CN102143786B - 改进的水脱盐系统 - Google Patents

Abstract

用于海水(W)(其具有水垢形成成分的原始水浓度和原始水盐度)的脱盐的系统和方法，所述系统包括：用于从水W至少部分去除所述水垢形成成分的预处理子系统，从而产生具有第一浓度的水垢形成成分的预处理给水，所述第一浓度低于水垢形成成分的原始浓度；适于所述预处理给水的蒸馏的正向给水流动多效蒸发器，从而产生具有低于所述水盐度的脱盐水盐度的主脱盐水产物(W_M)，并产生具有大约10％的盐浓度的主盐水；适于在其中接收所述主盐水并使其浓缩的浓缩器，从而产生具有大约20％至22％的增加的盐浓度的更浓缩盐水，并释放第一附加脱盐水产物W₁；以及用于接收所述更浓缩盐水的结晶器，适于使其结晶，以至少获得固体盐产物，并释放第二附加脱盐水产物W₂。

Description

改进的水脱盐系统

技术领域

本发明涉及脱盐系统和方法，特别是使用多效蒸发器的方法。

背景技术

水的蒸馏(是常用的脱盐方法)是这样的过程：从包含各种可溶物质(例如盐、污染物等)的水中除去这些物质，留下清洁的且通常是可饮用的水。实现这种蒸馏的一种已知方法依赖于水的蒸发，更像是在蒸发掉水之后使得盐和水垢聚积在电热壶的底部上。在水蒸发过程中的此过程中，非挥发性的可溶物质以固态残留物形式保留，通常是盐和水垢的形式，并将被处理掉。然后，水蒸汽可被冷凝回液态，产生没有污染物的水。

以上处理过程中的一个问题是，在蒸发设备的表面上形成水垢，其由海水的化合物产生，例如碳酸钙和硫酸钙。通常，通过不同的预处理过程从海水中去除这些和其它水垢形成化合物。

而且，残余盐水的处理(即，蒸馏处理之后剩余的盐的浓溶液)可能导致生态问题。此外，盐水的处理对脱盐工业产生了巨大的成本和挑战，这增加了新设备的许可和建造所需的时间，并导致由其处理的水的更高的成本。

一种处理来自海水脱盐的盐水的方式是利用零液体排放(ZLD)系统。ZLD系统蒸发盐水，留下盐残留物以进行处理或重新使用。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于海水W(其具有水垢形成成分的原始水浓度和原始水盐度)的脱盐的系统，所述系统包括：

