RU2271463C2 - Continuous-action osmotic power plant - Google Patents
Continuous-action osmotic power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2271463C2 RU2271463C2 RU2003118972/06A RU2003118972A RU2271463C2 RU 2271463 C2 RU2271463 C2 RU 2271463C2 RU 2003118972/06 A RU2003118972/06 A RU 2003118972/06A RU 2003118972 A RU2003118972 A RU 2003118972A RU 2271463 C2 RU2271463 C2 RU 2271463C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pump
- reservoir
- power plant
- diaphragm device
- solution
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гидравлическим насосам, агрегатированным с двигателями особого типа, в частности с энергопреобразователем, использующим энергию осмоса (энергию смешения разноминерализованных растворов через полупроницаемую мембрану), и может быть использовано для закачки и перекачки высокоминерализованных растворов, например попутных вод нефтегазодобычи или отходов гидроминерального производства.The invention relates to hydraulic pumps, aggregated with engines of a special type, in particular with an energy converter using osmosis energy (the energy of mixing different saline solutions through a semi-permeable membrane), and can be used for pumping and pumping highly saline solutions, for example, associated water from oil and gas production or waste from hydromineral production.
Известно устройство - осмотический насос, использующее элемент с полупроницаемой мембраной, преобразующей энергию осмоса в механическую энергию потока жидкости (US Patent №0052279608 А 61 М 5/14 date of patent Jan. 18, 1994).A device is known - an osmotic pump using an element with a semipermeable membrane that converts the energy of osmosis into mechanical energy of a liquid stream (US Patent No. 0052279608 A 61 M 5/14 date of patent Jan. 18, 1994).
Поскольку данное устройство рассчитано на малые потоки жидкости и разовый характер действия, оно не способно обеспечить непрерывный и высокопроизводительный осмотический процесс.Since this device is designed for small fluid flows and a one-time nature of the action, it is not able to provide a continuous and high-performance osmotic process.
Известно устройство, способное выполнить функцию гидронасоса, использующее элементы с полупроницаемыми мембранами и механизм, поддерживающий рабочее состояние устройства (А.с. СССР №1521911, F 04 В 43/00, В 01 D 61/06, опубл. 15.11.89).A device is known that is able to perform the function of a hydraulic pump using elements with semipermeable membranes and a mechanism that maintains the operational state of the device (AS USSR No. 1521911, F 04 B 43/00, 01 D 61/06, publ. 15.11.89).
По причине конструктивных особенностей мембранных элементов и периодического режима работы, обеспечиваемого возвратно-поступательным механизмом, это устройство не в состоянии обеспечить большую производительность по потоку.Due to the design features of the membrane elements and the periodic mode of operation provided by the reciprocating mechanism, this device is not able to provide greater flow rate.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является генератор энергии, снабженный камерой с полупроницаемой мембраной, генерирующей осмотическую энергию, и устройством, поддерживающим непрерывность работы генератора (А.с. №720852, B01D 61/06, F03 В 17/00, опубл. 30.03.84). В известном устройстве дополнительные пять камер с половолоконными мембранами поддерживают постоянство рабочей концентрации в генераторной камере.Closest to the proposed invention is a power generator equipped with a chamber with a semi-permeable membrane generating osmotic energy, and a device that maintains the continuity of the generator (A.S. No. 720582, B01D 61/06, F03 17/00, publ. 30.03.84 ) In the known device, an additional five chambers with hollow fiber membranes maintain a constant working concentration in the generator chamber.
Вследствие непроточного режима работы половолоконных мембран данного устройства (замена жидкости внутренних объемов полых волокон не предусмотрена) происходит повышение концентрации солей во внутренней полости волокон, что в конечном итоге приводит к остановке процесса прямого осмоса. Дополнительные гидронасосы, работающие за счет сторонних источников энергии и подающие высокоминерализованный раствор и пресную воду в пять камер генератора, а также образование в этих камерах отхода в виде разбавленного раствора, требующего специальной утилизации, не позволяют обеспечить высокую эффективность процесса.Due to the malfunctioning mode of operation of the hollow fiber membranes of this device (liquid replacement of the internal volumes of hollow fibers is not provided), an increase in the concentration of salts in the internal cavity of the fibers occurs, which ultimately leads to a halt in the process of direct osmosis. Additional hydraulic pumps operating from external sources of energy and supplying highly mineralized solution and fresh water to the five chambers of the generator, as well as the formation of waste in these chambers in the form of a diluted solution requiring special disposal, do not allow for high process efficiency.
