CN107206322A - 具有混合蒸气压缩驱动的膜蒸馏装置及其使用 - Google Patents

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Abstract

一种膜蒸馏驱动组件包括蒸气压缩机、蒸汽膨胀器和原动机，其中总蒸气压缩机负载在蒸汽膨胀器和原动机之间分担。膜蒸馏驱动组件构造成用于驱动膜蒸馏系统，膜蒸馏系统还包括MD模块，其设置在物体内，且构造成接收输入供给流且产生输出产物流动流。蒸气压缩机构造成接收低压蒸汽输入流且产生压缩输出流，蒸汽膨胀器构造成接收高压蒸汽输入流且产生膨胀输出流。压缩输出流和膨胀输出流将中压蒸汽输出流提供至MD模块。原动机由机械或电气联接件中的一者联接到蒸气压缩机上。

Description

具有混合蒸气压缩驱动的膜蒸馏装置及其使用
技术领域
本公开内容大体上涉及膜蒸馏技术。更具体而言，本公开内容涉及膜蒸馏系统以及用于膜蒸馏系统的新颖的蒸气压缩驱动组件。
背景技术
膜蒸馏(MD)是热驱动的分离过程，其通常可用于使水源去离子或脱盐。此外，膜蒸馏可在食物处理、有机材料从水源除去、以及还有但不限于乙醇、纤维素乙醇、金合欢烯和各种生物化学物质(诸如丁醇等)的产生过程中使用。膜蒸馏后面的前提条件是由跨过微多孔膜产生的温度梯度引起的蒸气压差，微多孔膜平衡地分离蒸气-液体/液体-液体相。在作为新兴技术的膜蒸馏过程中特别关注的是驱动蒸气压差的手段，且更具体是驱动蒸气压缩来提供跨过微多孔膜的蒸气压差。
在热脱盐应用中，主要设计范例是再使用水的蒸发的潜热，因为这代表总能量消耗的主要部分。通常使用两个基本途径，第一个是将系统分成相继地较低温度和蒸气压下的多个级，第二选项是再压缩系统中生成的蒸气且将蒸气供给回系统的较高温度和压力水平，在该处其可冷凝且潜热恢复。
已知的膜蒸馏系统使用废热驱动系统中的蒸气再压缩。通常使用的蒸气再压缩过程是热蒸气压缩，其中高压的动力蒸汽注入吸入室中。动力流体的压能因此转换成动能(动压头)，在注入室中产生低(静)压力，且因此夹带存在于该室中的次级流体。两股流的组合质量流然后在高于夹带流体压力的压力下喷射。可实现的压缩比率取决于动力蒸汽和夹带的低压蒸汽的质量流和压力的比率。
纯废热(大约100℃下的蒸汽)驱动的膜蒸馏系统的生产率由初级蒸汽的质量流和MD子系统的级数限制，即，对于给定量的供应蒸汽，最大理论蒸馏质量产量与级数、热损耗和依赖盐度的沸点升高相关。
在膜蒸馏的一个应用中，蒸汽锅炉可用，且通常用于各种目的，诸如，过程加热以及机器和发电机的机械驱动。在此方案中，对于任何额外使用(诸如，由膜蒸馏系统)的蒸汽可用性可由于已知系统装备的瞬时蒸汽需求而贯穿该天经历很宽的变化。当已知系统装备的蒸汽需求碰巧与使用膜蒸馏技术的期望同时发生时，很少的额外蒸汽可用于驱动膜蒸馏系统所需的蒸气压缩。在备选方案中，在对于蒸汽的需求减少且并未完全使用蒸汽锅炉能力时的操作周期期间，锅炉可保持在较高负载下，从而供应蒸汽来驱动膜蒸馏系统。
在膜蒸馏的其他应用中，来自各种不同能量源的能量(诸如，用于蒸汽产生的电力和燃料)，可用于驱动膜蒸馏的操作所需的蒸气压缩。如果那些能量源的成本随时间变化，则在费用振荡时在能量源之间交替以降低系统操作成本可在经济上有利。
因此，需要的是一种新的且改进的膜蒸馏驱动组件和驱动膜蒸馏系统的方法，其允许膜压缩机负载在构件之间分配来以较好适应总体系统能量使用的方式供应压缩机负载。
发明内容
在实施例中，提供了根据实施例的混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件。混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件包括蒸气压缩机、蒸汽膨胀器和联接到蒸气压缩机上的原动机。蒸气压缩机构造成接收低压蒸汽输入流，且产生压缩输出流。蒸汽膨胀器构造成接收具有高于低压蒸汽的压力的高压蒸汽输入流，且产生膨胀输出流。压缩输出流和膨胀输出流提供中压蒸汽输出流。在该组件中，总蒸气压缩机负载在蒸汽膨胀器和原动机之间分担。