-预处理子系统，用于从所述水W中至少部分地去除所述水垢形成成分，从而产生具有第一浓度水垢形成成分的预处理给水，所述第一浓度低于水垢形成成分的所述原始浓度；

-正向给水流动多效蒸发器，适于所述预处理给水的蒸馏，从而产生具有低于所述水盐度的脱盐水盐度的主脱盐水产物W_M，并产生具有大约10％的盐浓度的主盐水；

-浓缩器，适于在其中接收所述主盐水并使其浓缩，从而产生具有大约20％至22％的增加的盐浓度的更浓缩的盐水，并释放第一附加脱盐水产物W₁；以及

-结晶器，用于接收所述更浓缩的盐水，适于使其结晶，以至少获得固体盐产物，并释放第二附加脱盐水产物W₂。

任何一个或多个以下特征可包含在根据本发明的系统中：

所述主水产物W_M的量大约等于0.65W。

所述第一附加的水W₁的量大约等于0.15W。

所述第二附加的水W₂的量大约等于0.15W。

水垢形成成分至少是硫酸根离子。

预处理系统可进一步至少包括适于去除所述硫酸根离子的脱碳柱。

水垢形成成分至少是钙离子。

预处理系统可进一步包括适于通过使所述钙离子和苏打灰起反应来产生碳酸钙的反应器。

预处理系统可进一步包括适于去除所述碳酸钙的澄清器。

浓缩器可进一步组成单个多效蒸发器/浓缩器设备的一部分。

浓缩器可进一步组成单个多效浓缩器/结晶器设备的一部分。

根据本发明的另一方面，提供一种具有水垢形成成分的浓度和原始水盐度的海水的脱盐方法，所述方法包括：

-从所述海水至少部分地去除所述水垢形成成分，并产生具有第一浓度的水垢形成成分的预处理给水，所述第一浓度低于水垢形成成分的所述给水浓度；

-通过正向给水流动多效蒸发器来蒸馏所述预处理给水，并产生具有低于所述原始水盐度的脱盐水盐度的主脱盐水产物W_M，并产生具有大约10％的盐浓度的主盐水；

-从所述主盐水产生具有大约20％至22％的增加的盐浓度的更浓缩盐水；以及

-使所述更浓缩盐水结晶，并从那里获得至少一种盐产物。

任何一个或多个以下特征可包含在根据本发明的方法中：

所述方法可进一步包括通过脱碳柱去除所述水垢形成成分。

所述方法可进一步包括通过反应器和澄清器去除所述水垢形成成分。

所述方法可进一步包括通过所述蒸发器产生所述主盐水。

所述方法可进一步包括提供浓缩器。

所述方法可进一步包括通过所述浓缩器产生所述更浓缩盐水。

附图说明

为了理解本发明并看到其在实践中可以如何执行，现在将参考附图且仅通过非限制性实例来描述实施方式，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的系统的一个实例；以及

图2示意性地示出了根据本发明的系统的另一实例。

具体实施方式

图1和图2示意性地示出了根据本发明的用于海水脱盐的系统的两个实例，其分别标为10和30。

系统10包括：预处理子系统11；多效蒸发器13，具有与其相关的给水加热器21；浓缩器17(未示出)，与结晶器19(未示出)组合在一个公共多效浓缩器/结晶器设备15中，所述设备15具有一连串的相应的初浓缩(PC)效果和初结晶(PCR)效果。浓缩器17和结晶器19可进一步是两个不同的分开的设备。

类似地，系统30包括：预处理子系统31；多效蒸发器33，具有与其相关的给水加热器41；蒸发器33(未示出)，与浓缩器37(未示出)结合在一个公共多效设备35中，具有一连串的相应的初脱盐(PD)效果和初浓缩(PC)效果；以及结晶器39。

系统10和30均进一步包括三个冷凝器12，14和16。冷凝器12是降膜冷凝器，冷凝器14和16是强制循环冷凝器。冷凝器12，14和16的结构本身是已知的。

系统10和30进一步包括用于对系统供应蒸汽的蒸汽供应系统50(未示出)，如将在下面说明的。

参考图1，在系统10的操作中，海水W首先进入预处理子系统11，在预处理子系统11处，从海水W去除预定的水垢形成成分(例如碳酸盐)，并将其作为给水W_F经由冷凝器12和给水加热器21供应至多效蒸发器13，在多效蒸发器13处，进行主脱盐处理并产生三个主产物：组成从多效蒸发器13排出的总水产物W_TOTAL中的大部分的主脱盐水W_M(未示出)、在脱盐系统中继续进行进一步处理的主盐水B_M、以及回流至蒸汽供应系统50然后将作为蒸汽V₁供应至多效蒸发器13的第一冷凝回流物R₁。

冷凝器12和14产生附加的脱盐水W_A12和W_A14，其从水蒸汽V₁’产生，并将其作为总水产物W_TOTAL的一部分收回。水蒸汽V₁’满足V₁’＝V₁+D，其中，D指的是系统中的能量损失。

在多效浓缩器/结晶器设备15中执行主盐水B_M的进一步处理，其中，浓缩处理和后续的结晶处理在浓缩器/结晶器设备15中发生，具有相应的PC和PCR效果，产生以下产物：

(i)通常标为S的盐和盐卤溶液BS，其进而从系统中收回，作为可潜在地用在脱盐设备中或其外部的产物；

(ii)附加的脱盐水W_A1和W_A2，其进而与来自冷凝器16的附加的脱盐水W_A16一起供应至多效蒸发器13。W_A1、W_A2和W_A16一起组成附加的脱盐水W_A，使其在蒸发器13中达到与主水产物W_M相同的温度，然后将其收回，作为总水产物W_TOTAL的一部分，使得W_TOTAL＝W_M+W_A+W_A12+W_A14；以及

