改進的溶劑除去法的製作方法
2023-06-26 05:35:36 1
專利名稱：改進的溶劑除去法的製作方法
改進的溶劑除去法本發明涉及用於從源溶液中除去諸如水等溶劑的方法。W02005/012185描述了一種用於從溶液中除去溶劑的方法，例如，從海水中分離水，儘管並不完全。所述方法包括在第一溶液(可以為海水)與具有比第一溶液更高的滲透壓的第二溶液之間安裝半透膜。溶質濃度(滲透壓)的差異導致第一溶液中的溶劑通過直接滲透流過所述膜而稀釋第二溶液。被稀釋的第二溶液隨後通過納米過濾膜或反滲透膜。 第二溶液中的相對較大的物種被納米過濾膜或反滲透膜保留，而水穿過納米過濾膜或反滲透膜。儘管W02005/012185中描述的分離方法是有效的，但仍發現第一溶液中的一些溶質物種在直接滲透步驟中流過所述膜進入第二溶液。這些物種可能影響被稀釋的和濃縮的第二溶液的滲透壓，而且這些物種的一部分可能在納米過濾膜或反滲透膜中的處理之後保留在濃縮的第二溶液中。第一溶液中的這些物種保留在再循環的第二溶液中會影響該方法的穩定性，而且從腐蝕的觀點考慮時這些物種可能是不希望的，其使得這些物種的滲透壓或濃度增大至超過所期望的水平，而且可能對經過納米過濾或反滲透步驟由第二溶液產生的溶劑造成有害影響，特別是在超過閾值濃度的情況中。根據本發明，提供一種用於從源溶液中除去溶劑的方法，所述方法包括a)使所述源溶液與選擇性滲透膜的一側接觸，b)使具有比所述源溶液更高的滲透壓(更高的溶質濃度)的吸取溶液與所述膜的另一側接觸，使得所述源溶液中的溶劑通過直接滲透穿過所述膜而稀釋所述吸取溶液，c)從被稀釋的所述吸取溶液中除去溶劑以使所述吸取溶液再生，和d)將再生的所述吸取溶液再循環到步驟a)，所述方法的特徵在於，在步驟C)中使所述吸取溶液再生之前和/或之後，丟棄或處理所述吸取溶液的一部分，從而降低存在於所述吸取溶液中的來自所述源溶液的任何溶質物種的濃度。所述源溶液可以是任何溶液，例如水溶液。優選的是，所述源溶液是氯化鈉的水溶液。合適的源溶液的實例包括海水和微鹹水。其他的實例包括廢水流、湖水、河水和池塘水。在步驟a)中，所述源溶液與選擇性滲透膜的一側接觸。具有比所述源溶液更高的溶質濃度的吸取溶液與所述膜的另一側接觸，以使溶劑(液體溶劑)通過直接滲透流過所述膜。所述吸取溶液優選通過在如水等溶劑中溶解滲透劑而形成。通過使用一種或多種所選的溶質來形成吸取溶液，可以製得相對清潔的溶液。所選的滲透劑優選是能夠例如通過熱方法或膜方法或者化學沉澱法和過濾法或熱分解法、或這些方法的組合而方便地從所述吸取溶液中分離的滲透劑。所述滲透劑更優選是非腐蝕性的滲透劑。適合於用作滲透劑的鹽包括硫酸鎂(MgSO4 · 6H20或者MgSO4 · 7H20)、氯化鎂(MgCl2 · 6H20)、氯化鈉(NaCl)、硫酸鈉(Na2SO4 · IOH2O)、氯化鈣(CaCl2 · 2H20 或者 CaCl2 · 6H20)、硼砂(Na2B4O7)、磷酸氫二鈉(Na2HPO4 · 12H20)、鉀明礬(KAl (SO4)2 · 12 (H2O))、 碳酸銨((NH4)2CO3)、碳酸氫銨(NH4HCO3)和氨基甲酸銨(NH2COONH4)t5在優選的實施方式中，使用硫酸鎂。所述吸取溶液可還包含添加劑，例如防垢劑、抗腐蝕劑、pH調節劑和/或抗微生物劑。在直接滲透步驟中與選擇性膜接觸之前，所述吸取溶液可具有這樣的初始溶質濃度，其使得濃吸取溶液的滲透壓高於源溶液的滲透壓，優選為至少3重量％，或更優選為至少5重量％。所述吸取溶液可具有比所述源溶液的滲透壓高至少50%的初始的溶質濃度或滲透壓。所述吸取溶液的初始溶質濃度可根據所述源溶液的初始溶質濃度來調節。例如， 如果源溶液是海水，則可以將吸取溶液形成為使其具有比海水更高(例如，至少10%，優選至少30% )的初始溶質濃度，從而確保水能夠通過直接滲透流過所述膜而稀釋所述吸取溶液。