PL238498B1

PL238498B1 - Arrangement of the evaporative desalination of water system, method for preventing deposition of scale in the evaporative desalination of water systems and the application of water saturated with micro-nano-bubbles

Info

Publication number: PL238498B1
Application number: PL423783A
Authority: PL
Inventors: Filip Mariusz Herman; Yousef Muhammed AL YOUSEF; Yousef Yousef Muhammed Al
Original assignee: King Abdulaziz City Sci & Tech; New Energy Transfer Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2021-08-30
Also published as: WO2019112492A4; WO2019112492A1; PL423783A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest układ instalacji wyparnego odsalania wody oraz sposób zapobiegania osadzania kamienia w instalacjach wyparnego odsalania wody oraz zastosowanie wody nasyconej mikro-nano pęcherzami w wyparnych układach odsalania.The subject of the invention is a system of an evaporative desalination plant and a method of preventing scale build-up in evaporative desalination plants, and the use of micro-nano-saturated water in evaporative desalination systems.

Wynalazek należy do dziedziny instalacji odsalania wody.The invention relates to the field of desalination plants.

Ze względu na podwyższone ryzyko osadzania się kamienia na powierzchni wymiany cieplnej wyparne układy odsalania wody wymagają zabiegów przygotowania solanki wlotowej. Ma to związek z powstawaniem węglanów i ich osadzaniem się w układzie na skutek odgazowywania solanki wlotowej i separacji dwutlenku węgla, który zostaje odprowadzony na zewnątrz za pośrednictwem instalacji próżniowej. Ponadto w solance wlotowej występujące związki zawierające siarkę oraz magnez posiadają własności skutecznej formacji warstwy tzw. „kamienia” na powierzchni rurek wymienników ciepła. Konwencjonalne układy odsalania bazują na dodawaniu do solanki przeznaczonej do odsolenia inhibitorów zazwyczaj w stężeniu na poziomie 5 ppm w stosunku do strumienia doprowadzanej solanki. Ponadto, skład chemiczny wody odsalanej, definiuje maksymalną temperaturę pracy instalacji wyparnej wielostopniowej wynoszącą ok. 70°C, ponieważ powyżej niej ryzyko zarastania rurek wymiennika kamieniem jest bardzo wysokie. Powyższy stan rzeczy uniemożliwia ciągłą eksploatację wyparnych układów odsalania wody. Przerwy w eksploatacji o których mowa wynikają z konieczności przeprowadzania czasowych zabiegów konserwacyjnych. Ponadto, rozwiązanie polegające na dozowaniu inhibitorów, których zadaniem jest spowolnienie procesu powstawania i osadzania się kamienia w instalacji odsalającej jest kosztownym zabiegiem.Due to the increased risk of limescale deposits on the heat exchange surface, the evaporative desalination systems require the preparation of inlet brine. This is due to the formation of carbonates and their deposition in the system due to the degassing of the inlet brine and the separation of carbon dioxide, which is discharged to the outside through a vacuum system. In addition, in the inlet brine, the sulfur and magnesium-containing compounds present have the properties of an effective layer formation, the so-called "Stone" on the surface of the heat exchanger tubes. Conventional desalination systems rely on the addition of inhibitors to the brine to be desalted, typically at a concentration of 5 ppm relative to the brine feed stream. Moreover, the chemical composition of the desalinated water defines the maximum operating temperature of the multistage evaporation plant to be approx. 70 ° C, because above this the risk of scale build-up on the exchanger tubes is very high. The above state of affairs prevents the continuous operation of evaporative desalination systems. The breaks in operation in question result from the necessity to carry out temporary maintenance procedures. In addition, the solution of dosing inhibitors to slow down the process of scale formation and deposition in a desalination plant is a costly procedure.

Aiman Eid Al.-Rawajfeh, Albara I. Alrawashdeh, Maha Al- Shabatat i inni w publikacji pt. „Inhibitory effect of Hydrex anti-sealant on calcium scale deposition from seawater under multiple-effect distillers' conditions opisują badania mające na celu minimalizację ryzyka osadzania się kamienia wapiennego na powierzchni wymiany ciepła prowadzące do poprawy efektywności układów wielostopniowego odsalania wody morskiej. W badaniach wykorzystany został komercyjnie dostępny środek chemiczny o nazwie Hydrex 9202 produkcji firmy Veolia, który w zależności od dozowanej ilości inhibitował jony wapniowe, węglany i siarkę oraz pomagał wiązać w roztworze dwutlenek węgla, którego z kolei uwalnianie się z roztworu sprzyja formacji kamienia na powierzchniach wymiany ciepła. Środek dozowany był w stężeniu od 2 ppm do 8 ppm i najlepsze rezultaty osiągnięto przy stężeniu 5 ppm. Rozwiązanie według zgłaszanego wynalazku różni się od znanego ze stanu techniki tym, że nie dozuje się środków chemicznych wpływających na inhibicję jonów wapniowych, siarkowych, węglanów oraz utrzymujących rozpuszczalność dwutlenku węgla w solance, a neutralne mikro-nano pęcherzyki (MNB). Solanka zostaje nimi nasycona przed wlotem do systemu MED przy wykorzystaniu tlenu, ozonu lub dwutlenku węgla.Aiman Eid Al-Rawajfeh, Albara I. Alrawashdeh, Maha Al-Shabatat and others in the publication entitled "Inhibitors effect of Hydrex anti-sealant on calcium scale deposition from seawater under multiple-effect distillers' conditions describe studies aimed at minimizing the risk of limescale deposition on the heat transfer surface leading to the improvement of the efficiency of multi-stage seawater desalination systems. The research used a commercially available chemical called Hydrex 9202 produced by Veolia, which, depending on the dosed amount, inhibited calcium ions, carbonates and sulfur and helped to bind carbon dioxide in the solution, the release of which, in turn, promotes the formation of scale on the exchange surfaces warm. The agent was dosed in a concentration from 2 ppm to 8 ppm and the best results were obtained at a concentration of 5 ppm. The solution according to the present invention differs from the known art in that no chemicals are dosed that inhibit calcium, sulfuric ions, carbonates and maintain the solubility of carbon dioxide in brine, and neutral micro-nano-vesicles (MNB). The brine is saturated with them before entering the MED system, using oxygen, ozone or carbon dioxide.

