改進的水脫鹽系統的製作方法

2023-05-14 23:35:11 3

專利名稱：改進的水脫鹽系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及脫鹽系統和方法，特別是使用多效蒸發器的方法。
背景技術：
水的蒸餾(是常用的脫鹽方法)是這樣的過程從包含各種可溶物質(例如鹽、汙 染物等)的水中除去這些物質，留下清潔的且通常是可飲用的水。實現這種蒸餾的一種已 知方法依賴於水的蒸發，更像是在蒸發掉水之後使得鹽和水垢聚積在電熱壺的底部上。在 水蒸發過程中的此過程中，非揮發性的可溶物質以固態殘留物形式保留，通常是鹽和水垢 的形式，並將被處理掉。然後，水蒸汽可被冷凝回液態，產生沒有汙染物的水。以上處理過程中的一個問題是，在蒸發設備的表面上形成水垢，其由海水的化合 物產生，例如碳酸鈣和硫酸鈣。通常，通過不同的預處理過程從海水中去除這些和其它水垢 形成化合物。而且，殘餘鹽水的處理(即，蒸餾處理之後剩餘的鹽的濃溶液)可能導致生態問 題。此外，鹽水的處理對脫鹽工業產生了巨大的成本和挑戰，這增加了新設備的許可和建造 所需的時間，並導致由其處理的水的更高的成本。一種處理來自海水脫鹽的鹽水的方式是利用零液體排放(ZLD)系統。ZLD系統蒸 發鹽水，留下鹽殘留物以進行處理或重新使用。

發明內容
根據本發明的一個方面，提供一種用於海水W(其具有水垢形成成分的原始水濃 度和原始水鹽度)的脫鹽的系統，所述系統包括-預處理子系統，用於從所述水W中至少部分地去除所述水垢形成成分，從而產生 具有第一濃度水垢形成成分的預處理給水，所述第一濃度低於水垢形成成分的所述原始濃 度；-正向給水流動多效蒸發器，適於所述預處理給水的蒸餾，從而產生具有低於所述 水鹽度的脫鹽水鹽度的主脫鹽水產物ffM，並產生具有大約10%的鹽濃度的主鹽水；-濃縮器，適於在其中接收所述主鹽水並使其濃縮，從而產生具有大約20%至 22%的增加的鹽濃度的更濃縮的鹽水，並釋放第一附加脫鹽水產物W1 ；以及-結晶器，用於接收所述更濃縮的鹽水，適於使其結晶，以至少獲得固體鹽產物，並 釋放第二附加脫鹽水產物w2。任何一個或多個以下特徵可包含在根據本發明的系統中所述主水產物Wm的量大約等於0. 65W。所述第一附加的水W1的量大約等於0. 15W。所述第二附加的水W2的量大約等於0. 15W。水垢形成成分至少是硫酸根離子。預處理系統可進一步至少包括適於去除所述硫酸根離子的脫碳柱。
水垢形成成分至少是鈣離子。預處理系統可進一步包括適於通過使所述鈣離子和蘇打灰起反應來產生碳酸鈣 的反應器。預處理系統可進一步包括適於去除所述碳酸鈣的澄清器。濃縮器可進一步組成單個多效蒸發器/濃縮器設備的一部分。濃縮器可進一步組成單個多效濃縮器/結晶器設備的一部分。根據本發明的另一方面，提供一種具有水垢形成成分的濃度和原始水鹽度的海水 的脫鹽方法，所述方法包括-從所述海水至少部分地去除所述水垢形成成分，並產生具有第一濃度的水垢形 成成分的預處理給水，所述第一濃度低於水垢形成成分的所述給水濃度；-通過正向給水流動多效蒸發器來蒸餾所述預處理給水，並產生具有低於所述原 始水鹽度的脫鹽水鹽度的主脫鹽水產物ffM，並產生具有大約10%的鹽濃度的主鹽水；-從所述主鹽水產生具有大約20%至22%的增加的鹽濃度的更濃縮鹽水；以及-使所述更濃縮鹽水結晶，並從那裡獲得至少一種鹽產物。任何一個或多個以下特徵可包含在根據本發明的方法中所述方法可進一步包括通過脫碳柱去除所述水垢形成成分。所述方法可進一步包括通過反應器和澄清器去除所述水垢形成成分。所述方法可進一步包括通過所述蒸發器產生所述主鹽水。所述方法可進一步包括提供濃縮器。所述方法可進一步包括通過所述濃縮器產生所述更濃縮鹽水。