直接滲透步驟中使用的選擇性滲透膜可以具有0. 5埃 80埃、優選為2埃 50埃的平均(例如，中值)孔徑。在優選的實施方式中，所述膜具有3埃 30埃的平均(例如， 中值)孔徑。可以採用任何適宜的技術測量孔徑(例如，中值孔徑)。例如，可以採用差流法(Japan Membrane Journal，第四卷，第 4 期，227_2；35 頁(2004))。用於直接滲透步驟的合適的選擇性滲透膜包括一體膜和複合膜。合適的膜的具體實例包括由醋酸纖維素(CA)和/或三醋酸纖維素(CTA)形成的膜，例如用於McCutcheon et al. , Desalination 174Q005) 1-11的研究中的那些膜或與其類似的膜，以及由聚醯胺 (PA)形成的膜。可以使用膜陣列。所述選擇性滲透膜可以為平面狀或採取管狀或中空纖維的形態。例如，可以使用管狀構造的中空細纖維膜。如果需要，所述膜可以擔載在例如網狀支撐體等支撐結構上。當採用平面膜時，可以將該片材卷繞，使得在截面形成螺旋。當使用管狀膜時，可以在外殼或殼體內設置一個或多個管狀膜。所述膜也可以是浸沒型，採取扁平片材/平面膜的形態，或者可由管狀或中空纖維構造。所述直接滲透步驟可以在1巴 40巴，優選2巴 20巴的壓力下進行。因為溶劑通過直接滲透流過所述選擇性膜，所述吸取溶液因溶劑的流入而壓力升高。該壓力可用於產生或補充任何後續的處理步驟所需的壓力。如上所述，溶劑通過直接滲透穿過所述選擇性滲透膜來稀釋所述吸取溶液。隨後從被稀釋的吸取溶液中回收溶劑(步驟C)。該溶劑回收步驟可以通過熱方法進行。例如， 通過蒸餾被稀釋的吸取溶液可以回收溶劑。適宜的蒸餾技術是公知的，包括多級閃蒸、多效蒸餾(MED)、機械蒸汽壓縮、MED熱壓縮和快速噴霧蒸餾。也可以使用熱分解法。也可以通過諸如反滲透或納米過濾等膜方法從被稀釋的吸取溶液中除去溶劑。溶劑也可以通過化學沉澱和過濾而從溶質中部分除去，還可以通過加熱和分解溶質來除去溶劑，從而保留部分溶劑。溶質及其分解的物種隨後可被再次引入一部分再循環的溶劑中，從而再次用作濃吸取溶液。在步驟C)中採用膜方法時，被稀釋的吸取溶液可以穿過選擇性滲透膜。步驟C) 中使用的所述選擇性滲透膜可以具有0. 5埃 80埃、優選為2埃 50埃的平均(例如，中值)孔徑。在優選的實施方式中，所述膜具有3埃 30埃的平均(例如，中值)孔徑。可以採用任何適宜的技術測量孔徑(例如，中值孔徑)。例如，可以採用差流法(Japan Membrane Journal，第四卷，第 4 期，227-235 頁(2004))。
用於步驟C)的適宜的選擇性滲透膜包括一體膜和複合膜。合適的膜的具體實例包括由醋酸纖維素(CA)和/或三醋酸纖維素(CTA)形成的膜，例如用於McCutcheon et al. , Desalination 174Q005) 1-11的研究中的那些膜或與其類似的膜，以及由聚醯胺 (PA)形成的膜。可以使用膜陣列。步驟c)中使用的膜可以為平面狀或採取管狀或中空纖維的形態。例如，可以使用管狀構造的中空細纖維膜。如果需要，所述膜可以擔載在例如網狀支撐體等支撐結構上。當採用平面膜時，可以將該片材卷繞，使得在截面形成螺旋。當使用管狀膜時，可以在外殼或殼體內設置一個或多個管狀膜。在通過反滲透從被稀釋的吸取溶液中除去溶劑時，所用的膜具有1埃 10埃的孔徑。所述反滲透步驟可以在升高的壓力下進行以驅動(液體)溶液通過所述膜。例如，所述反滲透步驟可以在25巴 120巴，優選為50巴 100巴，更優選為60巴 80巴的壓力下進行。在通過納米過濾從被稀釋的吸取溶液中除去溶劑時，納米過濾步驟中使用的膜可以具有4埃 80埃的平均(例如，中值)孔徑。優選的是，所述膜的平均(例如，中值)孔徑為20埃 70埃，更優選為30埃 60埃，最優選為40埃 50埃。可以使用任何合適的技術測量孔徑(例如，中值孔徑)。