A.E. Al.-Rawajfeh, H.E.S. Fath i A.A. Mabtouk w publikacji pt. „Integrated Salts Precipitation and Nano-Filtration as Pretreatment of Multistage Flash Desalination System”, opisują zastosowanie membran nano-filtracyjnych do redukcji zawartości węglanu wapnia i siarki w solance doprowadzanej do układu, dzięki czemu udało się zredukować zawartość jonów siarkowych o 95% i węglanu wapnia o 37% w strumieniu solanki doprowadzanej do procesu odsalania termicznego. Poprawiło to efektywność procesu odsalania prawie dwukrotnie za sprawą podniesienia maksymalnej temperatury pracy układu, nie wyeliminowało jednak koniczności stosowania środków chemicznych. Rozwiązanie według zgłaszanego wynalazku różni się od znanego ze stanu techniki tym, że całkowicie eliminuje się konieczność dozowania środków chemicznych i nie aplikuje się do układu elementu, w przypadku którego zachodzi konieczność wymiany w związku z degradacją membrany nano-filtracyjnej oraz jej czyszczenia.A.E. Al.-Rawajfeh, H.E.S. Fath and A.A. Mabtouk in the publication entitled "Integrated Salts Precipitation and Nano-Filtration as Pretreatment of Multistage Flash Desalination System" describe the use of nano-filtration membranes to reduce the content of calcium carbonate and sulfur in the brine supplied to the system, thanks to which it was possible to reduce the content of sulfur ions by 95% and calcium carbonate by 37% in the brine stream fed to the thermal desalination process. This improved the efficiency of the desalination process almost twice as a result of increasing the maximum operating temperature of the system, but it did not eliminate the necessity to use chemicals. The solution according to the proposed invention differs from the known from the state of the art in that the need for dosing chemicals is completely eliminated and the element system is not applied to the system, which requires replacement due to the degradation of the nano-filtering membrane and its cleaning.

T. Okazaki, Z. Kawara, T. Yokomine i inni w publikacji pt. „Enhacement of MSF Using Microbubbles” badali efektywność odparowania jednej z metody termicznego odsalania w oparciu o zastosowanie mikro pęcherzy aplikowanych do strumienia solanki wlotowej. Najmniejsza średnica pęcherza wynosiła 0.05mm, a ich zastosowanie pozwoliło na poprawę współczynnika efektywności odparowania osiągając przy przegrzaniu solanki o 7.3°C efekt zbieżny z efektem osiąganym bez zastosowania mikro pęcherzy przy przegrzaniu na poziomie 11 °C. Rozwiązanie według zgłaszanego wynalazku różni się od znanego ze stanu techniki technologią generacji pęcherzy - mianowicie w technologii MNB najmniejsza średnica pęcherza wynosi około 0.005mm czyli dziesięciokrotnie mniej aniżeli technologia mikro pęcherzy co bezpośrednio prowadzi do intensywniejszej atomizacji i znacznego rozwinięcia powierzchni wymiany cieplnej solanka/gaz.T. Okazaki, Z. Kawara, T. Yokomine et al. In the publication titled. "Enhacement of MSF Using Microbubbles" investigated the evaporation efficiency of one of the thermal desalination methods based on the use of micro bubbles applied to the inlet brine stream. The smallest diameter of the bladder was 0.05 mm, and their use allowed for the improvement of the evaporation efficiency coefficient, reaching the effect of overheating the brine by 7.3 ° C and the effect achieved without the use of micro bubbles at overheating at 11 ° C. The solution according to the proposed invention differs from the technology of bubble generation known from the state of the art - namely in the MNB technology the smallest diameter of the bubble is about 0.005 mm, i.e. ten times smaller than the micro-bubble technology, which directly leads to more intense atomization and a significant expansion of the brine / gas heat exchange surface.

PL 238 498 B1PL 238 498 B1

We wniosku CN106944400 (A) ZHANG TIANZHU; ZHANG HUIJUAN; XUE XIAOLI; YANG WENHUA; WU NA; ZHAO YUEGANG; REN QIANG zaprezentowali metodę oczyszczania zabytków przy pomocy wody wraz z rozpuszczonymi cząsteczkami MNB przy pomocy ręcznego natrysku. Rozwiązanie według zgłaszanego wynalazku różni się od znanego ze stanu techniki tym, że mieszanina solanki oraz MNB podawana jest do układu odsalania wody w celu poprawy efektywności i niezawodności procesu odsalania wyparnego przy ciśnieniu niższym od atmosferycznego.In the application CN106944400 (A) ZHANG TIANZHU; ZHANG HUIJUAN; XUE XIAOLI; YANG WENHUA; WU NA; ZHAO YUEGANG; REN QIANG presented a method of cleaning monuments with the use of water with dissolved MNB particles by means of hand spraying. The solution according to the present invention differs from the known art in that the mixture of brine and MNB is fed to the water desalination system in order to improve the efficiency and reliability of the evaporative desalination process at sub-atmospheric pressure.

