ОЧИСТКА ЗАГРЯЗНЕННОЙ ВОДЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ ЛЕТУЧИЕ СОЕДИНЕНИЯ, ПОСРЕДСТВОМ МГНОВЕННОГО ИСПАРЕНИЯ
PURIFICATION OF SLUDGE WATER CONTAINING VOLATILE COMPOUNDS BY MEANS OF FLASH EVAPORATION

Ссылка на родственную заявку
По настоящей заявке испрашивается преимущество приоритета согласно § 119 раздела 35 свода законов США в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США №62/102,052, поданной 11 января 2015 года, содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение в некоторых вариантах своего осуществления относится к сфере подготовки и очистки воды, в частности к удалению летучих соединений (например, путем их преобразования в неопасные соединения) из загрязненной воды, такой как промышленная сточная вода. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение относится к очистке загрязненной воды, содержащей летучие соединения, с использованием технологий, предусматривающих мгновенное испарение, помимо прочих технологических процессов, таких как перегрев и термическое окисление. В частности, оно применимо к очистке воды, загрязненной летучими органическими соединениями (ЛОС) или/и полулетучими органическими соединениями (ПЛОС), а также летучими и/или полулетучими неорганическими соединениями.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Источники загрязненной воды, такие как промышленные сточные воды, обычно содержат загрязняющие вещества, опасные или потенциально опасные для окружающей среды, а также для здоровья живых существ (людей, животных и сельскохозяйственных культур). Такие загрязняющие вещества могут быть представлены в виде летучих или/и полулетучих соединений, например, летучих органических соединений (ЛОС) или/и полулетучих органических соединений (ПЛОС), а также летучих или/и полулетучих неорганических соединений.
Согласно устоявшимся и надежно отработанным природоохранительным нормам и стандартам промышленные сточные воды должны перерабатываться (с использованием технологий водоподготовки или водоочистки) для удаления или, по меньшей мере, существенного уменьшения объема опасных загрязняющих веществ, содержащихся в такой воде, с целью устранения или, по меньшей мере, уменьшения опасностей, связанных со сточными водами.
Удаление летучих соединений из источников загрязненной воды, таких как промышленные сточные воды или иные загрязненные водные потоки, обыкновенно и повсеместно осуществляется с использованием методов и технологий отгонки паром. При отгонке паром внешнеобразованный пар, выполняющий функцию отпарного газа, и загрязненная вода встречно подаются, соответственно, в нижнюю часть и верхнюю часть отпарной колонны. Загрязненная вода напрямую контактирует с паром (взаимодействуя с ним на тарелках, которые характеризуются большой площадью поверхности), который испаряет и удаляет (срывает) летучие соединения из загрязненной воды, переводя их в паровую фазу. Затем полученная паровая фаза вместе с летучими соединениями отводится из отпарной колонны в виде отработанного пара и подвергается последующей обработке, например, конденсации для получения водной фазы и газовой фазы с летучими соединениями. Газовая фаза с летучими соединениями обычно отделяется от водной фазы для последующей обработки, например, методом высокотемпературной обработки (таким как термическое окисление), или восстанавливается для использования в других целях. Полученная отпаренная загрязненная вода (большей частью, но не полностью) обычно регенерируется (отгонкой паром в порционном режиме) и соединяется с вновь поступающей загрязненной водой для последующих циклов отгонки; или же - методом отгонки паром в непрерывном режиме - удаляется для последующей переработки с целью получения в итоге более чистой или очищенной воды, безвредной для окружающей среды.
Тот же заявитель/патентообладатель настоящего изобретения разработал методики подготовки и очистки воды, предусматривающие различные комбинации технологических процессов отгонки паром и регенеративного термического окисления (РТО) (например, РТО с непосредственным тепловым воздействием, РТО с использованием факельного сжигания или термокаталитическое РТО). Согласно этим методикам после отгонки загрязненной воды паром газовая фаза с летучими соединениями (паровая фаза, содержащая пар с летучими соединениями), отводимая из отпарной колонны в виде отработанных газов, подвергается РТО, что обеспечивает дополнительное удалению летучих соединений, изначально присутствующих в исходной загрязненной воде. Примеры принципов и практического применения таких методик подготовки и очистки воды описаны в следующих документах: в публикации международной заявки на патент №WO 2008/026196, поданной согласно РСТ; а также в патентах США №8,282,837; №7,722,775; и №7,455,781; принадлежащих тому же правообладателю, что и автор настоящей заявки, и содержание которых полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки, как если бы они были полностью изложены в настоящем документе.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Согласно одному из аспектов некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения предложен способ очистки загрязненной воды, содержащей летучие и/или полулетучие соединения; при этом предложенный способ предусматривает: перегрев загрязненной воды для получения перегретой загрязненной воды, температура которой равна заданной пороговой температуре или превышает ее; мгновенное испарение перегретой загрязненной воды для получения перегретого загрязненного пара; и термическое окисление перегретого загрязненного пара для термического окисления содержащихся в нем летучих или/и полулетучих соединений и получения парогазовых продуктов термического окисления.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения при перегреве заданная пороговая температура равна или превышает температуру, выбранную из группы, включающей в себя такие значения, как 103°С, 104°С, 105°С и 110°С.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения при перегреве заданная пороговая температура поддерживается в пределах заданного диапазона, составляющего около десяти градусов или около двух градусов.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения перегрев выполняется таким образом, что перед началом процесса мгновенного испарения температура перегретой загрязненной воды остается на уровне заданной пороговой температуры.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения указанный способ дополнительно включает контроль комплексного выполнения указанных процессов перегрева, мгновенного испарения и термического окисления вместе с обработкой данных по этим процессам с помощью блока управления технологическими процессами/обработки данных.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения мгновенное испарение предусматривает регулирование температуры и скорости испарения перегретой загрязненной воды с целью регулирования объема и концентрации перегретой загрязненной воды и перегретого загрязненного пара, подвергаемого термическому окислению, которое осуществляется блоком управления технологическими процессами/обработки данных.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения указанный способ дополнительно предусматривает рециркуляцию тепла, содержащегося в парогазовых продуктах термического окисления, с целью его последующего использования для перегрева.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения указанный способ дополнительно предусматривает контролируемое комплексное выполнение процессов перегрева, мгновенного испарения, термического окисления и рециркуляции тепла вместе с обработкой данных по указанным операциям.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения процесс перегрева функционально связан, напрямую в пространстве и последовательно без задержки во времени, со следующим за ним процессом мгновенного испарения.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения процесс мгновенного испарения функционально связан, напрямую в пространстве и последовательно без задержки во времени, со следующим за ним процессом термического окисления.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения указанный способ дополнительно предусматривает рециркуляцию тепла, содержащегося в парогазовых продуктах термического окисления, для перегрева; при этом процесс рециркуляции тепла функционально связан, напрямую в пространстве и последовательно без задержки во времени, со следующим за ним процессом перегрева.
Согласно одному из аспектов некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения предложена система очистки загрязненной воды, содержащей летучие или/и полулетучие соединения; при этом указанная система содержит: блок перегрева, в котором осуществляется перегрев загрязненной воды с получением перегретой загрязненной воды, температура которой равна или превышает заданную пороговую температуру; блок мгновенного испарения, который функционально связан с блоком перегрева, и в котором мгновенно испаряется перегретая загрязненная вода с получением перегретого загрязненного пара; и блок термического окисления, который функционально связан с блоком мгновенного испарения, и в котором осуществляется термическое окисление содержащихся в указанном паре летучих или/и полулетучих соединений с получением парогазовых продуктов термического окисления.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения блок перегрева функционально связан, напрямую в пространстве и последовательно без задержки во времени, со следующим за ним блоком мгновенного испарения.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения блок мгновенного испарения функционально связан, напрямую в пространстве и последовательно без задержки во времени, со следующим за ним блоком термического окисления.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения система дополнительно содержит блок рециркуляции тепла, который функционально связан с блоком термического окисления и блоком перегрева, и который возвращает тепло, содержащееся в парогазовых продуктах термического окисления, в блок перегрева; при этом блок рециркуляции тепла функционально связан, напрямую в пространстве и последовательно без задержки во времени, со следующим за ним блоком перегрева.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения в блоке перегрева поддерживается температура, равная или превышающая заданную пороговую температуру, выбранную из группы, включающей в себя такие значения, как 103°С, 104°С, 105°С и 110°С.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения система дополнительно содержит блок управления технологическими процессами/обработки данных, функционально связанный с блоком перегрева, блоком мгновенного испарения и блоком термического окисления, и осуществляющий управление комплексной работой указанных блоков вместе с обработкой данных по этим блокам.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения блок перегрева управляется блоком управления технологическими процессами/обработки данных с целью поддержания температуры перегретой загрязненной воды на уровне заданного порогового значения, когда перегретая загрязненная вода поступает в блок мгновенного испарения.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения блок мгновенного испарения управляется блоком управления технологическими процессами/обработки данных, который регулирует температуру и скорость испарения перегретой загрязненной воды в блоке мгновенного испарения с целью регулирования объема и концентрации перегретой загрязненной воды, а также перегретого загрязненного пара, поступающего в блок термического окисления.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения система дополнительно содержит блок рециркуляции тепла, который функционально связан с блоком термического окисления и блоком перегрева, и который возвращает тепло, содержащееся в парогазовых продуктах термического окисления, в блок перегрева.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения система дополнительно содержит блок управления технологическими процессами/обработки данных, функционально связанный с блоком перегрева, блоком мгновенного испарения, блоком термического окисления и блоком рециркуляции тепла, и осуществляющий управление комплексной работой указанных блоков вместе с обработкой данных по этим блокам.
