уровня. Использование предлагаемого изобретения обеспечивает низкие капитальные и эксплуатационные затраты технологического процесса опреснения воды и повышает уровень производственной и экологической безопасности. Технологический процесс, реализованный с применением данного изобретения, является хорошо управляемым и прогнозируемым, имеет простое аппаратное оформление, не требует значительных затрат энергии. Получаемые в результате применения данного процесса химические соединения, в том числе пищевую соду, в случае их выпадения в осадок при достаточной для этого их концентрации в воде, выделяют из водных растворов фильтрованием, центрофугованием или иными способами, и повторно используют в промышленности.
Согласно изобретению, обеспечивают вступление в обменную химическую реакцию растворенного воде хлорида натрия с заранее рассчитанным количеством гидрокарбоната аммония. Основная химическая реакция процесса NaCl+NH4HCO3→NaHCO3+NH4Cl протекает при температуре до 18°С без частичного саморазложения гидрокарбоната аммония, проходящего с выделением аммиака. Гидрокарбонат аммония при температуре до 18°С в сухом виде постоянно вводят в зону проведения реакции в герметичный реактор проточного типа, в который подают обрабатываемую соленую воду. Количество требуемого для проведения реакции гидрокарбоната аммония и количество соленой воды, постоянно подаваемой в реактор проточного типа, рассчитывают, исходя из стехиометрии проводимой реакции с учетом начальной концентрации хлорида натрия в воде и конечной (требуемой) концентрации хлорида натрия в обессоленной воде. В зоне проведения реакции в проточном реакторе вводимый гидрокарбонат аммония интенсивно перемешивают с подаваемой соленой водой. Из проточного реактора полученный водный раствор направляют в реактор релаксации для полного окончания обменной химической реакции хлорида натрия с гидрокарбонатом аммония. В результате проведенной реакции получают водный раствор гидрокарбоната натрия (пищевой соды), хлорида аммония и непрореагировавшего хлорида натрия. В реакторе релаксации, выполненном в виде одной или нескольких герметичных емкостей, в случае превышения в водном растворе концентрации полученного гидрокарбоната натрия (пищевой соды) над порогом его растворимости в воде, происходит частичное выпадение гидрокарбоната натрия в виде осадка. Осадок гидрокарбоната натрия, если таковой появляется, удаляют из реактора релаксации и направляют на дальнейшую переработку на химические производства, например, для получения кальцинированной соды - Na2CO3. В реакторе релаксации окончание проводимой реакции между хлоридом натрия и гидрокарбонатом аммония в обрабатываемой воде происходит в течение 10-60 минут, после чего обрабатываемую воду с находящимися в ней полученными химическими соединениями и остатком растворенного хлорида натрия направляют в реактор аэрации проточного типа. В реактор аэрации воздушным компрессором через форсунки подают атмосферный воздух и насыщают обрабатываемую воду кислородом. Насыщенную кислородом обрабатываемую воду с растворенными в ней химическими соединениями направляют на дальнейшую электроимпульсную обработку в герметичный электроимпульсный реактор проточного типа. В электроимпульсном реакторе, за счет воздействия электромагнитных импульсов на растворенные в насыщенной кислородом воздуха воде химические соединения, происходит их разложение. При этом разложение находящегося в воде хлорида натрия не происходит, что связано с его химической устойчивостью. В результате электроимпульсного воздействия в присутствии избыточного содержания в воде кислорода на сравнительно нестойкие, по сравнению с хлоридом натрия, химические соединения, находящиеся в обрабатываемой воде, получают жидкие, газообразные, нерастворимые и малорастворимые в воде простые химические соединения, преимущественно различные оксиды и простые газы. Полученную воду отстаивают и фильтруют, отходящие при этом газы удаляют, нерастворимые и малорастворимые химические соединения выделяют из воды и удаляют, опресненную воду нормируют по кислотности и направляют потребителю.
В таблице 1 представлены измеренные количества гидрокарбоната аммония, требуемые для полной нейтрализации хлорида натрия в каждом из тестовых водных растворов хлорида натрия различной концентрации.