We wniosku WO2017127636 (A1) USE OF MICRO AND NANO-BUBBLES IN LIQUID PROCESSING AMAMCHARLA JAYENDRA [US]; LI BINGYI [US]; LIU ZHE [US] prezentują zastosowania dozowania MNB do cieczy w celu ograniczenia ich lepkości, a co za tym idzie ograniczenia kosztów pompowania. Rozwiązania znajduje szczególne zastosowanie w przemyśle spożywczym (np. przetłaczanie mleka) dzięki korzystnemu wpływowi MNB na mieszanie się dodawanych do mleka składników przy jednoczesnej redukcji kosztów pompowania. W proponowanym rozwiązaniu MNB dozowane są do cieczy o niewielkiej lepkości, zawierającej ponad 90% czystej wody, w dawkach mających na celu maksymalizację wymiany ciepła oraz właściwości czyszczących i dezynfekujących rozwiązania.In application WO2017127636 (A1) USE OF MICRO AND NANO-BUBBLES IN LIQUID PROCESSING AMAMCHARLA JAYENDRA [US]; LI BINGYI [US]; LIU ZHE [US] present the applications of MNB dosing to liquids in order to reduce their viscosity and thus reduce pumping costs. The solutions find particular application in the food industry (e.g. milk transfer) due to the beneficial effect of MNB on the mixing of ingredients added to the milk, while reducing pumping costs. In the proposed solution, MNBs are dosed to low-viscosity liquids containing more than 90% of pure water, in doses aimed at maximizing heat transfer as well as cleaning and disinfecting properties of the solution.

Rozwiązanie według wynalazku, w odróżnieniu od znanych ze stanu techniki i stosowan ych konwencjonalnie stacji dozowania substancji chemicznych (m.in. inhibitorów), wykorzystuje technologię MNB (Micro Nano Buble), polegającą na nasycaniu solanki wlotowej pęcherzami tlenu, ozonu lub dwutlenku węgla bądź ich mieszaniny, o średnicy poniżej 0.1 mm, w celu ograniczenia formowania się osadów oraz poprawy efektywności energetycznej instalacji. Pękające mikro-nano pęcherze generują fale ultradźwiękowe działające oczyszczająco na wszelkie powierzchnie stałe. W wyniku pękania mikro-nano pęcherzyków powstają rodniki hydroksylowe OH*, które są bardzo silnymi utleniaczami, silniejszymi od ozonu i tlenu atomowego. Rodniki hydroksylowe niszczą wszelkie mikroorganizmy takie jak bakterie czy wirusy oraz mają pozytywny wpływ na już osadzony „kamień” - pękające MNB czyszczą mechanicznie powierzchnie wymiany ciepła przez zabezpieczenie przed zarastaniem węglanami, itp. minerałami, powodującymi scaling oraz zabezpieczają przed powstawaniem biofilmów. Dodatkowo obecność MNB w wodzie zmienia rozpuszczalność minerałów i przesuwa granicę nasycenia roztworów co jest bardzo korzystne dla procesów wyparnego odsalania wody, a powstałe podczas rozpadu MNB rodniki wspomagają parowanie ze względu na dużą ilość zarodków parowania w wodzie.The solution according to the invention, unlike known from the state of the art and conventionally used chemical dosing stations (e.g. inhibitors), uses the MNB (Micro Nano Buble) technology, consisting in saturating the inlet brine with oxygen, ozone or carbon dioxide bubbles or their mixtures with a diameter of less than 0.1 mm in order to reduce sludge formation and improve the energy efficiency of the installation. Bursting micro-nano blisters generate ultrasonic waves that cleanse all solid surfaces. As a result of cracking of micro-nano bubbles, hydroxyl OH * radicals are formed, which are very strong oxidants, stronger than ozone and atomic oxygen. Hydroxyl radicals destroy all microorganisms, such as bacteria or viruses, and have a positive effect on the already deposited "scale" - cracking MNBs mechanically clean the heat exchange surfaces by preventing fouling with carbonates, etc. minerals causing scaling and preventing the formation of biofilms. In addition, the presence of MNB in water changes the solubility of minerals and shifts the saturation limit of the solutions, which is very beneficial for the processes of evaporative desalination of water, and the radicals formed during the decomposition of MNB support evaporation due to the large number of evaporation nuclei in the water.

W układach MSF (Multi Stage Flash) temperatura solanki doprowadzonej do efektów ma zawsze temperaturę wyższą od temperatury nasycenia, w związku z czym jest ona solanką przegrzaną, która musi ulec schłodzeniu po to, aby w temperaturze nasycenia danego efektu (MED) trafiać na rurki wymiany ciepła w celu skroplenia pary płynącej wewnątrz rurek, a nie jej przegrzania. Dzięki odparowaniu przegrzanej solanki zanim trafi ona na rurki wymiennika, po uprzednim nasyceniu MNB i atomizacji w dyszy natryskowej, produkcja destylatu wzrasta o około 4.3% co w przypadku instalacji o wydajności 100.000 m³ na dobę daje dodatkowo 4.300 m³ destylatu z tej samej ilości doprowadzonej energii do układu wielostopniowego odparowania.In MSF (Multi Stage Flash) systems, the temperature of the brine supplied to the effects is always higher than the saturation temperature, and therefore it is a superheated brine that must be cooled in order to reach the exchange tubes at the saturation temperature of a given effect (MED) heat to condense the vapor flowing inside the tubes rather than overheating it. With the evaporation of the superheated brine before it enters the tubes of the exchanger after saturation MNB and atomization spray nozzle, the production of distillate is increased by about 4.3% as in the case of installation with a capacity of 100.000 m ³ per day gave an additional 4.300 m ^{3 of} distillate with the same amount of applied energy to the multistage evaporation system.

