CN104583132A - 用以减少催化海水脱氧单元的结垢的系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于减少在基于催化床的脱氧单元(30)中的结垢的系统以及方法包含具有多个可选择性渗透膜(50、60)的过滤系统(10)，所述可选择性渗透膜经布置以接触未经处理海水供给并且提供膜渗透物(70、90)。所述膜渗透物由所述未经处理海水供给的一部分组成，经溶解无机盐以及有机成分等污染物已经通过穿过所述可选择性渗透膜(50、60)而从所述一部分去除。所述系统以及方法还包含基于催化剂床的脱氧单元(30)，所述基于催化剂床的脱氧单元接收所述膜渗透物。所述过滤系统可以是纳滤膜系统、微滤膜系统、超滤膜系统或反渗透膜系统。

Description

用以减少催化海水脱氧单元的结垢的系统
背景技术
本发明涉及用以减少催化海水脱氧单元的结垢的系统以及方法。具体来说，本发明涉及使用纳滤膜系统或反渗透膜系统以便在脱氧进行之前去除经溶解无机盐以及有机成分的系统以及方法，该经溶解无机盐以及有机成分来自海水导致发生结垢。本发明还涉及使用微滤或超滤以便在脱氧进行之前去除有机成分的系统以及方法，该有机成分来自海水导致发生结垢。
基于催化剂床的海水脱氧单元通过使经溶解氧气与氢气发生反应来从海水去除经溶解氧气。此反应在催化剂床的开放区域上进行。然而，海水内的某些经溶解无机盐可以通过从溶液沉淀且在该床上形成沉积物而使催化剂床结垢。这些被称为水垢的沉积物减少了在可以进行脱氧反应的床上的开放区域的量。海水中的有机成分中的一些也可能聚集在催化剂上，从而进一步减少了该床的反应区域。因此，脱氧单元的处理能力降低，催化脱氧系统必须更频繁地离线以用于清洁，并且催化剂使用寿命减少。
多介质过滤或筒式过滤器都不能够去除来自海水导致发生结垢的成分的全部。去除结垢的典型的方式是使系统离线并且用一种或多种化学清洁剂洗涤催化剂。柠檬酸通常用于水垢，而次氯酸钠可以用于控制有机成分。然而，使用次氯酸钠还导致氯气的产生，氯气像氧气一样与供应到脱氧单元中的氢气发生反应。因此，需要更多的氢气以及更大的催化剂体积来实现相同水平的氧气去除。氢氧化钠或杀生物剂等其它化学清洁剂也可以用于从催化剂去除有机成分。然而，使用任何化学清洁剂都增加化学消耗、操作成本以及系统停工时间。在化学处理操作、储存操作以及处置操作、特别地在离岸操作中可能出现其它问题。另外，因为试剂不能始终去除水垢以及有机成分的全部，所以催化剂不可能完全再生。在催化剂上结垢的量还随时间推移而增加。为了补偿用于结垢的催化剂损耗，催化脱氧系统可以经设计以具有比所需用于待处理的水的数量以及质量更多的催化剂。或者，可以更频繁地更换催化剂。这两种选择方案都导致了操作上的挑战、处理效率降低以及成本增加。
因此，需要可以在海水进入脱氧单元之前从海水去除无机以及有机结垢的主要组分的系统以及方法。这些系统以及方法将基本上消除催化剂的水垢以及有机结垢，从而形成脱氧单元更长的运行时间以及更加可靠的操作。其它优点包含增加催化剂使用寿命、减少催化剂体积连同在处理容器大小以及成本上的对应减少、以及减少化学清洁剂的消耗。
发明内容
一种用于减少在基于催化床的脱氧单元中的结垢的系统，所述系统包含具有多个可选择性渗透膜的过滤系统，所述可选择性渗透膜经布置以接触未经处理海水供给。所述未经处理海水供给穿过可选择性渗透膜以提供由海水供给的一部分组成的膜渗透物，经溶解无机盐以及有机成分等污染物已经从所述一部分去除。所述系统还包含接收所述膜渗透物的基于催化剂床的脱氧单元。所述过滤系统可以是纳滤膜系统、微滤膜系统、超滤膜系统或反渗透膜系统。所述过滤系统可以具有一级或两级。
一种用于减少在基于催化床的脱氧单元中的结垢的方法包含以下步骤：提供具有多个可选择性渗透膜的过滤系统，所述可选择性渗透膜经布置以接触未经处理海水供给；使所述未经处理海水供给的一部分穿过所述可选择性渗透膜以产生膜渗透物，污染物已经从所述膜渗透物去除；并且将所述膜渗透物导引到基于催化剂床的脱氧单元。所述过滤系统可以是纳滤膜系统、微滤膜系统、超滤膜系统或反渗透膜系统，并且所述污染物可以是经溶解无机盐和/或有机成分。所述过滤系统可以具有一级或两级。
附图说明
