CN102666394A - 热脱盐 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热脱盐方法，所述方法包括：将进料溶液导入热分离单元，在所述热分离单元内蒸馏所述进料溶液以产生蒸馏液流和与进料溶液相比具有更高溶质浓度的残余液流，使来自所述热分离单元的部分残余液流与选择性渗透膜的一面接触，使所述选择性渗透膜的另一面与部分进料溶液接触，从而使水凭借直接渗透作用流过膜以稀释残余液流，并将至少一部分稀释过的残余液流导入所述热分离单元。

Description

热脱盐
本发明涉及一种热脱盐方法。
多种海水脱盐的方法是已知的。例如，可以利用膜技术(如反渗透)从海水中分离出水。作为另一选择，还可以使用热分离方法。这种热分离技术的例子包括多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(MED)和蒸气压缩蒸馏(VC)。
海水中含有离子，如钙离子、镁离子和硫酸根离子，这些离子容易以水垢的形式沉淀在热分离单元中。可以加入化学添加剂来减少结垢，但是这样会增加整个方法的成本。而且，虽然通过降低海水被加热到的最大温度(最高盐水温度)可以减少结垢，但是这样会显著降低脱盐方法的有效性。
已经做出了很多尝试来减少结垢的风险。例如，在GB2443802中，使海水进料流在被导入热分离单元前流过纳米过滤膜或反渗透膜。纳米过滤膜或反渗透膜截留了至少一部分结垢离子，从而在蒸馏之前软化了海水。虽然这种技术有效，但是它要求在海水与膜接触前对海水加压，从而显著增加了整个方法的成本。
根据本发明，提供了一种热脱盐方法，包括：
将进料溶液导入热分离单元，
在所述热分离单元内蒸馏所述进料溶液以产生蒸馏液流和与进料溶液相比具有更高溶质浓度的残余液流，
使来自所述热分离单元的部分(也就是非全部)残余液流与选择性渗透膜的一面接触，
使所述选择性渗透膜的另一面与部分进料溶液接触，从而使水凭借直接渗透作用流过膜以稀释所述残余液流，并且
将至少一部分稀释过的残余液流导入所述热分离单元。
如上所述，进料溶液(如海水)被导入热分离单元，并且进料溶液在此得到蒸馏，从而产生蒸馏液流和与进料溶液相比具有更高溶质浓度的残余液流。蒸馏液流通常是水，而且为了进一步净化或者直接使用，一般从热分离单元中将其排出。一部分(也就是非全部)残余液流通常作为泄料或盐水被排出；而另一部分，例如在多级闪蒸工艺中，通常通过热回收部件而得到再循环，例如作为一种从热回收部件的闪蒸室内所产生的蒸气中回收热的手段。
在本发明的方法中，部分残余液流与选择性渗透膜的一面接触。该膜的另一面与部分进料溶液接触。由于残余液流的溶质浓度比进料溶液的高，进料溶液中的水凭借直接渗透作用流过膜以稀释残余溶液。因此，不需要将进料溶液加压到高压来引导溶剂流动。虽然允许液体溶剂(例如水)流过膜，但是该膜截留了至少一部分结垢离子，如钙离子、镁离子和硫酸根离子。因而，稀释后的残余溶液相对于原始进料溶液得到软化，并被导入热分离单元中进行蒸馏。因此，进入热分离单元的全部进料相对于原始进料溶液得到软化。用这种方法，可以提高进料溶液被加热到的最大温度(例如最高盐水温度)，从而提高整个方法的有效性。因此，在热分离单元中所用的阻垢剂的量也得以降低，提高了该方法的成本效益。
优选的，本发明的方法还包括：在部分进料溶液与选择性渗透膜接触前，加热该部分进料溶液。这会是有利的，因为可以提高溶剂(例如液态水)在升高的温度下透过膜的渗透性。这部分进料溶液在与膜接触时，其温度可以是5℃～50℃，优选为15℃～45℃，更优选为25℃～40℃。可以利用来自热分离单元的热量来进行加热步骤。作为替代或补充，可以使残余溶液在与膜接触前冷却。残余溶液在与膜接触时，其温度通常为15℃～60℃，优选为25℃～50℃，更优选为30℃～40℃。
这部分进料溶液在与选择性渗透膜接触前可用阻垢剂、阻蚀剂、分散剂和/或抗微生物剂进行处理。这部分进料溶液还可以用其它预处理技术(如过滤、微滤或超滤)来处理，以从进料溶液中去除任何较大的杂质，否则这些杂质会阻塞或污染膜。
上述的部分残余液流在与选择性渗透膜接触前可用阻垢剂、阻蚀剂、分散剂和/或抗微生物剂进行处理。这部分残余液流还可以用其它预处理技术(如过滤、微滤或超滤)来处理，以从进料溶液中去除任何较大的杂质，否则这些杂质会阻塞或污染膜。
任何合适的选择性膜都可以用于直接渗透步骤。可以使用任何膜系列。适宜的膜包括乙酸纤维素(CA)膜和三乙酸纤维素(CTA)膜(例如McCutcheon等，Desalination174(2005)1-11中描述的那些膜)和聚酰胺(PA)膜。这些膜可以为平面状，或采用管或中空纤维的形式。特别是当不施加高压来引导溶剂流过膜时，可以采用薄膜。如果需要，可以使膜支撑在支撑结构体(如网格支撑体)上。
在一个实施方式中，可以将一个或多个管状膜布置在外壳或外罩内。可以将进料溶液导入该外壳内，同时可以将残余溶液导入各管内。由于进料溶液的溶剂浓度高于残余溶液的溶剂浓度，溶剂(液体)将穿过膜从进料溶液扩散到残余溶液中。可以从管内部回收稀释后的残余溶液，同时可从外壳中除去浓缩的进料溶液(或者反之)。
当采用平面膜时，可以将膜片卷曲成使其横截面呈螺线状。
可以选择膜的孔径以使其允许溶剂分子(如水)流过膜但截留结垢离子(如钙离子、镁离子和硫酸根离子)。常见的孔径为1埃～100埃，优选为2埃～50埃，例如10埃～40埃。孔径可以利用任何适宜的技术推出。
虽然不是必须的，但可以对部分进料溶液进行加压，并使之在小于3MPa、通常在0.1MPa～1MPa、优选在0.1MPa～0.5MPa、更优选在0.1MPa～0.3MPa的压力下与膜接触。
本发明的方法中可以使用任何适宜的进料溶液，优选的是，进料溶液是海水或微咸水。
本发明的方法中可以采用任何适宜的热分离单元，优选的是，该热分离单元选自多级闪蒸设备、多效蒸馏设备和蒸气压缩设备。
在引导至膜前，可以对被引导向膜的部分残余液流进行处理，从而除去颗粒物或其它不需要的物质或离子。可以使用任何适宜的技术，如过滤、微滤、超滤、纳米过滤或吸收。
在引导至膜前，还可以对进料溶液进行处理，以除去颗粒物或其它不需要的物质或离子。可以使用任何适宜的技术，如过滤、微滤、超滤、纳米过滤或吸收。
现将参照附图来描述本发明的各个方面，在附图中：
图1是实施本发明方法的实施方式的设备的示意图。
在图1中编号对应于以下特征：
1.冷却水和进料供给
2.冷凝器
3.加热的给水
4.蒸馏产物
5.蒸汽供给
6.返回锅炉***的蒸汽冷凝物
7.外排盐水/泄料
8.渗透剂/盐水预处理***
9.盐水/渗透剂进料
10.蒸气
11.给水预处理***
12.膜***
13.稀释的盐水/渗透剂
14.给水/稀释的盐水
15.浓缩的给水
16.冷却水排放
17.蒸发器
图1示出了本发明热脱盐方法的一个实施方式的示意图。将冷却水和进料供给(1)导入冷凝器(2)，在冷凝器(2)中所述冷却水和进料供给受到蒸气(10)的加热，蒸气(10)被冷凝以得到蒸馏产物(10)。
在蒸发器(17)中，蒸汽(5)使给水/稀释的盐水(14)部分蒸发，从而产生通向冷凝器(2)的蒸气(10)。蒸汽(5)冷凝形成返回锅炉***的冷凝物(6)。
溶质浓度高于进料溶液(1)的外排盐水(7)从蒸发器(17)中排出，其中一部分(9)与膜***(12)中的选择性渗透膜的一面接触。可选的是，先在渗透剂/盐水预处理***(8)中对来自蒸发器(17)的渗透剂/盐水(9)进行处理，而后再将其引导至膜***(12)中的选择性渗透膜的一面。膜***(12)中的选择性渗透膜的另一面与部分进料流(1)接触，由此使水凭借直接渗透作用流过膜以稀释盐水/渗透剂进料(9)的流。在将部分进料流(1)导入膜***(12)前，可以使进料流通过给水预处理***(11)。将残余给水流作为浓缩的给水(15)从膜***(12)中除去。