Istotą wynalazku jest układ wyparnego odsalania wody zawierający zbiornik przygotowania solanki połączony rurociągiem z układem pompowym z wyparnym układem odsalania zawierającym układ odprowadzenia destylatu oraz układ odprowadzenia solanki, charakteryzujący się tym, że zawiera źródło gazu połączone rurociągiem ze stacją przygotowania gazu połączoną rurociągiem z generatorem MNB do generowania mikro-nano pęcherzy o średnicy do 0,1 mm, połączonym rurociągiem ze stacją przygotowania solanki.The essence of the invention is an evaporative water desalination system containing a brine preparation tank connected by a pipeline to a pumping system with an evaporative desalination system containing a distillate discharge system and a brine discharge system, characterized by the fact that it includes a gas source connected by a pipeline with a gas preparation station connected by a pipeline with a MNB generator for generating micro-nano bubbles up to 0.1 mm in diameter, connected by a pipeline to the brine preparation station.

Korzystnie, gdy źródłem gazu jest czerpnia powietrza bądź zbiorniki gazu.Preferably, the gas source is an air supply or gas tanks.

Istotą wynalazku jest sposób zapobiegania osadzania kamienia w instalacjach wyparnego odsalania wody polegający na tym, że w źródle gazu pobierane jest powietrze które doprowadza się rurociągiem gazowym do stacji przygotowania gazu, w której przeprowadza się kolejno procesy przyg otowujące gaz do procesu nasycania solanki mikro-nano pęcherzami (MNB). W pierwszej kolejności gaz zostaje osuszony, następnie osuszony gaz kierowany jest do separatora tlenu, w którym zostaje uzyskany czysty tlen który następnie trafia do generatora ozonu, w którym z dostarczonego tlenu produkowany jest czysty ozon. Przygotowany gaz jest następnie transportowany rurociągiem gazowym do generatora MNB, który spręża przygotowany gaz i transportuje rurociągiem gazowym do zbiornika przygotowania solanki. Nasycanie przeprowadza się w zbiorniku. Równocześnie do procesu pobierania powietrza doprowadza się solankę do zbiornika przygotowania solanki, za pośrednictwem rurociągu (11) podłączonego do czerpni wody ze zbiornika wodnego bądź cysterny i układu pompowego i w nim zostaje nasycona mikro-nano pęcherzami (MNB) poprzez generator MNB, solanka zostaje po nasyceniu MNBThe essence of the invention is a method of preventing scale build-up in evaporative desalination plants, which consists in taking air in the gas source, which is supplied through a gas pipeline to the gas preparation station, in which processes are successively carried out to prepare the gas for the process of saturating the brine with micro-nano bubbles. (MNB). First, the gas is dried, then the dried gas is directed to the oxygen separator, where pure oxygen is obtained, which then goes to the ozone generator, where pure ozone is produced from the supplied oxygen. The prepared gas is then transported through the gas pipeline to the MNB generator, which compresses the prepared gas and transports it through the gas pipeline to the brine preparation tank. The impregnation is carried out in the tank. At the same time, the air intake process is supplied with brine to the brine preparation tank, through the pipeline (11) connected to the water intake from the water tank or the cistern and the pumping system, where it is saturated with micro-nano bubbles (MNB) through the MNB generator, the brine remains after saturation MNB

PL 238 498 B1 w zbiorniku przygotowania solanki doprowadzona rurociągiem przy wykorzystaniu pompy obiegowej do wyparnego układu odsalania.In the brine preparation tank, it is piped to the evaporative desalination system by means of a circulation pump.

Rozwiązanie według wynalazku polegające na aplikacji MNB do układu odsalania ma tę zaletę, że poza funkcją atomizującą solankę wlotową, mikro-nano pęcherzyki zawierają w sobie skumulowaną energię, która w wyniku pękania pęcherzyka emituje dodatkowy strumień energii. Istotą rozwiązania jest połączenie komory atomizującej z komorą, w której dochodzi do odparowania solanki oraz wymiennikiem typu ociekowego, dzięki czemu produkcja pary w instalacji wielostopniowego odparowania wzrasta o ponad 4%, w stosunku do układów MSF bez systemu MNB.The solution according to the invention, which consists in applying MNB to the desalination system, has the advantage that, in addition to the function of atomizing the inlet brine, the micro-nano-bubbles contain accumulated energy which, due to the bubble breakage, emits an additional stream of energy. The essence of the solution is the connection of the atomizing chamber with the chamber in which the brine evaporates and the drip-type exchanger, thanks to which the steam production in the multi-stage evaporation installation increases by over 4%, compared to MSF systems without the MNB system.

Pozytywne efekty, głównie związane z właściwościami czyszczącymi oraz poprawy efektywności wymiany ciepła widoczne są także w innych układach wyparnych np. MED (Multi Effect Desalination) gdzie uzyskujemy korzystne efekty związane z poprawą dyspozycyjności oraz ograniczeniem zużycia energii przez układ odsalania wody.Positive effects, mainly related to the cleaning properties and the improvement of heat transfer efficiency, are also visible in other evaporative systems, such as MED (Multi Effect Desalination), where we obtain beneficial effects related to the improvement of availability and reduction of energy consumption by the desalination system.

Zastosowanie MNB pozwala na znaczne ograniczenie zabiegów konserwacyjnych jak i redukcję dni wyłączenia instalacji z pracy na cele konserwacyjne z 14 dni do 2 dni, a więc 7 krotnie. W przypadku instalacji o wydajności 100.000 m³ na dobę, pozwala to na roczny wzrost produkcji wody destylowanej o 1.200.000 m³ z jednoczesną redukcją nakładów finansowych na środki chemiczne dozowane do solanki biorącej udział w procesie odsalania z powodzeniem finansując nakłady inwestycyjne na modernizacje instalacji.The use of MNB allows for a significant reduction in maintenance and the reduction of days of shutting down the installation for maintenance purposes from 14 days to 2 days, i.e. 7 times. In the case of installations with a capacity of 100,000 m ³ per day, it allows for an annual increase in the production of distilled water by 1,200,000 m ³ with a simultaneous reduction in financial expenditure on chemicals dosed into the brine involved in the desalination process, successfully financing investment expenditure on modernization of the installation.