(iii)流至蒸汽供应系统50的第二冷凝回流物R₂，其进而作为水蒸汽V₂供应至浓缩器/结晶器设备15。

从冷凝器16排出的附加的脱盐水W₁₆是从水蒸汽V₂’产生，其满足V₂’＝V₂+D，其中，D指的是系统中的能量损失。

由于发生在浓缩器17(或多效浓缩器/结晶器设备15的PC效果17)中的浓缩处理而获得W_A1(其是附加的脱盐水W_A的大部分)，在此过程中，产生比主盐水B_M更浓缩的盐水B_C(未示出)。然后，在结晶过程中使用盐水B_C，导致盐S、盐卤溶液BS和一些更多的附加的脱盐水W_A2的产生。

为了如上所述地进行操作，多效蒸发器13具有蒸发器入口13a至13c。入口13a适于在其中接收给水W_F，第二入口13b适于在其中接收水蒸汽V₁以在脱盐处理中使用，第三入口13c适于在其中接收来自多效浓缩器/结晶器设备15的附加的脱盐水W_A。蒸发器13进一步包括四个蒸发器出口，即，用于从中排出主产物W_TOTAL的出口13d、用于从中排出主盐水B_M的出口13e、用于从中排出第一冷凝回流物R₁的出口13f，以及用于从中排出到达冷凝器12和14的水蒸汽V₁’的出口13g。

浓缩器/结晶器设备15具有两个入口15a和15b，分别用于在其中接收主盐水B_M和水蒸汽V₂。其进一步具有五个出口15c至15g，分别用于从中排出到达冷凝器16的水蒸汽V₂’、附加的脱盐水W_A、盐卤溶液BS、盐S和第二冷凝回流物R₂。出口15f指的是一组用于从中排出不同类型的盐的出口。

在系统10的一个具体实例中，由于多效浓缩器/结晶器设备15中的结晶处理而从盐水产物B_C产生的盐S是工业用盐NaCl和硫酸钙CaSO₄。

在这种系统10中，预处理子系统11适于从海水W去除大部分硫酸根离子SO₄ ^2-。为此目的，预处理系统11可包括脱碳柱18，其中，对海水给水W增加酸并去除大部分硫酸根离子SO₄ ^2-。可用阴离子(例如氯化物Cl^-)代替硫酸根离子。替代地，可用盐重新产生硫酸盐，例如钾碱KCl或普通的盐NaCl。在此情况中，将产生相应硫酸盐的溶液，可通过本身已知的方式从所述溶液中恢复适于销售的商品。在预处理过程中，从海水给水中与硫酸盐一起进一步地去除碱度。

可用在系统10中的多效蒸发器13的一个具体实例是所谓的“正向给水流动”型，其中，给水和水蒸汽在处理过程中均下游地移动。例如，蒸发器可以是在PCT/IL2006/000302中详细描述的类型，该专利通过引用方式整体结合于此。所述实例中的此蒸发器13适于使流过其中的水脱盐，使得从蒸发器13释放的主盐水B_M具有大约10％的盐浓度。根据本发明的蒸发器可包括如在以上公开物中描述的管子或有凹槽的椭圆管。

在系统10中使用的浓缩器17[或多效浓缩器/结晶器设备15的PC效果17]可以是本领域中已知的任何适当的类型，能够使具有以上盐浓度的主盐水B_M(特别是以上指出的那些)在结晶器19中浓缩至使得从中释放的盐水产物B_C具有大约20％至22％的盐浓度的程度，以使其在盐产物的生产中被进一步使用。

参考图2，在脱盐系统30的操作中，海水W首先进入预处理子系统31，在预处理子系统31处，从海水去除预定的水垢形成成分，并将其作为给水W_F经由冷凝器12和给水加热器41供应至组合的多效蒸发器/浓缩器设备35。在此设备35中，进行以下处理：

-给水W_F在PD效果33中经历脱盐处理，其导致主脱盐水W_M和主盐水B_M(未示出)的产生，主脱盐水W_M组成从多效设备35排出的总水产物W_TOTAL的大部分；并且

