Новая технология получения гипохлорита натрия НПК «ЭКОЛОГ»

НПК «ЭКОЛОГ»
ИННОВАЦИОННЫЕ РАЗРАБОТКИ НПК «ЭКОЛОГ»
г.Санкт-Петербург
2011г.
ЧАСТЬ 1. Промышленная реализация инновационных разработок
НПК «ЭКОЛОГ»
1. Новая технология получения гипохлорита натрия НПК «ЭКОЛОГ»
Альтернативой опасному реагенту хлору в последние 20 лет, стал
безопасный реагент – гипохлорит натрия, получаемый на месте потребления
электролизом раствора обычной поваренной соли. Этот реагент получил
широкое использование для обеззараживания питьевой воды, сточных вод.
Он также используется для отбелки ткани, консервации пищевых продуктов
и в качестве дезенфектанта. Гипохлорит натрия и установки для его
производства используются в водоканалах, лечебных учреждениях,
бассейнах, пищевой промышленности, в коммунальном хозяйстве.
На рис.1. приведено сравнение эффективности действия различных реагентов
в пересчете на активный хлор.
Кроме этого, следует учитывать и другие факторы опасности хлора:
- централизация его производства создаёт уязвимость в отношении
террористической деятельности;
- возникает большая экологическая нагрузка на территории
централизованного производства и транспортировки хлора;
- существует химическая опасность при использовании хлора на
производстве;
- применение хлора требует подщелачивания воды, т. к. хлорноватистая
кислота, образующаяся при введении хлора в воду, – основной
обеззараживающий реагент в кислой среде, быстро распадается;
- резкое повышение стоимости использования хлора в силу требований
обеспечения безопасной эксплуатации делают операцию
обеззараживания исключительно затратной;
- изношенность оборудования хлорных производств, требует
модернизации [1].
Сравнение эффективности действия реагентов в пересчете на активный хлор
Обозначение:
Низкоконцентрированный гипохлорит
Высококонцентрированный гипохлорит
Хлор
Остаточная концентрация свободного хлора в
воде, мг/л
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
Доза реагента в пересчете на активный хлор, мг/л
Рис.1
Из графика (рис.1) видно, что при одном и том же содержании свободного
хлора в обеззараженной воде 0,45 мг/л доза подачи электролизного (низко
концентрированного) гипохлорита 3,2 мг/л меньше дозы химического
высококонцентрированного гипохлорита (3,5 мг/л) и существенно меньше
дозы хлора - 4,48 мг/л.
Это различие предопределяет значительное снижение хлорорганики,
что можно признать важным медико-социальным обстоятельством, реально
свидетельствующим об улучшении качества воды.
При традиционном способе электролиза раствора поваренной соли
быстро достигается насыщение по концентрации активного хлора в
гипохлорите практически независимо от концентрации
соли в начальном растворе (рис. 1)
В практике электролиза, это обстоятельство определяет рабочую
концентрацию солевого раствора на уровне 25-30г/л поваренной соли.
По закону М. Фарадея процесс электролиза должен идти иначе (рис. 2)
Если полученный гипохлорит разбавить водой и провести электролиз
разбавленного продукта, масса превращения соли в гипохлорит
увеличивается пропорционально разбавлению, приближаясь к закону
электролиза М. Фарадея.
Наблюдаемый эффект позволяет начать процесс электролиза с высокой
концентрации соли, что позволяет экономить энергию и наиболее
эффективно вырабатывает соль. Научное значение полученного результата –
уточнение второго закона термодинамики. В соответствии с этим законом
устанавливается соотношение между химической работой и тепловой
энергией ее сопровождающей. Экспоненциальная зависимость между массой
превращенного вещества (химическая работа) и затратами тепловой энергии,
когда химическая работа прекращалась, объясняется в соответствии со
вторым законом термодинамики энтропийными процессами. Это объяснение
вызывает сомнение в применимости второго закона термодинамики к
полученным нами результатам: без дополнительных затрат энергии, а лишь
за счет подачи воды на разбавление, нам удалось добиться
перераспределения затрат энергии в пользу химической работы за счет
уменьшения доли тепловой энергии. Это наблюдение открывает доступ к
новым инновационным технологиям, получения альтернативной энергии,
очистке вод различного назначения от дисперсных частиц.
ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ
ЭЛЕКТРОЛИЗА
Преимущество инновационной технологии НПК «ЭКОЛОГ»
- Снижение вторичного загрязнения хлороорганикой в 2-3 раза по
сравнению с хлором.
- Снижение скорости коррозии водопроводных и канализационных сетей в
несколько раз.
- По технологическим характеристикам установки, выпускаемые НПК
«ЭКОЛОГ», в которых реализуется новая технология электролиза,
превосходит лучшие зарубежные образцы *
Параметр
Зарубежные технологии
Расход соли на 1кг активного хлора
в ГХН, кг
Расход энергии на электролиз 1кг
активного хлора в ГХН, кВТ
Требования к соли
3,9
Требования к воде
Требования к качеству
электроэнергии
5,5
Специально
подготовленная
Опресненная, жесткий
температурный режим
Жестче ГОСТ 13109
Инновационная
технология
3-3,2
3,9
Обычная пищевая
Обычная, отсутствие
требований к
температуре
Допускается шире
ГОСТ 13109
- Капитальные затраты снижены не менее чем в 1,5-2 раза по сравнению с
затратами на аналогичные решения предлагаемые иностранными фирмами
* - НПК «ЭКОЛОГ» в споре с фирмой Wallage and Tiernan – группа SIEMENS подтвердил
свои права на интеллектуальную собственность, охраняемую евразийским патентом №
001666 «Способ проведения электролиза водного раствора соли»
- Технология электролиза включена в перечень приоритетных направлений развития
науки и технологии в РФ.
■
■
■
■
■
■
РАЗРЕШИТЕЛЬНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ
Сертификат соответствия РОСС RU.MT15.B05961
Санэпид. заключение78.01.05.238.П.004417.08.05
Санэпид. заключение78.01.05.238.Т.000923.08.05
Санэпид. заключение78.01.06.361. П.011057.11.07
Санэпид. заключение78.01.06.361.Т.003001.11.07
Гигиенический сертификат № 1806.
ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ БАЗА
Электролизные установки изготавливаются предприятием
«Авангард» г. Санкт-Петербург и ОКТБ г. Тамбов.
ОАО
ГДЕ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ:
■
■
■
■
■
Санкт-Петербург, ОАО «Ижорские заводы» -2 установки Э-5;
Костромская обл., г. Шарья, Водоканал - 2 установки Э-5;
г. Иваново, Водоканал - 2 установки Э-5;
Ярославская обл., г. Тутаев, Водоканал - 2 установки Э-10.
Приморский край г. Владивосток, Водоканал – 2 установки Э-5.
ИНТЕЛЕКТУАЛЬНАЯ СОБСТВЕННОСТЬ:
Выигран патентный спор у фирмы «SIEMENS» за право владением
технологией.
Опубликовано 5 статей, получено 7 патентов.
Опубликована монография «Эмпирические начала натуральной
философии» Издательство: ООО «Рестек Медиа» г. Санкт-Петербург,
отпечатано: типография ООО «Стампо» г. Санкт-Петербург 2008г.
Роспатентом технология электролиза включена в
«Приоритетные направления развития науки и технологии».
базу
данных
НАГРАДЫ
- Третья премия Санкт-Петербурга за разработку значимого инновационного
проекта 2008г.
- Международный экспертный совет в рамках программы «Чистая вода
2010» отобрал технологию электролиза в числе 22 лучших технологий
обработки воды.
КОМПЛЕКС ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГИПОХЛОРИТА
НАТРИЯ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
Общий вид установки Э-10 г. Тутаев Ярославская обл.
Общий вид установки Э-5 г. Шарья Костромская обл.
Номенклатура выпускаемых установок, основные технические характеристики и базовая комплектация представлены в таблице.