Przy średnim koszcie chemikaliów na poziomie $0.04 na jedną tonę wody odsolonej, dla instalacji o zdolności odsalania na poziomie 100.000 m³ na dobę daje roczny zysk w ilości $1.452.000 związany tylko z oszczędnością środków chemicznych - zwiększenie produkcji wody jest dodatkową korzyścią.At an average cost of chemicals at the level of $ 0.04 per ton of desalinated water, for desalination plant with a capacity of 100,000 m ³ per day gives an annual profit in the amount of $ 1,452,000 associated only with saving chemicals - increasing the production of water is an added benefit.

MNB mogą być produkowane na wiele różnych sposobów. Jednym z najpopularniejszych jest realizowany w następujący sposób: W źródle gazu pobierane jest powietrze zewnętrzne poprzez warstwy filtracyjne za pośrednictwem wentylatora zasysającego je z zewnątrz. Źródło gazu posiada również możliwość poboru gazu z butli, w których gaz może zostać przywieziony na miejsce pracy instalacji. Gaz pobrany ze źródła zostaje doprowadzony rurociągiem gazowym do stacji przygotowania gazu, w której zachodzą kolejno procesy przygotowujące gaz do procesu nasycania solanki mikro-nano pęcherzami (MNB). W najpopularniejszym przypadku w pierwszej kolejności gaz zostaje osuszony przy zastosowaniu technologii sorpcyjnej poprzez pochłanianie wilgoci węglem aktywnym. Następnie osuszony gaz kierowany jest do separatora tlenu, w którym zostaje uzyskany czysty tlen. W przypadku iniekcji pęcherzy opartych o ozon, czysty tlen trafia do generatora ozonu, w którym z dostarczonego tlenu produkowany jest czysty ozon. W przypadku zastosowania mikro-nano pęcherzy bazujących na dwutlenku węgla, do układu dostarcza się butle łączone z układem w źródle gazu z wyłączeniem stacji przygotowania gazu. Przygotowany gaz jest następnie transportowany rurociągiem gazowym do generatora MNB, który spręża przygotowany gaz i transportuje rurociągiem gazowym do zbiornika przygotowania solanki. Samo nasycanie odbywa się w zbiorniku przy wykorzystaniu urządzenia przypominającego wymiennik płaszczowo rurowy, w którym solanka zostaje skierowana do przestrzeni rurowej, natomiast w przestrzeni poza-rurowej doprowadzony zostaje pod ciśnieniem uprzednio przygotowany gaz przy pomocy rurociąg gazowego. Same rurki wykonane są z membran, które przepuszczają gaz z przestrzeni poza-rurowej do solanki przepływającej w przestrzeni rurowej. W wyniku mieszania gazu z solanką oraz uprzedniej aplikacji gazu w warunkach nadciśnienia, formują się pęcherze o średnicy 0.1 mm i mniejszej. Ilość gazu doprowadzonego do solanki uzależniona jest od ilości solanki biorącej udział w procesie odsalania, a nie od zawartości soli, tak więc zawór dozujący gaz do generatora MNB jest wyregulowany w taki sposób, aby na każdy kilogram solanki aplikować ok. 5 mg gazu. Sama solanka o zawartości cząstek stałych na poziomie ok. 42 g/kg wody, trafia do zbiornika przygotowania solanki rurociągiem za pośrednictwem pompy obiegowej, gdzie następnie ulega nasyceniu gazem.MNBs can be produced in many different ways. One of the most popular is implemented as follows: In the gas source, the outside air is taken through the filter layers by means of a fan sucking it in from outside. The gas source also has the option of taking gas from cylinders in which the gas can be brought to the installation site. The gas taken from the source is led through the gas pipeline to the gas preparation station, where the processes that prepare the gas for the process of saturating the brine with micro-nano bubbles (MNB) take place. In the most popular case, the gas is first dried using sorption technology by absorbing moisture with activated carbon. Then the dried gas is directed to the oxygen separator, where pure oxygen is obtained. In the case of injection of ozone-based blisters, pure oxygen goes to the ozone generator, where pure ozone is produced from the supplied oxygen. In the case of using micro-nano bubbles based on carbon dioxide, cylinders connected to the system in the gas source, excluding the gas preparation station, are supplied to the system. The prepared gas is then transported through the gas pipeline to the MNB generator, which compresses the prepared gas and transports it through the gas pipeline to the brine preparation tank. The impregnation itself takes place in the tank using a device similar to a shell-and-tube exchanger, in which the brine is directed into the pipe space, while the pre-prepared gas is supplied under pressure in the extra-pipe space by means of a gas pipeline. The tubes themselves are made of membranes that pass gas from the extra-tubular space to the brine flowing in the tubular space. As a result of mixing the gas with the brine and the prior application of the gas under positive pressure, bubbles 0.1 mm in diameter and smaller are formed. The amount of gas supplied to the brine depends on the amount of brine involved in the desalination process, and not on the salt content, so the gas metering valve for the MNB generator is adjusted in such a way that approx. 5 mg of gas is applied to each kilogram of brine. The brine itself, with a solids content of approx. 42 g / kg of water, goes to the brine preparation tank through a pipeline via a circulating pump, where it is then saturated with gas.

Układ według wynalazku został przedstawiony na rysunku fig. 1 przedstawiający schemat blokowy układu odsalania wody według wynalazku.The inventive system is illustrated in Fig. 1 showing a block diagram of the inventive water desalination system.