图1示出了根据本发明用于减少在基于催化床的脱氧单元中的结垢的系统的优选实施例。图1中的过滤系统是两级纳滤膜系统。
图2示出了根据本发明用于减少在基于催化床的脱氧单元中的结垢的系统的优选实施例。图2中的过滤系统是单级反渗透膜系统。
图3示出了根据本发明用于减少基于催化床的脱氧单元的有机结垢的系统的优选实施例。图3中的过滤系统是单级微滤膜系统或超滤膜系统。
图式以及具体实施方式中使用的元件以及元件编号
10  过滤系统
20  两级纳滤膜系统
30  基于催化剂床的脱氧单元
40  未经处理海水供给
50  第一级纳滤膜单元
60  第一级纳滤膜单元
70  膜渗透物
80  膜废弃物
90  膜渗透物
95  来自第一级的组合膜渗透物流
98  来自第一级以及第二级的组合膜渗透物流
100 膜废弃物
105 组合膜废弃物流
110 第二级纳滤膜单元
120 膜渗透物
130 经浓缩膜废弃物
140 氢气供应
150 组合膜渗透物以及氢气流
160 经脱氧海水产物
165 过滤系统
170 单级反渗透膜系统
180 反渗透膜单元
190 反渗透膜单元
200 膜渗透物
210 膜废弃物
220 膜渗透物
225 组合膜渗透物流
230 膜废弃物
240 经浓缩膜废弃物
250 组合膜渗透物以及氢气流
255 过滤系统
260 微滤系统或超滤系统
265 膜渗透物
270 静态混合器
275 组合膜渗透物以及氢气流
280 反洗水流
285 反洗水供应
290 反洗到水中的排出装置
295 压缩空气流
300 空气冲洗供应
具体实施方式
根据本发明产生的系统以及方法在未经处理海水供给进入基于催化床的脱氧单元之前从未经处理海水供给去除经溶解无机盐以及有机成分等污染物，以便减少脱氧单元的结垢。污染物被发送到处置处。该系统可以由纳滤膜系统、微滤膜系统、超滤膜系统或反渗透膜系统组成。每个膜系统可以具有一级或多级。
首先参考图1，过滤系统10的优选实施例包含两级纳滤膜系统20。含有经溶解无机盐以及有机成分的未经处理海水供给40被引导到两个第一级纳滤膜单元50、60中的一个。尽管图1中示出两个膜单元，但第一级膜单元的数目可以随待处理的未经处理海水的数量以及质量、可用空间的量以及其它因素而改变。每个第一级纳滤膜单元50、60含有接触未经处理海水供给的多个可选择性渗透膜。未经处理海水供给的一部分穿过该膜，形成膜渗透物70、90，该膜渗透物70、90大体上不含经溶解无机盐，该经溶解无机盐是造成有机结垢的水垢以及有机成分的主要成分。来自第一级纳滤膜单元50、60的膜渗透物70、90的流经混合以形成组合膜渗透物流95。剩余的未经处理海水供给被浓缩成膜废弃物80、100的流，该剩余的未经处理海水供给含有经溶解无机盐以及有机成分，该经溶解无机盐以及有机成分太大以至于不能穿过膜。
来自第一级纳滤膜单元50、60的膜废弃物80、100的流经混合以形成组合膜废弃物流105且被导引到第二级纳滤膜单元110。图1示出了单一第二级膜单元。然而，第二级中的膜单元的数目可以随待处理的未经处理海水的数量以及质量、可用空间的量以及其它因素而改变。此纳滤膜单元110还含有多个可选择性渗透膜。这些膜接触组合膜废弃物流105并且允许该流的一部分穿过该膜，从而形成膜渗透物120，该膜渗透物120大体上不含经溶解无机盐，该经溶解无机盐是造成有机结垢的水垢以及有机成分的主要成分。剩余的未经处理海水供给形成可以发送到处置处的经浓缩膜废弃物130的流，该剩余的未经处理海水供给含有经溶解无机盐以及有机成分，该经溶解无机盐以及有机成分太大以至于不能穿过膜。
来自第二级纳滤膜单元110的膜渗透物120的流可以与来自第一级纳滤膜单元50、60的组合膜渗透物流95混合以形成来自第一级以及第二级的组合膜渗透物流98。来自第一级以及第二级的组合膜渗透物流98随后与来自氢气供应140的氢气混合以形成组合膜渗透物以及氢气流150，该组合膜渗透物以及氢气流150被供应到基于催化剂床的脱氧单元30。基于催化剂床的脱氧单元30通过使经溶解氧气与氢气反应来从海水去除经溶解氧气，从而产生经脱氧海水产物160。