為了理解本發明並看到其在實踐中可以如何執行，現在將參考附圖且僅通過非限 制性實例來描述實施方式，其中圖1示意性地示出了根據本發明的系統的一個實例；以及圖2示意性地示出了根據本發明的系統的另一實例。
具體實施例方式圖1和圖2示意性地示出了根據本發明的用於海水脫鹽的系統的兩個實例，其分 別標為10和30。系統10包括預處理子系統11 ；多效蒸發器13，具有與其相關的給水加熱器21 ； 濃縮器17 (未示出)，與結晶器19 (未示出)組合在一個公共多效濃縮器/結晶器設備15 中，所述設備15具有一連串的相應的初濃縮(PC)效果和初結晶(PCR)效果。濃縮器17和 結晶器19可進一步是兩個不同的分開的設備。類似地，系統30包括預處理子系統31 ；多效蒸發器33，具有與其相關的給水加 熱器41 ；蒸發器33 (未示出)，與濃縮器37 (未示出)結合在一個公共多效設備35中，具有 一連串的相應的初脫鹽(PD)效果和初濃縮(PC)效果；以及結晶器39。系統10和30均進一步包括三個冷凝器12，14和16。冷凝器12是降膜冷凝器，冷 凝器14和16是強制循環冷凝器。冷凝器12，14和16的結構本身是已知的。
系統10和30進一步包括用於對系統供應蒸汽的蒸汽供應系統50 (未示出)，如將 在下面說明的。參考圖1，在系統10的操作中，海水W首先進入預處理子系統11，在預處理子系統 11處，從海水W去除預定的水垢形成成分(例如碳酸鹽)，並將其作為給水Wf經由冷凝器12 和給水加熱器21供應至多效蒸發器13，在多效蒸發器13處，進行主脫鹽處理並產生三個主 產物組成從多效蒸發器13排出的總水產物Wram中的大部分的主脫鹽水ffM(未示出)、在 脫鹽系統中繼續進行進一步處理的主鹽水~、以及回流至蒸汽供應系統50然後將作為蒸汽 V1供應至多效蒸發器13的第一冷凝回流物隊。冷凝器12和14產生附加的脫鹽水ffA12和Wai4，其從水蒸汽V/產生，並將其作為 總水產物Wram的一部分收回。水蒸汽V/滿足V/ = Vi+D，其中，D指的是系統中的能量損失。在多效濃縮器/結晶器設備15中執行主鹽水~的進一步處理，其中，濃縮處理和 後續的結晶處理在濃縮器/結晶器設備15中發生，具有相應的PC和PCR效果，產生以下產 物(i)通常標為S的鹽和鹽滷溶液BS，其進而從系統中收回，作為可潛在地用在脫鹽 設備中或其外部的產物；(ii)附加的脫鹽水Wai和Wa2，其進而與來自冷凝器16的附加的脫鹽水Wai6—起 供應至多效蒸發器13。WA1、ffA2和Wai6—起組成附加的脫鹽水WA，使其在蒸發器13中達 到與主水產物Wm相同的溫度，然後將其收回，作為總水產物Wram的一部分，使得WTOm = \+wA+wA12+ffA14;以及(iii)流至蒸汽供應系統50的第二冷凝回流物&，其進而作為水蒸汽V2供應至濃 縮器/結晶器設備15。從冷凝器16排出的附加的脫鹽水Wni是從水蒸汽V2』產生，其滿足V2』 = V2+D，其 中，D指的是系統中的能量損失。由於發生在濃縮器17 (或多效濃縮器/結晶器設備15的PC效果17)中的濃縮處 理而獲得Wai (其是附加的脫鹽水Wa的大部分)，在此過程中，產生比主鹽水~更濃縮的鹽 水 (未示出)。然後，在結晶過程中使用鹽水B。，導致鹽S、鹽滷溶液BS和一些更多的附 加的脫鹽水Wa2的產生。為了如上所述地進行操作，多效蒸發器13具有蒸發器入口 13a至13c。