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

W przykładzie wykonania układu według wynalazku w źródle gazu (1) będącym czerpnią powietrza atmosferycznego, pobierane jest powietrze zewnętrzne. Źródło gazu (1) wyposażone jest w warstwy filtracyjne w postaci demontowalnych filtrów oraz wentylator odśrodkowy zasysający powietrze z zewnątrz. Źródło gazu (1) połączone jest rurociągiem gazowym (8) wykonanym z tworzywa PVC ze stacją przygotowania gazu (2), w której zachodzą kolejno procesy przygotowujące gaz do procesu nasycania solanki mikro-nano pęcherzami (MNB). W pierwszej kolejności gaz zostaje osuszony przy poIn an embodiment of the system according to the invention, outside air is taken in the gas source (1), which is an air intake. The gas source (1) is equipped with filter layers in the form of removable filters and a centrifugal fan sucking air from the outside. The gas source (1) is connected by a gas pipeline (8) made of PVC with the gas preparation station (2), in which the processes that prepare the gas for the process of saturating the brine with micro-nano bubbles (MNB) take place. First, the gas is dried at after

PL 238 498 B1 mocy sorpcyjnego pochłaniania wilgoci węglem aktywnym, a następnie skierowany rurociągiem do separatora tlenu typu adsorpcyjnego, w którym zostaje uzyskany czysty tlen. Generator tlenu zasila bezpośrednio generator ozonu. Stacja przygotowania gazu (2) jest połączona rurociągiem gazowym (9) wykonanym z tworzywa PVC z generatorem MNB (3), oraz rurociągiem gazowym (10) wykonanym z tworzywa PVC ze zbiornikiem przygotowania solanki (4). Zbiornik przygotowania solanki wykonany jest ze stali duplex 1.4404 o ma pojemność 6 m³. W wyniku mieszania gazu z solanką oraz uprzedniej aplikacji gazu w warunkach nadciśnienia, uformowały się pęcherze o średnicy 0.1 mm i mniejszej. Ilość gazu doprowadzonego do solanki uzależniona jest od ilości solanki biorącej udział w procesie odsalania, a nie od zawartości soli, tak więc zawór dozujący gaz do generatora MNB (3) jest wyregulowany w taki sposób, aby na każdy kilogram solanki aplikować 5mg gazu. Sama solanka o zawartości cząstek stałych na poziomie 42 g/kg wody, trafiła do zbiornika przygotowania solanki (4) rurociągiem (11) wykonanym z tworzywa PVC za pośrednictwem pompy obiegowej (13), gdzie uległa nasyceniu gazem. Zbiornik przygotowania solanki (4) zasila solanką wzbogaconą MNB wyparny układ odsalania wody (6) oparty na technologii MED (Multi Effect Desalination) przy pomocy rurociągu wodnego (12) wykonanego z tworzywa PVC wyposażonego w pompę (14) . W procesie odparowania na skutek rozprężania, mikro-nano pęcherze pozwalają dodatkowo na atomizację natryskiwanej solanki i znaczne rozwinięcie powierzchni efektywnej wymiany cieplnej dzięki czemu wzrostowi ulega efektywność procesu. Wyparny układu odsalania wody (6) wyposażony jest w rurociąg wody destylowanej (7) wykonany z włókna szklanego służący do odprowadzenia destylatu, oraz w rurociąg zrzutu solanki (5) wykonany z tworzywa PVC służący do odprowadzenia stężonej solanki po procesie separacji destylatu.The adsorption-type oxygen separator is then routed through a pipeline to an adsorptive-type oxygen separator, where pure oxygen is obtained. The oxygen generator supplies the ozone generator directly. The gas preparation station (2) is connected by a gas pipeline (9) made of PVC with the MNB generator (3), and a gas pipeline (10) made of PVC with a brine preparation tank (4). Brine preparation tank is made of steel 1.4404 duplex has a capacity of about 6 m ^3. As a result of mixing the gas with the brine and the prior application of the gas under positive pressure, bubbles 0.1 mm in diameter and smaller were formed. The amount of gas supplied to the brine depends on the amount of brine involved in the desalination process and not on the salt content, so the gas metering valve for the MNB generator (3) is adjusted to apply 5 mg of gas for each kilogram of brine. The brine itself, with a solids content of 42 g / kg of water, went to the brine preparation tank (4) through a pipeline (11) made of PVC via a circulation pump (13), where it was saturated with gas. The brine preparation tank (4) supplies the MNB-enriched brine to the evaporative water desalination system (6) based on the MED (Multi Effect Desalination) technology by means of a water pipeline (12) made of PVC equipped with a pump (14). In the process of evaporation due to expansion, micro-nano blisters additionally allow for the atomization of the sprayed brine and a significant development of the effective heat exchange surface, thanks to which the efficiency of the process is increased. The vaporization of the water desalination system (6) is equipped with a distilled water pipeline (7) made of glass fiber for the discharge of distillate, and a brine discharge pipeline (5) made of PVC material for the discharge of concentrated brine after the distillate separation process.