Таблица
Тип
устано
вки
Производ
ительност
ь
Источники питания
Кол.
Кол.
шт
1
Произво
д.
м3/ч
6
Дозирующие насосы
Давле
ние
атм
7,5
Кол.
шт
1
Произ
вод.
м3/ч
411
Вентиляция
Э-2,5
2,5
А
1200
Напряже
ние,
В
12
Э-5
5
1200
24
1
25
1
838
5
1
450
1
Э-10
10
1200
60
1
40
1
1027
6,5
2
600
1
Э-15
15
1200
75
1
45
1
1
650
1
1
800
1
1
850
1
1
1000
1
кг/ч
Ток,
Циркуляционные
насосы
Э-20
20
1200
100
2
45
2
Э-30
30
1200
150
2
45
1
Э-40
40
1200
175
2
75
1
Спец. заказ или
эжекторная
система
дозации
Кол.
шт
1
Произ
вод.
м3/ч
300
шт
1
В комплектации электролизных установок используется импортное насосное
оборудование, отечественные или импортные источники питания и
отечественные вентиляторы, в электролизёрах применяются электроды
ОРТА.
Поставка электролизных станций осуществляется комплексно «под
ключ», в том числе по согласованию с заказчиком в едином сборочном
контейнере, включающем электролизное
оборудование, химически
защищенные емкости для наработки и дозирования электролизного
гипохлорита, солехранилища, размещаемыми в отдельном строительном
модуле.
2.
Новая
гипохлорита.
технология
получения
высококонцентрированного
В развитии работ по новой технологии электролиза, разработана
технология получения высококонцентрированного гипохлорита натрия.
Содержание эквивалента активного хлора в электролизном
гипохлорите составляет 8-10г/л. Известны две группы технологий,
позволяющих повысить концентрацию активного хлора в гипохлорите с 8-10
г/л до 400-500г/л. В соответствии с одной из них из раствора гипохлорита
удаляют воду, тогда как по другой, из раствора гипохлорита его селективно
извлекают из воды. Обе группы технологий весьма затратны.
Нами была найдена и опробована ранее не известная для этих целей
технология
концентрирования,
которая
позволила
экономически
целесообразно повысить концентрацию активного хлора в электролизном
гипохлорите до 100г/л.
Информации о подобной технологии в мире не найдено.
Предлагаемая технология принципиально меняет рынок использования
электролизного гипохлорита и может быть осуществлена с гарантией
реальности и целесообразности желаемого результата.
3. Электролизные установки малой мощности
Больницы, бассейны, сельскохозяйственные предприятия, котеджные
поселки, нуждаются в автономных системах обеззараживания. Этот сектор
рынка (пока еще в незначительной части) занят консорциумом предприятий в
составе НПК «ЭКОЛОГ», «НПФ «НЕВСКИЙ КРИСТАЛ», ОАО
«Тамбовское ОКТБ» с заводом, закрывает весь спектр потребностей в
типоряде электролизных установок, способных производить гипохлорит, как
для индивидуальных потребителей, нуждающихся в производстве
гипохлорита в единичных граммах (катеджи, небольшие поселки,
сельскохозяйственные предприятия, больницы, бассейны и т.д.), так и для
крупных потребителей (больших водоканалов, производителей чистящих,
моющих, дезинфицирующих средств, централизованного производства
гипохлорита для последующей его доставки мелким потребителем).
Электролизные установки малой и средней производительности
по производству гипохлорита натрия.
ЧАСТЬ 2. Комплекс научно исследовательских
конструкторских разработок НПК «ЭКОЛОГ».
и
опытно
1. Производство водорода
В мировой практике процессу электролиза придается статус будущего
альтернативной энергетики. Ниже приведены предварительные соображения
по возможности получения водорода при электролизе водных растворов
солей.
. В НПК «ЭКОЛОГ ведутся научно-исследовательские и опытноконструкторские работы по возможному осуществлению энергетически
выгодного способа получения водорода в низковольтном электролизе воды.
