一種循環流化常溫除氧的方法

2023-10-11 21:14:04 2

專利名稱：一種循環流化常溫除氧的方法
技術領域：
本發明涉及一種在常溫下除去溶解於水中的氧氣的工藝。
背景技術：
除去水中的氧氣，一般有物理和化學兩種方式。物理方式有常見的熱力除氧和真空除氧。熱力除氧即將水加溫，降低氧氣在水中的溶解度而除氧，如常壓下，25°C的水中氧氣的飽和溶解度為8. ;3mg/l，10(TC時幾近0，因此只需把水的溫度升至100°C就可除去其中絕大部分的氧氣。真空除氧則通過改變流體壓力，降低其沸點，使之在常溫下達到沸點而除去氧氣。熱力除氧和真空除氧的缺點是需要消耗大量的蒸汽或動力，尤其在油田注水除氧或換熱設備冷卻水除氧等場合，由於水溫升高，不適用熱力除氧。化學方式除氧有添加化學藥品和使用還原濾料等方式。前者如添加聯胺或亞硫酸鈉等，此類多作為熱力除氧或其他除氧方式的輔助，一般不單獨使用；後者使用還原鐵粉或者海綿鐵等，無論還原鐵粉還是多孔的海綿鐵，都具有很大的表面積，常溫下很容易與氧氣發生反應，因此作為濾料充裝在設備中可以與流經設備的流體中的氧氣反應，而達到除氧的目的。本發明所涉及的常溫除氧工藝即以還原鐵粉或海綿鐵等還原材料作為濾料的除
氧方式。目前常溫除氧工藝有兩種，一是固定床運行工藝，二是浮動床(或流動床)運行工藝。固定床運行工藝，含氧氣的水自除氧罐體的頂部進入，流經還原性濾料，其中的氧氣與濾料反應，經除氧的水從底部流出，濾料處於固定狀態。浮動床(或流動床)工藝正好相反， 自底部進頂部出，濾料處於浮動或者流動狀態。由於常溫除氧使用的還原濾料都是表面積都很大的顆粒狀材料，容易粘合在一起，從而影響除氧效果。為克服這個問題，CN2004100356^公開了一種固定床的常溫除氧工藝，採用空氣反洗的辦法清洗還原濾料，減輕還原濾料結塊。CN200520010452公開了一種常溫除氧設備， 採用浮動床串聯方式除氧，防止還原濾料結塊。前一種固定床的運行工藝存在顯著的缺陷首先，濾料與氧氣反應後，絮狀反應產物被濾料本身吸附，附著在濾料表面，阻礙氧氣繼續與濾料繼續反應，這種現象從一開始就存在，所以除氧效果僅在反洗後很短時間內較好；其次，因反應產物附著在濾料中，濾料需反洗，將反應產物洗出，但反洗需停止產水，所以無法連續產水；再次，固定床運行的濾料在水流壓力和自身重量作用下，容易結塊，結塊的料層因表面積變小將無法有效地與氧氣反應。浮動床運行工藝克服了上述固定床的缺點，但濾料的比重都比較大，欲使濾料處於浮動或流動狀態，流速要求高，流速高則意味著水在料層中停滯的時間短，反應時間不足，為解決這個問題，必須用多個除氧設備串聯使用，以保證充足的反應時間。除氧效果要求越高，串聯的設備越多，造成系統複雜並且消耗的動力過多。綜上所述，如能克服浮動床(或流動床)系統複雜動力消耗大的缺點，以還原性濾料為反應介質的常溫除氧工藝將有顯著的改善。

發明內容
為了克服現有常溫除氧設備在工藝及動力消耗方面的不足，本發明提供一種常溫除氧的方法，該方法不但可以解決固定床運行常溫除氧工藝的缺陷，還能解決浮動(流動) 床常溫除氧工藝系統複雜、動力消耗大的不足，獲得良好的除氧效果。本發明採取的技術方案如下循環泵在反應室的進口和出口之間製造循環水流，需除氧的水在循環泵入口與循環水混合，經循環泵輸送進入反應室，並與其中的還原性濾料反應除去氧氣，經除氧的水從反應室出口引出。