Результат интеллектуальной деятельности: Каталитический способ удаления кислорода из воды

Изобретение относится к области энергетики и может быть применено в различных отраслях техники и, прежде всего, для подготовки воды энергетических установок и систем теплоснабжения потребителей.

Известен способ термической деаэрации воды (патент РФ на изобретение №2244208, МПК F22D 1/50, опубл. 10.01.2005), по которому в деаэратор подают исходную воду и греющий агент, из деаэратора отводят деаэрированную воду и выпар, измеряют остаточное содержание кислорода в деаэрированной воде, импульс от датчика содержания кислорода передают на регулятор расхода выпара, от которого, в свою очередь, передают управляющий сигнал на исполнительный механизм регулирующего органа расхода выпара, при этом на регулятор расхода выпара одновременно подают импульс от датчика остаточного содержания диоксида углерода в деаэрированной воде, а регулирование расхода выпара осуществляют по заданной величине остаточного содержания удаляемого газа, для достижения которой необходимо большее количество выпара.

Недостатками этого способа является необходимость использования тепловой энергии для подогрева обрабатываемой воды до состояния насыщения, применения мероприятий по увеличению поверхности массообмена, поддержанию постоянного давления деаэрируемой воды и минимального парциального давления кислорода над ее свободной поверхностью. Реализация способа термической деаэрации воды требует применения сложных и дорогих деаэраторов и вспомогательного оборудования.

Известен также способ удаления из воды растворенного кислорода (В.В. Васильев и др. Исследование метода удаления кислорода из воды с применением ионита, содержащего палладий в качестве катализатора. Энергосбережение и водоподготовка. №1(51). 2008 г., стр. 23-25), согласно которому в обрабатываемую воду инжектируют газообразный водород, растворяют пузырьки водорода в воде и производят каталитическое восстановление растворенного кислород, пропуская воду через ионообменную смолу, содержащую палладиевый катализатор. Каталитический процесс взаимодействия растворенных в воде кислорода и водорода описывается уравнениями:

2H₂+O₂→2H₂O

Или с учетом катализатора - палладия:

KO+H₂→K+H₂O,

где K - палладий, H - водород, O - кислород.

Недостатком описанного каталитического способа, принятого за прототип изобретения, является пониженная скорость растворения в воде пузырьков инжектируемого водорода, приводящая к превышению его расхода над стехиометрическим, снижению скорости кинетической реакции и производительности установок обескислороживания, работающих по этому способу.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности каталитического способа удаления кислорода из воды при ее взаимодействии с растворенным газообразным водородом на зернах высокоосновного анионита, покрытых слоем металлизированного палладия.

Поставленная задача решается за счет того, что исходную воду очищают от механических примесей и подают в инжектор, где ее смешивают с газообразным водородом, получают водо-водородную смесь и производят ее обескислороживание путем взаимодействия с ионообменным материалом, содержащим палладиевый катализатор, при этом пузырьки газообразного водорода в водо-водородной смеси дробят и полностью растворяют в воде с помощью аппарата вихревого слоя с ферромагнитными иголками, установленными с возможностью вращения под воздействием переменного электромагнитного поля.

Схема устройства для реализации каталитического способа удаления кислорода из воды, работающего по предлагаемому способу, изображена на чертеже.

Устройство содержит трубопровод исходной воды 1, фильтр механической очистки воды 2, трубопровод очищенной воды 3, инжектор 4, трубопровод 5, электролизер 6, выпрямитель 7, кислородопровод 8, трубопровод водорода 9, вихревой электромагнитный аппарат 10, электрическую сеть 11, каталитический фильтр 12, трубопровод обескислороженной воды 13.

Реализацию каталитического способа удаления кислорода из воды осуществляют в изобретении следующим образом.

Исходную воду, содержащую растворенный кислород, по трубопроводу 1 исходной воды направляют в фильтр 2, где производят ее очистку от механических примесей. По трубопроводу 3 очищенную воду подают в сопло инжектора 4, расширяют ее в сопле с увеличением скорости и снижением ее статического давления в камере смешения инжектора 4. По трубопроводу 5 часть расхода очищенной исходной воды подают в электролизер 6, питаемый постоянным током через выпрямитель 7. В электролизере 6 воду разлагают на газообразные водород и кислород. Выделившийся кислород по кислородопроводу 8 сбрасывают в атмосферу. Газообразный водород по трубопроводу водорода 9 подают в камеру смешения инжектора 4, где производят его предварительное смешение с очищенной водой и образованием в ней водородных пузырьков. В вихревом электромагнитном аппарате 10 при пропускании обрабатываемой воды через слой вращающихся ферромагнитных иголок производят мелкодисперсное дробление водородных пузырьков с завершением их растворения в воде. Индукторы вихревого электромагнитного аппарата 10 питают переменным током от электрической сети 11. Воду с растворенным в ней водородом подают в каталитический фильтр 12 и пропускают через слой высокоосновного анионита, состоящего из зерен, поверхность которых металлизирована палладием. В каталитическом фильтре 12 осуществляют каталитическую реакцию между растворенными в воде молекулами кислорода и водорода с образованием дополнительных молекул воды H₂O. Прореагировавшую воду по трубопроводу обескислороженной воды 13 направляют к потребителям.

Предлагаемый каталитический способ удаления кислорода из воды позволяет:

- за счет интенсификации в аппарате вихревого слоя процесса смешения в воде пузырьков инжектируемого водорода увеличить скорость и полноту их растворения в воде до получения оптимального стехиометрического состава растворенных водорода и кислорода (около 1 г H₂ на 8 г O₂ в одном кубическом метре воды);

- снизить количество потребляемого водорода, упростить и удешевить установки, работающие по данному способу;

- вырабатывать газообразный водород непосредственно в составе установок для каталитического удаления кислорода из воды путем электрохимического разложения части обрабатываемой воды на водород и кислород.