CN105457331A - 从含溶质物质提取溶质的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了从含溶质物质提取溶质的装置和方法，其中的一种装置包括：用于接收液化气体和含溶质物质并提供含有液化气体和溶质的第一液体之提取单元；及再生单元，其包括：用于接收于其内呈薄膜状态流动的第一液体并提供由第一液体蒸发而得之第一气体和含有溶质的第二液体的第一腔室，第一腔室具有第一温度和第一压力；用于压缩第一气体为压缩气体的压缩机；用于接收压缩气体并提供压缩气体液化而得之再生液的第二腔室，第二腔室具有高于第一温度的第二温度和高于第一压力的第二压力，第二腔室与第一腔室直接相邻；以及，包围第一腔室和第二腔室于其中的壳体。本发明也涉及相应的方法。

Description

从含溶质物质提取溶质的装置和方法

技术领域

本发明涉及从含溶质物质提取溶质的装置和方法。

背景技术

气体，如二甲醚、丙烷、丁烷、乙烯、甲烷、乙烷、二氧化碳或它们的任意组合，有时在液化元件中液化以被用作从含溶质物质提取溶质的溶剂。提取后，液化溶剂通常在蒸发元件蒸发以与溶质分离。为循环利用气态溶剂，蒸发得到的气体被送回液化元件以重复使用。

蒸发元件和液化元件有时通过热交换器连接以回收蒸发的液化气体溶剂的潜热。因为蒸发元件和液化元件需要在高压运转，且热交换器体积庞大，所以三个元件分开设置的成本昂贵且能源利用效率低。

所以，需要提供新的从含溶质物质提取溶质的装置和方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的从含溶质物质提取溶质的装置和方法。

一方面，本发明的实施例涉及一种装置，包括：用于接收液化气体和含溶质物质并提供含有液化气体和溶质的第一液体之提取单元；及再生单元，其包括：用于接收于其内呈薄膜状态流动的第一液体并提供由第一液体蒸发而得之第一气体和含有溶质的第二液体的第一腔室，第一腔室具有第一温度和第一压力；用于压缩第一气体为压缩气体的压缩机；用于接收压缩气体并提供压缩气体液化而得之再生液的第二腔室，第二腔室具有高于第一温度的第二温度和高于第一压力的第二压力，第二腔室与第一腔室直接相邻；以及，包围第一腔室和第二腔室于其中的壳体。

另一方面，本发明的实施例涉及一种方法，包括：将含溶质物质与液化气体在提取单元中接触以提供含有液化气体和溶质的第一液体；第一液体在第一腔室内呈薄膜状态流动以提供由第一液体蒸发得之第一气体和含有溶质的第二液体，第一腔室具有第一温度和第一压力；压缩第一气体为第二腔室提供压缩气体；及，从第二腔室提供由压缩气体液化而得之再生液，第二腔室有比第一温度高的第二温度和比第一压力大的第二压力，第二腔室与第一腔室直接相邻，第二腔室和第一腔室被壳体包围。

附图说明

参考附图阅读下面的详细描述，可以帮助理解本发明的特征、方面及优点，其中：

图1-3所示为本发明实施例所涉及的装置的示意图。

具体实施方式

除非本申请中清楚另行定义，用到的科学和技术术语的含义为本申请所属技术领域的技术人员所通常理解的含义。本申请中使用的“包括”、“包含”、“具有”、或“含有”以及类似的词语是指除了列于其后的项目及其等同物外，其他的项目也可在范围以内。

本申请中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于所述具体数量，还包括与所述数量接近的、可接受的、不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于所述精确数值。在某些实施例中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。

在说明书和权利要求中，除非清楚地另外指出，所有项目的单复数不加以限制。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的材料或实施例等。

除非上下文另外清楚地说明，术语“或”、“或者”并不意味着排他，而是指存在提及项目(例如成分)中的至少一个，并且包括提及项目的组合可以存在的情况。

本申请说明书中提及“一些实施例”等等，表示所述与本发明相关的一种特定要素(例如特征、结构和/或特点)被包含在本说明书所述的至少一个实施例中，可能或不可能出现于其他实施例中。另外，需要理解的是，所述发明要素可以任何适合的方式结合。

