用於海水脫鹽的系統及方法

2023-12-08 10:38:16

專利名稱：用於海水脫鹽的系統及方法
用於海水脫鹽的系統及方法本發明涉及一種包括海水脫鹽單元和海水基煙氣脫硫單元的海水脫鹽系統，以及，涉及一種通過將海水脫鹽單元與海水基煙氣脫硫單元互連使海水脫鹽的方法。從DE 3105550A1中得知一種用於淡水和工廠用水的多級淨化方法。DE2943468C2披露了將脫鹽設備的廢水用於煙氣脫硫。DE 19815207C1描述了一種用於從尾氣中分離二氧化硫的方法以及用於實現上述方法的設備。眾所周知，影響脫鹽處理的主要問題之一是結垢的形成降低了設備性能。在多級閃急(MSF)脫鹽處理中以及在多效脫鹽(MED)處理中，都存在結垢形成的問題。研究了許多方法來防止或減少脫鹽設備中的結垢形成，而且，這些方法中有一部分方法解決了此問題。最普遍的方法，大部分加熱脫鹽單元中目前所應用的方法，周知為「閾處理(極限處理)」，並且，這種方法基於妨礙結晶過程的防垢添加劑。添加劑可以在脫鹽單元的補充(make-up)過程中給藥，或者在鹽水再循環流中給藥。添加劑的劑量率通常關於補充流，並且範圍在L 5ppm至3ppm之間，取決於最高鹽水溫度以及鹽水濃度比。然而，加入添加劑使該處理花費昂貴。所以，本發明的目的是，提高脫鹽處理的總體性能，同時減少添加劑的量。就用於海水脫鹽的系統而言，由具有權利要求1前序中所指定特徵的系統解決了本發明的目的，特徵在於:使脫鹽單元的鹽水洩放出口與脫硫單元的海水入口處於流體連通；和/或，使脫硫單元的海水排放出口與脫鹽單元的補充水入口處於流體連通；和/或，使脫鹽單元的海水排放出口與脫硫單元的海水入口處於流體連通。根據本發明的又一教導，經由管道、管材或任何其它導管，使脫鹽單元的鹽水洩放出口與脫硫單元的海水入口直接連接。根據另一優選實施 例，經由管道、管材或任何其它導管，使脫硫單元的海水排放出口與脫鹽單元的補充水入口直接連接。關於根據本發明的另一有利教導，經由管道、管材或任何其它導管，使脫鹽單元的海水排放出口與脫硫單元的海水入口直接連接。根據本發明的又一教導，本系統進一步包括發電廠(power plant)。可利用發電廠的廢熱用蒸汽將其供給脫鹽單元的鹽水加熱器。根據另一優選實施例，脫鹽單元是多級閃急蒸餾單元、多效蒸餾單元、蒸汽壓縮蒸懼單元、或者其任意組合。關於根據本發明的另一有利教導，脫硫單元包括組合在單個容器中的吸收器和曝氣器。關於用於海水脫鹽的方法，由具有權利要求8前序中所指定特徵的方法解決了本發明的目的，包括下述步驟:在脫鹽單元的鹽水洩放出口與脫硫單元的海水入口之間設置流體連通；以及，在煙氣脫硫單元中再利用從脫鹽單元排放的鹽水；和/或，在脫硫單元的海水排放出口與脫鹽單元的補充水入口之間設置流體連通；以及，在脫鹽單元中再利用從煙氣脫硫單元排放的海水；和/或，在脫鹽單元的海水排放出口與脫硫單元的海水入口之間設置流體連通；以及，在煙氣脫硫單元中再利用從脫鹽單元排放的海水。
