PL198610B1 - Sposób odsalania morskiej wody - Google Patents

Abstract

1. Sposób odsalania wody morskiej lub wody s lonawej, znamienny tym, ze wod e miesza si e z amoniakiem gazowym; uzyskan a mieszanin e rozpyla si e w postaci drobnych kropli w pobli zu wierz- cho lka zamkni etej komory procesowej; rozpylon a wod e poddaje si e dzia laniu odpowiedniej ilo sci CO 2 z wylotowego gazu spalinowego, a utworzony sta ly w eglan sodu i chlorek amonu usuwa si e w odstoj- niku poni zej komory procesowej, osadza si e i usuwa sta le substancje przez przewód wylotowy dla dolnego produktu i odprowadza si e odsolon a wod e jako górny produkt z odstojnika. PL PL PL PL

Description

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu odsalania morskiej wody lub wody słonawej.

Dla rolnictwa i przemysłu potrzeba coraz więcej wody komunalnej, a jest ona niedostępna w wielu rejonach świata. Nie można stosować wody morskiej, ponieważ zawiera ona sól, a istniejące metody usuwania soli są wolne, kłopotliwe i kosztowne i wymagają wielkich ilości energii. Zużycie energii rośnie na całym świecie, a jej większość wytwarza się przez spalanie oleju, węgla gazowego, drewna i innych substancji organicznych, które zanieczyszczają środowisko.

Naukowcy z całego świata zajmujący się środowiskiem postulują, aby dwutlenek węgla (CO₂), który obecnie się wytwarza i odprowadza do środowiska, zredukować w celu ochrony środowiska przed niekorzystnym efektem cieplarnianym, jaki powoduje gazowy CO₂. W związku z tym wiele państw narzuciło sobie obniżenie emisji CO₂ jako wymóg prawny.

Tak więc niniejszy wynalazek ma rzeczywiście ogromne znaczenie, dostarczając przy niskich kosztach praktyczny sposób wytwarzania dużych ilości odsolonej wody morskiej wykorzystując do procesu CO₂ z wylotowych gazów spalinowych, które w innym przypadku zanieczyszczałyby środowisko. Żaden istniejący ekonomiczny sposób nie dostarcza jednocześnie takich wyników, chociaż inne sposoby stosują podobne chemikalia. Zwłaszcza sposób z sodą kalcynowaną, ulepszony przez Ernesta Solvay'a w 1865, za pomocą nasycania stężonego roztworu chlorku sodu amoniakiem i przepuszczanie przez niego dwutlenku węgla uzyskując sodę kalcynowaną.

Powyższe oraz cele i zalety uzyskuje się według niniejszego wynalazku zawierającego chemiczny sposób odsalania morskiej wody i usuwania CO2 z gazów wylotowych. Cząsteczki soli (NaCl) mają silne wiązanie wewnętrzne pomiędzy jonami Na^- i Cl^-, które zostanie rozerwane w dwóch etapach.

Według wynalazku sposób odsalania wody morskiej lub wody słonawej, polega na tym, że wodę miesza się z amoniakiem gazowym; uzyskaną mieszaninę rozpyla się w postaci drobnych kropli w pobliżu wierzchołka zamkniętej komory procesowej; rozpyloną wodę poddaje się działaniu odpowiedniej ilości CO₂ z wylotowego gazu spalinowego, a utworzony stały węglan sodu (Na₂CO₃) i chlorek amonu (NH₄Cl) usuwa się w odstojniku poniżej komory procesowej, osadza się i usuwa stałe substancje przez przewód wylotowy dla dolnego produktu i odprowadza się odsoloną wodę jako górny produkt z odstojnika.

Korzystnie stosuje się komorę procesową wyposażoną w osłony rozbryzgowe do wyłapywania i rozbryzgiwania wody.

Korzystnie maksymalne stężenie soli w wodzie wynosi 22%.

Korzystnie proces prowadzi się w dwóch lub większej ilości komór rozmieszczonych szeregowo lub równolegle.

W pierwszym etapie niniejszego wynalazku amoniak NH₃, będący katalizatorem, dozuje się i miesza z wodą morską zawierającą około 3% wagowych soli, która ma być usunięta. Amoniak łatwo miesza się z wodą i tworzy NH₄OH, który zawiera bardzo silnie reagujące cząsteczki. Przyciągają one silnie atom Cl z cząsteczek soli z wody morskiej. Osłabia to wiązanie wewnętrzne i powoduje, że sól jest bardziej podatna na rozkład.

Drugi etap powyższego procesu przeprowadza się w zamkniętej komorze procesowej umieszczonej nad odstojnikiem. W procesie tym stosuje się wylotowy gaz spalinowy bogaty w CO₂ i zwykle odprowadzany do atmosfery i zagrażający środowisku. Gaz wchodzi przez wlot z jednej strony i pozostaje w komorze w celu przetworzenia. Gaz poprocesowy wychodzi wylotem z drugiej strony. Mieszaninę wody morskiej pompuje się do komory procesowej do licznych wylotów blisko wierzchołka i rozprasza w postaci niezatykającej mgły.