在备选实施例中，提供了一种根据另一个实施例的膜蒸馏系统。膜蒸馏系统包括膜蒸馏模块和与膜蒸馏模块流体连通的混合蒸气压缩驱动组件。混合蒸气压缩驱动组件构造成将中压蒸汽引入膜蒸馏模块的高温侧，且从膜蒸馏模块的低温侧取出具有低于中压蒸汽的压力的低压蒸汽，从而产生跨过膜蒸馏模块的温度梯度。混合蒸气压缩驱动组件包括蒸气压缩机、蒸汽膨胀器和联接到蒸气压缩机上的原动机。蒸气压缩机构造成接收低压蒸汽输入流，且产生压缩输出流。蒸汽膨胀器构造成接收具有高于低压蒸汽的压力的高压蒸汽输入流，且产生膨胀输出流。压缩输出流和膨胀输出流提供中压蒸汽输出流。在该组件中，总蒸气压缩机负载在蒸汽膨胀器和原动机之间分担。
在备选实施例中，提供了一种根据另一个实施例的驱动膜蒸馏系统的方法。该方法包括：供应输入供给流中的未净化的流体；提供膜蒸馏模块，其设置在物体内且构造成接收输入供给流且产生输出产物流动流；供应与膜蒸馏模块流体连通的混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件，混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件包括构造成从膜蒸馏模块的低压侧接收低压蒸汽输入流的蒸气压缩机、构造成接收具有高于低压蒸汽的压力的高压蒸汽输入流的蒸汽膨胀器、以及联接到蒸气压缩机上的原动机；使输入供给流作为流动流经过膜蒸馏模块，同时取回低压蒸汽；以下至少一者：在混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件的蒸气压缩机中压缩取回的低压蒸汽以产生压缩输出流，以及在混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件的蒸汽膨胀器中膨胀输入高压蒸汽以产生膨胀输出流，其中输入高压蒸汽具有高于低压蒸汽的压力，其中压缩输出流和膨胀输出流提供具有高于取回的低压蒸汽的压力的中压蒸汽输出流；以及将中压蒸汽引入膜蒸馏模块的高温侧，从而产生跨过MD模块的温度梯度。对混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件的蒸气压缩机的总功率输入(负载)在蒸汽膨胀器和原动机之间分担。
这些和其他优点和特征从结合附图提供的本发明的优选实施例的以下详细描述中将更好理解。
附图说明
图1是根据示例性实施例的包括混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件的膜蒸馏系统的示意图；
图2是根据示例性实施例的混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件的示意图；
图3是根据示例性实施例的混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件的示意图；
图4是根据示例性实施例的混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件的示意图；且
图5是根据示例性实施例的混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件的示意图。
具体实施方式
下文将参照附图来描述本公开内容的优选实施例。在以下描述中，公知的功能或构造未详细描述，以避免以不需要的细节而使本公开内容模糊。
图1是根据示例性实施例的包括混合蒸气压缩驱动组件的示例性膜蒸馏系统10的示意图。对于所示的示例，膜蒸馏系统10包括：膜蒸馏(MD)模块12，其包括多个MD膜14以及以交替或交错构造布置的多个热传递薄膜16。膜蒸馏系统10还包括与其流体连通的混合蒸气压缩驱动组件18。混合蒸气压缩驱动组件18的使用提供了对纯可感知的热驱动的多效膜蒸馏的有发展前景的备选方案，因为其能够使用较高等级的热源来生成低质量流/高压动力蒸汽来驱动MD模块12内的蒸发过程。在此构造中，膜蒸馏过程可利用与机械/电气装置组合的(废)热源以用于驱动该过程，以便以驱动蒸馏过程所需的适合的可用能量源为代价通过一个或多个MD模块的最终效果中生成的蒸汽的再压缩来实现较高性能。