Все технические или/и научные термины, слова или/и фразы, используемые в настоящем документе, имеют одно и то же или схожее значение, общепринятое среди специалистов в данной области техники, к которым относится заявленное изобретение, если в настоящем документе не указано или специально не оговорено иное. Способы, материалы и примеры осуществления, описанные в настоящем документе, представлены исключительно для примера и, как предполагается, на обязательно носят ограничительный характер. Ниже описаны иллюстративные способы или/и материалы, хотя при практическом применении или/и тестировании вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть использованы способы или/и материалы, эквивалентные или аналогичные тем, которые описаны в настоящем документе, В случае противоречий преимущественную силу имеет описание изобретения к патенту, включая определения.
Реализация некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения может предусматривать выполнение или завершение выборочных заданий вручную, автоматически или с помощью комбинации указанных способов. Более того, с учетом фактически используемых контрольно-измерительных приборов и оборудования в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения некоторые выборочные задачи могут быть решены аппаратными средствами, программными средствами или с помощью комбинации указанных средств с использованием операционной системы.
Например, аппаратные средства для выполнения выборочных задач согласно вариантам осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы в виде микросхемы, цепи или сочетания указанных элементов. Что касается программных средств, то выборочные задачи в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы в виде множества программных команд, исполняемых компьютером с использованием любой подходящей операционной системы. В одном из примеров осуществления настоящего изобретения одна или более задача примеров осуществления способа и/или системы согласно описанию, представленному в настоящем документе, выполняется процессором обработки данных, таким как вычислительная платформа, предназначенная для исполнения множества команд. Процессор обработки данных необязательно содержит энергозависимое запоминающее устройство для хранения команд или/и данных. В альтернативном варианте или дополнительно процессор обработки данных необязательно содержит энергонезависимое запоминающее устройство (например, жесткий магнитный диск или/и съемный носитель), предназначенное для хранения команд или/и данных. Необязательно может быть также предусмотрено сетевое соединение. Необязательно может быть также предусмотрен дисплей или/и пользовательское устройство ввода, такое как клавиатура или мышь.
Краткое описание некоторых фигур чертежей
Некоторые варианты осуществления заявленного изобретения описаны в настоящем документе исключительно для примера в привязке к прилагаемым чертежам. На конкретном примере подробных чертежей подчеркивается, что показанные на них признаки представлены лишь в качестве примера и в целях иллюстративного описания некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения. В этой связи описание, рассматриваемое в привязке к прилагаемым чертежам, дает специалистам в данной области техники четкое представление о том, как некоторые варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы на практике.
Ниже описаны чертежи, где:
На фиг. 1 показана блок-схема примера выполнения способа очистки загрязненной воды, содержащей летучие соединения, посредством мгновенного испарения согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
На фиг. 2 показана блок-схема еще одного примера выполнения способа очистки загрязненной воды, содержащей летучие соединения, посредством мгновенного испарения согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения; при этом указанный способ, в частности, предусматривает необязательную контролируемую интеграцию технологических процессов и необязательное добавление процесса рециркуляции тепла; а
На фиг. 3 показана схематическая блок-схема примера осуществления системы очистки загрязненной воды, содержащей летучие соединения, посредством мгновенного испарения согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
Раскрытие конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения
Обзор:
Настоящее изобретение в некоторых вариантах своего осуществления относится к способам подготовки и очистки воды, в частности к удалению летучих соединений (например, путем их преобразования в неопасные соединения) из загрязненной воды, такой как промышленная сточная вода. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение относится к очистке загрязненной воды, содержащей летучие соединения, посредством мгновенного испарения. В некоторых вариантах своего осуществления настоящее изобретение относится к очистке загрязненной воды, содержащей летучие соединения, с использованием способов (методик и устройств), включающих в себя такие технологические процессы, как перегрев, мгновенное испарение и термическое окисление. Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения предусматривают контролируемую интеграцию указанных процессов и необязательное добавление процесса рециркуляции тепла. В частности, настоящее изобретение применимо к очистке воды, загрязненной летучими органическими соединениями (ЛОС) или/и полулетучими органическими соединениями (ПЛОС), а также летучими и/или полулетучими неорганическими соединениями.
Практическая реализация некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения обеспечивает высокую производительность в части удалению летучих соединений из загрязненной воды с высокоэффективным использованием энергии. В примерах осуществления настоящего изобретения по существу все летучие соединения подвергаются термическому окислению и преобразуются в неопасный газ (например, двуокись углерода), что дает большой эффект по удалению летучих соединений из загрязненной воды (например, в плане объема удаленных летучих соединений в сравнении с первоначальным объемом летучих соединений, которые должны быть подвергнуты обработке на всех стадиях технологического процесса согласно описываемому способу). В необязательных примерах осуществления настоящего изобретения дополнительно предусмотрена рециркуляция тепла (содержащегося в горячих парах воды и водяных газах), которое было выработано в ходе термического окисления, с его возвратом в процесс с целью выполнения операции перегрева, что дает большую экономию энергии при удалении летучих соединений из загрязненной воды (например, в плане количества сгенерированной энергии в сравнении с количеством энергии, необходимой и потребляемой на всех стадиях технологического процесса согласно описываемому способу).
Удаление летучих соединений из источников загрязненной воды, таких как промышленные сточные воды или иные загрязненные водные потоки, обыкновенно и повсеместно осуществляется с использованием методов и технологий отгонки паром. Однако отгонка паром имеет ряд ограничений. Для повышения выхода готового продукта, эффективности использования энергии и рентабельности удаления летучих соединений из загрязненной воды (например, промышленных сточных вод) на базе технологического процесса отгонки паром этот же заявитель/патентообладатель настоящего изобретения разработал методики подготовки и очистки воды, предусматривающие различные комбинации технологических процессов отгонки паром и регенеративного термического окисления (РТО) (например, РТО с непосредственным тепловым воздействием, РТО с использованием факельного сжигания или термокаталитическое РТО).
Принимая во внимание некоторые текущие ограничения, существующие в сфере подготовки и очистки воды, заявитель решил еще больше повысить выход готового продукта (чтобы лучше соответствовать требованиям нормативных документов), эффективность использования энергии и рентабельность удаления летучих соединений из загрязненной воды (например, промышленных сточных вод) без необходимости использования процесса отгонки паром или/и воздухом и без необходимости дополнительной обработки (например, посредством биологической доочистки) первоначально очищенной загрязненной воды.
Как было указано выше, автор изобретения разработал методики (способы и системы) удаления из загрязненной воды летучих соединений, таких как летучие органические соединения (ЛОС) или/и полулетучие органические соединения (ПЛОС), а также летучие и/или полулетучие неорганические соединения, путем их мгновенного испарения.
Получение большого выхода готового продукта и высокая энергоэффективность при удалении летучих соединений из загрязненной воды могут быть достигнуты путем выполнения различных технологических процессов, таких как перегрев, мгновенное испарение и термическое окисление, необязательно тщательно контролируемым комплексным образом. В частности, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения результаты, полученные по окончании процесса термического окисления, сильно зависят от управления (рабочих параметров и режима работы) процессом мгновенного испарения и результатов выполнения этого процесса, которые - в свою очередь - сильно зависят от управления (рабочих параметров и режима работы) процессом перегрева и результатов выполнения этого процесса. В частности, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения результаты, полученные по окончании процесса перегрева, сильно зависят от управления (рабочих параметров и режима работы) необязательным дополнительным процессом рециркуляции тепла и результатов выполнения этого процесса.
Контролируемая интеграция различных операций/процессов, выполняемых химико-технологической установкой по очистке загрязненной воды, может предусматривать один или более из приведенных ниже примеров характеристик и признаков управления технологическими процессами/рабочих характеристик и признаков на основе интегрированной структуры и комплексной работы блока управления технологическими процессами/обработки данных.
Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения предусмотрено управление процессом перегрева загрязненной воды за счет интегрированной структуры и комплексной работы блока перегрева и блока управления технологическими процессами/обработки данных. Это управление может предусматривать, например, регулирование температуры (и ее диапазона), при которой загрязненная вода перегревается, с тем, чтобы обеспечить получение перегретой загрязненной воды с температурой на выходе, равной или превышающей заданную пороговую температуру; и с тем, чтобы обеспечить поддержание температуры перегретой загрязненной воды на этом уровне (или в пределах заданного диапазона) после ее вступления в следующий процесс мгновенного испарения и запуска этого процесса. Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения заданная пороговая температура представляет собой температуру, превышающую температуру кипения (100°С) воды при атмосферном давлении, например, 103°С, или 104°С, или 105°С, или выше, например, 110°С. В примерах осуществления настоящего изобретения заданная пороговая температура лежит в диапазоне от около 103°С до около 120°С.
В примерах осуществления настоящего изобретения перегрев загрязненной воды выполняется с целью получения перегретой загрязненной воды с температурой, равной или превышающей заданную пороговую температуру; при этом в ходе процесса перегрева температура может контролируемым образом варьироваться в пределах заданного температурного диапазона. В примерах осуществления настоящего изобретения заданный температурный диапазон представляет собой относительно узкий диапазон, составляющий, например, менее десяти градусов; и он может быть еще уже и составлять, например, около двух градусов.
Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения предусмотрено управление процессом мгновенного испарения за счет интегрированной структуры и комплексной работы блока мгновенного испарения и блока управления технологическими процессами/обработки данных. Это управление может предусматривать, например, регулирование температуры и скорости испарения перегретой загрязненной воды с целью регулирования объема (массы) и концентрации перегретой загрязненной воды, и полученной в итоге мгновенно испаренной перегретой загрязненной воды в виде перегретого загрязненного пара (газовой фазы пара с летучими или/и полулетучими соединениями), который - в свою очередь -подвергается термическому окислению в ходе выполнения следующего процесса.
Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения предусмотрено управление процессом термического окисления за счет интегрированной структуры и комплексной работы блока термического окисления и блока управления технологическими процессами/обработки данных. Это управление может предусматривать, например, регулирование скорости термического окисления перегретого загрязненного пара с целью контролирования процесса термического окисления содержащихся в нем летучих или/и полулетучих соединений и, как следствие, регулирования образования в итоге парогазовых продуктов термического окисления.
В примерах осуществления настоящего изобретения, в которых предусмотрена рециркуляция тепла (содержащегося в горячих парах воды и водяных газах), которое было выработано в ходе термического окисления, с его возвратом в процесс с целью выполнения операции перегрева, предусмотрено управление процессом рециркуляции тепла за счет интегрированной структуры и комплексной работы блока рециркуляции тепла и блока управления технологическими процессами/обработки данных. Это управление может предусматривать, например, регулирование количества (например, объемного расхода и температуры) и удельного расхода тепла (например, удельного теплового потока), которое регенерируется из парогазовых продуктов термического окисления и возвращается в процесс перегрева. Это, в свою очередь, позволяет дополнительно регулировать процесс перегрева, например, путем подачи тепла на перегрев загрязненной воды с температурой, равной или превышающей заданную пороговую температуру.
Приведенные выше примеры характеристик и признаков управления технологическими процессами/рабочих характеристик и признаков контролируемой интеграции процессов предусматривают, чтобы соответствующие (в пространственном и временном отношении) рабочие соединения и конфигурации блока перегрева, блока мгновенного испарения, блока термического окисления и блока рециркуляции тепла, а также операции, выполняемые перечисленными блоками, были интегрированы с блоком управления технологическими процессами/обработки данных, а также с другими элементами, включая, например, блок подачи загрязненной воды, вентилятор, насосы и емкость для сбора концентрата загрязненной воды.
Контролируемая интеграция различных операций/процессов, выполняемых химико-технологической установкой по очистке загрязненной воды, может осуществляться и совершаться в конкретном пространственном порядке или в конкретном пространственном режиме, в частности, в отношении физической (пространственной) конфигурационной схемы и расстановки различных процессов в пространственной области относительно друг друга.
Контролируемая интеграция различных операций/процессов, выполняемых химико-технологической установкой по очистке загрязненной воды, может также осуществляться и совершаться в конкретном временном порядке или в конкретном временном режиме, в частности, в отношении выбора времени совершения операций (временных факторов) и планирования последовательности выполнения различных процессов во временной области относительно друг друга. Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения примеры конкретных временных режимов или порядка работы могут основываться на особом синхронном (синхронизированном) типе выполнения операций, предусматривающим заданное синхронное (синхронизированное) выполнение двух и более различных процессов во временной области относительно друг друга. Такой особый синхронный (синхронизированный) тип выполнения операций может предусматривать заданное синхронное (синхронизированное) выполнение двух и более различных процессов во временной области относительно друг друга, например, в соответствии с поочередным (последовательным) порядком или режимом работы или, в альтернативном варианте, в соответствии с параплельным (непоследовательным) порядком или режимом работы. Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения примеры конкретных временных режимов или порядка работы могут основываться на одновременном (единовременном) типе выполнения операций, предусматривающим заданное одновременное выполнение двух и более различных процессов во временной области относительно друг друга.
Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения процесс перегрева и связанный с ним блок перегрева выполнены с возможностью, обеспечивающей их функциональную связь напрямую в пространстве (физически) и последовательно без задержки во времени со следующими за ними, соответственно, процессом мгновенного испарения и связанным с ним блоком мгновенного испарения. Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения процесс мгновенного испарения и связанный с ним блок мгновенного испарения выполнены с возможностью, обеспечивающей их функциональную связь напрямую в пространстве (физически) и последовательно без задержки во времени со следующими за ними, соответственно, процессом термического окисления и связанным с ним блоком термического окисления. Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения процесс термического окисления и связанный с ним блок термического окисления выполнены с возможностью, обеспечивающей их функциональную связь напрямую в пространстве (физически) и последовательно без задержки во времени со следующими за ними, соответственно, процессом рециркуляции тепла и связанным с ним блоком рециркуляции тепла.
Например, дополнительно в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения процесс рециркуляции тепла и связанный с ним блок рециркуляции тепла выполнены с возможностью, обеспечивающей их функциональную связь напрямую в пространстве (физически) и последовательно без задержки во времени со следующими за ними, соответственно, процессом перегрева и связанным с ним блоком перегрева.
Внедрив и реализовав на практике некоторые варианты осуществления раскрытого в настоящем документе изобретения в лабораторном масштабе, в полупромышленном масштабе, на полномасштабной установке и в условиях воздействия окружающей среды, автор изобретения получил значительно улучшенные результаты по удалению летучих соединений из загрязненной воды в сравнении с результатами, полученными с использованием существующих методик очистки загрязненной воды, содержащей летучие соединения. Такие улучшенные результаты включают в себя повышенный выход готового продукта, более высокую энергоэффективность и рентабельность удаления из загрязненной воды (например, промышленных сточных вод) летучих соединений, таких как летучие органические соединения (ЛОС) или/и полулетучие органические соединения (ПЛОС), а также летучие или/и полулетучие неорганические соединения. Улучшенные результаты были получены без необходимости использования процесса отгонки паром или/и воздухом и без необходимости дополнительной обработки (например, посредством биологической доочистки) первоначально очищенной загрязненной воды.
Примеры результатов включают в себя выход частично очищенной загрязненной воды с удаленными более чем на 99% летучими органическими соединениями (ЛОС) и удаленными более чем на 90% полулетучими органическими соединениями (ПЛОС).
Стадии или процедуры, подстадии или подпроцедуры; оборудование и материалы, блоки системы, подблоки системы, устройства, узлы, подузлы, механизмы, конструкции, компоненты, элементы и конфигурации; периферийное оборудование, комплектующие, принадлежности и материалы; принципы действия и практическое применение примеров осуществления настоящего изобретения, альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения и конкретных конфигураций; а также дополнительные и необязательные аспекты, характеристики или признаки некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения - все это можно лучше понять в привязке к иллюстративному описанию и прилагаемым чертежам. По всему последующему иллюстративному описанию и на всех прилагаемых чертежах одни и те же ссылочные обозначения и терминология (т.е. цифры, буквы и символы) используются сообразно и относятся к одним и тем же стадиям или процедурам, конструкциям, компонентам, элементам или/и признакам. Следует понимать, что настоящее изобретение необязательно ограничено в своем применении какой-либо конкретной последовательностью выполнения стадий или процедур описываемого способа или конкретными деталями конструкции или/и схемой расположения компонентов устройства, установки или/и системы, указанных в последующем иллюстративном описании. Настоящее изобретение выполнено с возможностью осуществления в виде иных вариантов или с возможностью практического применения или реализации различными путями.