需除氧的水由循環泵輸送至反應室，從反應室底部進，頂部出，反應室內的還原性濾料在水流作用下呈懸浮或流化、沸騰狀態，同時與水中的氧氣反應，水從反應室頂部出來後進入過濾器，將攜帶的反應產物和細小還原性濾料過濾，過濾器出來的水分兩部分，一部分作為除氧水外送，另一部分返回循環泵入口，與補充的含氧水流混合，重新進入反應室。 外送的除氧水與補充的含氧水流量相等，循環泵出口的流量與補充的含氧水流量之比成為循環倍率。除氧之前，暫停補充含氧水和外送的除氧水，先啟動循環泵將反應室和過濾器內的水循環，讓其中的氧氣與還原性濾料充分反應。開啟外送和補充水後，含有氧氣的補充水被循環的除氧流體稀釋，氧氣濃度降低，由前段定義知，循環倍率越大，進入流化反應室的氧氣濃度也越低。反應室內填充海綿鐵、鋼屑或其他還原性濾料。反應室可以採用兩個或兩個以上並聯運行。反應室和循環泵之間設置過濾設備。對於一定的補充水流量(外送除氧水流量)，其流經流化反應室的時間T是一定的，也就是說氧氣與還原性濾料接觸的時間T是一定的。如上所述，循環倍率越大，進入流化反應室的氧氣濃度越低，氧氣濃度越低，反應所需要的時間越短，當反應所需要的時間與 T 一樣時，就能充分除去氧氣。換言之，為了保證除氧效果，一定的補充水流量(外送除氧水流量)對應一個最低的循環倍率。同時，即使外送的除氧水流量不大，較高的循環倍率也能使流化反應室內的還原性濾料處於懸浮或流化、沸騰狀態，避免濾料粘結在一起導致反應效率降低，且克服串聯浮動床工藝造成的工藝複雜動力消耗大的缺點。本發明的有益效果是利用循環流經反應室的水流，一方面降低進水的氧氣濃度， 利於縮短反應時間，另一方面保證濾料處於懸浮或流化、沸騰狀態，既避免濾料結塊，又能增強傳質加快反應速度。由於循環的存在，即使需除氧的水量很小，也能保證濾料的流化或懸浮，因而獲得良好的除氧效果。


圖1是本發明循環流化常溫工藝圖。圖中1.進口，2.循環泵，3.流化反應室，4.過濾器，5.出口。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。附圖1中，補充水流從進口 1進入，與循環的水流混合由循環泵2打入流化反應室 3，與其中的還原性濾料反應後進入過濾器4，過濾反應產物和跟隨水流流出的濾料，過濾器出口 5部分水流作為除氧水外送，部分進入循環泵的入口重新回到流化室，如此循環。由於上述循環的存在，即使產水量(補充水量)不大，也能保證流化室內的濾料處於懸浮或流化、沸騰狀態，在這種狀態下濾料不會結塊；流化室內的還原性濾料處於懸浮或流化、沸騰狀態，利於傳質，加速反應；也由於循環的存在，降低進入流化室水流的氧氣濃度，同等的進水量，在整個循環的停留時間是一樣的，當提高循環倍率，進入反應室濃度將會降低，這將縮短反應時間，保證停留時間大於或等於反應時間，就可以保證除氧效果。通過實驗得知，含氧濃度為10mg/l的水以20米/小時的流速流經1. 0米的濾料層時，出水含氧量為Omg/1，可推算出單位濃度含氧量的水與濾料的反應時間為18秒。設補充水流量為a，循環泵出口流量為x*a，即循環倍率為X，循環部分流量為 x*a_a，流化反應室的截面積為S，料層高度為h，進水的含氧濃度為C。將整個系統分為兩部分一部分為補充水a，另一部分為循環體X*a-a，在補充水a 通過系統的時間t內，補充水a把其中的氧氣傳給循環體X*a-a，並由循環體循環反應完全。