入口 13a 適於在其中接收給水Wf，第二入口 1 適於在其中接收水蒸汽V1以在脫鹽處理中使用，第 三入口 13c適於在其中接收來自多效濃縮器/結晶器設備15的附加的脫鹽水WA。蒸發器 13進一步包括四個蒸發器出口，S卩，用於從中排出主產物WTOm的出口 13d、用於從中排出主 鹽水~的出口 13e、用於從中排出第一冷凝回流物隊的出口 13f，以及用於從中排出到達冷 凝器12和14的水蒸汽V/的出口 13g。濃縮器/結晶器設備15具有兩個入口 1 和15b，分別用於在其中接收主鹽水~ 和水蒸汽v2。其進一步具有五個出口 15c至15g，分別用於從中排出到達冷凝器16的水蒸 汽V2』、附加的脫鹽水Wa、鹽滷溶液BS、鹽S和第二冷凝回流物民。出口 15f指的是一組用 於從中排出不同類型的鹽的出口。在系統10的一個具體實例中，由於多效濃縮器/結晶器設備15中的結晶處理而從鹽水產物 產生的鹽S是工業用鹽NaCl和硫酸鈣CaS04。在這種系統10中，預處理子系統11適於從海水W去除大部分硫酸根離子S042_。 為此目的，預處理系統11可包括脫碳柱18，其中，對海水給水W增加酸並去除大部分硫酸根 離子so42-。可用陰離子(例如氯化物CD代替硫酸根離子。替代地，可用鹽重新產生硫酸 鹽，例如鉀鹼KCl或普通的鹽NaCl。在此情況中，將產生相應硫酸鹽的溶液，可通過本身已 知的方式從所述溶液中恢復適於銷售的商品。在預處理過程中，從海水給水中與硫酸鹽一 起進一步地去除鹼度。可用在系統10中的多效蒸發器13的一個具體實例是所謂的「正向給水流 動」型，其中，給水和水蒸汽在處理過程中均下遊地移動。例如，蒸發器可以是在PCT/ IL2006/000302中詳細描述的類型，該專利通過引用方式整體結合於此。所述實例中的此蒸 發器13適於使流過其中的水脫鹽，使得從蒸發器13釋放的主鹽水~具有大約10 %的鹽濃 度。根據本發明的蒸發器可包括如在以上公開物中描述的管子或有凹槽的橢圓管。在系統10中使用的濃縮器17 [或多效濃縮器/結晶器設備15的PC效果17]可 以是本領域中已知的任何適當的類型，能夠使具有以上鹽濃度的主鹽水特別是以上指 出的那些)在結晶器19中濃縮至使得從中釋放的鹽水產物&具有大約20%至22%的鹽 濃度的程度，以使其在鹽產物的生產中被進一步使用。參考圖2，在脫鹽系統30的操作中，海水W首先進入預處理子系統31，在預處理子 系統31處，從海水去除預定的水垢形成成分，並將其作為給水Wf經由冷凝器12和給水加 熱器41供應至組合的多效蒸發器/濃縮器設備35。在此設備35中，進行以下處理-給水Wf在PD效果33中經歷脫鹽處理，其導致主脫鹽水\和主鹽水~(未示出) 的產生，主脫鹽水Wm組成從多效設備35排出的總水產物Wram的大部分；並且-主鹽水~在多效設備35的PC效果37中經歷濃縮，以產生鹽水 和附加的脫 鹽水Wai，然後將其作為總水產物Wram的一部分收回。冷凝器12和14產生附加的脫鹽水Wai2和Wai4，將其作為總水產物WTOm的一部分 收回。蒸發器/濃縮器設備35進一步產生第一冷凝回流物R1，其回流至蒸汽供應系統 50，然後將其作為水蒸汽V1供應至那裡。來自多效設備35的鹽水&流至結晶器39，在結晶器39中發生結晶處理，導致產 生(i)鹽S和鹽滷溶液BS，其進而作為可潛在地用在脫鹽設備中或其外部的產物從 系統中收回；(ii)附加的脫鹽水Wa2，其進而與來自冷凝器16的附加的水Wai6 —起(附加的水 WA，)供應至多效設備35，使得WA，= WA2+WA16。