Zaletą tego rozwiązania jest fakt, że mikro-nano pęcherze generowane są w urządzeniu nieposiadającym części ruchomych co znacznie upraszcza eksploatację i eliminuje ryzyko kontaktu agresywnej solanki z elementami wirnikowymi generatorów odśrodkowych. Ponadto nasycanie solanki doprowadzanej do wyparnych układów odsalających ogranicza konieczność stosowania środków chemicznych, redukuje czas w którym instalacja jest wyłączona z ruchu na cele konserwacyjne oraz poprawia efektywność wymiany cieplnej spowodowanej atomizacją solanki doprowadzanej do układu i znacznego rozwinięcia efektywnej powierzchni wymiany ciepła. W opisywanej instalacji produkcja wody destylowanej wzrasta ze 123t/dobę do 128,7t/dobę przy tym samym wkładzie energetycznym przy jednoczesnej redukcji czasu przestoju wyparnego układu odsalania Wody (6) z 10 dni rocznie do 2 dni rocznie co dodatkowo zwiększa roczną ilość produkowanego destylatu o 2,3% i redukuję nakłady finansowe na środki chemiczne niezbędne do przygotowania solanki wlotowej.The advantage of this solution is the fact that micro-nano bubbles are generated in a device without moving parts, which significantly simplifies the operation and eliminates the risk of contact of aggressive brine with the rotor elements of centrifugal generators. In addition, saturation of the brine fed to the evaporative desalination systems reduces the need to use chemicals, reduces the time in which the installation is shut down for maintenance purposes, and improves the efficiency of heat exchange caused by the atomization of the brine supplied to the system and a significant development of the effective heat exchange surface. In the described installation, the production of distilled water increases from 123t / day to 128.7 t / day with the same energy input, while reducing the downtime of the water desalination system (6) from 10 days a year to 2 days a year, which additionally increases the annual amount of distillate produced by 2.3% and I reduce the costs of chemicals necessary to prepare the inlet brine.

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

W przykładzie wykonania sposobu według wynalazku w źródle gazu (1) pobierane jest powietrze zewnętrzne poprzez warstwy filtracyjne za pośrednictwem wentylatora zasysającego je z zewnątrz. Powietrze pobrane ze źródła (1) zostaje doprowadzone rurociągiem gazowym (8) do stacji przygotowania gazu (2), w której zachodzą kolejno procesy przygotowujące gaz do procesu nasycania solanki mikro-nano pęcherzami (MNB). W pierwszej kolejności gaz zostaje osuszony przy zastosowaniu technologii sorpcyjnej poprzez pochłanianie wilgoci węglem aktywnym. Następnie osuszony gaz kierowany jest do separatora tlenu, w którym zostaje uzyskany czysty tlen który następnie trafia do generatora ozonu, w którym z dostarczonego tlenu produkowany jest czysty ozon. Przygotowany gaz jest przetransportowany rurociągiem gazowym (9) do generatora MNB (3), który spręża przygotowany gaz i transportuje rurociągiem gazowym (10) do zbiornika przygotowania solanki (4). Samo nasycanie odbywa się w zbiorniku (4) przy wykorzystaniu urządzenia przypominającego wymiennik płaszczowo rurowy, w którym solanka zostaje skierowana do przestrzeni rurowej, natomiast w przestrzeni poza - rurowej doprowadzony zostaje pod ciśnieniem uprzednio przygotowany gaz poprzez rurociąg gazowy (10). Same rurki wykonane są z membran, które przepuszczają gaz z przestrzeni poza rurowej do solanki przepływającej w przestrzeni rurowej. W wyniku mieszania gazu z solanką oraz uprzedniej aplikacji gazu w warunkach nadciśnienia, formują się pęcherze o średnicy 0.1 mm i mniejszej. Ilość gazu doprowadzonego do solanki uzależniona jest od ilości solanki biorącej udział w procesie odsalania, a nie od zawartości soli, tak więc zawór dozujący gaz do generatora MNB (3) jest wyregulowany w taki sposób, aby na każdy kilogram solanki aplikować 5 mg gazu. Sama solanka o zawartości cząstek stałych na poziomie 42 g/kg wody, trafia do zbiornika przygotowania solanki (4) rurociągiem (11) za pośrednictwem pompy obiegowej (13), gdzie następnie ulega nasyceniu gazem. W ten sposób nasycona mikro-nano pęcherzami solanka trafia do Wyparnego Układu Odsalania Wody (6) i ulega procesowi odparowania. Odparowanie ulega na skutek efektu flashing'u jak i na skutek ogrzania solanki zasyconej mikro-nano pęcherzami naIn an embodiment of the method according to the invention, external air is taken in the gas source (1) through the filter layers by means of a fan sucking them in from outside. The air taken from the source (1) is led through the gas pipeline (8) to the gas preparation station (2), where the processes that prepare the gas for the process of saturation of the brine with micro-nano bubbles (MNB) take place. First, the gas is dried using sorption technology by absorbing moisture with activated carbon. Then the dried gas is directed to the oxygen separator, where pure oxygen is obtained, which then goes to the ozone generator, where pure ozone is produced from the supplied oxygen. The prepared gas is transported via the gas pipeline (9) to the MNB generator (3), which compresses the prepared gas and transports it through the gas pipeline (10) to the brine preparation tank (4). The impregnation itself takes place in the tank (4) using a device resembling a shell-and-tube exchanger, in which the brine is directed into the pipe space, while in the extra-pipe space the previously prepared gas is supplied under pressure through the gas pipeline (10). The tubes themselves are made of membranes that pass gas from the extra-tubular space to the brine flowing in the tubular space. As a result of mixing the gas with the brine and the prior application of the gas under positive pressure, bubbles 0.1 mm in diameter and smaller are formed. The amount of gas supplied to the brine depends on the amount of brine involved in the desalination process and not on the salt content, so the gas metering valve for the MNB generator (3) is adjusted to apply 5 mg of gas to each kilogram of brine. The brine itself, with a solids content of 42 g / kg of water, goes to the brine preparation tank (4) via a pipeline (11) via a circulation pump (13), where it is then saturated with gas. In this way, the brine saturated with micro-nano bubbles goes to the Evaporative Water Desalination System (6) and undergoes the process of evaporation. Evaporation is due to the flashing effect and as a result of heating the brine saturated with micro-nano blisters on