Техническая задача предлагаемого изобретения - реализация высокопроизводительного, самостоятельно поддерживающего непрерывность режима прямоосмотического процесса без использования сторонней энергии и без образования каких-либо сред, требующих специальной утилизации.The technical task of the invention is the implementation of high-performance, independently maintaining the continuity of the direct osmosis process without the use of external energy and without the formation of any media that require special disposal.
Технический результат достигается тем, что представленная осмотическая энергоустановка для закачки жидких отходов гидроминерального производства и попутных промышленных вод нефтегазодобычи содержит резервуар, мембранный аппарат, выполненный в виде комплекта модулей половолоконной конструкции, насос для подачи высокоминерализованного раствора к мембранному аппарату с гидросистемой обвязки с запорно-регулирующей аппаратурой и трубопроводом подачи пресной воды или низкоминерализованного раствора. Резервуар представляет собой напорную емкость со сливным, входным и выходным патрубком, подключенным к насосу, включенному в узел турбонасосного преобразователя, состоящего также из пускового механизма, согласующего редуктора и турбины, подключенной к мембранному аппарату и внешнему трубопроводу.The technical result is achieved by the fact that the osmotic power plant for pumping liquid wastes from hydro-mineral production and associated industrial oil and gas production contains a reservoir, a membrane apparatus made in the form of a set of hollow fiber modules, a pump for supplying a highly mineralized solution to a membrane apparatus with a hydraulic strapping system with shut-off and control equipment and a pipeline for supplying fresh water or a low saline solution. The tank is a pressure tank with a drain, inlet and outlet pipe connected to a pump included in the assembly of a turbopump converter, which also consists of a trigger mechanism, a matching gear and a turbine connected to the membrane apparatus and an external pipeline.
Изобретение иллюстрируется графическим материалом, где на чертеже представлена схема осмотической энергоустановки непрерывного действия. Установка содержит следующие основные узлы: буферный резервуар, турбинно-насосный преобразователь с пусковым механизмом, мембранный аппарат, гидросистему обвязки узлов с запорно-регулирующими и регистрирующими элементами.The invention is illustrated in graphic material, where the drawing shows a diagram of a continuous osmotic power plant. The installation contains the following main units: a buffer tank, a turbine-pump converter with a starting mechanism, a membrane apparatus, a hydraulic system for strapping units with locking-regulating and recording elements.
Буферный резервуар (2) представляет собой напорную емкость, изготовленную из прочного, коррозионно-стойкого материала, снабженную сбросным клапаном (20) и манометром (1), регистрирующим давления в газовой подушке.The buffer tank (2) is a pressure tank made of a durable, corrosion-resistant material, equipped with a relief valve (20) and a manometer (1) that records the pressure in the gas cushion.
Узел турбинно-насосного преобразователя состоит из: насосной части (15); турбинной части (7); согласующего редуктора (8) и пускового механизма (16).The turbine-pump converter assembly consists of: a pump part (15); turbine part (7); matching gear (8) and trigger (16).
Пусковым механизмом может служить маховик с ручным приводом, подключенный легкоразъемным соединением к насосной части преобразователя (при условии использования предлагаемого устройства в труднодоступной местности), или электродвигатель соответствующей мощности.The triggering mechanism can be a handwheel with a manual drive connected by an easily removable connection to the pump part of the converter (provided that the proposed device is used in hard-to-reach areas), or an electric motor of the corresponding power.
Мембранный аппарат образуется путем обвязки гидравлической системой комплекта модулей половолоконной конструкции (9). Общее количество модулей по суммарной величине оптимальной производительности должно согласовываться с выходными характеристиками насосной части турбонасосного преобразователя.The membrane apparatus is formed by tying a set of modules of a hollow fiber structure by a hydraulic system (9). The total number of modules in terms of the total optimal performance should be consistent with the output characteristics of the pump part of the turbopump converter.
Гидравлическая система обвязки узлов устройства представляет собой трубопроводную систему, выполненную из коррозионно-стойких материалов и состоящую из низконапорной и высоконапорной частей. Высоконапорная часть включает: входной трубопровод концентрированного солевого раствора (3); входной (4) и выходной (18) патрубки буферного резервуара с запорными устройствами; расходомер (17); высоконапорную часть гидросистемы обвязки мембранных аппаратов (21), а также трубопровод подачи смеси в турбинную часть преобразователя. Низконапорная часть в свою очередь состоит из: входного трубопровода пресной воды (19); патрубка с задвижной (14); расходомера (13); низконапорной части гидросистемы обвязки мембранных аппаратов (22) с моновакуумметром (12); сборного патрубка с задвижкой (10) и сливного трубопровода (11). В качестве коррозионно-стойкого материала низконапорной части используется полипропилен, а высоконапорной части - нержавеющая сталь, например, марки 12Х18Н10Т. Конечными элементами гидравлической системы устройства служат патрубок с задвижкой (5) и выходной трубопровод (6).The hydraulic system for strapping the nodes of the device is a pipeline system made of corrosion-resistant materials and consisting of low-pressure and high-pressure parts. The high-pressure part includes: the inlet pipe of concentrated saline solution (3); inlet (4) and outlet (18) nozzles of the buffer tank with locking devices; flow meter (17); the high-pressure part of the hydraulic system of the membrane apparatus strapping (21), as well as the mixture supply pipeline to the turbine part of the converter. The low-pressure part, in turn, consists of: an inlet pipeline for fresh water (19); branch pipe with sliding (14); flow meter (13); low-pressure part of the hydraulic system of the membrane apparatus strapping (22) with a monovacuum meter (12); prefabricated pipe with valve (10) and drain pipe (11). Polypropylene is used as the corrosion-resistant material of the low-pressure part, and stainless steel, for example, grade 12X18H10T, is used for the high-pressure part. The final elements of the hydraulic system of the device are a pipe with a valve (5) and an outlet pipe (6).
