установка для подготовки обессоленной воды для производства синтез-газа

Формула изобретения

1. Установка для подготовки обессоленной воды, содержащая последовательно соединенные блок предварительного осветления и блок ультрафильтрации, а также блок обратного осмоса, отличающаяся тем, что снабжена теплообменником для подогрева исходной воды, соединенным с входом блока предварительного осветления, последовательно соединенными блоком ультрафиолетового обеззараживания и блоком фильтров со степенью фильтрации не более 5 мкм, установленными между блоком ультрафильтрации и блоком обратного осмоса, представляющим собой блок двухступенчатого обратного осмоса.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выход для концентрата первой ступени блока двухступенчатого обратного осмоса соединен с блоком обратной промывки мембран, соединенным с блоком ультрафильтрации, который линией подачи промывной воды соединен со входом блока осветления.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выход для концентрата второй ступени блока двухступенчатого обратного осмоса подсоединен между блоком ультрафильтрации и блоком ультрафиолетового обеззараживания.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блок предварительного осветления включает последовательно соединенные бак аэрации, бак коагуляции и осветлитель.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что осветлитель выполнен в виде емкости с сужающейся нижней частью и сепарационным устройством в верхней части, имеющим сквозные каналы с наклоном к горизонту 40-70°.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологиям очистки вод природных источников для дальнейшего их использования в качестве исходной воды для получения пара в процессах паровой или парокислородной конверсии углеводородных газов (производство синтез-газа).

В технологиях производства синтез-газа исходным сырьем является смесь углеводородных газов и водяного пара. Для получения водяного пара необходимо использовать обессоленную воду высокой степени очистки. Существует множество способов очистки воды, но в настоящее время наиболее эффективными являются способы на основе мембранных технологий (ультрафильтрация, обратный осмос).

В качестве источника исходной воды используются природные воды, как правило, ближайшая река или подземные воды. При этом качественным и количественным показателям загрязнений присущи существенные сезонные колебания. Во время периодического ухудшения качества природной воды в паводковые периоды могут возникнуть проблемы с обеспечением производства синтез-газа обессоленной водой. В таком случае некоторые технологии очистки с использованием мембран могут не обеспечить надлежащее качество, либо необходимое ее количество, либо будут работать на критических нагрузках с большим расходом фильтрующих элементов, химических реагентов, сокращением срока службы мембран, а также увеличением технологических стоков.

Кроме этого стоит отметить, что при осуществлении производства синтез-газа, из экономических соображений, очистка воды должна осуществляться непосредственно на самих установках производства синтез-газа и обслуживаться персоналом этих же установок. При выборе технологии очистки воды это накладывает дополнительные требования. Во-первых, должна быть максимальная компактность оборудования, во-вторых, простота его эксплуатации и обслуживания без привлечения специалистов узкого профиля водоподготовки.

Известна установка для подготовки глубоко обессоленной воды (RU 78183 U), состоящая из последовательно включенных модулей предварительной подготовки воды, модуля обратного осмоса, декарбонизации, промежуточной емкости, модуля ионообменного умягчения и электродеионизации. Модуль декарбонизации может быть выполнен, в частности, в виде системы мембранной дегазации.

Известна мембранная установка для подготовки глубокообессоленной воды (RU 56374 U), состоящая из модуля ультрафильтрации, модуля первой ступени обратного осмоса, модуля второй ступени обратного осмоса, модуля электродеионизации, контрольного умягчителя, насосов и системы мембранной дегазификации.

Известна установка получения воды (RU 62923 U), состоящая из блока предварительной подготовки воды (установка прямоточной коагуляции с осветлительным фильтрованием на многослойной зернистой загрузке, либо установка ультрафильтрации), блока нанофильтрации, блока обратного осмоса, блока умягчения с блоком нанофильтрации, блок корректировки pH.

Недостатками указанных схем являются:

- сложная технологическая схема, как следствие, трудности в обслуживании и эксплуатации, большие геометрические размеры установки;

- высокая себестоимость очищенной воды;

- высокие затраты на производство воды ввиду быстрого выхода из строя дорогостоящих мембран, так как отсутствует предварительное осветление воды (например, методами коагуляции и отстаивания) перед входом в блок ультрафильтрации;

- использование некоторых видов флокулянтов приводит к снижению срока службы ультрафильтрационных мембран;

- низкая надежность технологии, в период ухудшения качества исходной воды;

Известна система подготовки воды (RU 79096 U), содержащая трубопроводы от водозабора до потребителя по потоку очищаемой воды, бак накопительный буферный, емкость газоудаления, блок мембранных проточных фильтров, реакционную камеру озонирования, дегазационную камеру, емкость химической обработки оксидов металлов, фильтр осветлительный, второй буферный бак, резервуар чистой воды и блок ультрафиолетового обеззараживания, при этом между вторым буферным баком и резервуаром чистой воды проложен параллельный трубопровод, на котором последовательно размещены дополнительный блок ультрафиолетового обеззараживания и блок мембранного разделения обратным осмосом.