在示例性实施例中，MD模块12设置在物体(诸如，板和框架组件等)内，且构造成接收具有非期望物质(诸如，盐或其他溶质、溶解的气体、有机化合物、或来自液体供给源(未示出)的其他杂质)的未净化的液体的输入供给流22。在用于脱盐时，输入供给流22可为海水或半咸水。尽管本文中未示出液体供给源，但预期的是，源可为罐、或任何其他适合的液体供给源(诸如，来自另一个系统的供给流)或与供给源(诸如，水系，诸如海洋或湖泊)连通的入口。示出了输出流25(诸如盐水)，且其可构造成再循环回到输入供给流22中或供给到下游的额外MD模块中。膜蒸馏系统10产生输出产物流动流(产物流)24，其可为出自MD模块12的稀释液体，且可相比于输入供给流22具有较低浓度的非期望种类。在一些示例中，输出产物流动流24可循环到额外MD模块以用于进一步蒸馏。关于MD模块12的操作和示例性构造的额外信息在Andrew P. Shapiro的共同转让的美国专利第8512567号"VaporCompression Membrane Distillation System and Method"中描述，其通过引用以其整体并入本文中。
在示例性实施例中，MD模块12以一种方式设置在罐20内，使得提供流动流23经由输入供给流22和输出流25的入流和出流、以及输出产物流动流24的产生。MD模块12构造成包括其中的多个液体流通道和蒸气流通道。在实施例中，第一末端蒸气流通道26形成在罐20的侧壁21和第一MD膜28之间且由它们界定。第一液体流通道30形成在第一MD膜28和第一热传递薄膜32之间且由它们界定。第二液体流通道34形成在第二MD膜36和第二热传递薄膜38之间且由它们界定。第二末端蒸气流通道40形成在第二热传递薄膜38和罐20的侧壁21之间且由它们界定。交错的膜28、36和薄膜32、38形成MD模块12。
如之前指出的那样，膜模块12由混合蒸气压缩驱动组件18驱动。在实施例中，混合蒸气压缩驱动组件18的入口42联接到第一末端蒸气通道26上，且混合蒸气压缩驱动组件18的出口44联接到第二末端蒸气通道40上。混合蒸气压缩驱动组件18以及通道26和40的联接提供中压下的热蒸汽引入MD模块12的一侧(热)、以及低压下的较冷蒸汽从MD模块12的另一侧(冷)取回。如本文使用的用语"低压蒸汽"、"高压蒸汽"和"中压蒸汽"旨在描述各蒸汽流之间的关系。通常，对于水脱盐应用，MD模块的冷侧处取回的低压蒸汽包括具有大约1-50kPa的绝对压力的蒸汽。同样，到混合蒸气压缩驱动组件18中且目前描述的高压蒸汽输入包括具有通常在75-300 kPa的范围中的绝对压力的蒸汽。MD模块12的热侧处的中压蒸汽输入包括具有高压和低压蒸汽输入的压力之间的压力的蒸汽。
在蒸馏过程期间，液体(诸如输入供给流22)如由流动流23指出的那样经过MD模块12，且蒸馏产物离开MD模块12作为输出产物流动流24。更特别地，在实施例中，待脱盐的液体经由输入供给流22引入形成在MD膜28和热传递薄膜32之间的第一液体流通道30。如图1中所示，MD模块12可构造成使得流动流23是通道26、30、34、40内输送的蒸气和热的方向的逆流。备选地，流动流23可并联地流过各个MD模块12中的若干液体流通道。
在图1中所示的实施例中，分别包括单个MD膜14和热传递薄膜16的两个重复的MD对44形成MD模块12且实现脱盐。应当理解的是，可预期到任何数目的MD对44可用于形成MD模块12，且图1的实施例仅为示范性的且不旨在为限制性的。
在蒸馏过程期间，混合蒸气压缩驱动组件18包括来自MD模块12的低温侧48的低压蒸汽输入流46、以及高压蒸汽输入流66。低压蒸汽输入流46的压缩引起温度升高，且与高压蒸汽输入流66组合，形成具有高于低压蒸汽输入流46的温度和压力的温度和压力的中压蒸汽输出流50。中压蒸汽输出流50引入MD模块12的高温侧52。以此方式，存在跨过MD模块12的温度梯度。该温度梯度引起从MD模块12的热侧52至冷侧48的蒸气流通道40和26中的逐渐地较低的蒸气压。MD膜28、36中的每一个的冷侧48上的较低蒸气压驱动穿过MD膜28、36的水蒸气62通量。在各个重复对44中，经过MD膜28、36的水蒸气62冷凝，从而形成冷凝物64，且经由输出产物流动流24收集作为产物水。取决于蒸气压缩比率和MD模块12中的重复对44的数目，可保持跨过MD模块12的不同温度和蒸气压降。大体上，重复对44越多且直接地传递到蒸发的冷凝的潜热的部分越高，则热效率将越高。对于压缩的一质量单位的蒸气，合理的是预期将产生3-10单位的纯水形式的产物。