Один из аспектов некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения относится к способу очистки загрязненной воды, содержащей летучие или/и полулетучие соединения.
Определения
Для удобства описания используемые термины, указанные ниже, не обязательно носят ограничивающий и образцовый характер.
Термин «летучий» обозначает вещество (например, соединение), которое легко испаряется при заданных условиях температуры и давления (например, относительно комнатной температуры 25°С и атмосферного давления). При заданной температуре и давлении летучее вещество (соединение) способно легко выпариваться (переходить в парообразное состояние) или испаряться (улетучиваться), переходя из твердой или жидкой фазы в паровую фазу. Например, при условиях, включающих в себя комнатную температуру и атмосферное давление, летучее вещество (соединение) обычно характеризуется относительно высоким давлением парообразования и относительно низкой температурой кипения.
Термин «полулетучий» обозначает вещество (например, соединение), которое при заданных условиях температуры и давления испаряется с трудом или лишь частично. При заданной температуре и давлении полулетучее вещество (соединение) способно выпариваться (переходить в парообразное состояние) или испаряться (улетучиваться) с переходом из твердой или жидкой фазы в паровую фазу только до определенной степени. Например, при условиях, включающих в себя комнатную температуру и атмосферное давление, полулетучее вещество (соединение) обычно характеризуется относительно низким давлением парообразования и относительно высокой температурой кипения в сравнении с летучим веществом (соединением).
Термин «перегрев» обозначает чрезмерный или избыточный нагрев вещества (например, воды или пара). Например, применительно к воде перегрев может означать чрезмерный или избыточный нагрев воды до температуры, превышающей температуру ее кипения при заданном давлении, но не вызывающей испарение или кипение воды. Например, применительно к пару перегрев может означать чрезмерный или избыточный нагрев пара до температуры, превышающей температуру его насыщения при заданном давлении.
Термин «мгновенное испарение» обозначает мгновенное (или частичное) испарение, которое происходит тогда, когда давление насыщенной паром жидкости (например, воды) уменьшается при ее прохождении через дросселирующий клапан или иное дросселирующее устройство (например, являющееся частью устройства или блока мгновенного испарения). Например, в случае, когда насыщенная паром жидкость представляет собой многокомпонентную жидкость (например, загрязненную воду, содержащую смесь различных соединений), пар, образуемый при мгновенном испарении, характеризуется более высоким содержанием более летучих компонентов, чем оставшаяся жидкость.
Термин «термическое окисление» обозначает окисление (оксидирование) вещества (например, в твердой, жидкой или/и газообразной форме) с помощью теплового (например, нагревательного) оборудования, обеспечивающего относительно высокие температуры (например, 200°С и выше) в сравнении с комнатной температурой. Конкретным типом или способом термического окисления является регенеративное термическое окисление (РТО), которое основывается на регенерации/рециркуляции тепла, выделяемого в процессе термического окисления, для последующего процесса термического окисления или его продолжения. Принцип действия блока регенеративного термического окисления (РТО) обычно основывается на пропускании технологического воздуха, содержащего летучие или/и полулетучие легковоспламеняющиеся соединения, через теплообменник горячего контура, который отдает тепло технологическому воздуху. Полученный в итоге предварительно нагретый технологический воздух проходит через окислитель (например, термический окислитель, факельный окислитель или термокаталитический окислитель), образуя горячие выходящие газы. Горячие выходящие газы проходят через теплообменник холодного контура, нагревая этот теплообменник перед тем, как выйти наружу. Таким образом, тепло, высвобождаемое в процессе окисления текущей порции летучих или/и полулетучих легковоспламеняющихся соединений, возвращается в процесс для повышения эффективности окисления следующей порции летучих или/и полулетучих легковоспламеняющихся соединений. При необходимости может добавляться кислород или/и вспомогательное топливо, чтобы обеспечить полное сгорание топливовоздушной смеси. Процессы регенеративного термического окисления (РТО) могут быть разных типов или разновидностей, например, РТО с непосредственным тепловым воздействием, РТО с использованием факельного сжигания или термокаталитическое РТО. Примеры принципов и практического применения таких процессов регенеративного термического окисления (РТО) этого же заявителя/патентообладателя, перечисленные в разделе «Предшествующий уровень техники настоящего изобретения», включены в настоящую заявку посредством ссылки, как если бы они были полностью изложены в настоящем документе.
Термин «управление комплексной работой» обозначает управление одним или более отдельным процессом или/и технологическим блоком (например, операциями или процессами, которые выполняются химико-технологической установкой или/и ее технологическими блоками) на комплексной основе. Такая контролируемая интеграция одного или более процесса или/и технологического блока может быть реализована, например, в виде комплексного, комбинированного или синергетического совместного режима или порядка работы.
Конкретные примеры осуществления настоящего изобретения
Теперь обратимся к чертежам, где на фиг. 1 представлена блок-схема одного из примеров осуществления способа (в общем, обозначенного ссылочной позицией 100 и рассматриваемого как способ 100), включающая примеры его стадий (процедур), который предназначен для очистки загрязненной воды, содержащей летучие или/и полулетучие соединения, посредством контролируемой интеграции процессов перегрева, мгновенного испарения и термического окисления. На фиг. 1 пример осуществления способа 100 проиллюстрирован отдельными блоками (рамками) 104, 108, 112, 116 и 120.
Способ 100, в общем, представляет собой способ 100 очистки загрязненной воды. Как показано на фиг. 1, пример осуществления способа 100 очистки загрязненной воды предусматривает следующие стадии:
На стадии 104 осуществляется перегрев загрязненной воды с целью получения перегретой загрязненной воды, температура которой равна или превышает заданную пороговую температуру.
На стадии 108 выполняется мгновенное испарение перегретой загрязненной воды для получения перегретого загрязненного пара (газовой фазы пара с летучими или/и полулетучими соединениями).
На стадии 112 выполняется термическое окисление перегретого загрязненного пара с целью термического окисления содержащихся в нем летучих или/и полулетучих соединений и получения парогазовых продуктов термического окисления.
В примерах осуществления настоящего изобретения выполнение стадий 104, 108 и 112 приводит к удалению летучих или/и полулетучих соединений (путем их преобразования в неопасные соединения) из загрязненной воды.
На фиг. 2 представлена блок-схема еще одного из примеров осуществления способа очистки загрязненной воды, содержащей летучие соединения, посредством мгновенного испарения, который, в частности, предусматривает его необязательную контролируемую интеграцию и необязательное добавление процесса рециркуляции тепла.
Соответственно, в примерах осуществления настоящего изобретения способ 100 очистки загрязненного воздуха необязательно предусматривает дополнительную стадию 116, на которой контролируется комплексное выполнение процессов перегрева 104, мгновенного испарения 108 и термического окисления 112 вместе с обработкой данных по указанным операциям.
На фиг. 2 осуществление такого контроля с обработкой данных обозначено пунктирной линией 118, отходящей от блока 116 и соединяющейся с пунктирными линиями 118а, 118b и 118с, соответствующими рабочему взаимодействию между процессом 116 управления/обработки данных и, соответственно, процессом 104 перегрева, процессом 108 мгновенного испарения и процессом 112 термического окисления.
В примерах осуществления настоящего изобретения способ 100 очистки загрязненной воды может необязательно предусматривать дополнительную стадию 120, на которой осуществляется рециркуляция тепла (содержащегося в горячих парах воды и водяных газах), выделяемого парогазовыми продуктами термического окисления, с его возвратом в процесс в виде пара (паров) с целью выполнения процесса 104 перегрева.
Примеры осуществления настоящего изобретения, которые необязательно предусматривают рециркуляцию тепла 120, выделяемого во время выполнения процесса 112 термического окисления и возвращаемого в процесс 104 перегрева, могут необязательно предусматривать дополнительное управление комплексным выполнением процессов перегрева 104, мгновенного испарения 108 и термического окисления 112, а также процессом 120 рециркуляции тепла, вместе с обработкой данных по указанным операциям. Как показано на фиг. 2, осуществление такого необязательного дополнительного управления с обработкой данных, связанных с процессом 120 рециркуляции тепла, обозначено пунктирной линией 118, отходящей от блока 116 и соединенной с пунктирной линией 118d, соответствующей дополнительному рабочему взаимодействию между блоком 116 управления/обработки данных и 104 рециркуляции тепла.
Еще один аспект настоящего изобретения относится к системе очистки загрязненной воды, содержащей летучие или/и полулетучие соединения.