При этом, расчетное количество тепла, которое можно получить после
сгорания водорода может быть даже больше энергии, взятой из сети на
проведение процесса получения водорода.
В процессе электролиза солевого раствора (морской воды) на электродах
идут следующие процессы.
На аноде хлориды окисляются до хлора:
2Cl → Cl2 + 2e
Cl2 + H2O → HCl + HClO
На катоде ионы натрия восстанавливаются:
При этом образуются гидрат окиси
натрия и водород:
2Na + 2e → 2Na
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
Образующиеся
на аноде хлористоводородная (соляная) кислота и
хлорноватистая кислота взаимодействуют с получаемым на катоде гидратом
окиси натрия, в результате чего образуются хлорит натрия и гипохлорит
натрия, а также попутно выделяется водород.
Полную реакцию можно записать следующим образом:
2NaCl + H2O→ NaClO+NaCl+H2
Из последнего уравнения следует, что на каждые 17,75кг хлора в
гипохлорите выделяется 1кг водорода.
Согласно закону М. Фарадея на производство 35,5г хлора требуется
затратить 96500кулонов. Соответственно на производство 17750г хлора
и
попутно
выделяемого
1кг
водорода
требуется
затратить
17750 ∙ 96500/35,5=48 250 000 Джоулей при напряжении 1вольт между
электродами. Если процесс электролиза вести при напряжении 2 вольта, а это
и технологически не запрещено и технически возможно, то на производство
1кг водорода потребуется 96 500 000 Джоулей, что соответствует ≈23ккал
тепловой энергии. При теплоте сгорания водорода 33990ккал/кг, разница
между затратами энергии на производство водорода и его использованием
обычным сжиганием, достаточно велика.
Для практической реализации этой программы разработан новый
источник питания. Часть разработок запатентована, а по другим ведется
патентование.
2. Новая технология очистки питьевых, сточных и промышленных вод
от дисперсных частиц.
Для того, чтобы превратить товар в воду, т.е. придать ей
потребительские свойства, используют в основном две группы технологий
убирают дисперсные частицы из воды и обеззараживают ее.
В структуре себестоимости на первую группу технологий приходится
90-95%. А на вторую 5-10% . При этом эффективность обеззараживания
зависит от наличия в воде дисперсных частиц. Формула: нет носителя в виде
дисперсных частиц – нет патогенной флоры, определяет приоритет именно
первой группы технологий в любой отрасли народного хозяйства.
Во всех существующих технологиях очистки воды от дисперсных
частиц результата определяется физическими и физико-химическими
свойствами дисперсных частиц и воды. Ресурс развития сложившейся
технологической культуры исчерпан или близок к тому. Это обстоятельство
побуждает к поиску нетрадиционных решений. На этом пути важным
является ответ на вопрос: можно ли пред ставить новую технологию при
реализации, которой возникает различие в поведении дисперсных частиц и
воды, т.е. в такой технологии не совокупность свойств дисперсных частиц и
воды определяет эффективность их разделение, а именно различие в их
восприятии искусственно созданных условий определяет возможность
отделения дисперсных частиц от воды.
Еще в 1986г. нами (Г. Е. Иткин «Контроль крупности минерального
сырья автоматическими гранулометрами» Москва «Недра» 1986г.) было
отмечено свойство избирательного прохода дисперсных частиц через
отверстие. Оказалось, что прохождение
частицы через отверстие
определяется в первую очередь не их размерами, а вероятностью
беспрепятственного прохода. Для примера рассмотрим условие прохода
шарообразной частицы размером 2мм (рис.2) и 1мм (рис.3) через квадратное
отверстие со стороной 3мм.
Для того чтобы частица беспрепятственно прошла через отверстие,
нужно чтобы ее геометрический центр отстоял от кромок отверстия на
величину радиуса.
d1=2мм
ммм
d2=1мм
1мм
0,5мм
1мм
0,5мм
3 мм
3 мм
Рис.2
Рис.3
Частица беспрепятственно пройдет через отверстие, если ее
геометрический центр всегда будет находиться внутри заштрихованного
квадрата, площадь которого на рис.2 соответствует 1мм2 и 4мм2 на рис.3.
