[發明專利]用于水脫鹽的設備和過程

在審

• 申請號: 201380052288.0
• 申請日: 2013-02-13
• 公開（公告）號: CN104854037A
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發明（設計）人: S.德特;M.M.M.阿馬德;M.斯特潘斯基
• 申請（專利權）人: 蘇舍化學技術有限公司
• 主分類號: C02F1/44
• 分類號: C02F1/44;C02F1/22
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 佘鵬;胡斌

背景技術

本發明涉及一種用于鹽溶液的脫鹽的過程。本發明還涉及一種用于執行此過程的設備，以及所述過程或所述設備的如下使用，即：用于降低濃縮的鹽溶液副產品的量，所述濃縮的鹽溶液副產品是反滲透膜脫鹽設施的，或者存在于用于生產脫鹽水、用于制鹽、用于電力和脫鹽水的合作生產或用于空氣調節的裝置或設施或過程中。

在本申請中，術語“鹽溶液”表示包含至少一種溶解鹽的任何水溶液，并且術語“第一副產品流”表示從反滲透（RO）膜脫鹽設施獲得的濃縮的鹽溶液副產品。濃縮的鹽溶液的其它示例包括海水、半咸水或礦井水。要注意的是，RO膜脫鹽設施的鹽溶液供給流和第一副產品流，以及濃縮的鹽溶液的其它上述示例，全部都包含至少一種溶解無機鹽，通常為NaCl。

淡水是公眾和生活用水、農業中的灌溉和畜牧業以及工業上的多種過程所需要的。在本申請中，術語“淡水”一般表示以具有低濃度的溶解鹽和其它總溶解固體為特征的水，并且特定地排除海水和半咸水。在一個實施例中，“淡水”表示包含小于3,000?ppm的溶解鹽的水，優選包含小于1,000?ppm的溶解鹽的水，最優選包含小于500?ppm的溶解鹽的水。飲用水是淡水的一個示例。由于缺少均勻分布的淡水供應，因此在許多地區中有必要通過對例如來自海洋的鹽溶液的脫鹽來獲得淡水。在本申請中，術語“第一產品水流”表示通過本發明的過程、設備或使用而獲得的淡水。

反滲透（RO）是用于水脫鹽的最普遍的技術，并且反滲透脫鹽設備和反滲透脫鹽方法在例如US?4,115,274或US?4,125,463中被公開。在膜分離過程中，通過將鹽溶液加壓到超出其滲透壓力，以及基本上使用膜從加壓的溶液過濾出鹽離子并且只允許水通過，從所述溶液回收水。RO技術中主要的能量消耗源自對鹽溶液的加壓。當通過使用裝置從排出的濃縮鹽溶液流（第一副產品流）回收機械壓縮能量，來最小化由釋放濃縮鹽溶液的壓力而產生的能量損失時，能夠有利地獲得利用RO技術情況下的相對較低的能量消耗。由于RO技術有利的經濟性，它是用于脫鹽的最普遍的商用技術，所述經濟性主要源自相對有利的能量消耗。

盡管如此，RO技術也有其缺點。由于回收額外的淡水所需的壓力隨著鹽溶液或鹽水流被濃縮而增加，因此RO系統的水回收率趨于變低。那么，特別是對內陸RO設施（inland?RO?plants）而言，相關的另一個主要缺點則是處置來自RO設施的大量的濃縮鹽溶液副產品流（第一副產品流）的成本和環境影響。例如，鹽溶液副產品通常被排出到海洋或內陸地表水，或者被注入到深井中。這樣的做法是不環保的，并且因此它們不再是可接受的。因此，需要具有用于提高回收淡水的量、降低來自RO設施的第一副產品流（濃縮的鹽溶液）的量并且不引起對環境的額外危害的過程和設備。

降低RO系統的第一副產品流的量的基于熱的濃縮方法是已知的，例如US?4,083,781中公開的閃蒸方法、US?4,434,057中公開的強制蒸發方法以及US?5,695,643的燃燒熱蒸發方法。這樣的基于熱的濃縮方法具有如下缺點，即：能量消耗大，并且因此是非常昂貴的。此外，它們是易受結垢及其相關聯的熱問題和機械問題影響的。可替代地，第一副產品流可以通過具有較低能量成本的太陽池來濃縮，但此熱力方法需要大量的土地和直射陽光，并且遭受較低的生產率以及昂貴的和耗費時間的維護的影響。而且，因為灰塵的存在可阻擋用于蒸發的陽光和/或表面區域，從而增加蒸發所需的時間，所以太陽能熱力方法并不適用于所有的地區和/或氣候。此外，在太陽池的情況下，對于環境而言，蒸發的水損失了，并且它隨后不可用作飲用水的供應。最后，有毒成分，例如硫基化合物，可以蒸發并被轉移到環境，從而導致EHS問題。

對處理RO系統的第一副產品流而言，電滲析方法也是已知的。例如，集成的RO和電滲析系統從EP?2?070?583?A2是已知的，并且US?6,030,535的方法使用了電滲析單元和蒸發器的組合來處理來自RO系統的濃縮的鹽溶液副產品流。但是，電滲析方法遭受對膜污染和結垢敏感的缺點，并且它們還需要大量的直流電，而它們的電場僅能夠移除離子組分。綜上所述，需要具有降低RO系統的濃縮的鹽溶液副產品流的量的過程和設備，所述過程和所述設備具有降低的能量需求，無需大型基礎設施并且不易受膜污染的影響以及具有對結垢的降低的敏感性。

發明內容