[發明專利]正向滲透分離工藝

有效

• 申請號: 201080059807.2
• 申請日: 2010-10-28
• 公開（公告）號: CN102725053B
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: 羅伯特·L·姆金尼斯;約瑟夫·E·祖巴克
• 申請（專利權）人: OASYS水有限公司
• 主分類號: B01D61/02
• 分類號: B01D61/02;C02F1/44
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司 11290
• 代理人: 張淑珍;武玉琴

相關申請的交叉引用

本申請為2010年10月28日提交的國際（PCT）專利申請 PCT/US2010/054512的國家階段，本申請要求2009年10月28日提交的 美國臨時專利申請61/255,734的優先權，將其公開整體引入本文作為參 考。

技術領域

本發明的一個或多個方面大體涉及滲透分離。更具體地，本發明的 一個或多個方面涉及利用設計的滲透工藝（例如正向滲透）將溶質從水 溶液中分離出來的用途。

背景技術

正向滲透已被用于脫鹽。通常，正向滲透脫鹽工藝涉及具有被半透 膜分隔開的兩個室的容器。一個室包含海水，另一個室包含濃溶液，由 此在海水和濃溶液之間產生濃度梯度。該梯度驅動海水中的水穿過膜進 入到濃溶液中，所述膜選擇性地允許水通過而不允許鹽通過。逐漸地， 進入濃溶液中的水將該溶液稀釋。然后將溶質從該稀釋的溶液中移除， 以產生適飲水（potablewater）。

發明內容

本發明的數個方面大體上涉及設計的滲透系統和方法，包括正向滲 透分離、直接滲透濃縮、壓力輔助正向滲透（pressureassistedforward osmosis）和壓力延緩滲透（pressureretardedosmosis）。

根據一種或多種實施方式，正向滲透分離工藝可包括：在半透膜的 第一側上引入第一溶液；檢測所述第一溶液的至少一種特性；基于所檢 測的至少一種特性，為包含氨和二氧化碳的濃驅動溶液選擇摩爾比；在 所述半透膜的第二側上引入以所選擇的摩爾比包含氨和二氧化碳的所述 濃驅動溶液，以維持穿過所述半透膜所需的滲透濃度梯度；促使所述第 一溶液的至少一部分的流（flow）穿過所述半透膜，以在該半透膜的第 一側上形成第二溶液，并在該半透膜的第二側上形成稀驅動溶液；將至 少一部分所述稀驅動溶液引入分離操作裝置，以回收驅動溶質和溶劑流 （stream）；將所述驅動溶質再引入所述半透膜的第二側，以維持所述濃 驅動溶液中所選擇的氨對二氧化碳的摩爾比；以及收集所述溶劑流。

在一些實施方式中，所述分離操作裝置包括采用吸收器，該吸收器 被設置為使所述驅動溶質凝結到所述濃驅動溶液中。溶劑流、稀驅動溶 液或濃驅動溶液可用作該吸收器中的吸收劑。冷卻可與所述吸收器一起 使用。在一些實施方式中，所述工藝可進一步包括采用氣體壓縮機或蒸 汽噴射器（steameductor）壓縮氣流（該氣流由從所述稀驅動溶液中分離 所述驅動溶質形成），從而促使驅動溶質被再吸收到所述濃驅動溶液中。 所述工藝可進一步包括對第一溶液施加壓力，以提高或引起穿過半透膜 進入濃驅動溶液的通量。所述工藝可進一步包括選擇包含驅動溶質的濃 驅動溶液，所述驅動溶質的特征在于，能夠通過使用催化劑增強所述溶 質從溶液中的除去或向溶液中的引入；所述驅動溶質的特征在于，能夠 通過可重復使用的物理因素或化學因素（physicalorchemicalagent）增 強所述溶質從溶液中的除去或向溶液中的引入；或者所述驅動溶質的特 征在于，能夠通過電能場、磁能場或環境的其它改變增強所述溶質從溶 液中的除去或向溶液中的引入，如此使所述驅動溶質被分離的傾向增加， 從而增強驅動溶質的除去和再使用。

在一些實施方式中，所述工藝可進一步包括檢測所述第一溶液和所 述濃驅動溶液中至少一種的體積變化，以及針對所檢測到的變化更改 （modifying）與所述半透膜有關的流道，從而維持所需的流特性。在其 它實施方式中，所述工藝可進一步包括使用催化劑、試劑、可消耗的物 質、可重復使用的物質、電能場或磁能場來增強驅動溶質的除去或吸收。 在其它實施方式中，所述工藝可進一步包括采用機械蒸氣再壓縮、熱蒸 氣再壓縮、真空蒸餾、氣掃式蒸餾（sweepgasdistillation）、滲透蒸發 （pervaporation）和封閉循環熱泵中的至少一種來降低工藝能（process energy）。所述工藝可進一步包括采用二氧化碳沉淀所述驅動溶質和采用 氨再吸收沉淀物用于壓力延緩滲透。所述工藝可進一步包括向所述第一 溶液引入種漿料（seededslurry）。在至少一種實施方式中，所述工藝可 進一步包括在第一操作過程中，在所述第一溶液中使鹽過飽和；以及在 送回所述第一操作使鹽再飽和前，在第二操作過程中進行鹽的去飽和。