在下文中，将根据附图说明本发明的实施方式，将不会详细描述众所周知的功能和结构，以避免因不必要的细节而使本发明变得令人费解。

图1-3所示为本发明实施例所涉及的装置10、20和30的示意图。

一些实施例中，装置10、20、30包括：用于接收液化气体116、216、316和含溶质物质123、223、323并提供含有液化气体116、216、316和溶质的第一液体106、206、306的提取单元；及再生单元113、213、313，其包括：用于接收于其内呈薄膜状态流动的第一液体106、206、306并提供由第一液体106、206、306蒸发而得之第一气体107、207、307和含有溶质的第二液体118、218、318的第一腔室105、205、305，第一腔室105、205、305具有第一温度和第一压力；用于压缩第一气体107、207、307为压缩气体102、202、302的压缩机114、214、314；用于接收压缩气体102、202、302并提供压缩气体102、202、30液化而得的再生液103、203、303的第二腔室101、201、301，第二腔室101、201、301具有高于第一温度的第二温度和大于第一压力的第二压力，第二腔室101、201、301与第一腔室15、205、305直接相邻。第一腔室105、205、305和第二腔室101、201、301包围于壳体130、230、330中。

液化气体116、216、316可由任何在约25oC和大约1个大气压气态存在且能于液相溶解溶质的气体溶剂液化而得。气体溶剂的例子包括，但不限于，二甲醚、丙烷、丁烷、乙烯、甲烷、乙烷、二氧化碳或它们的任意组合。

含溶质物质123、223、323可以是固体、浆体、液体或其任意组合。溶质可以是存在于含溶质物质123、223、323中并且可以溶解于液化气体116、216、316的任何材料。

一些实施例中，气体溶剂为二甲醚，含溶质物质123、223、323为含油污泥或油砂，而溶质为油、水或者其任意组合。

一些实施例中，当来自再生单元113、213、313的液化气体116、216、316的量相对于含溶质物质123、223、323的量而言不足时，或在装置10、20、30刚开始运转而没有来自再生单元113、213、313的液化气体116、216、316时，将进料溶剂124、224、324提供给提取单元100、200、300。进料溶剂124、224、324可为与液化气体116、216、316相同或不同的液化气体溶剂。

提取单元100、200、300可具有任何容器与/或元件，在其中液化气体116、216、316与/或进料溶剂123、223、323与含溶质物质123、223、323相接触，以从含溶质物质123、223、323提取溶质来提供含有液化气体116、216、316和溶质的第一液体106、206、306。

一些实施例中，提取单元100、200、300包含提取元件121、221、321和分离元件122、222、322。

提取元件121、221、321可为任何容器，于其中液化气体116、216、316和进料溶剂124、224、324中的任何一个或多个可同含溶质物质123、223、323接触以提取溶质并提供混合物125、225、325。一些实施例中，提取元件121、221、321包含搅拌元件(未图示)，用以促进液化气体116、216、316与/或进料溶剂124、224、324同含溶质物质123、223、323的混合。搅拌元件类型的示例包括，但不限于，推进式、斜浆式、涡轮式、框式、螺杆式、或其任意组合。

分离元件122、222、322可包括任何固-液分离元件或液-液分离元件。一些实施例中，分离元件122、222、322与提取元件121、221、321相互分离。以如此方式，提取和分离在两个单独的元件/容器中进行。一些实施例中，分离元件122、222、322与提取元件121、221、321一体设置。以此方式，提取和分离在同一元件/容器中完成。

一些实施例中，分离元件122、222、322将源自提取单元121、221、321的含溶质物质123、223、323和液化气体116、216、316与/或进料溶剂123、224、324的混合物125、225、325分离为固相126、226、326和液相(第一液体106、206、306)，比如通过过滤的方式。第一液体106、206、306主要包含液化气体116、216、316和液化气体116、216、316所提取的溶质。

第一液体106、206、306可以任何方式进入第一腔室105、205、305，只要其能在第一腔室105、205、305内呈薄膜状态流动。一些实施例中，如图2和图3所示，再生单元213、313具有一个液体分配器208、308，以薄膜的形式分配第一液体206、306至第一腔室205、305的腔壁209、309。

第一腔室105、205、305中，第一液体106、206、306呈薄膜状态流动，接收源于第二腔室101、201、301的热能104、204、304，并被分离为由其蒸发而得之第一气体107、207、307和含有溶质的第二液体118、218、318。

本申请提及的“呈薄膜状态流动”或类似用语是指一种液体流动形式，其中第一液体106、206、306在第一腔室105、205、305内以薄膜形态沿着第一腔室105、205、305与第二腔室101、201、301之间的腔壁109、209、309流动。在此流动方式中，第一腔室105、205、305并未为第一液体106、206、306所充满。