Пример
Изготавливают набор тестовых водных растворов хлорида натрия различной концентрации в количестве 21 шт., согласно пропорциям, представленным в таблице 1. Для этого указанные в таблице 1 количества химически чистого хлорида натрия при температуре 10°С полностью растворяют при интенсивном размешивании в соответствующем количестве дистиллированной воды (согласно данным из таблицы 1). Полученные растворы хранят при температуре 10°С, что обусловлено требованиями безопасности для проведения эксперимента. В охлажденный водный раствор хлорида натрия выбранной концентрации объемом 500 мл вносят небольшими порциями химически чистый гидрокарбонат аммония. Вносимый химически чистый гидрокарбонат аммония тщательно размешивают до его полного растворения в воде и оставляют полученный раствор при температуре 10°С на 20 минут для полного окончания прохождения реакции, после чего производят замер концентрации хлорида натрия в полученном водном растворе аппаратно-программными средствами. Далее, повторяют внесение и растворение очередной взвешенной и регистрируемой по массе порции гидрокарбоната аммония с последующим измерением полученной концентрации хлорида натрия в конечном водном растворе по истечении 20 минут, требуемых для окончания проводимой обменной реакции. Вносимые порции химически чистого гидрокарбоната аммония регистрируют по массе в промежуточном протоколе проведения эксперимента. Описанный процесс внесения гидрокарбоната аммония в водный раствор хлорида натрия повторяют вплоть до момента, когда наличие NaCl в данном растворе перестает регистрироваться аппаратно-программными средствами. Полученный результат о требуемом по весу количестве гидрокарбоната аммония для полного удаления из водного раствора NaCl для каждого тестового раствора регистрируют в таблице 1. Эксперимент повторяют для всех приготовленных концентраций водных растворов хлорида натрия с регистрацией в таблице 1 полученных результатов о фактически требуемом по массе количестве гидрокарбоната аммония для полного удаления хлорида натрия из выбранных тестовых растворов.
Исследование производят с использованием стандартного мерного и аналитического оборудования, применяемого для лабораторных химических исследований, в помещении, оборудованном вытяжной вентиляцией. Измерение концентрации хлоридов натрия в водном растворе производят стандартными аппаратно-программными средствами спектрометрического титрирования воды с отсечением при анализе нецелевых спектров растворенных в ней веществ.
Описанный в данном изобретении процесс реализован на стандартном оборудовании для химической промышленности. Герметичный реактор проточного типа для проведения химической реакции гидрокарбоната аммония с хлоридом натрия в обрабатываемой соленой воде выполнен из нержавеющей стали и оборудован механической мешалкой. Насыщение обрабатываемой воды кислородом воздуха происходит в стандартном реакторе аэрации проточного типа, выполненном в виде вертикальной колонны из нержавеющей стали. Подачу атмосферного воздуха в прокачиваемый через колонну поток обрабатываемой воды производят через форсунки под давлением, создаваемым воздушным компрессором. Разложение полученных в результате обменной химической реакции хлорида натрия с гидрокарбонатом аммония нестойких химических соединений производят в стандартном проточном электроимпульсном реакторе, выполненном из нержавеющей стали, с встроенными шинами для создания электромагнитных импульсов в водной среде, насыщенной кислородом воздуха. В качестве источника электромагнитных импульсов применяют стандартный электроимпульсный генератор. Для прокачки обрабатываемой воды между реакторами используют насосное оборудование в антикоррозийном исполнении. При удалении отходящих газов применяют гидрозатворы в антикоррозийном исполнении.
Claims (1)
- Способ реагентного процесса опреснения морской и соленой воды различного происхождения за счет проведения обменной химической реакции растворенного в воде хлорида натрия с гидрокарбонатом аммония, отличающийся тем, что обеспечивают вступление в химическую реакцию растворенного в воде хлорида натрия с заранее рассчитанным количеством вносимого в сухом виде в воду при температуре до 18°С гидрокарбоната аммония, с последующим, через 10-60 минут, разложением полученных в результате реакции гидрокарбоната натрия и других соединений, находящихся в воде, электроимпульсной обработкой в герметичном электроимпульсном реакторе проточного типа при насыщении обрабатываемой воды избыточным количеством кислорода воздуха и последующим удалением из воды конечных продуктов реакции методами дегазации, отстаивания и фильтрации.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017119515A RU2663858C1 (ru) | 2017-06-02 | 2017-06-02 | Способ реагентного обессоливания воды гидрокарбонатом аммония с получением соединений, подлежащих последующему разложению |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017119515A RU2663858C1 (ru) | 2017-06-02 | 2017-06-02 | Способ реагентного обессоливания воды гидрокарбонатом аммония с получением соединений, подлежащих последующему разложению |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2663858C1 true RU2663858C1 (ru) | 2018-08-10 |