尽管图1描绘了两级系统，但过滤膜系统中的级的数目可以根据待脱氧的未经处理海水的特征、可用空间的量、处理未经处理海水所必须用的速率以及其它因素而改变。在单级系统中，未经处理海水供给可以进入一个过滤膜单元或并行操作的多个过滤膜单元。来自每个膜单元的膜渗透物的流可以随后经组合、与氢气混合、并且供应到基于催化剂床的脱氧单元。来自每个膜单元的膜废弃物的流可以经组合且发送到处置处。在具有三个或三个以上级的系统中，来自每级的膜渗透物可以被导引到脱氧单元，而膜废弃物可以被导引到在下一级处的过滤膜单元。在最终级处，膜废弃物可以被发送处置。
现在参考图2，过滤系统165的另一优选实施例包含单级反渗透膜系统170。含有经溶解无机盐以及有机成分的未经处理海水供给40被引导到两个反渗透膜单元180、190中的一个。尽管图2中示出两个膜单元，但膜单元的数目可以随待处理的未经处理海水的数量以及质量、可用空间的量以及其它因素而改变。每个反渗透膜单元180、190含有接触未经处理海水供给的多个可选择性渗透膜。未经处理海水供给的一部分穿过该膜，从而形成膜渗透物200、220，该膜渗透物200、220大体上不含经溶解无机盐，该经溶解无机盐是造成有机结垢的水垢以及有机成分的主要成分。来自反渗透膜单元180、190的膜渗透物200、220的流经混合以形成组合膜渗透物流225。组合膜渗透物流225随后与来自氢气供应140的氢气混合以形成组合膜渗透物以及氢气流250，该组合膜渗透物以及氢气流250供应到基于催化剂床的脱氧单元30。基于催化剂床的脱氧单元30通过使经溶解氧气与氢气反应来从海水去除经溶解氧气，从而产生经脱氧海水产物160。
剩余的海水供给被浓缩成膜废弃物210、230的流，该剩余的海水供给含有经溶解无机盐以及有机成分，该经溶解无机盐以及有机成分太大以至于不能穿过膜。来自反渗透膜单元180、190的膜废弃物210、230的流经组合以形成可以发送到处置处的经浓缩膜废弃物240的流。
尽管图2描绘了单级系统，但过滤膜系统中的级的数目可以根据待脱氧的未经处理海水的特征、可用空间的量、处理未经处理海水所必须用的速率以及其它因素而改变。在多级系统中，未经处理海水供给可以进入一个过滤膜单元或并行操作的多个过滤膜单元。来自每个膜单元的膜渗透物的流可以随后经组合、与氢气混合、并且供应到基于催化剂床的脱氧单元。来自每个单元的膜废弃物可以经组合且被导引到在下一级处的过滤膜单元。此过程可以被重复直到最终级，该最终级导引膜废弃物以处置。
根据本发明产生的系统以及方法还可以经设计以在未经处理海水供给进入基于催化床的脱氧单元之前从未经处理海水供给去除有机成分，以便减少脱氧单元的结垢。有机成分随后从过滤系统去除且经发送用于处理或处置。此过滤系统可以由微滤系统或超滤系统组成。
参考图3，系统255的优选实施例包含过滤系统260，该过滤系统可以是微滤系统或者超滤系统。微滤或“MF”可以去除在大小上等于或大于0.1微米的颗粒，而超滤或“UF”可以去除在大小上等于或大于0.01微米的颗粒。含有有机成分的未经处理海水供给40被引导到过滤系统260。尽管图3中示出一个过滤系统，但过滤系统的数目可以随待处理的未经处理海水的数量以及质量、可用空间的量以及其它因素而改变。未经处理海水供给40穿过过滤系统260，从而形成膜渗透物265的流，该膜渗透物265大体上不含有机成分，该有机成分是有机结垢的主要成分。来自氢气供应140的氢气流随后使用静态混合器270或类似方法被分散通过膜渗透物265的流。组合膜渗透物以及氢气流275随后供应到基于催化剂床的脱氧单元30。基于催化剂床的脱氧单元30通过使经溶解氧气与氢气反应来从海水去除经溶解氧气，从而产生经脱氧海水产物160。
尽管图3描绘了一级系统，但微滤或超滤系统中的级的数目可以根据待脱氧的未经处理海水的特征、可用空间的量、处理未经处理海水所必须用的速率以及其它因素而改变。在多级系统中，未经处理海水供给可以进入一个过滤系统或并行操作的多个过滤系统。如果需要另外去除有机成分的话，来自第一级的经过滤海水随后可以被引导到在下一级处的过滤系统。此过程可以被重复直到最终级，该最终级将经过滤海水导引到脱氧单元。
有机成分可以通过反洗从微滤系统或超滤系统260去除。在反洗中，来自反洗水供应285的反洗水流280在与正常流动方向相反的方向上快速穿过微滤系统或超滤系统260。在过滤系统260中捕获的有机成分因此从过滤介质去除且被夹带在反洗水280中。反洗水280随后通过反洗到水中的排出装置290离开过滤系统260并且可以经发送用于进一步处理或处置。可以在反洗之前或在反洗时间歇地使用空气冲洗以辅助有机成分的去除，在空气冲洗中，来自空气冲洗供应300的经压缩空气流295在与反洗水流280相同的方向上吹过过滤系统260。