На фиг. 3 представлено схематическое изображение (блок-схема) одного из примеров осуществления системы (в общем, обозначенной ссылочной позицией 200 и рассматриваемой как система 200), включая указанные примеры ее блоков, компонентов и признаков, которая предназначена для очистки загрязненной воды, содержащей летучие или/и полулетучие соединения, посредством мгновенного испарения. Пример осуществления системы 200, показанный на фиг. 2, подходит для реализации, не ограничивающим образом, примера способа 100, представленного на фиг. 1 и 2 и предназначенного для очистки загрязненной воды, содержащей летучие или/и полулетучие соединения. Подобным же образом примеры осуществления способа 100, показанные на фиг. 1 и 2, подходит для реализации, не ограничивающим образом, примера осуществления системы 200, показанной на фиг. 3 и предназначенной для очистки загрязненной воды, содержащей летучие или/и полулетучие соединения. Далее по тексту система 200 именуется, в общем, системой 200 очистки загрязненной воды.
Как показано на фиг. 3, загрязненная вода, такая как загрязненная вода 204, находится или содержится в блоке подачи загрязненной воды, таком как блок 208 подачи загрязненной воды, и подается из указанного блока. Загрязненная вода 204 может содержать любое число и любой тип или вид летучих соединений, таких как летучие органические соединения (ЛОС) или/и полулетучие органические соединения (ПЛОС). В альтернативном варианте или дополнительно загрязненная вода 204 может содержать любое число и любой тип или вид летучих или/и полулетучих неорганических соединений.
Как показано на фиг. 3, пример осуществления системы 200 очистки загрязненной воды содержит следующие примеры осуществления технологических блоков и их функциональных возможностей.
Блок 212 перегрева, выполненный с возможностью перегрева загрязненной воды 204 для получения перегретой загрязненной воды 216 с температурой, равной или превышающей заданную пороговую температуру. В примерах осуществления настоящего изобретения блок 212 перегрева функционально связан с блоком подачи загрязненной воды (например, блоком 208 подачи загрязненной воды), в котором находится или содержится загрязненная вода 204, и который вводит или подает эту воду в блок 212 перегрева.
Блок 220 мгновенного испарения, функционально связанный с блоком 212 перегрева, который мгновенно испаряет перегретую загрязненную воду 216 для получения перегретого загрязненного пара 224.
Блок 228 термического окисления, функционально связанный с блоком 220 мгновенного испарения, который термически окисляет перегретый загрязненный пар 224 с целью термического окисления содержащихся в нем летучих или/и полулетучих соединений и получения парогазовых продуктов 232 термического окисления.
В примерах осуществления настоящего изобретения очистка загрязненной воды 204 через блок 212 перегрева, блок 220 мгновенного испарения и блок 228 термического окисления обеспечивает в итоге удаление летучих или/и полулетучих соединений (путем их преобразования в неопасные соединения в газовой или паровой фазе) из загрязненной воды 204.
Как для примера описано выше и проиллюстрировано на фиг. 2, в примерах осуществления настоящего изобретения способ 100 очистки загрязненной воды необязательно предусматривает дополнительную стадию 116, на которой контролируется комплексное выполнение процессов перегрева 104, мгновенного испарения 108 и термического окисления 112 вместе с обработкой данных по указанным операциям.
Соответственно, как показано на фиг. 3, в примерах осуществления настоящего изобретения система 200 очистки загрязненной воды дополнительно содержит блок 236 управления технологическими процессами/обработки данных, функционально связанный с блоком 212 перегрева, блоком 220 мгновенного испарения и блоком 228 термического окисления, и контролирующий комплексную работу этих блоков вместе с обработкой данных по ним.
В примерах осуществления настоящего изобретения система 200 очистки загрязненной воды может необязательно содержать дополнительный блок 240 рециркуляции тепла, функционально связанный с блоками термического окисления и перегрева (228 и 212, соответственно), который возвращает тепло, содержащееся в парогазовых продуктах 232 термического окисления, в блок 212 перегрева в виде пара (паров), обеспечивая тем самым тепло для процесса перегрева в блоке 212 и перегрева загрязненной воды 204. В таких примерах осуществления настоящего изобретения блок 236 управления технологическими процессами/обработки данных, помимо описанных выше рабочих соединений и конфигурации, также функционально связана с блоком 240 рециркуляции тепла и контролирует его комплексную работу, а также обрабатывает данные по этому блоку 240.
В примерах осуществления настоящего изобретения дополнительно предусмотрено, что каждый из технологических блоков, а именно блок 212 перегрева, блок 220 мгновенного испарения, блок 228 термического окисления и необязательный блок 240 рециркуляции тепла, функционально связан с блоком 236 управления технологическими процессами/обработки данных и управляется этим блоком. Рабочие соединения и конфигурации между блоком 236 управления технологическими процессами/обработки данных и каждым из прочих технологических блоков системы, а именно блоком 212 перегрева, блоком 220 мгновенного испарения, блоком 228 термического окисления и необязательным блоком 240 рециркуляции тепла, обозначены двунаправленными стрелками 244 с пунктирными линиями между ними, которые расположены вокруг блока 236 управления технологическими процессами/обработки данных.
Как показано на фиг. 3, пример осуществления системы 200 очистки загрязненной воды дополнительно содержит следующие примеры своих составных частей (узлов и устройств) и их функциональных возможностей.
Блок подачи загрязненной воды, такой как блок 208 подачи загрязненной воды, в котором хранится или содержится загрязненная вода 204, и который подает (вводит) загрязненную воду 204 в блок 212 перегрева.
Вентилятор, такой как вентилятор 248, функционально подключенный между блоком 220 мгновенного испарения (входом мгновенного испарения, например, в его верхней части) и блоком 228 термического окисления (его входом). Вентилятор 248 направляет и передает (путем принудительно конвекции) перегретый загрязненный пар 224 (газовую фазу пара с летучими или/и полулетучими соединениями) из блока 220 мгновенного испарения в блок 228 термического окисления.
Первый насос, такой как первый насос 252, функционально подключенный между блоком 220 мгновенного испарения (выходом для не испаренной жидкости, например, в его нижней части) и блоком 212 перегрева (его входом для загрязненной воды). Первый насос 252 осуществляет рециркуляцию/возврат воды в процесс, направляя и передавая путем перекачки часть не испаренной перегретой загрязненной воды 217, например, ее первую часть, из блока 220 мгновенного испарения обратно в блок 212 перегрева.
Второй насос, такой как второй насос 256, и сборник остатков загрязненной воды, такой как сборник 260 (емкость или резервуар) остатков загрязненной воды.
Второй насос 256 функционально подключен между блоком 220 мгновенного испарения (его не испарительным выходом, например, в нижней части) и сборником 260 остатков загрязненной воды (его входом). Второй насос 256 направляет и переносит путем перекачки часть, например, вторую часть не испаренной перегретой загрязненной воды 217 из блока 220 мгновенного испарения в сборник (емкость или резервуар) 260 остатков загрязненной воды, в котором собирается и удерживается не испаренная перегретая загрязненная вода 217 в виде концентрированных остатков загрязненной воды, например, концентрированных остатков 264 загрязненной воды.
В примерах осуществления системы 200 очистки загрязненной воды блок 236 управления технологическими процессами/обработки данных, помимо описанных выше рабочих соединений и конфигурации, также функционально связан с блоком 208 подачи загрязненной воды, вентилятором 248, первым и вторым насосами (252 и 256, соответственно) и сборником 260 (емкостью или резервуаром) остатков загрязненной воды, а также контролирует комплексную работу указанных элементов и обрабатывает данные по ним. В примерах осуществления настоящего изобретения дополнительно предусмотрено, что каждый из элементов, в число которых входит блок 208 подачи загрязненной воды, вентилятор 248, первый и второй насосы (252 и 256, соответственно) и сборник 260 (емкость или резервуар) остатков загрязненной воды, функционально связан с блоком 236 управления технологическими процессами/обработки данных и управляется этим блоком. Рабочие соединения и конфигурации между блоком 236 управления технологическими процессами/обработки данных и каждым из дополнительных элементов системы, а именно блоком 208 подачи загрязненной воды, вентилятором 248, первым и вторым насосами (252 и 256, соответственно) и сборником 260 (емкостью или резервуаром) концентрата загрязненной воды, обозначены двунаправленными стрелками 244 с пунктирными линиями, которые рассоложены вокруг блока 236 управления технологическими процессами/обработки данных.
Как показано на фиг. 3, пример осуществления системы 200 очистки загрязненной воды дополнительно содержит следующие примеры рабочих соединений между различными технологическими блоками для работы с текучими средами (жидкостями, парами, газами или парогазовыми средами) и их компонентами.