Недостатками известной установки являются:

- использование коагулянтов низкой концентрации в блоке осветлителя, что приводит к лишним транспортным расходам;

- отсутствие эффективной схемы сепарирования хлопьев коагулированных частиц в блоке осветления;

- отсутствие схемы автоматического регулирования pH среды в блоке предварительного осветления воды;

- отсутствие блока ультрафильтрации, что приводит к преждевременному выходу из строя блока обратного осмоса.

Наиболее близкой к предложенной является установка для обессоливания воды, осуществляющая коагуляцию/флокуляцию с осаждением коллоидных частиц и загрязнений, предварительное фильтрование, ультрафильтрацию и обработку обратным осмосом. Установка включает последовательно соединенные емкость для коагуляции и осаждения, предварительный фильтр, блок ультрафильтрации, аппарат обратного осмоса (CN 101973655А, опуб. 16.02.2011).

Недостатками известной установки являются:

- использование некоторых видов флокулянтов приводит к снижению срока службы ультрафильтрационных мембран;

- неэффективный режим коагуляции и осаждения коллоидных частиц в блоке предварительного осветления воды ввиду отсутствия аэрации воды и эффективной схемы сепарирования хлопьев коагулированных частиц в блоке осветления;

- отсутствие схемы автоматического регулирования pH среды в блоке предварительного осветления воды;

- отсутствие стадии обеззараживания воды;

- отсутствие фильтров перед входом воды в блок обратного осмоса (возможен «проскок» коллоидных частиц)

Техническим результатом предложенной группы изобретений является увеличение срока службы ультрафильтрационных и обратноосмотических мембран; обеспечение обеззараживания воды.

Технический результат достигается тем, что установка для подготовки обессоленной воды содержит последовательно соединенные блок предварительного осветления и блок ультрафильтрации, а также блок обратного осмоса, отличающаяся тем, что снабжена теплообменником для подогрева исходной воды, соединенным с входом блока предварительного осветления, последовательно соединенными блоком ультрафиолетового обеззараживания и блоком фильтров со степенью фильтрации не более 5 мкм, установленными между блоком ультрафильтрации и блоком обратного осмоса, представляющим собой блок двухступенчатого обратного осмоса.

Кроме того, выход для концентрата первой ступени блока двухступенчатого обратного осмоса соединен с блоком обратной промывки мембран, соединенным с блоком ультрафильтрации, который линией подачи промывной воды соединен с входом блока предварительного осветления.

Кроме того, выход для концентрата второй ступени блока двухступенчатого обратного осмоса подсоединен между блоком ультрафильтрации и блоком ультрафиолетового обеззараживания.

Кроме того, блок предварительного осветления включает последовательно соединенные бак аэрации, бак коагуляции и осветлитель.

Причем осветлитель предпочтительно выполнен в виде емкости с сужающейся нижней частью и сепарационным устройством в верхней части, имеющим сквозные каналы с наклоном к горизонту 40-70°.

На фиг.1 изображена схема установки для подготовки обессоленной воды.

Установка для подготовки обессоленной воды содержит последовательно соединенные теплообменник 1 пластинчатого типа для подогрева исходной воды с регулирующим клапаном 2, блок предварительного осветления, включающий последовательно соединенные бак 3 аэрации, бак 4 коагуляции и осветлитель 5 со шламовым насосом 6, далее приемный бак 7, насосы 8, блок 9 ультрафильтрации, промежуточный бак 10, насосы 11, блок ультрафиолетового обеззараживания (ультрафиолетовый стерилизатор 12), блок 13 рулонных фильтров со степенью фильтрации 5 мкм (не более), блок 14 двухступенчатого обратного осмоса, бак 15 для обессоленной воды и насосы 16.

Выход первой ступени блока 14 двухступенчатого обратного осмоса для концентрата соединен с модулем обратной промывки мембран (промывочная емкость 18), соединенным с блоком 9 ультрафильтрации, который линией подачи промывной воды соединен через бак 17 с входом блока предварительного осветления.

Выход для концентрата второй ступени блока 14 двухступенчатого обратного осмоса подсоединен к промежуточному баку 10 между блоком 9 ультрафильтрации и блоком 13 рулонных фильтров.

Установка работает следующим образом.

Исходная вода, проходя теплообменник 1 пластинчатого типа, подогревается до температуры 20-25°C теплофикационной водой из общецехового контура. Температура исходной воды поддерживается постоянной с помощью автоматического регулирующего клапана 2, установленного на байпасе пластинчатого теплообменника 1 линии теплофикационной воды. Поддержание постоянной температуры в заданном интервале является необходимым условием для процесса коагуляции. В линию исходной воды последовательно дозируется раствор коагулянта (например, оксихлорид алюминия марки «Аква-Аурат 30») и раствор щелочи, например, гидрооксида натрия. Количество дозируемого коагулянта подбирается опытным путем, на основе лабораторных исследований. Одним из основных условий протекания процесса коагуляции является поддержание определенного значения pH. Дозировка гидрооксида натрия необходима для корректировки pH воды и производится в автоматическом режиме по заданному значению pH в интервале 5,5-7,5.