在常规膜蒸馏构造中，冷凝水的潜热传递至供给流的可感知的热来实现高热效率。该常规过程限制在于，水的潜热与水的比热的比率迫使冷凝流的质量流远小于吸收潜热的液体流的质量流。在公开的实施例中，冷凝的潜热直接地传递至蒸发的潜热。以此方式，输出产物流动流24(冷凝)和输入供给流22的质量流可为相同的数量级。这简化了系统设计，且允许了构造高效率MD模块。
现在参照图2-5，在示意图中示出了用于如本文公开的图1的混合蒸气压缩驱动组件18的多个构造。类似的标号贯穿图2-5用于指出类似的元件。在图2-5的公开实施例中，蒸馏蒸气压缩由外部原动机(目前描述)(诸如电气马达等)、和使用高压蒸汽(诸如，图1的高压蒸汽输入流66)同时驱动。更具体而言，在公开实施例中的每一个中，混合蒸气压缩驱动组件构造成蒸气压缩机负载由此在蒸汽膨胀器和原动机(诸如，电气马达等)之间分开。
在使用高压蒸汽以用于其他目的的设施中，膜蒸馏系统10可在设备瞬变或高压蒸汽需求增加的周期期间主要由原动机驱动。在高原动机操作成本的情形期间，诸如较高电价的一天中的时数，蒸气压缩机负载可转移至高压蒸汽膨胀器。在又一个构造中，蒸气压缩机负载在高压蒸汽膨胀器和原动机之间分担。
本文公开的混合蒸气压缩驱动组件18(图1)可以以各种方式实现。更具体而言，公开的驱动组件可使用正位移、往复和旋转压缩机和膨胀器构造。公开的驱动组件还可使用单级或多级压缩机和膨胀器实现。实际的构件构造可根据膜蒸馏系统的需要(压力比率、流率等)而改变。如本文公开的那样，驱动组件构件之间的联接可通过机械或电气。联接可根据特定系统要求以各种不同方式实现，且例如可使用链传动、带、液压联接件和齿轮联接件来实现。所有提出的构造可在可变的轴速度下操作，以寻求可变负载下的最佳系统效率。
更特别地参照图2，在该具体实施例中示出了混合蒸气压缩驱动组件100，其大体上类似于图1的混合蒸气压缩驱动组件18。在该具体实施例中，混合蒸气压缩驱动组件100构造为单轴混合系统。驱动组件100包括蒸气压缩机102、蒸汽膨胀器104和原动机106。在优选实施例中，原动机106是燃气涡轮，且蒸汽膨胀器104是高速旋转机器。在另一个实施例中，原动机106是联接到往复蒸汽膨胀器104上的较小速度的机器，诸如，电气马达或活塞发动机。蒸气压缩机102、蒸汽膨胀器104和原动机106构造成包括机械联接件108，且更具体而言构造成共用共同的传动轴110和旋转速度。
混合蒸气压缩驱动组件100(且更具体是蒸气压缩机102)的入口112(大体上类似于图1的入口42)，联接到MD模块12(且更具体是第一末端蒸气通道26(图1))上，以用于接收来自MD模块12(图1)的低压蒸汽输入流46。此外，蒸汽膨胀器104的入口114联接到高压蒸汽源(诸如，锅炉)上，以用于接收高压蒸汽输入流66。蒸气压缩机102的出口118和蒸汽膨胀器104的出口120提供来自蒸气压缩机102的压缩输出流122和来自蒸汽膨胀器104的膨胀输出流124的输出。在实施例中，压缩输出流122和膨胀输出流124的混合提供中压蒸汽输出流50至MD模块12。更具体而言，出口118和120联接到第二末端蒸气通道40(图1)上，以用于将中压蒸汽输出流50输入至MD模块12(图1)。
在实施例中，在操作期间，原动机106、和/或高压蒸汽输入流66提供驱动力以用于混合蒸气压缩驱动组件100。更具体而言，原动机106可经由传动轴110提供驱动力至蒸气压缩机102。传动轴110还可将驱动力从蒸汽膨胀器104经由至蒸气压缩机102的高压蒸汽66的流的输入提供至压缩机102。因此，压缩机102上的负载在原动机106和蒸汽膨胀器104之间分担。如之前指出的那样，在使用高压蒸汽以用于其他目的的设施中，膜蒸馏系统12(图1)可在设备瞬变或高压蒸汽需求增加的周期期间主要由原动机106驱动。在高原动机操作成本的情形期间，蒸气压缩机负载可转移至高压蒸汽膨胀器104。以此方式，驱动蒸气压缩机102所需的功率可在原动机106和蒸汽膨胀器104之间以较好适合总体设备操作的方式分担。