根據本發明的又一教導，本方法進一步包括下述步驟:經由管道、管材或任何其它導管，在脫鹽單元的鹽水洩放出口與脫硫單元的海水入口之間設置直接連接。根據另一優選實施例，本方法進一步包括下述步驟:經由管道、管材或任何其它導管，在脫硫單元的海水排放出口與脫鹽單元的補充水入口之間設置直接連接。關於根據本發明的另一有利教導，本方法進一步包括下述步驟，經由管道、管材或任何其它導管，在脫鹽單元的海水排放出口與脫硫單元的海水入口之間設置直接連接。本發明基於使脫鹽處理與煙氣脫硫(FGD)系統相關聯的構想，以便降低作為補充供至蒸餾器的海水的鹼性，並因此減少添加劑消耗和汙泥形成，並且改善傳熱係數。在本申請中，術語海水描述含有溶解鹽的水。這種水不必一定來自大海或海洋。 由於許多脫鹽單元在硫含量高的重燃油或燃氣或其它燃料狀態下操作，放出的煙氣不得不經過脫硫，以便滿足法令限制。然而，本發明使用脫硫單元不僅用於其本來目的以淨化煙氣，而且巧妙地將脫鹽單元與脫硫單元連接。本發明的主要目的尤其是提高現有防結垢方法的性能，減少添加劑消耗以及傳熱面上和/或破沫網墊中的汙泥形成。本發明覆蓋但並不局限於全部現有多級閃急(MSF)脫鹽單元、錯流或長管設計、單層、雙層或多層式。本發明的應用也覆蓋現有多效脫鹽(MED脫鹽)設備、以及新設備(多級閃急(MSF)和多效脫鹽(MED)類型)，在這些設備中應用時會表現出大量不同的附加益處。即使煙氣的含硫量很好地低於實際環境法令規章要求，應用本發明也可以因節約添加劑的效果而使有關投資的決策更加容易。為了提供對本發明的更好理解，在描述根據本發明的關聯處理之前，單獨描述煙氣脫硫處理以及脫鹽處理。A)煙氣脫硫處理眾所周知的是關於煙氣脫硫(FGD)有許多不同的可用技術。關於煙氣脫硫的一個概念是海水基煙氣脫硫處(SWFGD)。由於海水是可用來吸收SO2的天然鹼性介質這一事實，對於位置靠近海水脫鹽設備的那些系統，通常是位於海洋環境中的那些系統而言，海水基煙氣脫硫處理是最好的選擇之一。在海水基煙氣脫硫處理處理中，在水中吸收SO2,以及，在加入氧氣時，SO2反應以形成硫酸根離子SO42-和游離H+，如反應[I]中所示。S02+H20+l/2.02 — S042>2.H+ [I]然後，由海水中的碳酸根抵消多餘的H+，促使碳酸根平衡，以釋放CO2氣體，參見反應[2]。HCO3IH+ — H2CHCO2 [2]如果在含低O2的環境中發生SO2吸收，取代反應[I]，如根據下列反應[3]，通過形成亞硫酸根離子SO/—進行吸收。S02+H20 — SO廣+2.H+ [3]然後，在提供強制曝氣的獨立容器中，可以發生硫酸根離子S042_的形成:SO32-+1/2.02 — SO廣 [4]B)脫鹽處理本領域已知許多不同的蒸發脫鹽處理尤其是多級閃急(MSF)、多效脫鹽(MED)、蒸汽壓縮、以及與蒸汽壓縮組合的多效脫鹽(MED)。所有上述處理都可以應用於本發明。蒸發脫鹽處理基於下述事實，當海水達到與其沸點對應的溫度並且如果供給額外熱量時，海水將開始產生純蒸汽；收集這種蒸汽的冷凝液作為脫鹽產物。在工業設備中，蒸發脫鹽處理接受來自外源的蒸汽形式的能量，並且使這種蒸汽的冷凝液返回至外源。利用由外部蒸汽的冷凝所釋放的熱量，得到海水的蒸發並且產生蒸餾液。蒸發脫鹽設備可以包括一個或多個海水蒸發室，這些海水蒸發室處於不同的蒸發溫度及壓力，以使處理的能量消耗最小化。蒸發脫鹽設備的特徵在於下述事實，設置濃縮海水(鹽水)的洩放和新鮮海水補充流，以便維持設備內水量相同，並且控制鹽水濃度，以避免結垢形成以及鹽沉積。