Family
ID=63142638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017119515A RU2663858C1 (ru) | 2017-06-02 | 2017-06-02 | Способ реагентного обессоливания воды гидрокарбонатом аммония с получением соединений, подлежащих последующему разложению |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2663858C1 (ru) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2154029C2 (ru) * | 1998-05-05 | 2000-08-10 | ОАО "Комбинат Североникель" Российского акционерного общества по производству цветных и драгоценных металлов | Способ получения карбоната кобальта из раствора хлорида |
| WO2001096243A1 (en) * | 2000-06-16 | 2001-12-20 | Paul Rongved | Process for desalination of seawater |
| JP2002186978A (ja) * | 2000-12-20 | 2002-07-02 | Tanpei Seiyaku Kk | 脱塩海水成分の製造方法 |
| RU2220110C2 (ru) * | 2001-07-24 | 2003-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭКОТЕХ" | Электроимпульсный способ очистки воды |
| CN1974418A (zh) * | 2006-12-19 | 2007-06-06 | 国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所 | 基于载银酸性沸石的海水脱盐剂及其制备方法 |
| RU2430889C1 (ru) * | 2010-03-03 | 2011-10-10 | Юрий Олегович Бобылев | Способ электроимпульсной очистки загрязненных промышленных сточных вод и установка для электроимпульсной очистки загрязненных промышленных сточных вод |
| KR20150143062A (ko) * | 2014-06-13 | 2015-12-23 | 한국해양과학기술원 | 해수 중 음이온 제거 및 탄산이온 전환을 이용한 미네랄 농축수 제조방법 |
-
2017
- 2017-06-02 RU RU2017119515A patent/RU2663858C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2154029C2 (ru) * | 1998-05-05 | 2000-08-10 | ОАО "Комбинат Североникель" Российского акционерного общества по производству цветных и драгоценных металлов | Способ получения карбоната кобальта из раствора хлорида |
| WO2001096243A1 (en) * | 2000-06-16 | 2001-12-20 | Paul Rongved | Process for desalination of seawater |
| RU2239602C1 (ru) * | 2000-06-16 | 2004-11-10 | Пол РОНГВЕД | Способ опреснения морской воды |
| JP2002186978A (ja) * | 2000-12-20 | 2002-07-02 | Tanpei Seiyaku Kk | 脱塩海水成分の製造方法 |
| RU2220110C2 (ru) * | 2001-07-24 | 2003-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭКОТЕХ" | Электроимпульсный способ очистки воды |
| CN1974418A (zh) * | 2006-12-19 | 2007-06-06 | 国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所 | 基于载银酸性沸石的海水脱盐剂及其制备方法 |
| RU2430889C1 (ru) * | 2010-03-03 | 2011-10-10 | Юрий Олегович Бобылев | Способ электроимпульсной очистки загрязненных промышленных сточных вод и установка для электроимпульсной очистки загрязненных промышленных сточных вод |
| KR20150143062A (ko) * | 2014-06-13 | 2015-12-23 | 한국해양과학기술원 | 해수 중 음이온 제거 및 탄산이온 전환을 이용한 미네랄 농축수 제조방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2867388B1 (en) | Process and apparatus for generating or recovering hydrochloric acid from metal salt solutions | |
| US20120273417A1 (en) | Forward osmosis separation processes | |
| HU231153B1 (hu) | Eljárás fordított ozmózissal koncentrált víz kezelésére | |
| CA2847237C (en) | Evaporative treatment method for aqueous solution | |
| CN113562924A (zh) | 一种钢铁冶金高盐废水资源化利用的处理系统及方法 | |
| Smith et al. | Integrating tunable anion exchange with reverse osmosis for enhanced recovery during inland brackish water desalination | |
| Truong-Lam et al. | Water Purifying by Gas Hydrate: Potential Applications to Desalination and Wastewater Treatments. | |
| CN110038440B (zh) | 一种用于海水脱钙的双极膜电渗析装置及方法 | |
| WO2018035573A1 (en) | Desalination process | |
| RU2663858C1 (ru) | Способ реагентного обессоливания воды гидрокарбонатом аммония с получением соединений, подлежащих последующему разложению | |
| US3842002A (en) | Method for removing sulfate and bicarbonate ions from sea water or brackish water through the use of weak anionic exchange resins containing amino groups of the primary and secondary type | |
| Loh et al. | Simultaneous ammonia recovery and water reclamation from brackish aquaculture effluent via reactive vacuum membrane distillation | |
| CN112437754B (zh) | 用于从来自工业工厂的废水去除污染物的方法和用于实施这样的方法的系统 | |
| US9731983B2 (en) | Ion exchange methods for treating water hardness | |
| US20220025091A1 (en) | Resin for desalination and process of regeneration | |
| CN108314112A (zh) | 一种含铵盐废水处理的方法 | |
| Wang et al. | Application of ultrafiltration-reverse osmosis system double membrane method in advanced treatment of fluoride in raw water | |
| RU2598432C1 (ru) | Способ получения опресненной и обессоленной воды для ядерных энергетических установок из засоленных вод | |
| Rajca | The use of chitosan and pressure-driven membrane processes to remove natural organic matter from regenerative brine recovery | |
| Shuryberko et al. | Study of the sorption and desorption processes of sulfites on the anion-exchange redoxites | |
| CN215712398U (zh) | 一种钢铁冶金高盐废水资源化利用的处理系统 | |
| Gomelya et al. | ASSESSMENT OF DEOXYGENATION EFFICIENCY FOR WATER OF VARIOUS MINERALIZATION | |
| CN203033856U (zh) | 酮连氮法生产水合肼的废水处理及提盐的装置 | |
| Prabhu et al. | Co2 Mineralization of Brine Discharged by Desalination Plant | |
| RU2160711C1 (ru) | Способ очистки сточных вод производства мочевины |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190603 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20200803 |