-主盐水B_M在多效设备35的PC效果37中经历浓缩，以产生盐水B_C和附加的脱盐水W_A1，然后将其作为总水产物W_TOTAL的一部分收回。

冷凝器12和14产生附加的脱盐水W_A12和W_A14，将其作为总水产物W_TOTAL的一部分收回。

蒸发器/浓缩器设备35进一步产生第一冷凝回流物R₁，其回流至蒸汽供应系统50，然后将其作为水蒸汽V₁供应至那里。

来自多效设备35的盐水B_C流至结晶器39，在结晶器39中发生结晶处理，导致产生：

(i)盐S和盐卤溶液BS，其进而作为可潜在地用在脱盐设备中或其外部的产物从系统中收回；

(ii)附加的脱盐水W_A2，其进而与来自冷凝器16的附加的水W_A16一起(附加的水W_A’)供应至多效设备35，使得W_A’＝W_A2+W_A16。其中，使其达到与主水产物W_M相同的温度，然后，将其从那里作为总水产物W_TOTAL的一部分收回，使得W_TOTAL＝W_M+W_A1+W_A12+W_A14+W_A’；以及

(iii)流至蒸汽供应系统50的第二冷凝回流物R₂，类似地，其作为水蒸汽V₂供应至结晶器39。

为了如上所述地进行操作，多效设备35具有多效设备入口35a至35c。入口35a适于在其中接收给水W_F，第二入口35b适于在其中接收水蒸汽V₁以在脱盐处理中使用，并且，第三入口35c适于在其中接收来自结晶器39的附加的脱盐水W_A’。设备35进一步包括四个多效设备出口，即，用于从中排出主产物W_TOTAL的出口35d、用于从中排出盐水产物B_C的出口35e、用于从中排出第一冷凝回流物R₁的出口35f，以及用于从中排出到达冷凝器12和14的水蒸汽V_C的出口35g。

结晶器39具有两个结晶器入口39a和39b，分别用于在其中接收盐水产物B_C和水蒸汽V₂。其进一步具有五个结晶器出口39c至39g，分别用于从中排出到达冷凝器16的水蒸汽V_C、附加的脱盐水W_A2、盐卤溶液BS、盐S和第二冷凝回流物R₂。如果希望的话，出口39f指的是一组用于从中排出不同类型的盐的出口。

在系统30的一个具体实例中，由结晶器39产生的盐S是工业用盐NaCl。

这种系统30中的预处理子系统31适于从海水W去除基本上所有的钙离子。为此目的，预处理系统31可包括反应器43和澄清器44。在预处理过程中，来自海水W的钙离子与反应器43中的苏打灰Na₂CO₃起反应，并产生难溶的碳酸钙CaCO₃，然后其沉淀并在澄清器44中从海水W去除。可选地，可向其中增加基本上等于海水W中的碳酸氢离子HCO₃ ^-的含量的量的可溶盐基，例如苛性钠NaOH，从而节省苏打灰的所需量的大约1/4。在以上处理过程中，将硫酸盐与碳酸钙一起去除。

多效蒸发器/浓缩器设备35可具有与多效蒸发器13的构造相似的构造，差别主要在于，其PD效果33(未示出)在PC效果37(未示出)之后。在本实例中，由PD效果33产生的盐水B_M可具有大约10％的盐浓度，由PC效果37从中产生的盐水B_C可具有大约20％至22％的盐浓度。

设备35中的PD和PC效果之间的附加差异可能在于，PC效果37中的管道和管子的至少一部分可由与PD效果中的管道和管子的材料不同的材料制成，以更好地承受通过其中的盐水的增加的盐浓度。

上述实例中的系统10和30的子系统11和31的预处理过程防止在系统10和30中使用的设备的水垢的产生和腐蚀。另外，去除子系统31中的碳酸钙和硫酸盐，允许多效蒸发器33平稳地运行，即使具有高盐浓度的盐水在其中流动。