由上述定義知，t (秒)=3600S*h/a循環體的濃度為a*c/(x*a_a)=c/(x_l)根據實驗知，循環體氧氣完全反應需要的時間為18c/(x-1)如上所述，當18c/(x-1) ^ t時，可保證補充水a流經流化反應室後除氧完全，即18c/(x_l)彡 3600S*h/aχ ^ l+a*c/200s*h以下通過實施例說明。實施例1 補充水量為5噸/小時，補充水氧氣濃度為8. :3mg/l，要求出水含氧量0. 01mg/l。流化室僅設一個，流化室截面積為0. Im2,內充海綿鐵濾料，高度為0. 5米。流化室和循環泵之間設過濾器。根據上述公式，循環倍率χ彡l+a*C/200s*h，將以上數據代入得，χ ^ 5. 15，即循環倍率最小為5. 15，才能保證出水含氧量符合要求。此時循環泵的流量為25. 75t/h。流化室底部為進口，頂部為出水口。在此流量下，海綿鐵濾料呈懸沸騰狀。實施例2 補充水量為10噸/小時，補充水氧氣濃度為5mg/l，要求出水含氧量0.05mg/l。流化室僅設一個，流化室截面積為0. 2m2，內充鋼屑濾料，濾料層高度為1. 0米。
流化室和循環泵之間設過濾器。根據上述公式，循環倍率χ彡l+a*C/200s*h，將以上數據代入得，χ ^ 2. 25，即循環倍率最小為2. 25，才能保證出水含氧量符合要求。此時循環泵的流量為22. 5t/h。流化室底部為進口，頂部為出水口。在此流量下，鋼屑濾料呈懸浮狀。實施例3 補充水量為50噸/小時，補充水氧氣濃度為9mg/l，要求出水含氧量0. 01mg/l。流化室設二個並聯，單個流化室截面積為0. 25m2，內充海綿鐵濾料，層高為0. 8米。根據上述公式，循環倍率χ彡l+a*C/200s*h，將以上數據代入得，χ彡6. 625，即循環倍率最小為6. 625，才能保證出水含氧量符合要求。此時循環泵的流量為331. 25t/h。流化室底部為進口，頂部為出水口。在此流量下，海綿鐵濾料呈流化狀。
權利要求
1.一種循環流化常溫除氧的方法，其特徵是循環泵在反應室的進口和出口之間製造循環水流，需除氧的水在循環泵入口與循環水混合，經循環泵輸送進入反應室，並與其中的還原性濾料反應除去氧氣，經除氧的水從反應室出口引出。
2.根據權利要求1所述的循環流化常溫除氧的方法，其特徵是反應室內填充海綿鐵、 鋼屑或其他還原性濾料。
3.根據權利要求1所述的循環流化常溫除氧的方法，其特徵是反應室的進口在底部， 出口在頂部，水從進口進入流經濾料層時，濾料處於懸浮或流化、沸騰狀態。
4.根據權利要求1所述的循環流化常溫除氧的方法，其特徵是反應室可以採用兩個或兩個以上並聯運行。
5.根據權利要求1所述的循環流化常溫除氧的方法，其特徵是反應室和循環泵之間設置過濾設備。
全文摘要
本發明公開了一種在常溫下利用還原性濾料除去水中的氧氣的循環流化常溫除氧方法。利用循環泵在反應室的進出口之間製造循環水流，需除氧的水從循環泵入口與循環水流混合進入反應室，並與其中的還原性濾料反應除去氧氣，經除氧的水從反應室出口引出。反應室的進口在底部，出口在頂部，水流進入反應室時濾料處於流化或懸浮狀態，既避免濾料結塊，又能增強傳質加快反應速度。由於循環的存在，即使需除氧的水量很小，也能保證濾料的流化或懸浮，因而獲得良好的除氧效果。
文檔編號B01D19/00GK102161515SQ20111003759
公開日2011年8月24日 申請日期2011年2月14日 優先權日2011年2月14日
發明者麻克棟 申請人:麻克棟