尽管用于减少催化海水脱氧单元的无机以及有机结垢的系统的优选实施例已经被详细地描述了，但所属领域的技术人员理解，在不脱离所附权利要求书的范围的情况下，可以在方法步骤的布置以及用于该方法的组件的类型上进行特定改变。

Claims (16)

1.一种用于减少在基于催化床的脱氧单元中的结垢的系统，所述系统包括：
具有多个可选择性渗透膜(50、60)的过滤系统(10)，所述可选择性渗透膜经布置以接触未经处理海水供给(40)并且产生膜渗透物(70、90)；以及
基于催化剂床的脱氧单元(30)，所述基于催化剂床的脱氧单元接收所述膜渗透物(70、90)，
其中所述膜渗透物(70、90)由所述未经处理海水供给的已经穿过所述可选择性渗透膜(50、60)的一部分组成，从而导致去除至少一种污染物。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述过滤系统选自由纳滤膜系统、微滤膜系统、超滤膜系统以及反渗透膜系统组成的群组。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述污染物选自由经溶解无机盐以及有机成分组成的群组。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述过滤系统具有两级。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述过滤系统产生由已经从所述膜渗透物去除的所述污染物组成的经浓缩膜废弃物。
6.根据权利要求1所述的系统，其中氢气在进入所述基于催化剂床的脱氧系统之前被添加到所述膜渗透物。
7.根据权利要求6所述的系统，其中静态混合器被使用以在所述氢气进入所述基于催化剂床的脱氧系统之前分散所述氢气使所述氢气通过所述膜渗透物。
8.一种用于减少在基于催化床的脱氧单元中的结垢的方法，所述方法包括以下步骤：
将多个可选择性渗透膜(50、60)布置在过滤系统(10)内以接触未经处理海水供给；
使所述海水供给的一部分穿过所述可选择性渗透膜(50、60)以产生膜渗透物(70、90)，至少一种污染物已经从所述膜渗透物(70、90)去除；并且
将所述膜渗透物导引到基于催化剂床的脱氧单元(30)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述过滤系统选自由纳滤膜系统、微滤膜系统、超滤膜系统以及反渗透膜系统组成的群组。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述污染物选自由经溶解无机盐以及有机成分组成的群组。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述过滤系统具有两级。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述过滤系统产生由已经从所述膜渗透物去除的所述污染物组成的经浓缩膜废弃物。
13.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括在氢气进入所述基于催化剂床的脱氧系统之前将所述氢气添加到所述膜渗透物的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述氢气通过静态混合器被分散通过所述膜渗透物。
15.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括用水反洗所述过滤系统以从所述可选择性渗透膜去除有机成分的步骤。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括在反洗之前或在反洗期间在与未经处理海水供给的方向相反的方向上吹气使空气通过所述过滤系统的步骤，以辅助从所述可选择性渗透膜去除有机成分。
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