C)關聯的脫鹽/煙氣脫硫處理根據本發明的第一方面，脫鹽單元的海水排放出口與脫硫單元的海水入口處於流體連通。從脫鹽處理排放的海水能經濟地再利用於煙氣脫硫(FGD)處理。海水再利用的主要優點是，降低了用於海水進給和機械設備(泵、電動機、管路、以及閥門)的土建成本、節省了用於海水泵站的能源消耗、以及更低的安裝維護成本。根據本發明的第二方面，脫鹽單元的鹽水洩放出口與脫硫單元的海水入口處於流體連通。這種方法在SO2吸收效率方面具有非常有趣的優點，尤其是煙氣中的SO2濃度較低以及煙氣脫硫(FGD)單元要求較低水流用於吸收處理時。這種關聯方法的主要優點是，由於鹽水洩放流的更高鹼性而提高了煙氣脫硫(FGD)系統的效率、以及節省了安裝和運行成本。根據本發明的第三方面，脫硫單元的海水排放出口與脫鹽單元的補充水入口處於流體連通。由於在蒸發脫鹽處理中表現出較高益處，這種關聯方法是一種非常有意義的關聯方法。事實上，在通過煙氣脫硫(FGD)系統之後，海水的鹼性遠低於天然海水鹼性，並因此使脫鹽設備中的結垢問題最小化。這種關聯方法的主要優點是:用於脫鹽設備的添加劑消耗更低，由於傳熱面上汙垢減少而導致更高的脫`鹽效率，減少了酸洗停產(用以去除結垢)，以及降低了運行維護成本。在脫鹽設備中，當加熱海水超過75°C時，如根據下列反應[5]，溶解的碳酸氫鈣分解成碳酸鈣和二氧化碳。Ca (HCO3) 2 — CaC03+H20+C02 [5]由於碳酸鈣是不可溶性鹽這一事實，碳酸鈣在傳熱管上產生結垢。再升高海水溫度，如根據下列反應[6]，還使溶解的碳酸鎂分解成氫氧化鎂和二氧化碳。MgC03+H20 — Mg (OH) 2+C02 [6]氫氧化鎂也是不可溶的，並且在傳熱面上產生結垢。通常，通過注入適當的抗結垢產品來避免CaCO3和Mg(OH)2的沉積，這些抗結垢產品妨礙結晶過程，並且，取決於上述添加劑的分解溫度，允許多級閃急(MSF)脫鹽設備在高達90°C (低溫添加劑)或者高達112°C_115°C (高溫添加劑)的溫度下運行。具有低溫添加劑(LTA)或高溫添加劑(HTA)的處理也周知為閾處理。添加劑的與補充流有關的最佳用量範圍在1.5ppm至3ppm之間，並且取決於所使用的添加劑、鹽水濃度和PH值、海水鹼性、以及最高鹽水溫度。考慮到關聯脫鹽單元與煙氣脫硫(FGD)單元的新構想，SO2的吸收產生硫酸H2S04。由於硫酸強於碳酸的事實，硫酸會與溶解在海水中的碳酸鹽及碳酸氫鹽反應，如根據下列反應形成碳酸(H2CO3)。
Ca (HCO3) 2+H2S04 — CaS04+2.H2CO3 [7]MgC03+H2S04 — MgS04+H2C03 [8]由於平衡所致，如下列反應[9]中所示，可以容易地從處理中除去碳酸，而0)2溶解在水中。
權利要求
1.一種用於海水脫鹽的系統，包括海水脫鹽單元和海水基煙氣脫硫單元， 其特徵在於: -所述脫鹽單元的鹽水洩放出口(19)與所述脫硫單元的海水入口(23)處於流體連通；和/或 -所述脫硫單元的海水排放出口(25)與所述脫鹽單元的補充水入口(8)處於流體連通；和/或 -所述脫鹽單元的海水排放出口(9)與所述脫硫單元的海水入口(23)處於流體連通。