其中，使其達到與主水產物ffM相同的溫度，然 後，將其從那裡作為總水產物Wram的一部分收回，使得WTOm = WM+WA1+WA12+WA14+WA，；以及(iii)流至蒸汽供應系統50的第二冷凝回流物&，類似地，其作為水蒸汽V2供應 至結晶器39。為了如上所述地進行操作，多效設備35具有多效設備入口 3 至35c。入口 3 適於在其中接收給水Wf，第二入口 3 適於在其中接收水蒸汽V1以在脫鹽處理中使用，並 且，第三入口 35c適於在其中接收來自結晶器39的附加的脫鹽水Wa,。設備35進一步包括四個多效設備出口，即，用於從中排出主產物Wtotai的出口 35d、用於從中排出鹽水產物 的 出口 35e、用於從中排出第一冷凝回流物R1的出口 35f，以及用於從中排出到達冷凝器12和 14的水蒸汽Vc的出口 35g。結晶器39具有兩個結晶器入口 39a和39b，分別用於在其中接收鹽水產物 和水 蒸汽V2。其進一步具有五個結晶器出口 39c至39g，分別用於從中排出到達冷凝器16的水 蒸汽V。、附加的脫鹽水Wa2、鹽滷溶液BS、鹽S和第二冷凝回流物&。如果希望的話，出口 39f 指的是一組用於從中排出不同類型的鹽的出口。在系統30的一個具體實例中，由結晶器39產生的鹽S是工業用鹽NaCl。這種系統30中的預處理子系統31適於從海水W去除基本上所有的鈣離子。為此 目的，預處理系統31可包括反應器43和澄清器44。在預處理過程中，來自海水W的鈣離 子與反應器43中的蘇打灰Na2CO3起反應，並產生難溶的碳酸鈣CaCO3,然後其沉澱並在澄清 器44中從海水W去除。可選地，可向其中增加基本上等於海水W中的碳酸氫離子HC03_的 含量的量的可溶鹽基，例如苛性鈉NaOH，從而節省蘇打灰的所需量的大約1/4。在以上處理 過程中，將硫酸鹽與碳酸鈣一起去除。多效蒸發器/濃縮器設備35可具有與多效蒸發器13的構造相似的構造，差別主 要在於，其PD效果33 (未示出)在PC效果37 (未示出)之後。在本實例中，由PD效果33 產生的鹽水~可具有大約10%的鹽濃度，由PC效果37從中產生的鹽水 可具有大約20% 至22%的鹽濃度。設備35中的PD和PC效果之間的附加差異可能在於，PC效果37中的管道和管子 的至少一部分可由與PD效果中的管道和管子的材料不同的材料製成，以更好地承受通過 其中的鹽水的增加的鹽濃度。上述實例中的系統10和30的子系統11和31的預處理過程防止在系統10和30 中使用的設備的水垢的產生和腐蝕。另外，去除子系統31中的碳酸鈣和硫酸鹽，允許多效 蒸發器33平穩地運行，即使具有高鹽濃度的鹽水在其中流動。根據以上參考圖1和圖2描述的實例，表1以非限制性的方式總結了系統10和30 可具有的參數。表權利要求
1.一種用於海水(W)的脫鹽的系統，所述海水具有水垢形成成分的原始水濃度和原始 水鹽度，所述系統包括-預處理子系統，用於從所述水(W)至少部分地去除所述水垢形成成分，從而產生具 有第一濃度的水垢形成成分的預處理給水，所述第一濃度低於水垢形成成分的所述原始濃 度；-正向給水流動多效蒸發器，適於所述預處理給水的蒸餾，從而產生具有低於所述水鹽 度的脫鹽水鹽度的主脫鹽水產物ffM，並產生具有大約10%的鹽濃度的主鹽水；-濃縮器，適於在其中接收所述主鹽水並使其濃縮，從而產生具有大約20%至22%的 增加的鹽濃度的更濃縮鹽水，並釋放第一附加脫鹽水產物W1 ；以及-結晶器，用於接收所述更濃縮鹽水，適於使其結晶，以至少獲得固體鹽產物，並釋放第 二附加脫鹽水產物W2。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述主水產物Wm的量大約等於0.65W。