Cząsteczki gazowego CO₂ są przyciągane przez atom Na soli dalej osłabiając i rozrywając cząsteczkę soli we mgle z morskiej wody. Tworzą się dwie ciężkie substancje stałe, osiadają w odstojniku i są usuwane wylotem dla dolnego produktu.

Odsolona morska woda, w dużych ilościach na tonę soli ponieważ sól występuje w wodzie morskiej jedynie w około trzech procentach, wypływa górą z odstojnika. Odsoloną wodę morską można następnie stosować jako komunalną, przemysłową i dla rolnictwa. Nadal zawiera ona nieco rozpuszczonego amoniaku i planktonu oraz organizmy, które w oceanie stanowią składniki pokarmowe dla innych organizmów morskich. Te składniki pokarmowe można również zastosować do nawożenia ziemi w gospodarce rolnej. Alternatywnie, w razie potrzeby, można je usuwać z wody za pomocą intensywnego napowietrzania i procesów biologicznych lub też za pomocą niezatykających się filtrów. Flokulaty z substancji koloidalnych odzyskuje się w postaci szlamu lub placków filtracyjnych.

PL 198 610 B1

Dwiema substancjami stałymi z rozpadu soli i usunięcia gazowego CO₂ są: węglan sodu Na₂CO₃ o ciężarze właściwym 2,53 oraz chlorek amonu NH₄Cl o ciężarze właściwym 1,53.

Te dwie substancje stałe można rozdzielić za pomocą hydrocyklonu, na zasadzie poczty pneumatycznej i rozpylania albo innymi metodami. Popyt na węglan sodu wzrasta i jego ceny są korzystne. Może on pokryć koszty całego procesu, dzięki czemu odsolona woda będzie darmowa. Amoniak z HN4Cl można zawrócić za pomocą obróbki termicznej z tlenkiem wapnia CO, lub poddać konwersji do NH3 i HCl.

Równanie reakcji rozpadu soli z wodą morską jako nośnikiem i usuwanymi trzema procentami wagowymi soli, dla 1 tony usuwanej soli jest następujący:

32,3 T 1,0 T 0,45 T

194 H₂O + 2 NaCl + 2 NH₃ + 18 116 52

0,38 T CO2 = 44

0, 91 T 0,91 T 32, 3 T Na₂CO₃ + 2 NH₄Cl + 194 H₂O 106 106 18

Skrót T oznacza tonę masy.

Liczby w ostatnim wierszu oznaczają masy cząsteczkowe związków w równaniu.

Proces według niniejszego wynalazku można prowadzić w komorze procesowej zawierającej oczep i cylindryczną ścianę ponad odstojnikiem o cylindrycznej ścianie połączonej ze stożkowatym dnem ze studzienką ściekową. Przewód doprowadzający, z licznymi otworami wylotowymi do rozpylania, zasila w morską wodę zmieszaną z amoniakiem. Kanał wlotowy zasila komorę procesową w wylotowe gazy spalinowe z gazowym CO2. Kanał wylotowy usuwa gaz spalinowy procesowy.

Przelew dla górnego produktu i przewód dla górnego produktu odprowadzają wodę morską, z której usunięto sól. Osłony rozbryzgowe i okrągła pokrywa przelewowa wyłapują i rozbryzgują wodę w celu dodatkowego usunięcia soli. Przenośnik rurowy usuwa dolny produkt ze studzienki za pomocą dozowania powietrza, które miesza i rozgęszcza substancję ze studzienki i rozpyla ją do rozdzielacza. Powietrze usuwa się na szczycie rozdzielacza.

Ulepszony sposób przetwarzania lub instalację według niniejszego wynalazku, z rozkładem cząsteczkowym i korzystnym zmniejszeniem ilości soli in situ w wodzie morskiej lub innej wodzie, osiąga się za pomocą ciągłego procesu chemicznego prowadzonego w jednej lub większej liczbie komór procesowych, z których każda umieszczona jest nad odstojnikiem, rozmieszczonych szeregowo lub równolegle.

Gazy wylotowe bogate w gazowy CO2 usuwa się zwykle podczas spalania gazu, oleju lub węgla w elektrowni, piecach i innych urządzeniach do spalania, co po osiągnięciu przez nie górnych warstw atmosfery jest szkodliwe dla środowiska.

Gaz wylotowy kieruje się do komór procesowych i gazowy CO2 stosowany w tym procesie zostaje jako taki usunięty z gazu wylotowego. Przed wpompowaniem wody morskiej do komory procesowej i rozpyleniem jej w wielu punktach pod szczytem komory, do wody morskiej dodaje się i miesza z nią amoniak będący katalizatorem, w ilościach równowagowych z solą, aby osłabić wewnętrzne wiązania soli. Gdy drobno rozpylana ciecz uderzy w jedną lub więcej osłon rozbryzgowych, gazowy CO2 działa wówczas jako silny odczynnik reagujący, przyłącza osłabione cząsteczki soli i rozrywa je.

