Совершенствование электрохимических систем и технологий

  • Очистка, обеззараживание и кондиционирование воды в установках ИЗУМРУД. Известны электрохимические технологии очистки питьевой воды в установках ИЗУМРУД различных типов, технологические схемы которых отличаются большим разнообразием, обусловленным разнообразием химического состава исходной воды, а также различием требований к качеству и химическому составу очищенной воды. Общность технологий очистки воды в установках типа ИЗУМРУД состоит в том, что исходная вода поступает в электрохимическую систему, представленную соединенными в различной последовательности проточными реакторами – электрохимическими (ПЭМ), флотационными, электрокинетическими, каталитическими - где подвергается последовательным стадиям преобразований, обеспечивающим удаление ионов тяжелых металлов, окисление органических соединений и уничтожение микроорганизмов всех видов и форм (бактерии, микобактерии, вирусы, грибы, споры), а также микробных токсинов.
  • Технологии синтеза электрохимически активированных растворов в установках СТЭЛ. Установки СТЭЛ, являясь изделиями медицинского назначения, представляют собой технические электрохимические системы для получения электрохимически активированных моющих и антимикробных растворов - анолита и католита, отличающихся очень высокой функциональной активностью и экологической чистотой. Любая установка СТЭЛ содержит проточный электрохимический диафрагменный реактор из элементов ПЭМ, гидравлическую систему для подачи исходного раствора в реактор и отвода продуктов электрохимического синтеза из реактора, а также источник питания. Кроме того, установки СТЭЛ могут иметь систему автоматического контроля параметров работы установки, автоматизированную систему периодической промывки установки кислотным раствором и ряд других приспособлений и устройств, определяющих степень технического совершенства установки СТЭЛ. Разработаны и серийно производятся установки СТЭЛ производительностью по активированным растворам всех типов ( кислый и нейтральный анолит, щелочной и нейтральный католит) от 10 до 1000 литров в час. Степень их технического совершенства определяется способностью получения активированных растворов возможно меньшей минерализации (при допустимом диапазоне вариации содержания хлорида натрия в исходном водном растворе от 0,5 до 5,0 г/л) при возможно более высокой концентрации оксидантов анолита и возможно более высоком значении восстановительного потенциала католита (минус 700 – минус 800 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения) и возможно меньшей его минерализации (предпочтительно не более 1,5 г/л).
  • Технологии обеззараживания воды в полевых условиях в установках АКВАДЕЗ. В установках АКВАДЕЗ реализованы электрохимические технологии обеззараживания воды с использованием вспомогательного электролита в катодной камере элемента ПЭМ, что позволяет достигнуть максимальной (до 20 литров в час через единичный элемент ПЭМ) производительности при обеззараживании пресной воды поверхностных водоисточников, в т.ч. болотной воды, при минимальных затратах электроэнергии и при самых неблагоприятных условиях работы установок. Разработаны установки АКВАДЕЗ с реакторами от одного до 12 элементов ПЭМ-3 производительностью от 10 до 250 литров в час по обеззараженной воде при мощности от 40 до 500 ватт.
  • Технологии обеззараживания и кондиционирования воды плавательных бассейнов в установках типа АЛЛИГАТОР. Общность технологий, принадлежащих данному массиву, определяется задачей и способом ее решения, т.е. каждая из технологий заключается в синтезе антимикробных компонентов непосредственно из воды плавательного бассейна в электрохимическом устройстве без использования каких-либо исходных реагентов. Также общим признаком технологий обработки воды в устройствах типа АЛЛИГАТОР является возможность постепенного удаления солей жесткости в процессе работы установки из воды плавательного бассейна, что делает ее мягкой и приятной.
  • Технология получения раствора оксидантов в установках АКВАХЛОР. Установки АКВАХЛОР предназначены для получения раствора смеси оксидантов из водного раствора хлорида натрия. Установки производятся в виде модулей производительностью от 30 до 500 граммов смеси оксидантов в час. В установках АКВАХЛОР использован новый технологический процесс электролиза раствора хлорида натрия – ионселективный электролиз с диафрагмой (ИСЭД), что обеспечивает сочетание в одном устройстве высокой экономичности с полной безопасностью в эксплуатации. При получении 1 кг смеси оксидантов в пересчете на молекулярный хлор в установках АКВАХЛОР расходуется не более 2,0 кг хлорида натрия и от 1,8 до 3,5 кВт?ч электроэнергии. Из раствора хлорида натрия, который дозированно вводится в реактор установок АКВАХЛОР, в анодных камерах компактных проточных модульных элементов под давлением от 0,8 до 1,2 кгс/см 2 синтезируется влажная газообразная смесь оксидантов, представленная хлором (95%), диоксидом хлора (3%), озоном (2%), которая сразу после образования смешивается с водой в эжекторном смесителе установок АКВАХЛОР, образуя раствор оксидантов, который, в отличие от обычной хлорной воды или раствора гипохлорита натрия, не образует побочных продуктов хлорирования (тригалометанов) при взаимодействии с органическими соединениями в обрабатываемой воде. Установки АКВАХЛОР являются альтернативным компактным и высокопроизводительным источником смеси оксидантов и могут использоваться в качестве замены баллонов и контейнеров с жидким хлором и, собственно, хлораторов на станциях очистки воды хозяйственно-питьевого водоснабжения, на локальных станциях очистки воды, на сооружениях очистки бытовых и промышленных сточных вод, в системах очистки воды плавательных бассейнов как в виде единичных модулей, так и в виде группы модулей, объединенных в единую гидравлическую систему с заданной производительностью по оксидантам – от 30 граммов в час до сотен килограммов в час.