Действие предлагаемого устройства осуществляется следующим образом: исходный высокоминерализованный раствор из внешнего транспортного трубопровода (3) через задвижку (4) поступает в буферный резервуар (2), где при закрытой задвижке (18) в газовой подушке создается определенное давление подпора. Регистрация величины этого давления осуществляется манометром (1), а сброс излишков - через сбросной клапан (20). После открытия задвижки (18) исходный раствор через расходомер (17) подается в насосную часть (15) турбонасосного преобразователя. Затем пусковым механизмом (16) осуществляется вращение ведущего вала насосной части преобразователя, что приводит к заполнению напорных камер комплекта половолоконных модулей (9). Одновременно из внешнего трубопровода пресной воды (19) через задвижку (14) и расходомер (13) в полости полых волокон мембранных модулей подают второй компонент осмотического процесса смешения - пресную воду или низкоминерализованный раствор. В результате автоматически начинается осмотический процесс смешения исходного концентрированного раствора с фильтратом, поступающим в напорную камеру через мембранную поверхность полых волокон. Образующийся избыток объема жидкости с установившимися через некоторое время величинами подачи, контролируемыми по расходомерам (17,13), и напора через турбинную часть преобразователя (7) и задвижку (5) поступает во внешний трубопровод (6).The action of the proposed device is as follows: the initial highly mineralized solution from the external transport pipeline (3) through the valve (4) enters the buffer tank (2), where with the valve closed (18), a certain back pressure is created in the gas cushion. The magnitude of this pressure is recorded by a manometer (1), and the excess is discharged through the relief valve (20). After opening the valve (18), the initial solution through the flow meter (17) is supplied to the pump part (15) of the turbopump converter. Then, the trigger shaft (16) rotates the drive shaft of the pump part of the converter, which leads to filling the pressure chambers of the set of hollow fiber modules (9). At the same time, the second component of the osmotic mixing process - fresh water or low-mineralized solution - is supplied from the external fresh water pipeline (19) through the valve (14) and the flow meter (13) into the cavity of the hollow fibers of the membrane modules. As a result, the osmotic process of mixing the initial concentrated solution with the filtrate entering the pressure chamber through the membrane surface of the hollow fibers automatically begins. The resulting excess liquid volume with flow rates established after some time, controlled by flow meters (17,13), and pressure through the turbine part of the converter (7) and valve (5) enters the external pipeline (6).
В процессе протекания жидкости через турбинную часть преобразователя происходит съем части энергии потока путем преобразования ее в энергию вращения турбины, которая выходным валом через согласующий редуктор (8) передается ведущему валу насосной части (15) преобразователя, например, центральному винту трехвинтового насоса типа А1 3В 1/100 1,8/100, выбранного как наиболее производительный с учетом кинематической вязкости исходного раствора. В дальнейшем установившийся режим работы турбонасосного преобразователя обеспечивает запорное противодавление и смену рабочего высокоминерализованного раствора в смесительных камерах мембранных аппаратов.In the process of fluid flowing through the turbine part of the converter, part of the energy of the stream is removed by converting it into the energy of rotation of the turbine, which is transmitted to the drive shaft of the pump part (15) of the converter through the matching shaft (8), for example, the central screw of a three-screw pump type A1 3B 1 / 100 1.8 / 100, selected as the most productive taking into account the kinematic viscosity of the initial solution. Subsequently, the steady-state operating mode of the turbopump converter provides shut-off counter-pressure and a change in the working highly mineralized solution in the mixing chambers of the membrane apparatus.