3.根據權利要求1或2所述的系統，其中，所述第一附加水W1的量大約等於0.15W。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的系統，其中，所述第二附加水W2的量大約等於 0. 15ff0
5.根據權利要求1至4中任一項所述的系統，其中，所述水垢形成成分至少是硫酸根離子。
6.根據權利要求5所述的系統，其中，所述預處理系統至少包括適於去除所述硫酸根 離子的脫碳柱。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的系統，其中，所述水垢形成成分至少是鈣離子。
8.根據權利要求7所述的系統，其中，所述預處理系統包括反應器，所述反應器適於通 過使所述鈣離子和蘇打灰起反應來產生碳酸鈣。
9.根據權利要求8所述的系統，其中，所述預處理系統包括適於去除所述碳酸鈣的澄清器。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的系統，其中，所述濃縮器組成單個多效蒸發器 /濃縮器設備的一部分。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的系統，其中，所述濃縮器組成單個多效濃縮器 /結晶器設備的一部分。
12.—種具有一水垢形成成分濃度和原始水鹽度的海水的脫鹽的方法，所述方法包括-從所述海水至少部分地去除所述水垢形成成分，並產生具有第一濃度的水垢形成成 分的預處理給水，所述第一濃度低於水垢形成成分的所述給水濃度；-通過正向給水流動多效蒸發器來蒸餾所述預處理給水，並產生具有低於所述原始水 鹽度的脫鹽水鹽度的主脫鹽水產物ffM，並產生具有大約10%的鹽濃度的主鹽水； -從所述主鹽水產生具有大約20%至22%的增加的鹽濃度的更濃縮鹽水；以及 -使所述更濃縮鹽水結晶，並從其獲得至少一種鹽產物。
13.根據權利要求12所述的方法，進一步包括通過脫碳柱去除所述水垢形成成分。
14.根據權利要求12或13所述的方法，進一步包括通過反應器和澄清器去除所述水垢 形成成分。
15.根據權利要求12至14中任一項所述的方法，進一步包括通過所述蒸發器產生所述 主鹽水。
16.根據權利要求12至15中任一項所述的方法，進一步包括提供濃縮器。
17.根據權利要求16所述的方法，進一步包括通過所述濃縮器產生所述更濃縮鹽水。
全文摘要
用於海水(W)(其具有水垢形成成分的原始水濃度和原始水鹽度)的脫鹽的系統和方法，所述系統包括用於從水W至少部分去除所述水垢形成成分的預處理子系統，從而產生具有第一濃度的水垢形成成分的預處理給水，所述第一濃度低於水垢形成成分的原始濃度；適於所述預處理給水的蒸餾的正向給水流動多效蒸發器，從而產生具有低於所述水鹽度的脫鹽水鹽度的主脫鹽水產物(WM)，並產生具有大約10％的鹽濃度的主鹽水；適於在其中接收所述主鹽水並使其濃縮的濃縮器，從而產生具有大約20％至22％的增加的鹽濃度的更濃縮鹽水，並釋放第一附加脫鹽水產物W1；以及用於接收所述更濃縮鹽水的結晶器，適於使其結晶，以至少獲得固體鹽產物，並釋放第二附加脫鹽水產物W2。
文檔編號C02F1/04GK102143786SQ200980134991
公開日2011年8月3日 申請日期2009年9月6日 優先權日2008年9月4日
發明者約瑟夫·維恩伯格, 耶薩亞赫·羅特施泰恩, 阿夫拉漢姆·羅內恩 申請人:I·D·E·技術有限公司