Создание новых электрохимических систем и технологий

Некоторые технологии, эффективность которых подтверждена в промышленных или лабораторных условиях и каждая из которых является объектом для инвестиционного развития.

  • Технология получения азотных и фосфорных удобрений в поливной воде. Реализуется путем катодной обработки воды орошения и вводом в нее в очень малом дозированном количестве раствора смеси азотной и фосфорной кислот в анолите до рН » 7. Отпадает необходимость в масштабном производстве азотных и фосфорных удобрений, не требуется, соответственно, их транспортирование, внесение в почву, возрастает урожайность растений, снижается содержание в плодах нитритов и нитратов до естественного природного уровня, характерного для произрастания растений в экологически чистой среде.
  • Технология восстановления отработанных кислотных свинцовых аккумуляторов. Катодно активированный очень разбавленный раствор серной кислоты заливается в аккумулятор, после чего доводится до нужной плотности вводом концентрированной серной кислоты. Обеспечивается увеличение срока службы новых и пришедших в негодность аккумуляторов на 15 – 45%, увеличивается емкость «заряд – разряд» на 20 – 30%.
  • Технология выщелачивания урана и трансурановых элементов из пластов. Пластовая вода подвергается анодной обработке, после чего смешивается с серной кислотой и закачивается в пласт. Обеспечивается десятикратная экономия серной кислоты, повышается выход полезных продуктов выщелачивания на 10%.
  • Технология глубокой электрохимической переработки морской воды с получением товарных химических продуктов: раствора гидроксида натрия, соляной кислоты, серной кислоты. Морская вода подвергается электрохимической обработке методом ионселективного электролиза с диафрагмой, в результате чего разделяется на растворы серной кислоты и гидроксида натрия (концентрации зависят от минерализации исходной воды), а также на газы: хлор и водород, которые подаются в реактор для получения соляной кислоты. Технология обеспечивает получение химических реагентов непосредственно на месте их применения, например, на морских нефтяных промыслах и отдельных буровых платформах) с использованием только электроэнергии и морской воды. Расход электроэнергии – из расчета не более 5 кВт ? ч на 1 кг хлора.
  • Технология извлечения драгоценных металлов из отработанных катализаторов дожига выхлопных газов автомобилей. Активированные анолит и католит водопроводной питьевой воды или очень слабых растворов кислот и щелочей используются для приготовления растворов реагентов в процессах химической экстракции драгоценных металлов (платины, иридия, родия) из отработанных катализаторов. Обеспечивается более чем десятикратная экономия кислот и щелочей, выход металлов приближается к 100% против 50 – 60% по существующим технологиям.
  • Технология пиролиза прямогонного бензина. В процессе пиролиза участвует катодно активированная дистиллированная вода, находящаяся под давлением 15 кгс/см 2 и имеющая температуру 120°С. В результат е выход основных продуктов органического синтеза – этилена, пропилена, дивинила, бензола – возрастает приблизительно вдвое, что для предприятия «Нижнекамскнефтехим», где в промышленных условиях проводились испытания технологии, равносильно введению в строй еще одного завода «Этилен».
  • Технология электрообессоливания нефти. Перед подачей сырой нефти на нефтеперерабатывающий завод из нее удаляют избыток растворенных солей путем добавления воды с последующим разделением в электростатическом поле (установки ЭЛОУ). Замена обычной воды на катодно активированную позволяет ускорить процесс извлечения солей, увеличить глубину очистки нефти от солей в 3 - 5 раз, уменьшить необходимое количество добавляемой воды в 2 – 4 раза.
  • Технология инверсии сахарного сиропа в глюкозо-фруктозный сироп. Производятся последовательно нагревание сахарного сиропа концентрацией 60 – 75%, его анодная обработка в реакторе РПЭ-03, выдержка во времени при постоянной температуре, катодная обработка в этом же реакторе. В результате достигается регулируемая степень инверсии в пределах 5 – 99%. Обеспечивается экономия сахара от 20 до 30% для кондитерской промышленности, а также для производств прохладительных напитков, обеспечивается сохранение здоровья людей, страдающих диабетом.