现在参照图3，在该具体实施例中示出了混合蒸气压缩驱动组件150，其大体上类似于图1的混合蒸气压缩驱动组件18。在该具体实施例中，混合蒸气压缩驱动组件150构造成一速度比率齿轮混合系统，因此包括机械联接件。类似于之前描述的实施例，驱动组件150包括蒸气压缩机102、蒸汽膨胀器104和原动机106。相比于之前的实施例，蒸气压缩机102、蒸汽膨胀器104和原动机106构造成包括机械联接件108，且更具体而言构造成经由第一传动轴154和第二传动轴156共用齿轮机械联接件152。在实施例中，压缩机102和蒸汽膨胀器104构造成共用第二传动轴156和旋转速度。原动机106可在可变速度下操作。在优选实施例中，原动机106是较低速度原动机，诸如电气马达或内燃机。
混合蒸气压缩驱动组件150(且更具体是蒸气压缩机102)的入口112(大体上类似于图1的入口42)，联接到MD模块12(且更具体是第一末端蒸气通道26(图1))上，以用于接收来自MD模块12(图1)的低压蒸汽输入流46。此外，蒸汽膨胀器104的入口114联接到高压蒸汽源(诸如，锅炉)上，以用于接收高压蒸汽输入流66。蒸气压缩机102的出口118和蒸汽膨胀器104的出口120提供来自蒸气压缩机102的压缩输出流122和来自蒸汽膨胀器104的膨胀输出流124的输出。压缩输出流122和膨胀输出流124的混合提供中压蒸汽输出流50至MD模块12。更具体而言，出口118和120联接到第二末端蒸气通道40(图1)上，以用于将中压蒸汽输出流50输入至MD模块12(图1)。
在操作期间，原动机106和/或高压蒸汽输入流66提供驱动力以用于混合蒸气压缩驱动组件150。更具体而言，原动机106经由第一传动轴154将驱动力提供至该一速度比率齿轮联接件152。在实施例中，该一速度比率齿轮联接件152包括第一旋转构件158和第二旋转构件160。齿轮联接件152响应于由原动机106施加的力而提供第二传动轴156的旋转移动。齿轮联接件152的旋转移动从而将驱动力从原动机106经由第二传动轴156传递至压缩机102和蒸汽膨胀器104。齿轮联接件152还可从蒸汽膨胀器104经由高压蒸汽66的流的输入提供驱动力至蒸气压缩机102。因此，压缩机102上的负载在原动机106和蒸汽膨胀器104之间分担。如之前指出的那样，在使用高压蒸汽以用于其他目的的设施中，膜蒸馏系统12(图1)可在设备瞬变或高压蒸汽需求增加的周期期间主要由原动机106驱动。在高原动机操作成本的情形期间，蒸气压缩机负载可转移至高压蒸汽膨胀器104。驱动蒸气压缩机102所需的总功率可在原动机106和蒸汽膨胀器104之间以较好适合总体设备操作的方式分担。
现在参照图4，在该具体实施例中示出了混合蒸气压缩驱动组件200，其大体上类似于图1的混合蒸气压缩驱动组件18和图3的混合蒸气压缩驱动组件150。在该具体实施例中，混合蒸气压缩驱动组件200构造成两速度比率齿轮混合系统，因此包括机械联接件。类似于之前描述的图3的实施例，驱动组件200包括蒸气压缩机102、蒸汽膨胀器104和原动机106。蒸气压缩机102、蒸汽膨胀器104和原动机106构造成包括机械联接件108，且更具体而言构造成经由第一传动轴204、第二传动轴206和第三传动轴208共用齿轮联接件202。更具体而言，原动机106经由第一传动轴204、齿轮联接件202和第二传动轴206联接到蒸气压缩机102上。原动机106此外经由第一传动轴204、齿轮联接件202和第三传动轴208联接到蒸汽膨胀器104上。如描述的原动机106、压缩机102和蒸汽膨胀器104的联接允许各个构件以不同旋转速度操作。混合蒸气压缩驱动组件200的该实施例可在使用旋转和往复机器两者以用于蒸气压缩和蒸汽膨胀的系统中找到最佳用途。在优选实施例中，原动机106是较低速度原动机，诸如电气马达或内燃机。
混合蒸气压缩驱动组件200(且更具体是蒸气压缩机102)的入口112(大体上类似于图1的入口42)，联接到MD模块12(且更具体是第一末端蒸气通道26(图1))上，以用于接收来自MD模块12(图1)的低压蒸汽输入流46。此外，蒸汽膨胀器104的入口114联接到高压蒸汽源(诸如，锅炉)上，以用于接收高压蒸汽输入流66。蒸气压缩机102的出口118和蒸汽膨胀器104的出口120提供来自蒸气压缩机102的压缩输出流122和来自蒸汽膨胀器104的膨胀输出流124的输出。压缩输出流122和膨胀输出流124的混合提供中压蒸汽输出流50至MD模块12。更具体而言，出口118和120联接到第二末端蒸气通道40(图1)上，以用于将中压蒸汽输出流50输入至MD模块12(图1)。