Рабочие соединения между технологическими блоками для работы с текучими средами (жидкостями, парами, газами или парогазовыми средами) и компонентами системы, а именно между блоком 212 перегрева, блоком 220 мгновенного испарения, блоком 228 термического окисления и блоком 240 рециркуляции тепла, и блоком 208 подачи загрязненной воды, вентилятором 248, первым и вторым насосами (252 и 256, соответственно) и сборником 260 концентрата загрязненной воды, выполнены в виде линий передачи текучих сред (жидкостей, паров, газов или парогазовых сред). Каждая линия передачи текучих сред относится к типу, соответствующему конкретной фазе или фазам (т.е. жидкой, паровой, газовой или парогазовой) текучей среды, передаваемой, транспортируемой и обрабатываемой в данной точке или месте системы 200 очистки загрязненной воды.
Например, рабочее соединение между блоком 208 подачи загрязненной воды и блоком 212 перегрева выполнено в виде линии 268 передачи текучих сред (жидкостей [т.е. загрязненной воды 204]). Например, рабочее соединение между блоком 212 перегрева и блоком 220 мгновенного испарения выполнено в виде линии 272 передачи текучих сред (перегретых жидкостей [т.е. перегретой загрязненной воды 216]). Например, рабочее соединение между блоком 220 мгновенного испарения и блоком 228 термического окисления выполнено в виде линий 276 и 280 передачи текучих сред (перегретых паров [т.е. перегретого загрязненного пара 224]).
Необязательные примеры осуществления настоящего изобретения, включающие в себя блок 240 рециркуляции тепла, функционально связанный с блоком 228 термического окисления и блоком 212 перегрева, и выполненный с возможностью возврата тепла, содержащегося в парогазовых продуктах 232 термического окисления, в блок 212 перегрева, дополнительно содержат следующие примеры рабочих соединений.
Рабочее соединение между блоком 228 термического окисления и блоком 240 рециркуляции тепла, выполненное в виде линии 284 передачи текучих сред (парогазовой фазы [т.е. парогазовых продуктов 232 термического окисления]). Рабочее соединение между блоком 212 перегрева и блоком 240 рециркуляции тепла, выполненное в виде линии 288 передачи текучих сред (жидкостей [т.е. конденсированного пара и воды 292]). Рабочее соединение между блоком 240 рециркуляции тепла и блоком 212 перегрева, выполненное в виде линии 296 передачи текучих сред (перегретых паров [т.е. перегретого пара]).
Система 200 очистки загрязненной воды дополнительно содержит примеры рабочих соединений между блоком 220 мгновенного испарения (выходом для не испаренной жидкости, например, в его нижней части) и первым насосом 252, а также между первым насосом 252 и блоком 212 перегрева, выполненных в виде линий 300 и 304, соответственно, для передачи текучих сред (жидкостей [т.е. не испаренной перегретой загрязненной воды 217]. Кроме того, например, рабочие соединения между блоком 220 мгновенного испарения (выходом для не испаренной жидкости, например, в его нижней части) и вторым насосом 256, а также между вторым насосом 256 и сборником 260 концентрата загрязненной жидкости, выполнены в виде линий 308 и 312, соответственно, для передачи текучих сред (жидкостей [т.е. не испаренной перегретой загрязненной воды 217]).
Дополнительные примеры структурных, эксплуатационных и функциональных признаков технологических блоков системы и их составных частей
Ниже описаны дополнительные примеры структурных, функциональных и эксплуатационных признаков некоторых примеров осуществления системы 200 очистки загрязненной воды. Такие дополнительные признаки относятся к различным технологическим блокам системы, а именно: к блоку 212 перегрева, блоку 220 мгновенного испарения, блоку 228 термического окисления и блоку 240 рециркуляции тепла, и компонентам указанных блоков, а также к блоку 208 подачи загрязненной воды, вентилятору 248, первому и второму насосам (252 и 256, соответственно) и сборнику 260 (емкости или резервуару) остатков загрязненной воды, и к многочисленным рабочим соединениям между различными технологическими блоками для работы с текучими средами (жидкостями, парами, газами или парогазовыми средами) и их компонентами.
В примерах осуществления настоящего изобретения любой один или более технологический блок, компонент и узел может содержать свой собственный отдельный (локальный) источник питания и (локальное) оборудование для управления технологическими процессами; при этом, например, такие локализированные источники питания и оборудование для управления технологическими процессами функционально связаны с блоком 236 управления технологическими процессами/обработки данных и выполнены с возможностью работы во взаимодействии с этим блоком. В альтернативном варианте любой один или более технологический блок, компонент и узел может быть напрямую функционально соединен с централизованным (общим) источником питания, который, например, функционально соединен или связан с централизованным (общим) блоком 236 управления технологическими процессами/обработки данных.
В примерах осуществления настоящего изобретения такой источник питания представляет собой многофункциональный многоцелевой блок питания, выполненный с возможностью подачи питания сообразно любым пространственным или/и временным конфигурациям, режимам, форматам, схемам и параметрам питания самых разных типов, и предусматривающий синхронную, последовательную (поочередную), периодическую, непериодическую или асинхронную подачу питания в виде постоянного тока или/и переменного тока или/и напряжения на технологические блоки, компоненты и узлы системы 200 очистки загрязненной воды. Такой блок питания выполнен с возможностью работы во взаимодействии с блоком 236 управления технологическими процессами/обработки данных.
В примерах осуществления настоящего изобретения система 200 очистки загрязненной воды содержит соответствующее оборудование для перекачки текучих сред (массы), включая трубы, трубки, соединительные элементы, переходники, фитинги, насосы, запорно-регулирующую арматуру, вентиляторы, переключатели и устройства регулирования, обнаружения, учета и измерения расхода текучих сред (массы), такие как расходомеры, датчики и регуляторы расхода текучих сред, а также их соответствующие механизмы, узлы, компоненты и элементы, которые изготовлены из подходящих материалов и в полной мере обеспечивают возможность выполнения технологическими блоками, компонентами и узлами системы своих функций и операций, иллюстративно описанных в настоящем документе,
В примерах осуществления настоящего изобретения система 200 очистки загрязненной воды содержит соответствующее нагревательное и теплообменное оборудование, включая нагреватели, нагревательные рубашки, нагревательные элементы, изоляцию, трубы, трубки, соединительные элементы, переходники, фитинги, запорно-регулирующую арматуру, вентиляторы, переключатели и устройства регулирования, обнаружения и измерения тепла (температуры), в том числе термопары, а также их соответствующие механизмы, узлы, компоненты и элементы, которые изготовлены из подходящих материалов и в полной мере обеспечивают возможность выполнения технологическими блоками, компонентами и узлами системы своих функций и операций, иллюстративно описанных в настоящем документе.
В примерах осуществления настоящего изобретения система 200 очистки загрязненной воды предусматривает автоматическое управление, регулирование и мониторинг (измерение) многочисленных рабочих параметров и режимов работы технологических блоков, компонентов, узлов и рабочих соединений системы электрическими или/и электронными средствами.
В примерах осуществления настоящего изобретения электрический или/и электронный ввод/вывод данных, передача и примем в прямом и обратном направлении электрических или/и электронных входных/выходных управляющих сигналов, данных и команд, обмен коммуникационными сигналами между технологическим блоками, компонентами и узлами системы, а также между источниками питания и оборудованием технологического контроля, обеспечивается электрическими или/и электронными коммуникационными линиями (проводными или/и беспроводными) по передаче входных/выходных управляющих сигналов, данных и команд, которые могут включать в себя, например, кабели, пучки проводов или проводные шины.
В примерах осуществления системы 200 очистки загрязненной воды рабочие соединения и конфигурации между блоком 236 управления технологическими процессами/обработки данных и каждым из остальных технологических блоков системы, а именно с блоком 212 перегрева, блоком 220 мгновенного испарения, блоком 228 термического окисления и блоком 240 рециркуляции тепла, и каждым из дополнительных компонентов системы, таких как блок 208 подачи загрязненной воды, вентилятор 248, первый и второй насосы (252 и 256, соответственно) и сборник 260 концентрата загрязненной воды, выполнены в виде электрической (проводной или/и беспроводной) или/и электронной сети, состоящей из коммуникационных линий передачи управляющих сигналов входных/выходных данных, которые, например, как это показано на фиг. 3, обозначены двунаправленными стрелками 244 с пунктирными линиями между ними.
В примерах осуществления настоящего изобретения система 200 очистки загрязненной воды содержит соответствующее механическое, гидравлическое, электрическое, электронное и электромеханическое оборудование или/и средства (проводной или/и беспроводной) связи, а также их механизмы, узлы, компоненты и элементы, которые изготовлены из подходящих материалов и в полной мере обеспечивают возможность осуществления блоком 236 управления технологическими процессами/обработки данных автоматического управления и мониторинга (измерения) различных рабочих параметров и режимов работы электрическими или/и электронными средствами.