Вероятность беспрепятственного прохода Р определяется числом
случаев благоприятствующих проходу к общему возможному числу случаев
размещения частиц над отверстием, т. е. численно равна соотношению
площадей (заштрихованной S заштрих и общей S общая ) P 
S заштрих
Sобщая
При S общая площади отверстия равного
9мм2 вероятность
беспрепятственного прохода частицы диаметром d1=2мм составит Р1=1/9
тогда как для частицы диаметром d2=1мм вероятность беспрепятственного
прохода составит Р2=4/9.
Соотношение сравниваемых диаметров частиц d1 и d2 равно,
d2
2
d1
а
соотношение сравниваемых вероятностей их беспрепятственного прохода
p2
 4 , т. е. в 4 раза больше.
p1
Нет сомнений в том, что результат прохождения частиц через
отверстие определяется не столько их размером, сколько вероятностью
беспрепятственного прохода через отверстие Р.
Отмеченный результат не имеет никакого практического смысла,
поскольку на любых сетках и фильтрах он имеет место, но в силу
традиционной технологии разделения на перфорированных поверхностях не
используется, т.к. не может быть усилен.
Такое усиление достигается многократным повторением прохода
суспензий через отверстия.
Было найдено несколько версий, многократно усиливающих
найденный эффект. Среди них заслуживает особого внимания новый тип
отверстия, которое может самопроизвольно менять свой размер, не
засоряясь.
С учетом того, что различие в вероятностях беспрепятственного
прохода через отверстие молекул воды и дисперсных частиц можно сделать
сколько угодно большим, тогда проблема решается созданием конструкций,
вариантов которых не счесть. Создается возможность полной очистки воды
от дисперсных частиц на фильтрах, размеры отверстий которых многократно
больше, чем у самых лучших в мире японских мембранных фильтров, в
которых размеры отверстий соответствуют размеру молекул воды. При
таком подходе создаются предпосылки для решения проблем опреснения
воды.
В мире нет аналогов предлагаемой технологии. Ее реализация
коренным образом меняет технологии водоснабжения, водоотведения,
обогащения полезных ископаемых, процессы химической технологии.
В практическом плане разработаны конструкции в первую очередь для
очистки сточных вод. В этих конструкциях учтена так же возможность
обеззараживания стоков перед их сбросом во внешнюю среду, возможность
удаления железа и солей тяжелых металлов. На рис.1 представлен общий вид
лабораторной установки.
Рис.1. Общий вид фильтра нового поколения.
В рамках новой технологической концепции не воду нужно
отделять от дисперсных частиц, а дисперсные частицы нужно
отделять от воды.
Различие в подходе поясняется примером. Имеется смесь красных и
черных шаров. Будем считать красные шары водой, а черные дисперсными
частицами. Есть две стратегии отделения красных частиц от черных.
Согласно первой из смеси красных и черных шаров надо выбрать красные.
При такой стратегии вероятность извлечения каждого последующего
красного шара из исходной смеси – уменьшается.
В соответствии со второй стратегией из смеси красных и черных шаров
выбирают черные, не обращая внимания на соблазн выбора красных шаров,
вероятность появления, которых при такой выборке возрастает. Конечный
результат выборки позволяет более четко отделять дисперсные частицы от
воды.
Для практической реализации этой программы разработан новый
источник питания. Часть разработок запатентована, а по другим ведется
патентование.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ СОТРУДНИЧЕСТВА
У нас есть:
- Интеллектуальная собственность, защищенная патентами;
- Производство;
- Внедрение электролизных станций в водоканалах с показателями выше
мировых;
- НИР и ОКР по новой идеологии фильтрации, опреснению воды и получение
водорода;
- Победа над SIEMENS в защите прав на интеллектуальную собственность.
Предлагается совместный бизнес по освоению рынка и доведение
научно исследовательские и опытно конструкторские работы.