根据以上参考图1和图2描述的实例，表1以非限制性的方式总结了系统10和30可具有的参数。

表1

如表1中总结的，在供应至冷凝器14和16的冷却水与供应至两个系统10和30的蒸汽的消耗之间存在差异。特别地，在系统10中，蒸汽消耗量是76,560kg/hr，冷却水消耗量是4,482,000kg/hr。在系统30中，蒸汽消耗量是61,100kg/hr，冷却水消耗量是2,222,000kg/hr。此差异的主要原因是多效蒸发器13和33的构造。蒸发器33消耗更少的蒸汽。因此，需要更少的冷却水。

在上表1的基础上，可对系统10和30近似地计算水和盐水的比率。

系统10

如下计算从蒸发器13排出的主脱盐水：

W_M＝W_TOTAL-W_A＝590950-174300＝416650kg/hr

$W_M[\%]=\frac{W_M}{W}\·100=\frac{416650}{625237}\·100=66.6$

从浓缩器和结晶器排出的附加的脱盐水：

$W_A[\%]=\frac{W_A}{W}\·100=\frac{174300}{625237}\·100=27.8$

系统30

如下计算从多效设备35排出的主脱盐水W_M和附加的脱盐水W_A1：

[W_M+W_A1]＝W_TOTAL-W_A’＝591900-71100＝520800kg/hr

$[W_M+W_{A1}][\%]=\frac{W_M+W_{A^{\′}}}{W}\·100=\frac{520800}{628100}\·100=83.3$

如下计算从结晶器排出的脱盐水：

$W_{A^{\′}}[\%]=\frac{W_{A^{\′}}}{W}\·100=\frac{71000}{625100}\·100=11.3$

如下计算总水回收率：

$W_{\mathrm{TOTAL}}[\%]=\frac{W_{\mathrm{TOTAL}}}{W}\·100$

系统10： $W_{\mathrm{TOTAL}}=\frac{590950}{625237}\·100=94.5$

系统30： $W_{\mathrm{TOTAL}}=\frac{591900}{625100}\·100=94.6$

如上所示，系统10和30都适于回收供给海水W的几乎95％的含水量。可进一步从以上计算中对其粗略地进行估计，如下所述，在系统的不同部分之间划分水的回收：蒸发器/PD效果-总回收的大约65％(66.6％)、结晶器/PCR效果-总回收的大约15％(11.3％)，以及浓缩器/PC效果-总回收的大约15％(95-65-11.3＝18.7％)。

剩下的5％是盐和盐卤溶液，其含量通过应用于给水W的预处理的类型来确定。

本发明所属的领域中的技术人员将容易理解到，在不背离本发明的范围的前提下，可进行许多改变、变化和修改，已作必要的修正。

Claims (12)

1.一种具有一水垢形成成分的原始水浓度和原始水盐度的海水W的脱盐的方法，所述方法包括：

-通过加入选定的至少一种添加剂以与所述水垢形成成分反应以产生具有第一浓度的水垢形成成分的预处理给水而从所述海水去除所述水垢形成成分的至少部分，所述第一浓度低于水垢形成成分的所述给水浓度，其中，所述至少一种添加剂包括酸性物质、苏打灰、苛性钠中的至少一种；

-通过正向给水流动多效蒸发器来蒸馏所述预处理给水，以产生具有低于所述原始水盐度的脱盐水盐度的主脱盐水产物W_M，并产生具有大约10%的盐浓度的主盐水B_m；

-从所述主盐水产生具有大约20%至22%的增加的盐浓度的更浓缩盐水以及第一附加脱盐水产物W₁；以及

-使所述更浓缩盐水结晶，以从其产生至少第一盐产物和第二附加脱盐水产物W₂。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述主水产物W_M的量大约等于0.65W。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一附加水产品W₁的量大约等于0.15W。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述第二附加水产品W₂的量大约等于0.15W。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述水垢形成成分至少是硫酸根离子。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述预处理系统至少包括适于去除所述硫酸根离子的脱碳柱。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述水垢形成成分至少是钙离子。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括通过反应器和澄清器去除所述水垢形成成分。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括通过所述蒸发器产生所述主盐水。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括提供浓缩器。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括通过所述浓缩器产生所述更浓缩盐水。

12.一种用于海水脱盐的系统，所述系统使用根据权利要求1至11中任一项所述的方法。

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