例如，可以採用差流法(JapanMembrane Journal，第四卷，第 4 期，227-235 頁(2004))。納米過濾步驟中使用的膜可以在例如由微孔聚合物片形成的支撐體頂部澆鑄成 「表層」。所得膜可具有複合結構(例如，薄膜複合結構)。通常，通過「表層」的孔徑和電荷來控制膜的分離特性。合適的納米過濾膜的示例包括 Desal-5(Desalination Systems, Escondido, 加利福尼亞)、SR 90、NF 90、NF 70、NF 50、NF 40 以及 NF 40HF 膜(FilmTech Corp, Minneapolis, Minn), SU 600 膜 CToray，日本)以及 NRT 7450 和 NTR 7250 膜 (NittoElectric, H^)。所述納米過濾膜可以為平面狀或採取管狀或中空纖維的形態。例如，可以使用管狀構造的中空細纖維膜。如果需要，所述膜可以擔載在例如網狀支撐體等支撐結構上。當採用平面膜時，可以將該片材卷繞，使得在截面形成螺旋。使用管狀膜時，可以在外殼或殼體內設置一個或多個管狀膜。可將溶液引入外殼內，而溶劑可作為濾液從管中除去，反之亦然。所述納米過濾步驟也可以在升高的壓力下進行。例如，所述納米過濾步驟可以在 25巴 120巴，優選為40巴 100巴，更優選為50巴 80巴的壓力下進行。如上所述，使來自反滲透步驟的選擇性膜的滲餘物側的溶液通過所述納米過濾膜。由於該溶液位於所述膜的高壓側，因而在該溶液通過所述納米過濾膜時可不必對其施加另外的壓力。不過，必要時在該溶液通過所述納米過濾膜時可以對其施加另外的壓力。優選的是，在步驟C)中從吸取溶液中除去足夠多的溶劑，以確保再生的吸取溶液具有足夠高的溶劑濃度從而在步驟a)中通過直接滲透來吸取源溶液中的溶劑。再生的吸取溶液隨後在步驟d)中再循環到步驟a)。除了溶劑之外，源溶液中的溶質也在直接滲透步驟中流過所述膜。例如，在氯化鈉水溶液用作源溶液時，氯化鈉可以流過所述膜進入吸取溶液。該氯化鈉可能難以在隨後的處理步驟中除去。例如，在步驟C)中使用膜方法回收溶劑時，諸如氯化鈉等溶質的存在可能需要使用孔隙更小的膜和/或使用更大的壓力。此外，氯化鈉具有腐蝕性，可能對處理設備造成損害。為了防止氯化鈉或硼等任何溶質的不利累積，在步驟C)中使吸取溶液再生之前和/或之後，丟棄或處理一部分吸取溶液，從而降低存在於所述吸取溶液中的來自源溶液的任何溶質物種的濃度。在一個實施方式中，對一部分吸取溶液進行處理以使氯化鈉或硼等不希望的溶質從溶液中分離，剩餘的溶液隨後返回到所述工藝中。不過，優選的是，丟棄一部分吸取溶液。為了使與不希望的溶質一起丟棄的所希望的溶劑的量最少，在步驟c)中使吸取溶液再生之後而在將再生溶液再循環到直接滲透步驟之前，丟棄那部分吸取溶液。在步驟c)中使吸取溶液再生之前和/或之後，丟棄或處理一部分吸取溶液從而降低存在於所述吸取溶液中的來自源溶液的任何溶質物種的濃度能夠使得存在於所述吸取溶液中的任何溶質物種的總量降低。因此，可能再循環進入吸取溶液中的溶質物種的總量將減少。因而，在步驟b)中與所述膜接觸的溶質物種的量減少，因而在步驟c)中經由再循環過程與所述膜接觸的溶質物種的濃度也減小。本發明可提供一種用於從源溶液中除去溶劑的方法，所述方法包括a)使所述源溶液與選擇性滲透膜的一側接觸，b)使具有比所述源溶液更高的滲透壓(更高的溶質濃度)的吸取溶液與所述膜的另一側接觸，使得所述源溶液中的溶劑通過直接滲透穿過所述膜而稀釋所述吸取溶液，c)從被稀釋的所述吸取溶液中除去溶劑以使所述吸取溶液再生，和d)將再生的所述吸取溶液再循環到步驟a)，所述方法的特徵在於，在步驟C)中使所述吸取溶液再生之前和/或之後，丟棄或處理所述吸取溶液的一部分，從而降低存在於所述吸取溶液中的來自所述源溶液的溶質物種的總量。在步驟C)中使吸取溶液再生之前(即，當從被稀釋的吸取溶液中除去溶劑以使吸取溶液再生時)，可以丟棄或處理一部分吸取溶液。