流动的液体薄膜的厚度，即，从薄膜液体131、231、331的暴露表面至与之相反的和腔壁109、209、309相接触的薄膜液体131、231、331表面的距离，可以变化，只要在沿与第一液体106、206、306流动方向相垂直的方向上，第一腔室105、205、305未被第一液体106、206、306所充满。一些实施例中，腔壁109、209、309为圆柱面构造，液体薄膜131、231、331的厚度小于第一腔室105、205、305内径之四分之一。

第二液体118、218、318为第一液体106、206、306蒸发得到第一气体107、207、307后的残留液体。第二液体118、218、318可为单一液体物质、组合液体物质或液气组合物质。一些实施例中，第二液体118、218、318不包括任何第一气体107、207、307。一些实施例中，第二液体118、218、318包含溶解的第一气体107、207、307，液化的第一气体107、207、307，或其组合。

一些实施例中，再生单元113、213、313包括加热元件117、217、317，其从第一腔室105、205、305接收第二液体118、218、318并提供第二气体119、219、319和第三液体120、220、320。

第二气体119、219、319可为溶解于第二液体118、218、318的第一气体107、207、307及/或第二液体118、218、318中的液化的第一气体107、207、307蒸发而得之第一气体107、207、307。

第三液体120、220、320为从第二液体118、218、318中分离第二气体119、219、319后的残留液。第三液体120、220、320具有比第二液体118、218、318更高的温度。溶质可以从第二液体118、218、318及/或第三液体120、220、320中回收。

一些实施例中，再生单元113、213具有第二压缩机127、227，其接收第二气体119、219并为压缩机114或第二腔室201提供第三气体128、228。再生单元113、213、313可包括多于两个的压缩机，虽然在附图中仅示意了一个或两个压缩机。

压缩机114、214、314、127、227可为任何气体压缩机(或泵)，其通过缩小体积来增大气体压力，例如离心式压缩机、对角线或混流式压缩机、轴流式压缩机、往复式压缩机、旋转式螺杆压缩机、旋转叶片式压缩机、涡旋式压缩机、隔膜式压缩机(也被称为膜压缩机)、气泡式压缩机，或其任意组合。

压缩气体102、202、302具有第三温度和第三压力，第一气体107、207、307具有比第三温度低的第四温度和比第三压力小的第四压力，因此第二腔室101、201、301中的第二温度比第一腔室105、205、305中的第一温度高，第二腔室101、201、301中的第二压力比第一腔室102、205、305中的第一压力大。

第一腔室105、205、305和第二腔室101、201、301彼此直接相邻并被壳体130、230、330包围以一起构成再生器132、232、332，从而再生器132、232、332的结构紧凑、性价比高。

再生器132、232、332可用于任何兼需蒸发液体和液化气体的装置。再生器132、232、332可由任何承压与/或导热材料制成。一些实施例中，再生器132、232、332由金属材料制成，例如纯金属与合金。一些实施例中，再生器132、232、332由钢制成，例如不锈钢和碳钢。

一些实施例中，再生器132、232、332为热交换器，如双管式换热器、管壳式换热器、板式换热器、板壳式换热器、绝热轮式换热器、板翅式换热器、枕板式换热器、流体换热器或其任意组合。在这些实施例中，第一腔室105、205、305和第二腔室101、201、301均处于热交换器中。

本申请提及的“直接相邻”或类似用语是指除用来分隔第一腔室105、205、305与第二腔室101、201、301的结构(如腔壁和翅片、波纹等腔壁上的附属、延伸结构)外，第一腔室105、205、305与第二腔室101、201、301之间没有其它部件。

第二腔室101、201、301可以任何方式与第一腔室105、205、305直接相邻。一些实施例中，如图1所示，第一腔室105包围着第二腔室101。一些实施例中，再生器132为圆柱式构造，第一腔室105和第二腔室101同轴，圆弧形腔壁109将第一腔室105与第二腔室101中分隔。圆弧形腔壁109定义位于其中的第二腔室101，并与外壁(壳)一起定义位于其间的第一腔室105。一些未图示的实施例中，第二腔室包围第一腔室。

