CC BY
22
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА |
все можно сделать лучше, чем делалось до сих пор.
ГЕНРИ ФОРД
Каталитическая деаэрация воды
Революционные инновации, как правило, прочно входят в нашу жизнь и уже через некоторое время воспринимаются как нечто само собой разумеющееся. Однако базу для них создает массив на первый взгляд скрытых от обывателя эволюционных нововведений, которые медленно, но верно повышают качество жизни. Об одной из такого рода разработок - отечественной системе каталитического удаления кислорода из воды - рассказывает заведующий лабораторией гетерогенного катализа Института физико-органической химии НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор Юрий ЕГИАЗАРОВ.
'I Ж
ЯМ
*Л
I- 1 ■
- Почему сегодня так остро встает проблема деаэрации технической воды?
- Очистка технологических вод от растворенного кислорода - важнейший этап, который позволяет обеспечить эффективное и надежное функционирование химических, пищевых, фармацевтических производств. Однако наибольшее значение он имеет в теплоэнергетике. Это связано с тем, что из-за присутствия кислорода в воде стальные трубы через 5-10 лет эксплуатации, а иногда и раньше, разъедаются ржавчиной, появляются сквозные свищи - точечные прорывы, через которые уходит вода. Необходимость частой замены труб приводит к весьма
существенным материальным и энергетическим затратам.
- Очевидно, эта проблема возникла давно, как она решается?
- Существует несколько методов удаления кислорода из воды. Наиболее распространенным является термическая деаэрация, которая реализована в различных вариантах: при повышенном, атмосферном давлении или под вакуумом. В термических деаэраторах энергия, необходимая для подогрева воды до кипения, при котором будет удаляться кислород, поступает с отработанным паром после турбин, вырабатывающих электроэнергию на ТЭЦ. Естественно, что при использовании вакуумного варианта термической деаэрации требуется более низкая температура - 40-80 оС - в зависимости от создаваемого в аппарате разрежения.
- Если есть готовые, проверенные методы деаэрации, чем обусловлена необходимость разработки альтернативных решений?
- Сложность заключается в том, что для котлов низкого давления и водогрейных котлов этот способ не подходит, поскольку у них «бесплатного» пара нет. Поэтому для работы деаэраторов приходится оснащать котельные парогенераторами, что приводит к значительному росту капитальных вложений и энергозатрат. Справедливости ради нужно отметить, что деаэрация возможна и с помощью
ИННОВАЦИИ
Опытно-промышленная установка получения волокнистого папладийсодержащего катализатора
Опытно-промышленная установка каталитического обескислороживания воды на Вилейской мини-ТЭЦ
нетермических методов, например таких, как фильтрация через стальные стружки, обработка гидразином и другие. Однако они в силу разных причин - высокой стоимости, недостаточной степени удаления кислорода - широкого распространения не получили.
- Существуют ли более подходящие решения для нужд малой энергетики?
- Одним из последних достижений в развитии технологии обескислороживания воды является каталитическая деаэрация. Первое промышленное оборудование для нее было изготовлено и запущено фирмой BAYER Chemicals в конце прошлого века. Принцип его работы заключается в том, что очищаемая вода насыщается водородом в специальных устройствах - смесителях - и поступает в реактор с катализатором. На промышленных установках используется катализатор, известный на рынке под торговой маркой Lewatit. Он представляет собой гранулы ионообменника диаметром 0,4-1,3 мм с нанесенным палладием. Сам процесс удаления кислорода осуществляется при давлении 0,25-0,3 МПа в отно-
сительно широком интервале температур
- от 0 до 40 оС. Вода с растворенным водородом поступает на катализатор, где на поверхности кластеров палладия происходит взаимодействие кислорода и водорода с образованием воды. При этом существенно сокращаются капитальные и энергетические затраты, обеспечивается высокая степень экологического и санитарного состояния производства.
- Какое решение предложила ваша лаборатория?
- Несмотря на то что в развитых странах каталитический метод деаэрации используется очень активно, в Беларуси и странах СНГ подобных установок попросту нет. Мы, заинтересовавшись этим направлением, решили сделать собственный катализатор,
но не гранулированный, а на основе волокнистых ионитов, разработанных в нашем институте. Главное их преимущество заключается в том, что диаметр волокна на порядок меньше диаметра гранулы. За счет короткого диффузионного пути скорость массообменных процессов повышается на 1-2 порядка, что приводит к существенной интенсификации технологического процесса. Кроме того, гибкая структура волокнистого ионита обеспечивает его меньшую истираемость, в результате чего снижаются потери активного металла и повышается срок службы катализатора.
- Отличия белорусской разработки заключаются только в катализаторе или использованные технические решения также различны?
ОЧИСТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОД ОТ РАСТВОРЕННОГО КИСЛОРОДА -ВАЖНЕЙШИЙ ЭТАП, КОТОРЫЙ ПОЗВОЛЯЕТ ОБЕСПЕЧИТЬ ЭФФЕКТИВНОЕ И НАДЕЖНОЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ, ПИШЕВЫХ, ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
28 НАУКА И ИННОВАЦИИ №11(105) Ноябрь 2011
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА |
затраты энергии для каталитического процесса деаэрации в разы меньше, чем для системы «парогенератор - деаэратор», и это делает новую разработку весьма привлекательной
- По сравнению с оборудованием, описанным в научно-технической и патентной литературе, дизайн нашей установки иной. Главное отличие заключается
в конструкции реактора. В зарубежных установках это стальной аппарат цилиндрической формы с внушительными габаритами, в который загружается гранулированный катализатор. Для предотвращения его уноса с потоком воды на дне реактора предусмотрена система специальных устройств. Конструкция нашего реактора выполнена таким образом, что позволяет осуществлять радиальный ввод очищаемой воды через слой катализатора, тем самым обеспечивая низкое гидравлическое сопротивление системы. Все аппараты установки выполнены из полимерных материалов. Разработка представляет собой модульную систему (производительность одного модуля - 2,5 м3/ч). Количество моделей варьируется в зависимости от потребности заказчика. Катализатор и способ удаления кислорода из воды с его использованием обладают патентной чистотой.
- Проводились ли опытные испытания вашей системы?
- Мы выполняли эту работу в рамках ГНТП «Энергетика-2010», в которой было запланировано создание опытной и опытно-промышленной установок, а также их испытания в разных режимах работы. Опытная каталитическая деаэ-рационная установка была построена и испытана на Минской ТЭЦ-4, а опытно-промышленная производительностью
5 м3/ч - на Вилейской мини-ТЭЦ. Полученными результатами мы довольны. Содержание остаточного кислорода в очищенной воде на опытно-промышленной установке составило 12,9 мкг/л в начале приемочных испытаний и 1,0 мкг/л в конце испытаний, что вполне соответствует требованиям отраслевой нормы.
- Заполненная катализатором система полностью автономна или требует дополнительных реагентов?
- Как я уже упоминал, для работы необходим водород, который предварительно растворяется в очищаемой воде.
Генераторы водорода хорошего качества достаточно дороги, так, например, стоимость американского генератора марки HGH3000, установленного на опытно-промышленной установке, составляет примерно 30% всей ее стоимости. Кроме водорода, в систему никаких прочих реагентов не вводится.
- Обеспечивает ли ваша установка экономическую эффективность по сравнению с зарубежными?
- Ценовые показатели катализаторов определяются стоимостью активного компонента и носителя, на который он наносится, поэтому они примерно одинаковы
- на уровне 60-65 долл. за 1 кг. Разница заключается в том, что эффективность волокнистого катализатора существенно выше и его требуется загружать в реактор в меньшем количестве. Но если говорить о полезности разработки в условиях нашей страны, где многие котельные не имеют никакой деаэрации питательной и подпиточной воды, то эффект ожидается достаточно большой. Это связано с тем, что для каталитического процесса затраты энергии в разы меньше, чем для системы «парогенератор - деаэратор», что делает новую разработку весьма привлекательной.
- Можно ли отказаться от палладия и применять более дешевые и распространенные элементы?
- Основная проблема с волокнистым пал-ладийсодержащим катализатором - необходимость его утилизации для извлечения драгметалла. Поскольку палладия в катализаторе мало - всего 0,1-0,15%, возникают значительные трудности при его переработке, которая осуществляется по сложной и многостадийной технологии. Степень извлечения металла не
превышает 20-25% от его содержания в исходном образце, а затраты значительно превосходят стоимость извлеченного палладия. Поэтому мы постоянно ищем возможность «ухода» от драгметалла, и можно сказать, что в этом направлении уже есть некоторые успехи, но еще предстоит выполнить большой объем исследований, чтобы сформулировать четкие рекомендации.
- Новые разработки часто становятся предметом интереса конкурентов. Обеспечиваете ли вы их защиту или реализуете как ноу-хау?
- По результатам нашей работы мы оформили и подали три заявки на изобретения, включающие катализаторы на основе волокнистых анионитов и способ удаления кислорода из воды
с их использованием. По двум из них мы уже получили патенты Республики Беларусь, третья заявка, оформленная и поданная в 2010 г., пока на стадии рассмотрения. Проведенный нами анализ позволяет сделать вывод о том, что установка будет востребована как у нас, так и в России и других странах СНГ Но, к сожалению, мы пока не можем оценить и сопоставить конкретные результаты работы каталитического процесса с другими промышленными вариантами деаэрации воды. Несмотря на то что система полностью готова, несколько затянулся процесс бумажного оформления и передачи ее Вилейской мини-ТЭЦ для опытно-промышленной эксплуатации. Но мы надеемся, что вскоре запустим установку в Вилейке, получим необходимые эксплуатационные данные и сможем тиражировать ее на энергетических объектах Беларуси и за ее пределами.
Павел ДИК