В примерах осуществления системы 200 очистки загрязненной воды ее технологические блоки, компоненты, узлы и рабочие соединения имеют такую конфигурацию и конструкцию, которые соответствуют и управляются сообразно физико-химическими свойствами, параметрами и характеристиками конкретного типа/типов или вида/видов (например, в отношении летучих или/и полулетучих органических или/и неорганических соединений) и формы/форм или фазы/фаз (например, жидкой, паровой, газовой или парогазовой фазе) жидкости, управляемой, передаваемой, транспортируемой и обрабатываемой в данной точке или месте системы 200 очистки загрязненной воды.
Примеры реализации/практического применения некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения
Ниже представлено иллюстративное описание примеров реализации/ практического применения некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения в привязке к фиг. 1-3, на которых показаны примеры осуществления способа и системы очистки загрязненной воды, содержащей летучие или/и полулетучие соединения, посредством мгновенного испарения.
Загрязненная вода 204, например, промышленная сточная вода хранится или содержится в блоке 208 подачи загрязненной воды и подается из указанного блока. Загрязненная вода 204 может содержать любое число и любой тип или вид летучих соединений, таких как летучие органические соединения (ЛОС) или/и полулетучие органические соединения (ПЛОС). В альтернативном варианте или дополнительно загрязненная вода 204 может содержать любое число и любой тип или вид летучих или/и полулетучих неорганических соединений.
Загрязненная вода 204 вводится или подается из блока 208 подачи загрязненной воды в блок 212 перегрева по линии 268 передачи текучих сред. В блоке 212 перегрева загрязненная вода перегревается для получения перегретой загрязненной воды 216, температура которой равна или превышает заданную пороговую температуру. Перегретая загрязненная вода 204 контролируется блоком 236 управления технологическими процессами/обработки данных. Этот контроль предусматривает регулирование температуры (и ее диапазона), при которой осуществляется перегрев загрязненной воды 204 с тем, чтобы обеспечить получение перегретой загрязненной воды 216 с температурой на выходе, равной или превышающей заданную пороговую температуру, и чтобы обеспечить поддержание температуры перегретой загрязненной воды 216 на уровне этого значения (или в пределах заданного порогового диапазона) при переходе к следующему процессу мгновенного испарения.
В примерах осуществления настоящего изобретения заданная пороговая температура представляет собой температуру, которая превышает температуру кипения (100°С) воды при атмосферном давлении, составляя, например, 103°С, или 104°С, или 105°С, или выше, например, 110°С. В примерах осуществления настоящего изобретения заданная пороговая температура представляет собой температуру, лежащую в пределах диапазона от около 103°С до около 120°С. В примерах осуществления настоящего изобретения перегрев загрязненной воды 204 осуществляется с целью получения перегретой загрязненной воды 216, температура которой равна или превышает заданную пороговую температуру, при этом в ходе процесса перегрева температура может контролируемым образом варьироваться в пределах заданного температурного диапазона. В примерах осуществления настоящего изобретения заданный температурный диапазон представляет собой относительной узкий диапазон температур, составляющий, например, менее десяти градусов; и он может быть еще уже и составлять, например, около двух градусов. Примеры заданных температурных диапазонов составляют: между 103°С и 112°С, между 103°С и 110°С, между 103°С и 108°С, между 103°С и 106°С, между 103°С и 105°С, между 105°С и 110°С, между 107°С и 110°С, а также между 108°С и 110°С.
В блоке 212 перегрева часть загрязненной воды 204 конденсируется, превращаясь в конденсированный пар 292, который в необязательных примерах осуществления настоящего изобретения подается (возвращается для повторного использования) в блок 240 рециркуляции тепла по линии 288 передачи текучих сред.
Перегретая загрязненная вода 216 выходит из блока 212 перегрева и поступает в блок 220 мгновенного испарения по линии 272 передачи текучих сред. В блоке 220 мгновенного испарения перегретая загрязненная вода 204 подвергается мгновенному испарению с целью получения перегретого загрязненного пара 224 (газовой фазы пара, содержащего летучие или/и полулетучие соединения).
В примерах осуществления настоящего изобретения температура перегретого загрязненного пара 224 на выходе поддерживается на уровне, равном или превышающем заданную пороговую температуру.
В блоке 220 мгновенного испарения перегретая загрязненная вода 216, которая не была испарена, остается в виде неиспаренной перегретой загрязненной воды 217. Первая часть неиспаренной перегретой загрязненной воды 217 подается (регенерируется/возвращается для повторного использования) из блока 220 мгновенного испарения обратно в блок 212 перегрева по линиям 300 и 304 передачи текучих сред с помощью первого насоса 252 для смешивания с первоначально подаваемой загрязненной водой 204 и перегрева. Вторая часть неиспаренной перегретой загрязненной воды 217 направляется и переносится из блока 220 мгновенного испарения по линиям 308 и 312 передачи текучих сред с помощью второго насоса 256 в сборник 260 (емкость или резервуар) остатков загрязненной воды, в котором эта часть неиспаренной перегретой загрязненной воды 217 собирается и удерживается в виде концентрированного остатка 264 загрязненной воды.
Перегретый загрязненный пар 224 выходит из блока 220 мгновенного испарения и подается в блок 228 термического окисления по линиям 276 и 280 передачи текучих сред с помощью вентилятора 248 (принудительной конвекции). В блоке 228 термического окисления перегретый загрязненный пар 224 (газовая фаза пара, содержащего летучие или/и полулетучие соединения) подвергается термическому окислению с целью термического окисления содержащихся в нем летучих или/и полулетучих соединений и получения парогазовых (парового и газового) продуктов 232 термического окисления.
К примерам типов термического окисления, применимых для реализации некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения, относятся такие процессы, как окисление с непосредственным тепловым воздействием, окисление с использованием факельного сжигания, термокаталитическое окисление, рекуперативное термическое окисление и регенеративные типы термического окисления (РТО) (например, РТО с непосредственным тепловым воздействием, РТО с использованием факельного сжигания или термокаталитическое РТО).
Соответственно, блок 228 термического окисления выполнен с возможностью использования в работе любого из указанных типов термического окисления, приведенных в качестве примера.
Выполнение предшествующих процессов и очистка загрязненной воды 204 в блоке 212 перегрева, в блоке 220 мгновенного испарения и в блоке 228 термического окисления для получения парогазовых (парового и газового) продуктов 232 термического окисления обеспечивает в итоге удаление из загрязненной воды 204 летучих или/и полулетучих соединений (с их преобразованием в неопасные соединения, например, двуокись углерода в газовой и паровой фазе).
Как было описано выше и показано на фиг. 2 в иллюстративных целях, в примерах осуществления настоящего изобретения способ 100 очистки загрязненной воды необязательно предусматривает дополнительную стадию 116, на которой осуществляется управление комплексным выполнением процессов перегрева 104, мгновенного испарения 108 и термического окисления 112 вместе с обработкой данных по указанным операциям.
Соответственно, примеры реализации и практического применения некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения необязательно предусматривают дополнительное управление комплексной работой блока 212 перегрева, блока 220 мгновенного испарения и блока 228 термического окисления вместе с обработкой данных по указанным блокам (например, рабочих параметров и режимов работы) с помощью блока 236 управления технологическими процессами/обработки данных. На фиг. 2 такое управление и обработка данных обозначены пунктирной линией 118, отходящей от блока 116 и соединяющейся с пунктирными линиями 118а, 118b и 118с, соответствующими рабочему взаимодействию между процессом 116 управления/обработки данных и, соответственно, процессом 104 перегрева, процессом 108 мгновенного испарения и процессом 112 термического окисления. На фиг. 3 такое управление и обработка данных, в частности, обозначено двунаправленными стрелками 244 с пунктирными линиями между ними, устанавливающими связь между блоком 236 управления технологическими процессами/обработки данных и прочими технологическими блоками.
Примеры осуществления настоящего изобретения могут необязательно предусматривать дополнительный процесс возврата тепла (содержащегося в горячих парах воды и водяных газах) из газовых продуктов 232 термического окисления в процесс перегрева, тем самым обеспечивая тепло для перегрева загрязненной воды 204.
Согласно таким примерам осуществления настоящего изобретения конденсированный пар 292 подается (возвращается в процесс путем рециркуляции) из блока 212 перегрева в блок 240 рециркуляции тепла по линии 288 передачи текучих сред.
В блоке 240 рециркуляции тепла это тепло продуктов 232 термического окисления используется для нагрева (перевода в газообразное состояние) конденсированного пара 292 с целью получения пара (паров) 242. Пар (пары) 242 выходит из блока 240 рециркуляции тепла и поступает в блок 212 перегрева по линии 296 передачи текучих сред, где он используется в качестве источника тепла, обеспечивающего работу блока 212 перегрева загрязненной воды 204.