Затем нагретая вода смешивается с промывочной водой блока 9 ультрафильтрации (из бака 17) и направляется в блок предварительного осветления, который состоит из бака 3 аэрации, бака 4 коагуляции и осветлителя 5. Исходная вода поступает в нижнюю точку бака 3 аэрации (с мешалкой), куда подается технологический воздух из общецеховой сети для удаления растворенных газов, окисления растворенного железа и улучшения перемешивания реагентов с водой. В этом же баке 3 происходит начальная коагуляция (укрупнение частиц коагулянта и загрязнений). Далее вода самотеком поступает в нижнюю точку бака 4 коагуляции (с мешалкой), где происходит дегазация воды и окончательная коагуляция. Коагулированная вода из верхней точки бака 4 коагуляции двумя параллельными потоками самотеком поступает с противоположных сторон в нижнюю часть осветлителя 5, который предназначен для осаждения и удаления образовавшегося шлама (крупные соединения коагулянта и загрязнений в виде хлопьев). Вода восходящим потоком поднимается снизу вверх. В верхней части осветлителя 5 установлено тонкослойное сепарационное устройство, состоящее из профильных пластин, образующих в сечении каналы в виде сот. Наклон пластин составляет 40-70° к горизонту. Сепарация взвешенных частиц происходит за счет изменения направления потока воды в каналах устройства. В средней части осветлителя 5 образуется взвешенный слой коагулированных частиц в виде хлопьев, который является контактной средой, при прохождении воды через этот слой загрязнения осаждаются. Наличие взвешенного слоя скоагулированных хлопьев заметно ускоряет процесс осаждения и делает его более эффективным. Когда скорость выпадения осадка в виде хлопьев становится выше скорости восходящего потока воды, они осаждаются в нижнюю часть осветлителя 5 пирамидальной формы и с периодичностью 8-12 часов удаляются шламовым насосом 6.

Эффективное осветление воды в блоке предварительного осветления предохраняет мембраны блока 9 ультрафильтрации от раннего выхода из строя.

Осветленная вода собирается в приемном желобе в верхней части осветлителя 5 и самотеком подается в приемный бак 7 блока 9 ультрафильтрации. Из приемного бака 7 насосами 8 (один рабочий и один резервный) вода подается в аппараты блока 9 ультрафильтрации (один рабочий и один резервный), где происходит очистка от взвешенных веществ, коллоидных и органических примесей. В блок 9 ультрафильтрации также интегрирован модуль обратной промывки мембран с промывочной емкостью 18. Осветленная вода собирается в промежуточном баке 10, откуда насосами 11 (один рабочий и один резервный) подается на обработку в ультрафиолетовый стерилизатор 12 для обеззараживания, далее проходит блок 13 рулонных фильтров со степенью фильтрации 5 мкм (один рабочий и один резервный), на котором задерживаются коллоидные частицы, «проскочившие» через блок 9 ультрафильтрации, которые могут привести к раннему выходу из строя мембран блока 14 обратного осмоса.

Затем обеззараженная и свободная от взвешенных веществ вода поступает на стадию двухступенчатого осмоса в блок 14, мембранные блоки I и II ступеней которого соединены последовательно по фильтрату. Фильтрат I ступени подается на вход II ступени для доочистки, а концентрат I ступени направляется в емкость 18 для промывок блока 9 ультрафильтрации. Концентрат II ступени возвращается в промежуточный бак 10 для повторной очистки.

Для коррекции pН и для удаления углекислоты на вход II ступени блока 14 осуществляется дозирование раствора гидроксида натрия. Мембранные блоки I и II ступеней собраны на одном каркасе в виде моноблока и имеют общий модуль промывки.

После очистки на обратноосмотических мембранах обессоленная вода собирается в баке 15, откуда насосами 16 (один рабочий и один резервный) подается на производство синтез-газа.

В случае проведения регламентных работ или промывки на любой из ступеней обратного осмоса оставшаяся в работе ступень продолжает производить обессоленную воду и снабжать ею производство синтез-газа.

Преимуществами предложенного изобретения являются:

- оптимальные условия ведения процесса коагуляции, так как температура и показатель pН воды поддерживаются постоянными засчет автоматического регулирования;

- большая эффективность осаждения коллоидных частиц засчет применения аэрации воды и сепарационных устройств в блоке осветления;

- увеличенный срок службы ультрафильтрационных и обратноосмотических мембран;

- наличие стадии обеззараживания воды.