一些实施例中，如图2和3所示，第二腔室201、301与第一腔室205、305交替设置。一些实施例中，再生器232、332为管壳式热交换器，其具有多个包围于壳体230、330中的管子229、329。第一腔室205、305位于管子229、329之内并与第二腔室201、301交替设置。第二腔室201、301位于壳体230、330之内、管子229、329之外。

第二腔室101、201、301中，压缩气体102、202、302液化为再生液103、203、303。热能104、204、304由第二腔室101、201、301传递至第一腔室105、205、305。热能104、204、304为压缩气体102、202、302的热能与压缩气体102、202、302液化产生的热能之组合。第一液体106、206、306在第一腔室105、205、305内呈薄膜状态流动并接收热能104、204、304用以蒸发，故再生器132、232、332的能量使用效率高。

一些实施例中，如图1-3所示，再生器132、232、332包含输出再生液103、203、303的第一输出口110、210、310和输出第一气体107、207、307的第二输出口111、211、311。

一些实施例中，第二输出口111、211位于第一输出口110、210的相反一侧。如图1和2所示，第二输出口111、211位于再生器132、232的上边，而第一输出口110、210位于再生器132、232的下边。如此，再生液103、203向下流动，其与第一气体107、207向上流向相反。

一些实施例中，如图3所示，第二输出口311位于第一输出口310同一侧，即，再生器332的下边。如此，再生液303和第一气体307均沿同一方向向下流动。

一些实施例中，第一腔室105、205中第一气体107、207的流向与第一液体106、206的流向相反。一些实施例中，第一腔室305中第一气体307的流向与第一液体306流向相同。

一些实施例中，再生单元113、213、313具有冷却元件115、215、315，用以接收再生液103、203、303并提供冷却液，即，液化气体116、216、316。冷却液具有比再生液103、203、303低的温度。一些实施例中，再生液103、203、303未经冷却就被直接被送回提取单元100、200、300，在此情况下，再生液103、203、303为液化气体116、216、316。一些实施例中，再生液103、203、303并不返回提取单元100、200、300，而是输出到其他地方。

每个冷却元件115、215、315和加热元件117、217、317可包含任何热交换器，用以在介质和再生液103、203、303/第二液体118、218、318之间进行热交换。一些实施例中，冷却元件115、215、315内介质为冷却水。一些实施例中，加热元件117、217、317的介质为热水。每个冷却元件115、215、315和加热元件117、217、317可包括双管式热交换器、管壳式热交换器、板式换热器、板壳式换热器、传热轮式换热器、板翅式换热器、枕板式换热器、流体换热器，或其任意组合。

虽然结合特定的实施例对本发明进行了描述，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (10)

1.一种装置，包括：

用于接收液化气体和含溶质物质并提供含有液化气体和溶质的第一液体之提取单元；

及再生单元，其包括：用于接收于其内呈薄膜状态流动的第一液体并提供由第一液体蒸发而得之第一气体和含有溶质的第二液体的第一腔室，第一腔室具有第一温度和第一压力；用于压缩第一气体为压缩气体的压缩机；用于接收压缩气体并提供压缩气体液化而得之再生液的第二腔室，第二腔室具有高于第一温度的第二温度和高于第一压力的第二压力，第二腔室与第一腔室直接相邻；以及，包围第一腔室和第二腔室于其中的壳体。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该第一腔室包围第二腔室或与第二腔室交替设置，或者第二腔室包围第一腔室。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括：用于以薄膜形式分配第一液体至第一腔室的液体分配器。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一腔体和第二腔体位于热交换器内。

5.一种方法，包括：

将含溶质物质与液化气体在提取单元中接触以提供含有液化气体和溶质的第一液体；

第一液体在第一腔室内呈薄膜状态流动以提供由第一液体蒸发得之第一气体和含有溶质的第二液体，第一腔室具有第一温度和第一压力；

压缩第一气体为第二腔室提供压缩气体；及

从第二腔室提供由压缩气体液化而得之再生液，第二腔室有比第一温度高的第二温度和比第一压力大的第二压力，第二腔室与第一腔室直接相邻，第二腔室和第一腔室被壳体包围。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该第一腔室包围第二腔室或与第二腔室交替设置，或者第二腔室包围第一腔室。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，包括，提供进料溶剂给提取单元。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，用液体分配器将第一液体以薄膜形式分配至第一腔室。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第一液体于第一腔室中沿与第一气体的流动方向相同或相反的方向流动。

10.如权利要求5所述的方法，包括：冷却再生液以提供液化气体。