在操作期间，原动机106和/或高压蒸汽输入流66提供驱动力以用于混合蒸气压缩驱动组件200。更具体而言，原动机106经由第一传动轴204将驱动力提供至两速度比率齿轮联接件202。在实施例中，该两速度比率齿轮联接件包括第一旋转齿轮构件210、第二旋转齿轮构件212和第三旋转齿轮构件214。响应于由原动机106施加的力，第一传动轴204旋转且提供齿轮联接件202(且更具体是第一旋转构件210)的旋转移动，其中旋转传递至第二旋转构件212和第三旋转构件214。更具体而言，齿轮联接件202提供驱动力经由旋转构件210和212以及第二传动轴206从原动机106至压缩机102的传递。齿轮联接件202还提供驱动力经由旋转构件210和214以及第三传动轴208从原动机106至蒸汽膨胀器104的传递。齿轮联接件202还可经由高压蒸汽66的流的输入将驱动力从蒸汽膨胀器104提供至蒸气压缩机102。因此，压缩机102上的负载在原动机106和蒸汽膨胀器104之间分担。如之前指出的那样，在使用高压蒸汽以用于其他目的的设施中，膜蒸馏系统12(图1)可在设备瞬变或高压蒸汽需求增加的周期期间主要由原动机106驱动。在高原动机操作成本的情形期间，蒸气压缩机负载可转移至高压蒸汽膨胀器104。驱动蒸气压缩机102所需的总功率可在原动机106和蒸汽膨胀器104之间以较好适合总体设备操作的方式分担。压缩机102的旋转速度根据操作便利性可变。在此方案中，由于齿轮联接件，故原动机106和蒸汽膨胀器104还将以可变旋转速度操作。
现在参照图5，在该具体实施例中示出了混合蒸气压缩驱动组件250，其大体上类似于图1的混合蒸气压缩驱动组件18。在该具体实施例中，混合蒸气压缩驱动组件250构造成包括驱动构件之间的电气联接件252。类似于之前描述的实施例，驱动组件250包括蒸气压缩机102、蒸汽膨胀器104和原动机106。此外，混合蒸气压缩驱动组件250包括联接到蒸汽膨胀器104上的发电机254、以及电气输入/输出256。在该具体实施例中，压缩机负载部分或完全由发电机254供应，从而与电网(且更具体是电气输入/输出256)并联操作。改变发电机254的输出以及由蒸汽膨胀器104的相关联的高压蒸汽消耗提供了高压蒸汽输入流66和电气输入/输出256之间的压缩机能量使用的转移。在系统未连接到电气输入/输出256上的备选实施例中，对混合蒸气压缩驱动组件250的输入可由一个或多个局部发电机供应。
在该具体实施例中，电气输入/输出256联接到原动机106和发电机254上，且构造成向其提供电能。原动机106经由第一传动轴154联接到蒸气压缩机102上。发电机254经由第二传动轴156联接到蒸汽膨胀器104上。如描述的原动机106、压缩机102和蒸汽膨胀器104的联接允许各个以不同的旋转速度操作。混合蒸气压缩驱动组件250可在使用旋转和/或往复机器以用于蒸气压缩和蒸汽膨胀的系统中找到最佳用途。在优选实施例中，原动机106是较低速度原动机，诸如电气马达。
混合蒸气压缩驱动组件250(且更具体是蒸气压缩机102)的入口112(大体上类似于图1的入口42)，联接到MD模块12(且更具体是第一末端蒸气通道26(图1))上，以用于接收来自MD模块12(图1)的低压蒸汽输入流46。此外，蒸汽膨胀器104的入口114联接到高压蒸汽源(诸如，锅炉)上，以用于接收高压蒸汽输入流66。蒸气压缩机102的出口118和蒸汽膨胀器104的出口120提供来自蒸气压缩机102的压缩输出流122和来自蒸汽膨胀器104的膨胀输出流124的输出。压缩输出流122和膨胀输出流124的混合提供中压蒸汽输出流50至MD模块12。更具体而言，出口118和120联接到第二末端蒸气通道40(图1)上，以用于将中压蒸汽输出流50输入至MD模块12(图1)。
在操作期间，原动机106和/或高压蒸汽输入流66经由电气输入/输出256和/或发电机254提供驱动力以用于混合蒸气压缩驱动组件250。更具体而言，原动机106经由第一传动轴154将驱动力提供至压缩机102。第一传动轴154提供驱动力经由旋转的第一传动轴154从原动机106至压缩机102的传递。第二传动轴156提供驱动力经由旋转的第二传动轴156从蒸汽膨胀器104至发电机254的传递。因此，压缩机102上的负载在原动机106、发电机254和蒸汽膨胀器104之间分担。如之前指出的那样，在使用高压蒸汽以用于其他目的的设施中，膜蒸馏系统12(图1)在设备瞬变或高压蒸汽需求增加的周期期间由原动机106主要通过使用从电力输入256取得的能量来驱动。在用于电力输入256处可用的能量的高成本的情形下，蒸气压缩机负载可转移至高压蒸汽膨胀器104和发电机254。驱动蒸气压缩机102所需的总功率可在电力输入256和蒸汽膨胀器104之间以较好适合总体设备操作的方式分担。