Claims (10)

1.一种热脱盐方法，所述方法包括：
将进料溶液导入热分离单元，
在所述热分离单元内蒸馏所述进料溶液以产生蒸馏液流和与进料溶液相比具有更高溶质浓度的残余液流，
使来自所述热分离单元的部分残余液流与选择性渗透膜的一面接触，
使所述选择性渗透膜的另一面与部分进料溶液接触，从而使水凭借直接渗透作用流过膜以稀释所述残余液流，并且
将至少一部分稀释过的残余液流导入所述热分离单元。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述进料溶液是海水或微咸水。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述热分离单元选自多级闪蒸设备、多效蒸馏设备和蒸气压缩设备。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括从所述热分离单元中除去并排放一部分所述残余液流作为泄料。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括：在所述部分进料溶液与所述选择性渗透膜接触前，加热所述部分进料溶液。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述部分进料溶液与所述选择性渗透膜接触前，用阻垢剂和/或抗微生物剂处理所述部分进料溶液。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述部分残余溶液与所述选择性渗透膜接触前，用阻垢剂和/或抗微生物剂处理所述部分残余溶液。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在将残余溶液引导至膜前，处理所述残余溶液以除去颗粒物、有机物或其它物质。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在将所述进料溶液引导至膜前，处理所述进料溶液以除去颗粒物、有机物或其它物质。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述选择性渗透膜的平均孔径为10埃～40埃。
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