PL 238 498 B1 powierzchni wymiennika rurowego. W związku z faktem możliwości osadzania się kamienia na powierzchni wymienników w skutek wytrącania się soli z solanki podczas poboru ciepła i w trakcie odgazowywania w układzie odsalania, mikro-nano pęcherze zawarte w solance, podczas kontaktu z powierzchnią wymiennika lub innymi elementami komory wymiennika pękają, generując falę ultradźwiękową, która skutecznie rozbija nagromadzone formacje na powierzchniach wymiany ciepła. Dodatkowo w wyniku pękania pęcherzy, metalowe powierzchnie wymiany ciepła ulegają dodatkowemu utlenieniu dzięki czemu struktura metalu jest w regionie pękania dodatkowo wzmocniona i w pełni zabezpieczona przed ewentualnymi skutkami kawitacji.The surface of the tube exchanger. Due to the fact that scale may be deposited on the surface of the exchangers as a result of salt precipitation from the brine during heat extraction and during degassing in the desalination system, the micro-nano bubbles contained in the brine burst during contact with the exchanger surface or other elements of the exchanger chamber, generating a wave ultrasonic, which effectively breaks down the accumulated formations on the heat transfer surfaces. In addition, as a result of bubble rupture, metal heat exchange surfaces are additionally oxidized, thanks to which the metal structure in the fracture region is additionally strengthened and fully protected against possible effects of cavitation.

Zaletą tego rozwiązania jako możliwości czyszczenia i zapobiegania przeciwko osadzaniu się kamienia na powierzchni wymiany ciepła i elementach wewnętrznych wymiennika ciepła, jest możliwość całkowitej eliminacji konieczności stosowania środków chemicznych. Dodatkowo zapewniona jest ochrona wymienionych powierzchni dzięki czemu pomniejszeniu ulegają koszty związane z przerwą w funkcjonowaniu instalacji w wyniku prac konserwacyjnych oraz koszty związane z zakupem cyklicznym środków chemicznych. Istotną zaletą jest fakt ciągłego procesu ochrony i czyszczenia powierzchni wymiany cieplnej oraz elementów wewnętrznych wymiennika ciepła dzięki czemu możliwy jest wzrost maksymalnej temperatury odparowania, do tej pory ograniczonej ze względu na znaczne ryzyko osadzania się kamienia. Dodatkowo wzrostowi ulegnie współczynnik odzysku destylatu z wody słonej z aktualnych 35% do 60% - informujący, że dziś z kilograma doprowadzonej solanki odzyskujemy 0,35 kilograma wody destylowanej, a po wdrożeniu proponowanej technologii, z kilograma doprowadzonej solanki uda się uzyskać 0,6 kilograma wody destylowanej. W opisywanym przykładzie zastosowanie MNB pozwoliło na usunięcie warstwy osadu o grubości 1,5 mm nagromadzonej na powierzchni rury w czasie czterokrotnie krótszym (15 minut zamiast 1 godziny), jednocześnie pozostawiając warstwę ochronną skutecznie zapobiegającą gromadzeniu się osadu. W przypadku braku MNB warstwa osadu na powierzchni rury nie uległa redukcji.The advantage of this solution as being able to clean and prevent scale build-up on the heat exchange surfaces and internal components of the heat exchanger, is that the need for chemicals can be completely eliminated. In addition, the protection of the above-mentioned surfaces is ensured, thanks to which the costs related to the interruption in the operation of the installation as a result of maintenance works and the costs associated with the cyclical purchase of chemicals are reduced. A significant advantage is the fact of a continuous process of protection and cleaning of the heat exchange surface and internal elements of the heat exchanger, thanks to which it is possible to increase the maximum evaporating temperature, so far limited due to the significant risk of limescale deposits. In addition, the saline distillate recovery rate will increase from the current 35% to 60% - informing that today we recover 0.35 kg of distilled water from a kilogram of brine supplied, and after implementing the proposed technology, 0.6 kg of brine supplied will be obtained distilled water. In the described example, the use of MNB made it possible to remove a 1.5 mm thick layer of sediment on the surface of the pipe in four times less time (15 minutes instead of 1 hour), while leaving a protective layer effectively preventing the build-up of sediment. In the absence of MNB, the sediment layer on the pipe surface did not reduce.

Claims

Patent claims

1. Evaporative desalination system comprising a brine preparation tank (4) connected by a pipeline (12) with a pumping system (14) with an evaporative desalination system (6) containing a distillate discharge system (5) and a brine discharge system (7), characterized in that includes a gas source (1) connected by a pipeline (8) with a gas preparation station (2) connected by a pipeline (9) with a MNB generator (3) for generating micro-nano bubbles up to 0.1 mm in diameter, connected by a pipeline (10) with the station brine preparation (4).

2. The system according to claim A method as claimed in claim 1, characterized in that the gas source (1) is an air intake or gas tanks.

3. Method of preventing scale build-up in evaporative desalination plants, characterized in that air is taken in the gas source (1), which is supplied through a gas pipeline (8) to the gas preparation station (2), in which the processes preparing the gas for the process are successively carried out. micro-nano blistering of brine (MNB); first, the gas is dried, then the dried gas is directed to the oxygen separator, where pure oxygen is obtained, which then goes to the ozone generator, where pure ozone is produced from the supplied oxygen; the prepared gas is then transported via the gas pipeline (9) to the MNB generator (3), which compresses the prepared gas and transports through the gas pipeline (10) to the brine preparation tank (4); the impregnation is carried out in the vessel (4); at the same time, brine is supplied to the brine preparation tank (4) through the pipeline (11) connected to the water intake from the water tank or the tanker and the pumping system (13) to the air intake process, and it is saturated with micro-nano blisters (MNB) through the generator MNB (3), the brine is after saturation with MNB in the brine preparation tank (4) fed through the pipeline (12) using a circulation pump (14) to the evaporative desalination system (6).