因此，公开了一种膜蒸馏系统，且更具体是用于膜蒸馏系统的混合蒸气压缩驱动组件，其使用蒸气压缩且在蒸汽膨胀器和原动机之间分配膜压缩机负载。本文公开的混合蒸气压缩驱动组件具有的优于常规机械驱动的膜蒸馏系统的优点在于该系统提供最大能量效率，且增加膜蒸馏系统的操作灵活性。具体而言，混合蒸气压缩驱动组件提供最佳操作开支下的操作(商业优点)，且较好适合总体设备能量使用。在一个具体情况下，该系统在还使用蒸汽以用于不同于膜蒸馏的其他目的的地点允许蒸汽锅炉最佳使用，在已经具有就位的蒸汽生成能力且考虑对其过程加入膜蒸馏的地点缓解了对提高蒸汽锅炉能力的需要，且允许降低能量成本，因为膜蒸馏系统的蒸气压缩机负载可随能量费用在相对较短的时间周期(通常几小时)内变化而转移至更方便经济的能量源。
公开的膜蒸馏系统(且更具体是用于膜蒸馏系统的混合蒸气压缩驱动组件)的另一个优点可在MD级的较高相对产量中找到。因为需要较少温度和压力级，故这些级可相比于纯热系统显著较大。所得的较高平均蒸汽温度且因此密度导致相比于跨越较宽温度范围的系统中将预期的较低压力损耗和较高平均通量。此外，对散热的需要显著降低，因为出自最终级的蒸气并未在较低温度下冷凝，而是改为供给回到该系统的高温级中。
尽管本公开内容在典型实施例中示出和描述，但其不旨在限于所示细节，因为可进行各种改型和置换，而不以任何方式脱离本公开内容的精神。因此，本领域的技术人员仅使用例行试验就可想到本文公开的本公开内容的其他改型和等同方案，且相信所有此类改型和等同方案在如由以下权利要求限定的本公开内容的精神和范围内。

Claims (20)

1.一种混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件，包括：
蒸气压缩机，其构造成接收低压蒸汽输入流，且产生压缩输出流；
蒸汽膨胀器，其构造成接收具有高于所述低压蒸汽的压力的高压蒸汽输入流，且产生膨胀输出流，其中所述压缩输出流和所述膨胀输出流提供中压蒸汽输出流；以及
原动机，其联接到所述蒸气压缩机上，
其中总蒸气压缩机负载在所述蒸汽膨胀器和所述原动机之间分担。
2.根据权利要求1所述的混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件，其特征在于，所述原动机是燃气涡轮发动机、电气马达和内燃机中的一者或多者。
3.根据权利要求1所述的混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件，其特征在于，所述原动机还联接到所述蒸汽膨胀器上。
4.根据权利要求3所述的混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件，其特征在于，所述原动机由机械联接件而联接到所述蒸气压缩机和所述蒸汽膨胀器上。
5.根据权利要求4所述的混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件，其特征在于，所述机械联接件包括链传动、带联接件、液压联接件或齿轮联接件中的一者。
6.根据权利要求1所述的混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件，其特征在于，所述原动机由电气联接件而联接到所述蒸气压缩机上。
7.根据权利要求1所述的混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件，其特征在于，还包括发电机，其中所述发电机联接到所述蒸汽膨胀器和所述原动机上，且将变化的电气输入提供至所述原动机。
8. 一种膜蒸馏系统，包括：
膜蒸馏模块；以及