Z soli, amoniaku, CO2 i wody tworzą się dwie ciężkie substancje stałe, które się usuwa. Związkami tymi są węglan sodu i chlorek amonu.

W odstojniku poniżej wyładowuje się wodę morską pozbawioną soli, jako górny produkt z odstojnika, a ciężkie substancje stałe osadzają się i są usuwane jako dolny produkt, i można je następnie odzyskiwać.

Można stosować wiele komór procesowych w różny sposób. Jeżeli dwie, trzy lub więcej komór jest rozmieszczonych równolegle, wówczas proporcjonalnie zmniejsza się powierzchnia komory na metr kwadratowy, przepływ wody morskiej, sól, amoniak i CO2, a rośnie odsolenie wody morskiej.

Z kolei, jeżeli są trzy podobne komory procesowe rozmieszczone szeregowo, a spalinowy gaz wylotowy przepływa z jednej komory do drugiej i do trzeciej, wówczas tam wyładowuje się poprocesowy gaz wylotowy, a wodę morską zmieszaną z amoniakiem można pompować do drugiej komory i tam przetwarzać. Natomiast, jeżeli przetworzona woda morska nadal zawiera zbyt wiele soli, można ją kontrolować pod kątem wystarczającej ilości amoniaku i pompować do pierwszej komory procesowej w celu dokończenia procesu, aby zostały spełnione wymagania co do odsolenia.

W razie potrzeby, niewielką ilość wymieszanej pompowanej wody morskiej można skierować i rozpylać w trzeciej komorze procesowej dla zakończenia usuwania resztkowego gazowego CO2.

Sposób według niniejszego wynalazku jest przeznaczony głównie dla wody morskiej, mającej względnie stałą zawartość soli. Woda morska zawiera około 3% wagowe soli, ale ta zawartość procentowa

PL 198 610 B1 może się zmieniać zależnie od lokalizacji. W fiordach i wąskich zatokach, które otrzymują duże ilości świeżej wody, zawartość procentowa soli będzie niższa. W strefie tropikalnej i wodach płytkich zawartość soli jest wyższa, ale na ogół nie przekracza 4% wagowych.

Magnez, wapń i potas występują w wodzie morskiej w bardzo niewielkiej ilości w porównaniu z solą sodową. Metale te potrzebne są dla większości żywych komórek i część z nich można usuwać w opisanym procesie.

Woda morska zawiera także plankton i inne mikroorganizmy, które w oceanie spełniają funkcję ważnych składników pokarmowych dla innych organizmów morskich.

Mikroorganizmy te mogą również spełniać funkcję nawozów, gdy odsoloną wodę morską stosuje się w rolnictwie na terenie pustynnym lub półpustynnym, gdzie rosnąca populacja i spożycie powodują, że odsoloną woda morska stanowi bardzo cenne źródło, jak w Kalifornii, Hong Kongu i na Środkowym Wschodzie. W krajach arabskich wiele gazu z szybów naftowych wciąż się pali i gazowy CO₂ ze spalania można wychwytywać i usuwać za pomocą niniejszego procesu zapobiegając zanieczyszczeniu atmosfery. Gaz ten można wykorzystać jako paliwo dla elektrowni.

Powstałe tam gazy wylotowe można kierować do niniejszego procesu i usuwać niebezpieczny gazowy CO₂ w celu odsalania dużych ilości morskiej wody, przy dostępności której utworzą się obszary produktywne rolniczo. Amoniak wytwarza się obecnie w dużych ilościach tanim kosztem, tak że zawracanie go może nie być potrzebne lub uzasadnione ekonomicznie. Należy rozumieć, że słoną wodę, inną niż woda morska, można stosować w tym wynalazku alternatywnie i aby zapobiec zatykaniu i zapewnić niezawodność procesu można stosować maksymalne stężenie 22% soli.

Niniejszy wynalazek został opisany w odniesieniu do określonych korzystnych postaci i należy rozumieć, że różne jego modyfikacje i odmiany są oczywiste dla fachowców w tej dziedzinie.

Claims (4)

1. Sposób odsalania wody morskiej lub wody słonawej, znamienny tym, że wodę miesza się z amoniakiem gazowym; uzyskaną mieszaninę rozpyla się w postaci drobnych kropli w pobliżu wierzchołka zamkniętej komory procesowej; rozpyloną wodę poddaje się działaniu odpowiedniej ilości CO2 z wylotowego gazu spalinowego, a utworzony stały węglan sodu i chlorek amonu usuwa się w odstojniku poniżej komory procesowej, osadza się i usuwa stałe substancje przez przewód wylotowy dla dolnego produktu i odprowadza się odsoloną wodę jako górny produkt z odstojnika.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się komorę procesową wyposażoną w osłony rozbryzgowe do wyłapywania i rozbryzgiwania wody.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że maksymalne stężenie soli w wodzie wynosi 22%.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces prowadzi się w dwóch lub większej ilości komór rozmieszczonych szeregowo lub równolegle.