在該情況中，丟棄或處理的是被稀釋的吸取溶液。在將一部分被稀釋的吸取溶液丟棄或處理之後，從剩餘的稀釋溶液中除去溶劑以再循環到步驟a)中的所述膜的一側。被再循環的(再次引入以與所述膜接觸)吸取溶液中存在的任何溶質物種的總量低於將一部分丟棄或處理之前。因此，可再循環進入吸取溶液中的溶質物種的總量減少。因而，可通過再循環過程與所述膜接觸的溶質物種的總量減少。在步驟c)中使吸取溶液再生之後(即，當從被稀釋的吸取溶液中除去溶劑而使吸取溶液再生之後)，可以丟棄或處理一部分吸取溶液。在該情況中，丟棄或處理的是較濃 (包含較少溶劑)的吸取溶液。在將一部分較濃的吸取溶液丟棄或處理之後，其被再循環至步驟(a)中的所述膜的一側。可與所述膜接觸的全部吸取溶液中存在的任何溶質物種的總量低於若一部分吸取溶液未被丟棄或處理的情況。因此，可再循環到吸取溶液中的溶質物種的總量減少。因而，可通過再循環過程與所述膜接觸的溶質物種的總量減少，因而其濃度也降低。優選的是，在步驟C)中使吸取溶液再生之前和/或之後丟棄的那部分吸取溶液作為排出物從所述吸取溶液中丟棄，從而降低存在於吸取溶液中的來自源溶液的任何溶質物種的濃度。優選的是，將一部分吸取溶液在連續的過程中丟棄和/或排出。優選為，將一部分吸取溶液以根據步驟(b)中溶劑的產生量、目標物種由源溶液轉移至吸取溶液的速率和目標物種轉移到步驟(c)中產生的溶劑的速率確定的速率在連續過程中丟棄和/或排出。應當理解，並非所有的吸取溶液都將在丟棄步驟/排出步驟期間從工藝中除去。必要時，可以向工藝中加入並非再循環過程的一部分的另外的吸取溶液。所述另外的吸取溶液可包含另外的滲透劑。一部分吸取溶液可以作為連續的排出物從所述吸取溶液中丟棄。另外的(新的) 吸取溶液可以作為連續進料添加到所述吸取溶液中。現在將參照附圖對本發明的這些方面和其他方面進行說明，在附圖中
圖1是實施本發明的方法的一個實施方式的設備的示意圖，和圖2是實施本發明的方法的替代性實施方式的設備的示意圖。圖1和2中使用的編號涉及以下特徵10 設備12直接滲透單元14膜單元18選擇性膜20吸取溶液22 泵24滲透物或蒸餾物50鹽度較高的海水(返回海洋或再次使用)52再循環的滲透劑溶液54滲透劑定量給料56用以排放或處理的排出物/洩料流，用於處置或再次引入到滲透劑流中58能量回收系統60滲透劑溶液62源水，例如海水64蒸餾水66 熱量68熱濃縮單元(即MSF Plant (多級閃蒸裝置))圖1描述了包括直接滲透單元12和膜單元14的設備。直接滲透單元12可選地連接到海水容器(未示出)。海水可以可選性地在預處理單元(未示出)中用防垢劑和抗微生物劑進行處理。隨後將經處理的海水引入直接滲透單元12並與選擇性膜18的一側接觸。吸取溶液20與選擇性膜18的另一側接觸。由於吸取溶液20的初始溶質濃度和滲透壓高於海水的溶質濃度和滲透壓，所以液體水通過直接滲透流過膜18而稀釋吸取溶液20。海水中的氯化鈉和其他物種在該直接滲透步驟中也可以流過膜18。因此，由滲透單元12流出的被稀釋的吸取溶液包含來自海水的氯化鈉和其他物種。將被稀釋的吸取溶液引入膜單元14中並使其在60巴 100巴的高壓下通過所述膜。該膜分離步驟所需的壓力部分由直接滲透步驟中流過膜18的水的流量提供，部分由泵22提供。所述膜將海水中的氯化鈉和其他物種以及滲透劑與溶液的其餘部分分離。分離出的滲透劑、以及海水中的氯化鈉和其他物種(在該步驟中未被除去)形成了所述膜的滲餘物側的殘留溶液的一部分。為防止氯化鈉和/或如硼等其他物種的濃度達到不希望的水平，當該殘留溶液由膜單元14產生時，排掉該殘留溶液的一部分。可以參照所述溶液的組成對排出進行手動或自動控制。然後將剩餘的殘留溶液再循環以用作直接滲透步驟中的吸取溶液。可以將另外的滲透劑定量投放到剩餘的殘留溶液中。