2.根據權利要求1所述的系統， 其特徵在於: 經由管道、管材或任何其它導管，使所述脫鹽單元的所述鹽水洩放出口(19)與所述脫硫單元的所述海水入口(23)直接連接。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的系統， 其特徵在於: 經由管道、管材或任何其它導管，使所述脫硫單元的所述海水排放出口(25)與所述脫鹽單元的補充水入口(8)直接連接。
4.根據權利要求1至權利要求3中任一項權利要求所述的系統， 其特徵在於: 經由管道、管材或任何其它導管，使所述脫鹽單元的所述海水排放出口(9)與所述脫硫單元的所述海水入口(23)直接連接。
5.根據權利要求1至權利要求4中任一項權利要求所述的系統， 其特徵在於: 所述系統進一步包括發電廠。
6.根據權利要求1至權利要求5中任一項權利要求所述的系統， 其特徵在於: 所述脫鹽單元是多級閃急蒸餾單元、多效蒸餾單元、蒸汽壓縮蒸餾單元、或者其任意組口 ο
7.根據權利要求1至權利要求6中任一項權利要求所述的系統， 其特徵在於: 所述脫硫單元包括組合在單個容器(28)中的吸收器和曝氣器。
8.一種通過將海水脫鹽單元與海水基煙氣脫硫單元互連使海水脫鹽的方法， 包括下述步驟: -在所述脫鹽單元的鹽水洩放出口(19)與所述脫硫單元的海水入口(23)之間設置流體連通；以及 -在所述煙氣脫硫單元中，再利用從所述脫鹽單元排放的鹽水；和/或-在所述脫硫單元的海水排放出口(25)與所述脫鹽單元的補充水入口(8)之間設置流體連通；以及 -在所述脫鹽單元中，再利用從所述煙氣脫硫單元排放的海水；和/或-在所述脫鹽單元的海水排放出口(9)與所述脫硫單元的海水入口(23)之間設置流體連通；以及-在所述煙氣脫硫單元中，再利用從所述脫鹽單元排放的海水。
9.根據權利要求8所述的方法，進一步包括下述步驟:經由管道、管材或任何其它導管，在所述脫鹽單元的所述鹽水洩放出口(19)與所述脫硫單元的所述海水入口(23)之間設置直接連接。
10.根據權利要求8或權利要求9所述的方法，進一步包括下述步驟:經由管道、管材或任何其它導管，在所述脫硫單元的所述海水排放出口(25)與所述脫鹽單元的所述補充水入口(8)之間設置直接連接。
11.根據權利要求8至權利要求10中任一項權利要求所述的方法，進一步包括下述步驟:經由管道、管材或任何其它導管，在所述脫鹽單元的所述海水排放出口(9)與所述脫硫單元的所述海水入口(23) 之間設置直接連接。
全文摘要
本發明公開了一種包括海水脫鹽單元和海水基煙氣脫硫單元的海水脫鹽系統和方法，以及一種通過將海水脫鹽單元與海水基煙氣脫硫單元互連使海水脫鹽的方法。為了在降低添加劑量的同時提高脫鹽處理的總體性能，提出使脫鹽單元的鹽水洩放出口(19)與脫硫單元的海水入口(23)處於流體連通，和/或，使脫硫單元的海水排放出口(25)與脫鹽單元的補充水入口(8)處於流體連通，和/或，使脫鹽單元的海水排放出口(9)與脫硫單元的海水入口(23)處於流體連通。
文檔編號C02F1/04GK103097300SQ201180041429
公開日2013年5月8日 申請日期2011年8月30日 優先權日2010年8月30日
發明者穆赫辛·穆薩維, 克萊門斯·沃爾特斯 申請人:巴布科克·博西格·施泰因米勒有限公司