混合蒸气压缩驱动组件，其与所述膜蒸馏模块流体连通，且构造成将中压蒸汽输出流引入所述膜蒸馏模块的高温侧，且从所述膜蒸馏模块的低温侧接收具有低于所述中压蒸汽的压力的低压蒸汽输入流，从而产生跨过所述膜蒸馏模块的温度梯度，所述混合蒸气压缩驱动组件包括：
蒸气压缩机，其构造成接收低压蒸汽输入流，且产生压缩输出流；
蒸汽膨胀器，其构造成接收具有高于所述低压蒸汽的压力的高压蒸汽输入流，且产生膨胀输出流，其中所述压缩输出流和所述膨胀输出流提供所述中压蒸汽输出流；和
原动机，其联接到所述蒸气压缩机上，
其中总蒸气压缩机负载在所述蒸汽膨胀器和所述原动机之间分担。
9.根据权利要求8所述的膜蒸馏系统，其特征在于，所述膜蒸馏模块还包括与多个热传递薄膜交错的多个膜蒸馏膜，所述多个膜蒸馏膜和所述多个热传递薄膜构造成间隔开以在其间限定多个通道。
10.根据权利要求9所述的膜蒸馏系统，其特征在于，还包括分别由膜蒸馏膜和热传递薄膜界定的多个液体流通道。
11.根据权利要求8所述的膜蒸馏系统，其特征在于，还包括：第一末端蒸气流通道，其形成在膜蒸馏膜和所述膜蒸馏模块设置在其中的所述物体的表面之间且由它们界定；以及第二末端蒸气流通道，其形成在热传递薄膜和所述膜蒸馏模块设置在其中的所述物体的表面之间且由它们界定。
12. 根据权利要求8所述的膜蒸馏系统，其特征在于，所述混合蒸气压缩驱动组件还包括：
联接到所述第一末端蒸气流通道上的入口，所述入口构造成接收低压蒸汽输入流；以及
联接到所述第二末端蒸气流通道上的出口，所述出口构造成排放所述中压蒸汽输出流。
13.根据权利要求8所述的膜蒸馏系统，其特征在于，所述原动机是燃气涡轮发动机、电气马达和内燃机中的一者或多者。
14.根据权利要求8所述的膜蒸馏系统，其特征在于，所述原动机由机械齿轮联接件而联接到所述蒸气压缩机和所述蒸汽膨胀器上。
15.根据权利要求8所述的膜蒸馏系统，其特征在于，所述原动机由电气联接件而联接到所述蒸气压缩机上。
16.根据权利要求8所述的膜蒸馏系统，其特征在于，还包括发电机，其中所述发电机联接到所述蒸汽膨胀器和所述原动机上，且将变化的电气输入提供至所述原动机。
17.一种驱动膜蒸馏系统的方法，包括：
供应输入供给流中的未净化的流体；
提供膜蒸馏模块，其设置在物体内且构造成接收所述输入供给流且产生输出产物流动流；
供应与所述膜蒸馏模块流体连通的混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件，所述混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件包括构造成从所述膜蒸馏模块的低温侧接收低压蒸汽输入流的蒸气压缩机、构造成接收具有高于所述低压蒸汽的压力的高压蒸汽输入流的蒸汽膨胀器、以及联接到所述蒸气压缩机上的原动机；
使所述输入供给流作为流动流经过所述膜蒸馏模块，同时取回所述低压蒸汽输入流；
以下至少一者：在所述混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件的蒸气压缩机中压缩所述低压蒸汽输入流以产生压缩输出流；以及在所述混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件的蒸汽膨胀器中膨胀所述高压蒸汽输入流以产生膨胀输出流，其中所述高压蒸汽输入流具有高于所述低压蒸汽输入流的压力，其中所述压缩输出流和所述膨胀输出流提供具有高于低压蒸汽输入流的压力的中压蒸汽输出流；以及
将所述中压蒸汽输出流引入所述膜蒸馏模块的高温侧，从而产生跨过所述MD模块的温度梯度，
其中对所述混合蒸气压缩膜蒸馏驱动组件的蒸气压缩机的总负载在所述蒸汽膨胀器和所述原动机之间分担。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述原动机是燃气涡轮发动机、电气马达和内燃机中的一者或多者。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述原动机由机械联接件而联接到所述蒸气压缩机和所述蒸汽膨胀器上。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述原动机由电气联接件而联接到所述蒸气压缩机和发电机上。
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