УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ КРЕМНЕЗЁМА ИЗ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

Полезная модель, относится к устройствам для извлечения химических элементов из геотермального теплоносителя. В частности, устройство предназначено для осаждения коллоидного кремнезема и может найти применение в геотермальной энергетике, а также в химической, силикатной и радиоэлектронной промышленности.
2
Известно устройство (аналог) для осаждения кремнезема с помощью электрического тока [Потапов В.В. и др. Способ электрохимической обработки гидротермального теплоносителя. Патент РФ №2185334 от 20.07.2002 г.]. Устройство представляет собой корпус прямоугольного сечения, в котором установлены электроды из растворимого металла -алюминия. Для реализации процесса коагуляции частиц кремнезема в геотермальном теплоносителе на катод и анод подается ток с плотностью от 50 до 250 А/м в зависимости от физико-химических характеристик раствора.
Недостатком данного устройства является большой расход электроэнергии и, как следствие, повышенный удельный расход цветного металла электродов - алюминия, в ходе процесса осаждения кремнезема из геотермального теплоносителя.
Известно так же, устройство (прототип) для осаждения кремнезема с помощью электрического тока и мембраны [Потапов В.В. и др. Способ извлечения кремнезема из гидротермального теплоносителя. Патент РФ №2323889 от 10.05.2008 г.]. Устройство состоит из корпуса прямоугольного сечения, в котором установлены электроды (анод и катод) и, расположенная посередине между ними пористая полимерная мембрана. На электроды подается постоянное напряжение с помощью внешнего источника питания. На противоположных сторонах корпуса установлены входной и выводной патрубки. Геотермальный теплоноситель поступает через входной патрубок в
анодную зону, где происходит осаждение кремнезема. Далее теплоноситель проходит через пористую мембрану и уже очищенный поступает в катодную зону, из которой удаляется через выводной патрубок. Кремнеземный осадок сливается в отстойную камеру.
Недостатками, вышеописанного устройства, являются большой расход электроэнергии, идущий на создание зон с разными pH и сравнительно высокая стоимость полимерной мембраны.
Применение полезной модели направлено на решение следующих задач: повышение энергоэффективности процесса осаждения кремнезема и удешевления стоимости мембраны.
Технический результат заключается в снижении расхода электроэнергии затрачиваемой на процесс осаждения кремнезема.
Технический результат достигается тем, что устройство для извлечения кремнезема из геотермального теплоносителя, состоящее из корпуса (анода), входного патрубка, выводного патрубка (катода) и расположенной внутри корпуса мембраны, разделяющая его на две зоны - катодную и анодную, в котором корпус устройства выполнен в виде цилиндра, верхняя часть которого закрыта крышкой, выполненной из диэлектрика, а нижняя часть образует приемный бункер, где выводной патрубок размещен по оси устройства, входной патрубок установлен тангенциально к корпусу в его верхней части и дополнительный сливной патрубок присоединен к нижней части приемного бункера. Разделяющая текстильная мембрана представляет собой цилиндр с закрытым днищем и, изготовлена из хлопкового и (или) льняного нетканого материала и, или ткани.
Движение теплоносителя в устройстве осуществляется по криволинейной траектории, что позволяет повысить интенсивность осаждения кремнезема благодаря центробежному разделению кремнезема от жидкой фазы геотермального теплоносителя. Тем самым снижается необходимое напряжение и сила тока.
На фиг. 1. представлено устройство для извлечения кремнезема из геотермального теплоносителя.
На фиг. 2. представлен график зависимости удельной остаточной концентрации кремнезема от приложенного заряда для разных типов устройств.
Устройство для извлечения кремнезема из геотермального теплоносителя состоит из цилиндрического алюминиевого корпуса (1) с приемным бункером (7), установленным в его нижней части. Корпус имеет круглую крышку (3), выполненную из диэлектрика. По оси корпуса установлена текстильная мембрана (5) из хлопкового и (или) льняного нетканого материала и, или ткани, представляющая собой цилиндр с закрытым днищем с расположенным внутри выводным патрубком (4). Входной патрубок (2) расположен в верхней части и установлен тангенциально к корпусу. Сливной патрубок (8) с запорной арматурой присоединен к нижней части приемного бункера (7). Для питания установки используется источник питания постоянного напряжения (6) с встроенными средствами измерения: амперметром и вольтметром.
Принцип действия установки заключается в следующем. Геотермальный теплоноситель, содержащий коллоидный кремнезем через входной патрубок (2) поступает в аппарат тангенциально, для создания криволинейного движения потока. Одновременно с подачей теплоносителя, от источника питания (6) подается постоянное напряжение 12 В. Вследствие чего, в установке создаются две кольцевые зоны с разными значениями pH, разделенные текстильной мембраной (5). В катодной зоне, ограниченной внутренней стенкой текстильной мембраны (5) и внешней стенкой выводного патрубка (4), значение pH повышается до значений ~11-12. В анодной зоне, ограниченной внутренней стенкой корпуса (1) и внешней стенкой мембраны (5) значение pH понижается до значений ~1-2. Из-за низкого значения pH растворимость коллоидного кремнезема падает, и он начинает выпадать в осадок. В результате движения теплоносителя по криволинейной траектории
осадок отбрасывается к стенкам, где затем под действием силы тяжести опускается на дно приемного бункера (7) и выводится через сливной патрубок (8). Движение по криволинейной траектории повышает эффективность выделения кремнезема из потока. Очищенный сепарат проходит через текстильную мембрану (5) и выводится через выводной патрубок (4).
Результаты экспериментов, полученные по заявленной полезной модели, аналогу (электрокоагулятор) и прототипу (электродиализатор) представлены в табл. 1 и на фиг. 2, где приведены зависимости удельной остаточной концентрации кремнезема от приложенного заряда.
нач
тек
Удельная остаточная концентрация С является относительной единицей и определяется как соотношение  где С - начальная задаваемая концентрация кремнезема - 820 мг/кг; С - текущее значение концентрации кремнезема в анодной зоне.
Заряд определяется, как произведение силы тока на время q=It.
Измерение силы тока производится по показаниям амперметра, а время по показаниям таймера.
-4
-4
Как видно из результатов эксперимента, значения конечной удельной остаточной концентрации кремнезема, полученные по заявленной полезной модели и прототипа, примерно одинаковы и составляют 10%, что означает степень извлечения кремнезема 90%. Величина удельной остаточной концентрации кремнезема у аналога составляет 24%, что позволяет осадить только 76% кремнезема. В свою очередь, для заявленной полезной модели требуется меньшее потребление электроэнергии - 0,6 А, а для прототипа и аналога она составляет 3,2 А. Расход электроэнергии на массу извлеченного кремнезема с помощью установки прототипа составляет 6,7·10 кВт·ч/кг, а с помощью заявленной полезной модели - 2,1·10 кВт·ч/кг. Очистка теплоносителя на заявленном устройстве для извлечения кремнезема из геотермального теплоносителя позволяет сократить энергопотребление примерно в 3 раза.
Применение текстильной мембраны из хлопкового и (или) льняного нетканого материала и, или ткани позволит удешевить устройство в 1,5-2 раза.