由膜單元14產生的滲透物基本上是純淨的，可以用作例如飲用水24。圖2是實施本發明的方法的替代性實施方式的設備的示意圖。該設備與圖1所示的設備類似，相同的部件標註相同的數字。不過，膜單元14被熱分離單元取代。來自所述熱分離單元的蒸餾物M是飲用水，而來自該單元的底部的殘留溶液包含滲透劑、來自海水的氯化鈉和其他物種的濃縮溶液。為防止來自海水的氯化鈉和/或如硼等其他物種的濃度達到不希望的水平，排掉該殘留溶液的一部分。可以參照所述溶液的組成對該排出進行手動或自動控制。然後將殘留溶液再循環以用作直接滲透步驟中的吸取溶液。可以將另外的滲透劑定量投放到剩餘的殘留溶液中。
權利要求
1.一種用於從源溶液中除去溶劑的方法，所述方法包括a)使所述源溶液與選擇性滲透膜的一側接觸，b)使具有比所述源溶液更高的滲透壓(更高的溶質濃度)的吸取溶液與所述膜的另一側接觸，使得所述源溶液中的溶劑通過直接滲透穿過所述膜而稀釋所述吸取溶液，c)從被稀釋的所述吸取溶液中除去溶劑以使所述吸取溶液再生，和d)將再生的所述吸取溶液再循環到步驟a)，所述方法的特徵在於，在步驟c)中使所述吸取溶液再生之前和/或之後，丟棄或處理所述吸取溶液的一部分，從而降低存在於所述吸取溶液中的來自所述源溶液的任何溶質物種的濃度。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述源溶液包含氯化鈉。
3.如權利要求2所述的方法，其中，所述源溶液包括海水或微鹹水。
4.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述吸取溶液是通過在水中溶解滲透劑而形成。
5.如權利要求4所述的方法，其中，所述滲透劑是硫酸鎂、氯化鎂、氯化鈉、硫酸鈉、氯化鈣、硼砂、磷酸氫二鈉、鉀明礬、碳酸銨、碳酸氫銨和氨基甲酸銨。
6.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中，在步驟c)中，通過熱方法、化學沉澱法、熱分解法、膜方法或這些方法的組合從被稀釋的所述吸取溶液中除去溶劑。
7.如權利要求中6所述的方法，其中，通過蒸餾從被稀釋的所述吸取溶液中除去溶劑。
8.如權利要求6所述的方法，其中，通過反滲透或納米過濾從被稀釋的所述吸取溶液中除去溶劑。
9.如權利要求6所述的方法，其中，通過在化學沉澱法之後進行過濾和/或熱分解從被稀釋的所述吸取溶液中除去溶劑。
10.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中，在步驟c)中使所述吸取溶液再生之後，丟棄或處理所述吸取溶液的一部分，從而降低存在於所述吸取溶液中的來自所述源溶液的任何溶質汙染物的濃度。
11.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中，在步驟C)中使所述吸取溶液再生之前，丟棄或處理所述吸取溶液的一部分，從而降低存在於所述吸取溶液中的來自所述源溶液的任何溶質汙染物的濃度。
全文摘要
一種用於從源溶液中除去溶劑的方法，所述方法包括a)使所述源溶液與選擇性滲透膜的一側接觸，b)使具有比所述源溶液更高的滲透壓(更高的溶質濃度)的吸取溶液與所述膜的另一側接觸，使得所述源溶液中的溶劑通過直接滲透穿過所述膜而稀釋所述吸取溶液，c)從被稀釋的所述吸取溶液中除去溶劑以使所述吸取溶液再生，和d)將再生的所述吸取溶液再循環到步驟a)，所述方法的特徵在於，在步驟c)中使所述吸取溶液再生之前和/或之後，丟棄或處理所述吸取溶液的一部分，從而降低存在於所述吸取溶液中的來自所述源溶液的任何溶質物種的濃度。
文檔編號B01D61/00GK102238996SQ200980148891
公開日2011年11月9日 申請日期2009年12月8日 優先權日2008年12月8日
發明者P·尼科爾 申請人:薩裡水溶劑科技有限公司