В примерах необязательных вариантов осуществлении настоящего изобретения, где предусмотрен возврат тепла, вырабатываемого в процессе термического окисления, в процесс перегрева, дополнительно предусмотрено управление интегрированной работой блока 240 рециркуляции тепла вместе с обработкой данных (например, рабочих параметров и режимов работы) по этому блоку с помощью блока 236 управления технологическими процессами/обработки данных.
Практическая реализация некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения обеспечивает высокую производительность по удалению летучих соединений из загрязненной воды с высокоэффективным использованием энергии. Внедрив и реализовав на практике некоторые варианты осуществления раскрытого в настоящем документе изобретения в лабораторном масштабе, в полупромышленном масштабе, на полномасштабной установке и в условиях воздействия окружающей среды, автор изобретения получил значительно улучшенные результаты по удалению летучих соединений из загрязненной воды в сравнении с результатами, полученными с использованием существующих методик очистки загрязненной воды, содержащей летучие соединения. Такие улучшенные результаты включают в себя повышенный выход готового продукта, более высокую энергоэффективность и рентабельность удаления из загрязненной воды (например, промышленных сточных вод) летучих соединений, таких как летучие органические соединения (ЛОС) или/и полулетучие органические соединения (ПЛОС), а также летучие или/и полулетучие неорганические соединения. Улучшенные результаты были получены без необходимости использования процесса отгонки паром или/и воздухом и без необходимости дополнительной обработки (например, посредством биологической доочистки) первоначально очищенной загрязненной воды.
Примеры результатов включают в себя выход частично очищенной загрязненной воды с удаленными более чем на 99% летучими органическими соединениями (ЛОС) и удаленными более чем на 90% полулетучими органическими соединениями (ПЛОС).
Каждый из определенных и неопределенных артиклей в контексте настоящего документа обозначает «по меньшей мере, один» или «один или более». Использование в настоящем документе фразы «один или более» не изменяет этот подразумеваемый смысл определенного или неопределенного артиклей. Соответственно, в контексте настоящего документа определенные и неопределенные артикли могут также относиться к множеству указанных объектов и охватывать такое множество, если в настоящем документе специально не указано или не оговорено иное, или если контекст прямо не подразумевает иное. Например, фразы «блок», «устройство», «узел», «механизм», «компонент», «элемент» и «стадия или процедура» в контексте настоящего документа могут также относиться, соответственно, к множеству блоков, множеству устройств, множеству узлов, множеству механизмов, множеству компонентов, множеству элементов и множеству стадий или процедур, а также охватывать указанные множества.
Каждый из терминов «включает в себя», «имеет», «имеющий», «содержит» и «содержащий», включая все их лингвистические/грамматические формы, производные, и слова, родственный по корню и по значению, в контексте настоящего изобретения означает «включающий, помимо прочего» и должен толковаться как термин, конкретизирующий указанный компонент/компоненты, признак/признаки, характеристику/характеристики, параметр/параметры, целое число/числа или стадию/стадии, и не исключающий добавление одного или более дополнительного компонента/компонентов, признака/признаков, характеристики/характеристик, параметра/параметров, целого числа/чисел, стадии/стадий или их групп. Каждый из этих терминов считается эквивалентным по значению фразе «состоящий, по существу, из».
Каждая из фраз «состоящий из» и «состоит из» в контексте настоящего документа означает «включая только».
Фраза «состоящий, по существу, из» в контексте настоящего документа означает, что указанная позиция или объект (система, блок системы, подблок системы, устройство, узел, подузел, механизм, конструкция, компонент, элемент или единица периферийного оборудования, комплектующая деталь, принадлежность или материал, стадия или процедура, подстадия или подпроцедура), который представляет собой пример осуществления настоящего изобретения или его часть, или/и который используется для практической реализации одного из примеров осуществления настоящего изобретения, может включать в себя, по меньшей мере, один дополнительный «признак или характеристику» в виде блока системы, подблока системы, устройства, узла, механизма, конструкции, компонента или элемента, единицы периферийного оборудования, комплектующей детали, принадлежности или материала, стадии или процедуры, подстадии или подпроцедуры, но только в том случае, если такой дополнительный «признак или характеристика» существенно не изменяет базовые новые и патентоспособные характеристики или характерные технические особенности заявленного предмета или позиции.
Термин «способ» в контексте настоящего документа относится к стадиям, процедурам, методам, средствам или/и методикам выполнения поставленной задачи, включая, помимо прочего, те стадии, процедуры, методы, средства или/и методики, которые уже известны специалистам-практикам в области техники, связанной с использованием настоящего изобретения, или которые могут быть без труда разработаны указанными специалистами-практиками на основе известных стадий, процедур, методов, средств или/и методик.
По всему тексту настоящего документа численное значение какого-либо параметра, признака, характеристики, объекта или размера может быть указано или описано в формате диапазона числовых значений. Такой формат диапазона числовых значений в контексте настоящего документа лишь иллюстрирует реализацию некоторых примеров осуществления настоящего изобретения, и жестко не ограничивает объем примеров осуществления настоящего изобретения. Соответственно, указанный или описанный диапазон числовых значений также относится ко всем возможным поддиапазонам и отдельным числовым значениям (где числовое значение может быть выражено в виде целого или дробного числа) и охватывает их в пределах указанного или описанного диапазона числовых значений. Например, указанный или описанный диапазон числовых значений «от 1 до 6» также относится ко всем возможным поддиапазонам, таким как «от 1 до 3», «от 1 до 4», «от 1 до 5», «от 2 до 4», «от 2 до 6», «от 3 до 6» и т.д., и отдельным числовым значениям, таким как «1», «1,3», «2», «2,8», «3», «3,5», «4», «4,6», «5», «5,2» и «6» в пределах указанного или описанного диапазона числовых значений «от 1 до 6», а также охватывает все эти возможные поддиапазоны и отдельные числовые значения. Это применимо ко всем случаям, вне зависимости от численных пределов, размаха или размера указанного или описанного диапазона числовых значений.
Более того, при определении и описании диапазона числовых значений фраза «в диапазоне между около [первое числовое значение] и около [второе числовое значение]» считается эквивалентной фразе «в диапазоне от около [первое числовое значение] до около [второе числовое значение]» и имеет такое же смысловое значение; и, таким образом, эти две фразы с эквивалентным значением могут быть использованы взаимозаменяемо. Например, при определении и описании диапазона числовых значений комнатной температуры фраза «комнатная температура представляет собой температуру, варьирующуюся в пределах между около 20°С и около 25°С» считается эквивалентной фразе «комнатная температура представляет собой температуру, варьирующуюся в пределах от около 20°С до около 25°С» и имеет такое же смысловое значение.
Термин «около» в контексте настоящего документа обозначает ±10% указанного числового значения.
Фраза «функционально связан» в контексте настоящего документа эквивалентна соответствующим синонимичным фразами «функционально соединен» или «функционально подключен» там, где рабочее соединение, рабочее подключение или рабочий стык имеет физический или/и электрический или/и электронный или/и механический или/и электромеханический характер или природу, предусматривая использование различных типов и видов аппаратных или/и программных средств и компонентов.
Следует четко понимать, что определенные аспекты, характеристики и признаки настоящего изобретения, которые для наглядности описаны иллюстративно и представлены в контексте или формате множества отдельных вариантов осуществления заявленного изобретения, могут быть также иллюстративно описаны и представлены в любой подходящей комбинации или подкомбинации в контексте или формате одного варианта осуществления настоящего изобретения.
И наоборот, различные аспекты, характеристики и признаки настоящего изобретения, которые иллюстративно описаны и представлены в какой-либо комбинации или подкомбинации в контексте или формате одного варианта осуществления настоящего изобретения, могут быть также иллюстративно описаны и представлены в контексте или формате множества отдельных вариантов осуществления настоящего изобретения.
Хотя настоящее изобретение описано иллюстративно и раскрыто в виде конкретных вариантов и примеров его осуществления, совершенно ясно, что многие его альтернативные варианты, модификации или/и изменения станут очевидными для специалистов в данной области техники.
Соответственно, предполагается, что все эти альтернативные варианты, модификации или/и изменения соответствуют сущности прилагаемой формулы изобретения и охватываются ее широким объемом.
Содержание всех публикаций, патентов или/и заявок на выдачу патентов, упомянутых или цитируемых в этом описании, полностью включено в настоящий документ посредством ссылки так, как если бы было конкретно и в индивидуальном порядке указано, что содержание каждой отдельной публикации, патента или/и заявки на выдачу патента включено в настоящий документ посредством ссылки. Кроме того, упоминание или цитирование каких-либо ссылок в настоящем документе не должно трактоваться или рассматриваться как признание того, что такая ссылка характеризует или отражает предшествующий уровень техники настоящего изобретения. При использовании заголовков разделов их не следует рассматривать как обязательно носящие ограничительный характер.