  • Технология изготовления печатных плат и микросборок. Растворы химических реагентов для травления металлов, химического полирования кремния, химической и гальванической металлизации приготавливаются с использованием электрохимически активированных анолита и католита, приготовленных из очень разбавленных растворов солей неорганических электролитов в деионизованной воде. Обеспечивается существенное повышение качества продукции, достигается значительная экономия химических реактивов (от 10 до 50%), времени, энергии.
  • Технология производства алюмохромкалиевых катализаторов дегидрирования парафиновых углеводородов (бутана и изопентана) с использованием электрохимически активированной питьевой воды обеспечивает повышение активности и прочности катализатора на 10%. Технология разработана специалистами Сызранского завода по производству катализаторов с участием авторов технологии электрохимической активации.
  • Технология эмульсионной полимеризации дивинила со стиролом с применением электрохимически активированной питьевой воды позволяет повысить эффективность процесса получения дивинилстирольных каучуков за счет уменьшения расхода реагентов: канифольного мыла (эмульгатор), хлорида и пирофосфата калия, увеличить на 40% скорость сополимеризации, повысить качество каучука. Технология разработана учеными и специалистами Казанского химико-технологического института и производственного объединения «НИЖНЕКАМСКШИНА» в 1985 году с участием авторов технологии электрохимической активации.
  • Технология безреагентного регулирования окислительно-восстановительного потенциала и рН диализирующего раствора, реализуемая в аппарате БАЗЕКС. Очищенная для гемодиализа вода, содержащая около 50 мг/л растворенных солей, подвергается катодной обработке в аппарате БАЗЕКС, в результате чего ее окислительно-восстановительный потенциал и рН принимают значения, позволяющие обеспечить по этим параметрам биосовместимость диализного раствора, который получают перед подачей в диализатор путем ввода концентрата диализирующего раствора в очищенную для гемодиализа воду. Технология, реализованная в аппарате БАЗЕКС, позволяет сократить время проведения гемодиализа, нормализовать давление пациента, полностью исключить возникновение и развитие дерматозов, улучшить общую переносимость процедуры.
  • Технология очистки природного газа от сероводорода. Сущность процесса заключается в поглощении сероводорода из газа щелочью, полученной в диафрагменном электрохимическом реакторе из водного раствора сульфата натрия и последующей регенерации насыщенного сероводородом абсорбента кислотой, полученной в этом же электрохимическом реакторе. Компактность технологической установки, высокая надежность электрохимического оборудования, возможность управлять селективностью процесса и глубиной очистки от сероводорода и меркаптанов, позволяют осуществлять эффективную очистку попутного газа нефтяных месторождений, очистку топливных газов, поступающих на объекты теплоэнергетического хозяйств, технологических газовых выбросов (залповых и регулярных) на объектах химической, нефтехимической промышленности, а также в производстве спецтехники и боеприпасов.

Все вышеназванные технологии реализуются при помощи электрохимических установок, имеющих специфические особенности, обусловленные различием функционального назначения (различные технологические схемы электрохимического воздействия на воду или разбавленный раствор электролитов, различный химический состав и различные концентрации растворенных веществ, различные режимы работы, оптимизированные в соответствии с решаемой задачей). Каждая из технологий имеет варианты решения и, соответственно, может быть реализована при помощи электрохимических установок, специализированных применительно к условиям эксплуатации.


Copyright © Vitold Bakhir Institute , 2005-2008