Для сохранения низкого уровня концентрации пресной воды или низкоминерализованного раствора во внутренних объемах полых волокон (предотвращение концентрационной поляризации) периодически осуществляется принудительный проточный режим их работы путем открытия задвижки патрубка (10).To maintain a low level of concentration of fresh water or a low mineralized solution in the internal volumes of hollow fibers (preventing concentration polarization), a forced flow mode of their operation is periodically carried out by opening the valve of the nozzle (10).
Преимущество предлагаемого устройства по отношению к известным аналогам заключается в возможности значительно увеличить объемы перерабатываемой жидкости и обеспечить автоматический, самоподдерживающий режим непрерывности работы устройства с использованием его собственных энергетических возможностей.The advantage of the proposed device in relation to the known analogues is the ability to significantly increase the volume of the processed liquid and to provide an automatic, self-sustaining mode of continuous operation of the device using its own energy capabilities.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003118972/06A RU2271463C2 (en) | 2003-06-26 | 2003-06-26 | Continuous-action osmotic power plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003118972/06A RU2271463C2 (en) | 2003-06-26 | 2003-06-26 | Continuous-action osmotic power plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003118972A RU2003118972A (en) | 2004-12-20 |
| RU2271463C2 true RU2271463C2 (en) | 2006-03-10 |
Family
ID=36116259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003118972/06A RU2271463C2 (en) | 2003-06-26 | 2003-06-26 | Continuous-action osmotic power plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2271463C2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2116958A (en) * | 1935-04-19 | 1938-05-10 | Kemper P Brace | Means for circulating fluids |
| US3423310A (en) * | 1967-03-06 | 1969-01-21 | Us Agriculture | Osmotic processes and apparatus |
| GB1343891A (en) * | 1971-01-06 | 1974-01-16 | ||
| SU1311748A1 (en) * | 1983-07-13 | 1987-05-23 | Б.В.Климов | Osmotic engine |
| SU1521911A1 (en) * | 1987-12-28 | 1989-11-15 | Государственный Научно-Исследовательский Энергетический Институт Им.Г.М.Кржижановского | Osmosis pump |
-
2003
- 2003-06-26 RU RU2003118972/06A patent/RU2271463C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2116958A (en) * | 1935-04-19 | 1938-05-10 | Kemper P Brace | Means for circulating fluids |
| US3423310A (en) * | 1967-03-06 | 1969-01-21 | Us Agriculture | Osmotic processes and apparatus |
| GB1343891A (en) * | 1971-01-06 | 1974-01-16 | ||
| SU1311748A1 (en) * | 1983-07-13 | 1987-05-23 | Б.В.Климов | Osmotic engine |
| SU1521911A1 (en) * | 1987-12-28 | 1989-11-15 | Государственный Научно-Исследовательский Энергетический Институт Им.Г.М.Кржижановского | Osmosis pump |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2007249304B2 (en) | Hybrid RO/PRO system | |
| US6185940B1 (en) | Evaporation driven system for power generation and water desalinization | |
| US8524082B2 (en) | Mechanical axial vibration in membrane separation treatment of effluents | |
| CN101384340B (en) | Method and system for maintaining semi-permeable membranes | |
| RU2613768C2 (en) | Device and method for generating electric power by means of limited pressure osmosis (versions) | |
| EP2457877A1 (en) | Water producing system | |
| JPWO2011077815A1 (en) | Fresh water generation system and operation method thereof | |
| KR20140092836A (en) | Volumetric pressure exchanger for a seawater desalination plant and desalination plant | |
| WO2011030589A1 (en) | Fresh water production method and fresh water production device | |
| JPWO2011021420A1 (en) | Fresh water generator | |
| EP3241807B1 (en) | Method for purifying liquid | |
| RU2271463C2 (en) | Continuous-action osmotic power plant | |
| ITFI20100048A1 (en) | REVERSE OSMOSIS PLANT FOR WATER TREATMENT | |
| CN217418343U (en) | Multilayer milipore filter water purification treatment device | |
| Patel et al. | Batch Reverse Osmosis: Evolution from the Concept to the Technology | |
| RU77097U1 (en) | LIQUID WASTE PROCESSING PLANT | |
| AU2011100390B4 (en) | Peristaltic pressure exchanger in reverse osmosis desalination | |
| JP2013248581A (en) | Filtering apparatus and filtering method | |
| CN114650968A (en) | Liquid purification system | |
| RU2790128C1 (en) | Reverse osmosis plant | |
| CN110921779A (en) | Immersed ultrafiltration membrane water purification system | |
| RU1641047C (en) | Water supply unit | |
| RU2377059C2 (en) | Shesterenko's device to disperse gas-fluid mix | |
| Patel et al. | from the Concept to the Technology | |
| RU2681626C1 (en) | Liquid radioactive wastes processing device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110627 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20120910 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20130808 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner |