CN116075484A - 净化水和产生水蒸气的系统 - Google Patents

Abstract

一种用于净化流体和回收蒸气的系统和方法，特别是处理和再循环油区蒸汽处理中使用的水，利用蒸发‑脱盐单元将污染水流分离成污染处理流和清洁水蒸气流。污染水流在与来自油井的组合油水流分离后被回收。清洁水蒸气流优选通过蒸汽产生器以产生用于油区蒸汽处理的蒸汽。蒸汽被注入指定油井的油区，然后作为组合的油和水流被提取。一旦用足够的外部水充注，由于水/蒸气/蒸汽循环，所述系统和方法被设计为以最小的补充量连续运行。

Description

净化水和产生水蒸气的系统

技术领域

本发明涉及一种用于净化水和产生水蒸气的系统。更具体地，本发明涉及一种改进的方法，所述方法利用一系列传感器和控制系统通过水平水处理容器来蒸发水，去除溶解的固体，并从污染的水中最大化地回收饮用水。

背景技术

脱盐(desalinization也称为desalination或desalinisation)是指从水中去除过量盐、矿物质和其他天然或非天然污染物的许多工艺之一。历史上，脱盐将海水转化为船上的饮用水。现代的脱盐工艺仍在船舶和潜艇上使用，以确保船员持续的饮用水供应。但是，淡水资源匮乏的干旱地区越来越多地使用脱盐技术。在这些地区，来自海洋的盐水被脱盐为适合消费(即饮用)或灌溉的淡水。脱盐工艺中的高浓度废物通常被称为盐水(brine)，盐(NaCl)是典型的主要副产品。大多数现代人对脱盐的兴趣集中在开发成本效益高的工艺，为淡水供应有限的干旱地区提供淡水。

大规模脱盐通常成本高昂，通常需要大量能源和昂贵的基础设施。例如，世界上最大的脱盐厂主要使用多级闪蒸(flash distillation)，每年可生产3亿立方米(m³)的水。美国最大的脱盐厂每天脱盐2500万加仑(9.5万立方米)的水。全球约有13000家脱盐厂每天生产超过120亿加仑(4500万立方米)的水。因此，本领域中不断需要改进脱盐方法，即降低成本并提高相关系统的效率。

脱盐可通过许多不同的工艺进行。例如，一些工艺使用简单的基于蒸发的脱盐方法，如多效蒸发(multi-effect evaporation；MED或简称ME)、蒸气-压缩蒸发(vapor-compression evaporation；VC)和蒸发-冷凝(evaporation-condensation)。一般来说，蒸发-冷凝是自然在水文循环期间进行的自然脱盐工艺。在水文循环中，水从湖泊、海洋和溪流等来源蒸发到大气中。蒸发的水然后接触较冷的空气，形成露水或雨水。所得水通常不含杂质。水文工艺可以通过一系列蒸发冷凝工艺进行人工复制。在基本操作中，盐水被加热至蒸发。盐和其他杂质从水中溶解出来，并在蒸发阶段留下。蒸发的水随后被冷凝、收集并作为淡水储存。多年来，蒸发冷凝系统得到了极大的改进，特别是随着更高效的技术的出现，促进了所述工艺。但是，这些系统仍然需要大量的能量输入来蒸发水。另一种基于蒸发的脱盐方法包括多级闪蒸，如上所述。多级闪蒸采用真空蒸馏。真空蒸馏是通过在蒸发室内形成真空，在低于大气压的条件下使水沸腾的工艺。因此，真空蒸馏在比MED或VC低得多的温度下操作，因此需要更少的能量来蒸发水以从中分离污染物。考虑到能源成本的上升，所述工艺是特别理想的。

替代脱盐方法可包括基于膜的工艺，如反渗透(reverse osmosis；RO)、电渗析(electrodialisys reversal；EDR)、纳滤(nanofiltration；NF)、正渗透(forwardosmosis；FO)和膜蒸馏(membrane distillation；MD)。在这些脱盐工艺中，反渗透是应用最广泛的。反渗透利用半透膜和压力从水中分离盐和其他杂质。反渗透膜被认为是有选择性的。也就是说，膜对水分子高度渗透，而对溶解在其中的盐和其他污染物高度不渗透。膜本身储存在昂贵且高压的容器中。容器布置膜以最大化表面积和通过其中的盐水流速。传统的渗透脱盐系统通常使用两种技术中的一种来在系统内产生高压：(1)高压泵；或(2)离心机。高压泵有助于通过膜过滤盐水。系统中的压力根据泵的设置和盐水的渗透压力而变化。渗透压取决于溶液的温度和溶解在其中的盐的浓度。或者，离心机通常效率更高，但实施起来更困难。离心机以高速旋转溶液以分离溶液中不同密度的材料。与膜结合，悬浮盐和其他污染物沿着膜的长度受到恒定的径向加速度。反渗透的一个常见问题是随着时间的推移，悬浮盐的去除和膜的堵塞。

反渗透水脱盐装置的运营费用主要取决于驱动高压泵或离心机所需的能源成本。可以将液压能量(hydraulic energy)回收系统集成到反渗透系统中，以对抗与已经能量密集的工艺相关联的不断上升的能量成本。此涉及回收部分输入能量。例如，涡轮机特别能够在需要高操作压力和大量盐水的系统中回收能量。涡轮机在液压下降期间回收能量。因此，基于膜的相对侧之间的压力差，在反渗透系统中回收能量。盐水侧的压力比脱盐水侧的压力高得多。压降产生可由涡轮机回收的相当大的液压能量。因此，在反渗透膜的高压和低压部分之间产生的能量被利用，而不是完全浪费。回收的能量可用于驱动任何系统部件，包括高压泵或离心机。涡轮机有助于减少脱盐所需的总体能源支出。

一般而言，反渗透系统通常比热蒸馏消耗更少的能量，因此更具成本效益。虽然反渗透在微咸水(brackish water)溶液中效果良好，但在与盐浓度较高的溶液(如海洋盐水)一起使用时，反渗透可能会变得过载且效率低下。其他效率较低的脱盐方法可包括离子交换、冷冻、地热脱盐、太阳能加湿(HDH或MEH)、甲烷水合物结晶、高品位水再循环或RF诱导的高温。不管何种工艺，脱盐仍然是能源密集型的。未来的成本和经济可行性继续取决于脱盐技术的价格和运行系统所需的能源成本。

在另一种脱盐方法中，Burke，Jr.的第4891140号美国专利公开了一种通过破坏性蒸馏从水中分离和去除溶解矿物和有机物质的方法。在这里，水在受控压力下被加热成蒸气。当水蒸发时，溶解的盐颗粒和其他污染物从溶液中脱落。一体式水力旋流离心机加快了分离工艺。加热的高压的清洁水通过热交换和液压马达将能量传递回系统。因此，净能耗相对低于上述工艺。事实上，净能源消耗基本上等同于设备运行中的泵损失和热损失。这种设计的一个特别优点是不需要更换膜。所述工艺去除了化学物质和其他物质，否则这些物质会损坏或破坏基于膜的脱盐装置。

华莱士(Wallace)的另一项专利，第4287026号美国专利，公开了一种从盐水和其他微咸水中去除溶解固体形式的盐和其他矿物质以生产饮用水的方法和设备。水在高温和高离心速率下被迫通过几个脱盐阶段。优选地，内部部件以高达2马赫的速度旋转水，以有效地将溶解的盐和其他溶解的固体从蒸发的水中分离和悬浮。悬浮盐和其他矿物质被离心力向外排出，与水蒸气分开排出。分离和纯化的蒸气(vapor)或蒸汽(steam)然后冷凝回饮用水。与反渗透和类似的过滤系统相比，所述系统需要显著更少的操作能量来高效且经济地净化水。这种设计的一个缺点是旋转轴内置于垂直腔室中。因此，旋转轴部分仅通过轴承和轴承盖牢固地锚定在基础装置上。在高转速(例如超过1马赫)时，振动会导致轴承轴和密封失效。另一个缺点是，一系列腔室在壳体部分用螺栓连接在一起。穿孔板通过O形密封圈连接到这些部分。由于多个腔室和壳体部分通过多个螺母和螺栓连接，因此由于盐渗透，壳体和O形密封圈会随着时间的推移而磨损。特别是，华莱士(Wallace)设计的组装特别费力。维护同样是劳动密集型的，因为拆卸每个壳体部分(包括O形圈、螺母和螺栓)需要大量时间。当然，设备必须在进行必要的维护后重新组装。每个外壳部分必须小心地放回一起，以确保它们之间的密封。随着设备老化，所述系统也容易出现各种扭矩和维护问题，如O形圈泄漏。此外，旋转轴通过齿轮传动装置连接到动力源，这有助于解决与轴承、轴和密封件相关的上述可靠性问题。所述系统还没有公开用于根据被脱盐的盐水的渗透压力来调节旋转轴部分的速度的装置。因此，华莱士脱盐机的静态操作不如其他现代脱盐设备有效。

因此，本领域需要一种改进的系统，所述系统包括用于监测实时系统信息的传感器和用于调节系统的机械操作的控制器，以最大化水的净化(decontamination)，例如水的脱盐，并最小化能量消耗。这样的系统还包括多个再循环的循环(recycling cycle)，以将饮用水的回收率从约80％增加到约96％至99％之间，应包括聚合物辅助回收系统，以提取残余化合物的微量元素，并且应比本领域已知的其他脱盐系统消耗更少的能量。本发明满足了这些需求并提供了进一步的相关优点。

发明内容

本发明涉及一种用于处理流体(例如净化或脱盐水)并产生水蒸气(包括蒸汽)的系统。用于净化流体和回收蒸气的系统开始于流体连接到废水过滤器装置的废水供应。废水过滤器装置流体连接至废水进料罐。纯化(purification)单元上的废水入口接收来自所述过滤器装置的过滤输出，以将废水分离成污染物流和蒸气流。

纯化单元具有大致水平的细长容器，其包括多个交替间隔的旋转托盘与固定挡板，这些沿细长容器垂直设置在细长容器的第一端和第二端之间，细长容器的第一端靠近废水入口，细长容器的第二端靠近污染物出口和清洁水蒸气出口。污染罐与污染物出口流体连接，用于储存污染物。蒸气管道流体连接清洁水蒸气出口。

废水进料罐可包括被配置为接收蒸气管道的热交换器。蒸气管道流体地通过热交换器，以冷凝从纯化单元输出的清洁水蒸气。净化水回收罐在通过所述热交换器之后流体连接蒸气管道，并且被配置为存储冷凝水以供后续处理或分配。

作为使蒸气管道通过热交换器的替代方案，蒸气管道可流体连接到用于将蒸气流(vapor flow)转换成蒸汽流(steam flow)的蒸汽产生器。蒸汽产生器的输出然后可流体连接到蒸汽涡轮机，用于将蒸汽流转换成电。蒸汽涡轮机产生的电可以连接到电网或蓄电池以供后续使用。在某些情况下，蒸汽涡轮机可接收直接来自蒸气管道的蒸气流，绕过或省略对蒸汽产生器的需求。

代替进入蒸汽涡轮机，来自蒸汽产生器的蒸汽管道可与石油井口上的蒸汽喷射器流体连接或与流体连接到地下油层的类似结构流体连接。油水分离器可接收从油区提取的组合油水流，以便将其分离成油产品流和废水供应。气体分离器可以流体地设置在油井口和油水分离器之间，以便分离组合油水流中夹带的气体。

在蒸发-脱盐或纯化单元内，每个旋转托盘具有多个勺，每个勺具有第一直径的入口和第二较小直径的出口，每个固定挡板具有多个孔，每个孔具有第一直径的入口和第二小直径的出口。纯化单元可进一步包括内套筒，其设置在多个交替间隔的旋转托盘和固定挡板的下游的细长容器中，所述内套管形成通向所述污染物出口的环形通道。

本发明还涉及一种用于处理和再循环在油区蒸汽处理循环中使用的水的方法。所述方法开始于将蒸汽流注入地下油层，以刺激和提高其产油率。从地下油层中提取组合的原油和水流。组合的原油和水流被分离成原油流和污染水流。污染水流通过大颗粒过滤装置过滤，从而产生过滤水流。过滤水流通过蒸发-脱盐单元处理，其中蒸发脱盐单元将过滤水流分离成污染物流和清洁蒸气流。最后，清洁蒸气流被泵送通过蒸汽产生器以产生蒸汽流。

所述方法还可以包括将外部水流引入蒸汽产生器宏，以便引入足够的水来启动油区蒸汽处理循环。所述方法还可包括在与地下油层分离的处理井中处理污染物流。原油流可储存在储储存罐中，用于后续处理和商业分配。所述方法还可包括在执行分离步骤之前对组合的原油和产出水流进行脱气。

蒸发-脱盐单元优选具有大致水平的细长容器，其具有多个交替间隔的旋转托盘和固定挡板，其沿细长容器在细长容器的第一端和第二端之间垂直设置。多个交替间隔的旋转托盘和固定挡板可进一步包括：在多个旋转托盘的每个上的多个勺，每个勺具有第一直径的入口和第二较小直径的出口，在多个固定挡板中的每一个上的多个孔，每个孔具有第一直径的入口和第二较小直径的出口。蒸发-脱盐单元可包括内套筒，所述内套筒设置在多个交替间隔的旋转托盘和固定挡板的下游的细长容器中，所述内套管形成通向污染物出口的环形通道。

蒸发-脱盐单元优选地包括定义内腔的细长容器。所述容器通常水平定向。在所述容器中形成用于将流体引入其中的入口。多个托盘以彼此间隔的关系设置在内腔中。各托盘包括液体和蒸气通过的勺子。每个挡板有多个孔，液体和蒸气都可以通过这些孔。优选地，孔具有第一直径的入口和第二较小直径的出口。在一个实施例中，至少一个托盘包括从其前表面延伸的流动导向器，其被配置为将流体流引向托盘的周边。

可旋转轴穿过各挡板，并连接到所述托盘上，以便在各挡板保持静止的同时，在内腔内旋转托盘。驱动装置使轴旋转。通常，在各挡板和轴之间设置间隙或低摩擦材料层或套筒或轴承。

污染物出口形成在容器中，并且通常与污水箱流罐连通。内套筒设置在托盘和挡板下游的内腔中。内套筒靠近污染物出口，并形成从内腔通向污染物出口的环形通道。水蒸气出口也形成在容器中，并与蒸气回收罐连通，用于将蒸气冷凝成液态水。在一个实施例中，至少一个经处理的污水罐流体连接到容器，用于通过使经处理的污水再次通过系统来对受污染的水进行再处理。

在一个实施例中，控制器可用于调节轴的旋转速度或输入到容器中的水。至少一个传感器与控制器通信。至少一个传感器被配置为确定以下中的至少一个：1)轴或托盘的旋转速度，2)内腔的压力，3)流体的温度，4)流体输入速率，或5)待处理流体中的污染物的级别。

在一个实施例中，涡轮机连接到容器的蒸气出口并可操作地连接到发电机。流体被加热至至少沸腾温度以产生蒸汽，蒸气(vapor)和/或蒸汽(steam)通过可操作地连接到发电机的涡轮机。处理过的流体回流可以设置在涡轮机和容器流体入口之间。可替代地，轴可延伸出容器并直接或间接地耦合到发电机。

本发明的其他特征和优点将从以下结合附图的更详细描述中变得明显，附图举例说明了本发明的原理。

附图说明

附图用于说明本发明。在这些附图中：

图1是根据本发明的用于净化水和产生水蒸气的系统的俯视示意图和局部剖视图；

图2是图1的系统的侧视示意图和局部剖视图；

图3是水处理容器上部打开的俯视图

图4是根据本发明连接至便携式框架的水平水处理容器的端视图；

图5是其中具有多个勺的旋转托盘的俯视图；

图6是托盘的一部分及其勺的横截面图；

图7是根据本发明使用的挡板的俯视图；

图8是托盘的侧视图，托盘前面放置有水导向器；

图9是挡板的一部分的横截面图，显示了挡板的锥形孔；

图10是根据本发明所示的连接到变速器，然后连接到水处理容器的轴的电动机；

图11是与图1类似的本发明系统的示意图，但示出了根据本发明的控制箱和各种传感器的结合；

图12是本发明系统的俯视示意图，包括涡轮机和发电机；

图13是水处理容器的端视图，显示了其蒸汽出口；

图14是图12系统的侧视示意图；

图15是根据本发明的用于净化水和产生蒸气的系统的替代实施例的前示意图和部分截面图；

图16是图15的系统的托盘和挡板的特写；

图17是图15系统中描述的具有入口和出口的容器的下部透视图；

图18是沿图17的线18-18截取的图17的容器的横截面；

图19是图15的系统的带有托盘和挡板的轴的图示；

图20是图15的系统的托盘的图示；

图21是图15的系统的挡板的图示；

图22是由图20中的线22-22表示的托盘的侧视图；

图23是图20中23-23线所示托盘的相对侧视图；

图24是由图21中的线24-24指示的挡板的侧视图；

图25是设置在容器中的轴、托盘和挡板的局部剖视图；

图26是沿图20的线26-26截取的托盘的截面图；

图27是沿图21的线27-27截取的挡板的横截面图；

图28是本发明的系统的控制屏幕的示意图；

图29是在本发明的水处理容器的各个点发生的过程的示意图；

图30是图15系统的带有托盘和挡板的轴的一个实施例示意图，所述轴的直径增加，托盘和挡板上的勺和孔的数量增加；

图31是摘自图30的托盘的侧视图；

图32是摘自图30的挡板的侧视图；

图33是本发明的系统的一个实施例示意图，包括盐水捕获系统和储存罐；

图34是本发明的盐水捕获系统的示意图；

图35是本发明的系统的一个实施例示意图，包括具有水力发电机的高架冷凝器及保持罐；

图35A是图35的冷凝器的示意图；

图36是本发明的系统的一个实施例示意图，包括盐水再循环系统和盐水干燥系统；

图37是本发明的系统的一个实施例示意图，包括具有图形显示的控制系统；

图38是带有主屏幕图形显示的控制系统示意图；

图39是带有图形屏幕图形显示的控制系统示意图；

图40是带有趋势屏幕图形显示的控制系统示意图；

图41是根据本发明的脱盐水回收系统和方法的流程图说明；

图42是根据本发明的蒸汽和发电系统和处理的流程图；

图43是根据本发明的油区蒸汽处理的示意图。

具体实施方式

如图所示，为了说明的目的，本发明涉及一种用于净化水并产生水蒸气的系统和方法。本发明的方法和系统特别适用于盐水(例如海洋或其他微咸水)以及河水或其他液体/泥浆的脱盐。此优选处理将用于本文的示例性目的，尽管本领域技术人员将理解，本发明的系统和方法可用于净化其他水源。本发明可用于去除溶解或悬浮固体(净化)以及重金属和其他污染物。此外，如本文将更充分地描述的，本发明的系统和方法可以与相对清洁的水结合使用，以产生蒸汽形式的水蒸气，所述水蒸汽具有足够的压力和温度，以便通过涡轮机，所述涡轮机可操作地连接到发电机以发电，或其他蒸汽加热应用。

在以下描述中，描述了用于净化水和产生水蒸气的本发明方法和系统的多个实施例。在这些实施例中，并参考附图，将使用相同的附图标记来表示功能等同的部件。

现参考图1和图2，所述系统(蒸发脱盐-单元)通常由附图标记10表示，包括定义内腔14的水处理容器或腔室12，其中从水中去除盐和其他溶解固体和污染物，以产生基本上无矿物质的饮用水。在一个实施例中，处理容器12经由进料罐管20通过入口阀18从进料罐16接收污水。在此图示中，入口阀18通过侧壁横向进入容器12。入口阀18可以如下所述交替地定位。水源可以是海水或海水、其他微咸水，甚至是被其他污染物污染的水。此外，本发明设想直接从水源供应受污染的水，其中不必使用进料罐16。

现参考图3，在一个实施例中，容器12包括下壳体12a和上壳体12b，使得下壳体12a和上壳体12b可以相对于彼此打开或移除，以便接近容器12的内腔14内的内容物。容器12也可以构造为与下壳体和上壳体相对的单个单元。水处理容器12在内腔14内包括多个彼此间隔开的可旋转托盘22，并具有设置在每对托盘22之间的挡板24。如本文将更充分地解释的，可旋转托盘22包括穿过其形成的多个勺26，并且挡板24通常包括具有穿过其形成多个孔28的板。挡板24固定在容器12上，以便于固定。挡板24可包括设置在容器的下壳体12a中的下部和连接到容器12的上壳体12b并设置在容器12的下壳体12a和上壳体12b中的上部，所述上部设计成当容器12的下壳体12a和上壳体12b彼此接合并闭合时形成单个挡板。可替换地，每个挡板24可以包括单个片体，单个片体在先前的实施例中附接到下壳体12a或上壳体12b，或者在单个单元实施例中在多个点处附接到下壳体12a或上壳体12b。在任一实施例中，当水和水蒸气通过挡板24时，挡板24将保持大致静止。

如图2、图10、图11和图12所示，变频驱动器30可以调节电动机32驱动传动装置34和相应的轴36的速度。轴36可旋转地连接到轴承等，通常是用合成油润滑的非摩擦轴承、施密特(Schmitt)耦合器或位于容器12的大致相对端的陶瓷轴承38和40。轴36延伸穿过托盘22和挡板24，使得只有托盘22通过轴旋转。也就是说，托盘22耦接到轴36。轴承或低摩擦材料，例如特氟隆层(Teflon)或套筒，设置在旋转轴36和孔板挡板24之间，以减少它们之间的摩擦，同时稳定和支撑旋转轴36。Teflon不是首选，因为它可能会磨损并污染流体。

可替换地，如图2A和图12A所示，系统10可以由直接连接到轴36的一端的直接驱动电动机32a控制。直接驱动电动机32a允许使用高速电动机或燃气涡轮机直接驱动。通过使用直接驱动电动机32a，可以避免与传动装置中固有的阻力相关的功率和作用力的下降。例如，在典型的齿轮驱动系统中，200HP和300ft-lb的电动马达在齿轮传动后可产生60HP和90ft-lb的转子参数。相比之下，直接驱动电动马达只需要提供60HP和90ft-lb即可在转子上实现相同的参数，因为传动中的齿轮被消除，因此不会出现减速。

尽管本发明的具有齿轮驱动传动装置的系统10可以为固定装置或移动装置，如在拖车上，但在直接驱动系统中的传动装置的消除有利于系统10的移动。更小、更紧凑的直接驱动系统10更容易安装在拖车上，拖车更容易移动并从现场运输到现场。

从附图中可以看出，水处理容器12大致水平定向。这与Wallace’026装置形成对比，其中水处理腔通常垂直定向，旋转轴的顶部由轴承和轴承盖固定，轴承盖支撑腔室本身。因此，旋转轴部分仅牢固地锚定在装置的底座上。在高转速下，系统内的振动会导致轴承、轴和密封失效。相反，将水处理容器12水平安装到框架结构42上，沿容器12的长度分布旋转载荷，并减少振动，例如谐波振动，否则可能导致过度的轴承、轴和密封失效。此外，将容器12安装到框架结构42增强了系统10的便携性，这将在本文中更充分地描述。通过每个挡板24支撑非常快速旋转的轴36进一步稳定轴和系统，并减少由此引起的振动和损坏。

如上所述，轴36和托盘22以非常高的速度(例如马赫数2)旋转，尽管诸如马赫数1.7的较慢速度已被证明是有效的。这使水移动通过托盘22的勺26，勺26旋转并加热水，从而形成水蒸气，污染物、盐和其他溶解的固体被留下并从水蒸气中落下。大部分进水通过1)真空蒸馏而被蒸发和2)与第一旋转盘22碰撞时产生的气穴(cavitation)而蒸发，离心和轴向流压缩导致温度和压力升高，因为轴RPM和温度/压力升高或降低之间存在直接关系。水和水蒸气然后通过挡板24的孔28，然后再通过下一个带勺26的旋转托盘22进行处理。托盘22和挡板24的构造被设计成通过在托盘22的周边和通过挡板24的中心开口59提供足够的间隙来最小化或消除轴36的旋转中的阻力和摩擦。同时，围绕托盘22的周边和通过挡板24的中心开口59的泄漏将被最小化，以提高效率。

当水和水蒸气通过容器12的每个子腔室时，水蒸气的温度升高，从而产生额外的水蒸气，并将盐、溶解的固体和其他污染物留在剩余的水中。作用在水和污染物上的离心力迫使水到达内腔14的壁，并进入一组通道44，其将污染物和未蒸发的水引导到出口46。产生的水蒸气通过形成在容器12中的水蒸气出口48。因此，水蒸气和污染物以及剩余的水彼此分离。需要注意的是，系统10产生水蒸气(water vapor)，而不是蒸汽(steam)。水蒸发蒸汽是通过压力降低和温度升高的组合产生的。系统10将水蒸气的温度保持在等于或低于蒸汽的温度，从而避免蒸发潜热和将液态水转化为蒸汽所需的额外能量。因此，使水蒸气返回液态水所需的能量相应地较低。

如上所述，托盘22由轴36旋转。如上所述，轴36由多个轴承支撑在水处理容器12的内部。轴承通常是用合成油、钢或陶瓷润滑的非摩擦轴承。现有技术的脱盐系统包括在高转速和高温下会失效的标准滚柱轴承。因此，现有技术中已知的脱盐系统具有与标准滚子轴承相关的高故障率。在本发明中，经润滑的非摩擦轴承、密封钢球轴承或陶瓷轴承38和40比标准滚子轴承更耐用，并且在高转速和高温度下不太经常发生故障。轴承38、40可包括内部润滑管，以允许润滑剂流过其中，从而最小化操作中的磨损。轴承38、40还包括振动传感器(如下所述)，以监测和最小化运行期间发生的振动量。此外，轴36可以由低摩擦材料(例如特氟隆套筒)间歇地支撑(套筒)或设置在挡板24和轴36之间的轴承50。这进一步确保了轴36上的重量和力的均匀分布，并提高了系统的操作和寿命。

现参考图5和图6，示出了示例性托盘22，其具有多个形成在其中的勺26。尽管在图5中示出了十四个勺26，但是应当理解，数量可以变化，并且在单个托盘22中可以是几十个，因此虚线表示各种数量的多个勺。

图6是其中形成的托盘22和勺26的横截面图。在特别优选的实施例中，勺26是锥形的，使得其入口52的直径大于其出口54的直径。锥形勺26基本上是文丘里(Venturi)管，其具有基本上垂直于旋转托盘基座22的水平表面的垂直开口或入口52。液体和蒸气加速通过锥形勺26，因为锥形勺在其入口52处具有较大的体积，而在其出口或出口54处具有较小的体积。由于文丘里效应，从锥形勺26的入口到出口的体积变化导致速率增加。结果，液态水和水蒸气被进一步加速和搅拌，导致温度和压力升高。这进一步使得能够从水蒸气中分离污染物。锥形勺26可以通过本领域已知的任何方式附接到旋转托盘22。

再者，将认识到，在旋转托盘22的整个区域中将分布或多或少的锥形勺26，勺26的特定数量和尺寸将根据本发明的系统10的操作条件而变化。此外，勺26的角度(在图6中示出为大约45度)可以从托盘到托盘22变化。也就是说，通过增加旋转勺的角度，例如在随后的托盘上增加25度至31度至36度，在下一个托盘上增加40度、45度等，旋转托盘22的勺26的角度的增加适应了随着水蒸气通过容器12而形成的水蒸气的压力的增加。角度的增加还可用于进一步搅拌和产生水蒸气，并增加水蒸气的压力，这可用于蒸汽涡轮机，如本文将更充分地描述的。

现在参考图7和图9，图7中示出了呈穿孔板形式的挡板24。在这种情况下，挡板24形成为第一板构件56和第二板构件58，它们通过连接器60连接到容器12的内壁。连接器60可以包括螺栓、销钉、杆或任何其他适当的连接装置。可替换地，如上所述，挡板24可以形成为连接到上壳体12b或下壳体12b的单个单元。当形成为双板构件56和58时，优选地，当容器12关闭时，板构件56与58彼此相互接合，从而有效地形成单个挡板24。

如上所述，多个孔28穿过挡板24形成。图9是一个这样的孔28的横截面图。与上述托盘类似，孔优选包括直径大于其出口64的入口62，使得孔28是锥形的，这将增加通过其中的水和水蒸气的压力和速率，从而进一步增加温度并从水中产生额外的蒸气。类似于上述托盘22，孔28可以形成在整个挡板中，如一系列虚线所示。孔28的特定数量和尺寸可以根据系统10的操作条件而变化。

现在参考图8，轴36被示出为延伸穿过旋转托盘22。在一个实施例中，锥形水导向器66位于托盘22的前面。例如，导向器66可以具有45度角，以使穿过挡板24的中心开口59的剩余水和蒸气从轴36偏转并朝向托盘22的外围或外边缘偏转，以改善蒸发并提高饮用水的回收率。

再次参考图3和图4，如上所述，在一个特别优选的实施例中，容器12可以形成为两个壳体或部分12a和12b。此可根据需要快速检查和更换容器组件。优选地，内腔的壁14和任何其他部件，如托盘22、挡板24、轴36等，用美乐石(Melonite)或其他减摩和抗腐蚀物质处理。当然，这些部件可以由耐腐蚀且具有低摩擦系数的材料构成，例如抛光不锈钢等。容器12的下部12a和上部12b优选地互连，使得当关闭时，它们基本上是气密和水密的。

现在参考图1、图2和图10，典型地，传动装置34将电动机32和驱动轴36互连。电动机32可以是内燃机(汽油、柴油、天然气等)、电动机、燃气涡轮机或用于提供驱动的其他已知装置。传动装置34的速度由变频驱动器30设定。图1、图2和图10中的图示仅仅是示意性的，并不代表变频驱动器30、电动机32和传动装置34的相对尺寸。变频驱动器30主要由计算机化控制器68调节，这将在本文中更充分地描述。轴36可以是皮带或齿轮驱动的。如下所述，电动机32也可以直接连接到轴36。特别参考图10，电动机的轴70通过皮带74连接到中间轴72。中间轴72通过另一条皮带76连接到轴上。图10所示的高速工业皮带轮系统驱动水处理容器12内的轴36。如图所示，多个皮带74和76以及一组中间轴72以电动机32施加于电动马达驱动轴70上的旋转输入速度的倍数增加轴36处的旋转输出速度。当然，旋转输入速度与旋转输出速度的比率可以通过改变皮带74和76以及相应的中间轴72的相对旋转速率来改变。通过经由皮带74和76以及中间轴72将电机驱动轴70联接到轴36，以及在传动装置34和腔室12之间的轴36上增加施密特耦合器，本发明能够避免困扰其他现有技术脱盐系统的振动和可靠性问题。

再次参考图1，如上所述，水蒸气被引导通过容器12的水蒸气出口48。水蒸气通过回收管78到达蒸气回收容器或蒸气回收罐80。水蒸气然后在蒸气回收罐80内冷凝并凝聚成液态水。为了促进这一点，在一个实施例中，多个间隔开的构件82(例如呈百叶窗形式)被定位在水蒸气的流动路径中，使得水蒸气可以在百叶窗上聚结和冷凝，并变成液态水。然后将液态水移至饮用水储存罐84或巴氏杀菌和保持罐86。如果容器12中的水和水蒸气被加热到巴氏杀菌所需的温度，以便杀死有害微生物、斑马贻贝幼虫和其他有害生物，则液态水可被保持在保持罐86中。

现在参考图15至图27，示出了系统10和水处理容器12的另一优选实施例。图15示出了包括容器12的可选单件结构的整个系统10。在此实施例中，容器12具有与前述实施例类似的结构，包括诸如内腔14、入口阀18、具有勺26的托盘22、具有孔28的挡板24、盐水出口46和蒸气出口48等元件。入口阀18包括通向容器12的多个入口，优选至少两个。这些入口18围绕轴36设置在容器的端部上，以便更均匀地将流体分布在整个内腔中14。入口18优选地与轴36成一直线地进入容器12，以避免相对于通过容器12的运动方向陡峭地(尤其是直角)进入内腔14。污染物出口46优选地过大，以便不限制浓缩流体流出系统10。下面描述的再循环特征可以解决允许通过过大的污染物出口46离开系统10的任何过量的液体余量。由陶瓷轴承38、40支撑的轴36穿过托盘22和挡板24的中心。

托盘22固定在轴36上，并朝着内腔14的壁向外延伸，如上所述。挡板24优选地包括从内腔14的壁朝向轴36延伸的单个部件，其中，中心开口59形成挡板24和轴36之间的间隙，如上所述。挡板24最好也如上所述通过螺钉或销钉60固定到内腔的壁上。在一个特别优选的实施例中，容器12包括六个托盘22和五个挡板24，它们交替地分散在内腔14中。

在此替代实施例中，内腔14包括靠近盐水出口46设置的内套筒45。内套筒45具有环形形状，其直径略小于内腔14的直径。内套筒45从最后一个托盘22下游的一个点延伸到盐水出口46下游的另一点。在内套筒45和内腔14的外壁之间形成环形通道47。在典型的结构中，内套筒45约为6英寸长，环形通道47约为1-1¹/₂英寸宽。环形通道或通道47捕获如上所述的从旋转托盘22旋出到腔室14的外壁的盐水或污染物。环形通道47有助于盐水或污染物向出口46的移动，使蒸气排放污染或材料在腔室14内积聚的机会最小化。

图16显示了托盘22和挡板24的特写。可以清楚地看到挡板24如何从容器12的壁延伸穿过腔室14并终止于轴36附近。还可以看到托盘22是如何固定到轴36上的，并且具有如上所述设置在其中的勺26。锥体66优选地设置在每个托盘22上，以便如上所述偏转沿轴流动的任何流体(图8)。图17示出了容器12的外部视图，示出了入口18、出口46、48和轴36。通常，容器12的端部将被封闭并密封以防泄漏。为了便于说明和说明，此处对其进行了公开描述。图18示出了图17所示的容器12的横截面，进一步示出了内部部件，包括托盘22、挡板24、内套筒45和环形通道47。图19示出了具有与容器12分开的托盘22和挡板24的轴36。图30、图31和图32示出了沿着轴36的托盘22和挡板24的替代实施例。在此替代实施例中，托盘22和挡板24的直径增加，排数增加(优选3至4排)，并且其中的勺和孔的数量相应增加。这些增加允许每单位时间处理更大体积的流体。当然，容器12的直径将相应增加，以容纳较大的托盘22和挡板24。这种增大的直径产生了这样一种情况，即与直径较小的托盘22相比，旋转托盘22的最外边缘具有明显更大的旋转速率。

图20和图21分别示出了托盘22和挡板24。图22、图23和图26示出了图20中的托盘22的各种视图和横截面。图24和图27类似地示出了图21中的挡板24的各种视图和横截面。如所讨论的，托盘22包括穿过托盘22的主体的勺26。勺26包括如上所述构造的勺入口52和勺出口54。勺入口52优选地定向成使得开口面向围绕轴的旋转方向。这使进入勺入口52并通过多个勺的流体量最大化。可以如上所述调节连续托盘22上的勺26的角度。挡板24还包括多个孔28，所述孔28的构造和成型如上所述(图9)。图25示出了轴36和托盘22与挡板24的配对。在此特定图中，箭头指示轴和相应的托盘22的旋转方向。在图的上半部分中，具有勺入口52的勺26被示为面向旋转方向，即页面外。在图的下半部分中，具有勺入口52的勺26也被示出为在托盘22与轴36一起旋转时沿旋转方向定向，即进入页面。旋转方向可以是顺时针或逆时针。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以改变旋转方向。如前一实施例所述，勺入口52具有比勺出口54更大的直径，以增加流速并降低流体压力。

在一个特别优选的实施例中，当系统10的主要目标是从污水(例如盐水)中去除污染物以获得饮用水时，水蒸气的温度被加热到100华氏度到低于212华氏度之间。甚至更优选地，将水蒸气加热至140华氏度至170华氏度之间以进行巴氏杀菌。然而，水蒸气温度被保持在最低温度，并且几乎总是低于212华氏度，使得水不会沸腾并变成蒸汽，这更难从水蒸气凝结和凝聚成液态水。RPM增加会导致温度和压力升高。可以调整RPM以达到所需的温度。

水被煮沸，水蒸气温度优选地仅在需要蒸汽产生用于加热、发电和本文将更充分描述的其他目的的情况下才达到212华氏度以上。这使得本发明既能对水蒸气进行巴氏杀菌，又能将水蒸气冷凝并凝聚成液态水，而无需复杂的制冷或冷凝系统，这通常需要额外的电力和能量。

在一个实施例中，在脱盐过程中被称为盐水的被污染的水在出口46处被收集并移动到盐水处理罐88。如图1所示，可以将聚合物或其他化学物质90添加到盐水中以回收微量元素等。此外，来自盐水的盐可以被加工并用于各种目的，包括产生食盐、农业盐水和/或肥料。

在本发明的一个实施方案中，通过再次通过系统循环污染物和剩余水，对处理过的污染水进行再处理。这可以多次进行，从而使从污染水中提取的饮用水的量增加，高达99％。这可以通过将污染物和废水从出口46引导到第一盐水或污染物的再处理罐92来实现。剩余的盐水或其他污染物形式的废水然后通过容器12的入口18重新引入，并通过容器12再处理和再循环，如上所述。额外的饮用水将以水蒸气的形式被提取，用于冷凝并收集在蒸气回收罐80中。然后将剩余的污染物和废水引导至第二盐水或污染物的再处理罐94。污染物或盐水的浓度将在再处理罐92中高得多。一旦在再处理罐92中积累了足够水平的废水或盐水，则受污染的水通过入口18并通过系统10循环和处理，如上所述。提取的饮用水蒸汽在出口48处被去除，并在蒸汽回收罐80中变成液态水，如上所述。然后可以将所得的污染物和废水放入另一个再处理罐或盐水处理罐88中。预计海水的初次通过将产生80％至90％的饮用水。第一次再处理将产生额外量的饮用水，从而使提取的饮用水总量在90％至95％之间。将盐水和剩余的水再次通过系统，通过在单位成本几乎没有增加的情况下回收盐水，可获得高达99％的饮用水回收率。此外，这减少了盐水或污染物的体积，这可以促进微量元素回收和/或减少其处置成本。

现在参考图11，在一个特别优选的实施例中，计算机系统被集成到本发明的系统10中，所述系统基于从多个传感器获取的测量值来调节变频驱动器30，所述多个传感器连续读取连接到水处理容器12的各种箱的温度、压力、流速、部件的转速和剩余容量。通常，这些读数是实时获取的。

例如，温度和/或压力传感器96可用于测量容器12内或离开容器12的水或水蒸气的温度，以及根据需要测量其压力。响应于这些传感器读数，控制箱68将使变频驱动器30保持轴36的转速、降低轴36的旋转速度或提高轴36的速度，以分别保持水和水蒸气的温度和压力、降低温度和压力、或提高压力和温度。例如，可以这样做，以确保水蒸气温度处于必要的巴氏杀菌温度，从而杀死其中的所有有害微生物和其他生物。可替代地或除此之外，可以使用传感器来检测轴36和/或托盘22的转速(RPMS)，以确保系统正确运行，并且系统在期望的温度和/或压力下产生必要的水蒸气。计算机化的控制器还可以调节通过入口18输入的水量(GPMS)，从而输入与所去除的水蒸气和废水的量相关的适当量的水，从而令系统10有效地运行。控制箱68可以调节进入容器12的水的流速，或者甚至调节水的输入。

图28示意性地示出了计算机显示器112或类似配置。所述计算机显示器示意性地示出了具有各种入口和出口18、46、48以及轴36和多个托盘22的容器12。轴36具有沿其长度设置的多个振动和温度传感器114。轴承38、40还包括振动和温度传感器114。振动和温度传感器114被配置为检测每个点处的水平和垂直振动，以及由旋转摩擦产生的轴36的温度。轴承38、40包括供油管线116a和回流管线116b，以提供其润滑。入口18和盐水出口46包括流量计118以检测相应的流速。温度和压力传感器96设置在整个容器12上。温度和压力传感器96也设置在整个容器12上，以在各个预定点进行测量。

如上所述，污染水可以来自进料罐16，也可以来自任何其他数量的罐，包括再处理罐92和94。还可以设想，收集水的储存罐可以流体连接到入口18，以确保水被净化到一定水平或用于其他目的，例如当产生需要比污染水所提供的水更高纯度的水的蒸汽时。这样，一个或多个传感器98可以跟踪储存罐内的数据，以确定水或废水/盐水水平、浓度或流入储存罐或流出储存罐的流速。控制器68可用于切换罐的输入和输出，例如当盐水从第一盐水再处理罐92再处理到第二盐水再处理罐94，并最终到盐水处理罐88时，如上所述。因此，当第一盐水再处理罐达到预定液位时，来自进料罐16的流体流被切断，取而代之的是，流体从第一盐水后加工罐92被提供到容器12中。然后将处理过的污染物和剩余的废水引入第二盐水再处理罐94，直到其达到预定水平。然后，水从第二盐水再处理罐94通过系统和水处理容器12被引导到例如盐水处理罐88。第一再处理后92中的盐水可以是污染水的大约20％，包括大部分溶解固体。最终被引导至盐水处理罐88的残留盐水可仅包含最初通过进料罐16引入净化系统10的污染水的百分之一。因此，温度和压力传感器、RPM和流量计可用于控制期望的水输出，包括产生巴氏杀菌水的水蒸气温度控制。

控制器68可用于引导变频驱动器30为电动机32供电，使得轴36以足够高的速度旋转，从而托盘的旋转使输入水沸腾并产生期望温度和压力的蒸汽，如图12所示。图12示出了集成到系统10中的蒸汽涡轮机100。蒸汽涡轮机100也可以与图15至图27所示的容器一起使用。蒸汽形式的水蒸气可以在水处理容器12中产生，以通过将蒸气出口48供给到涡轮机100上的入口中来驱动高压低温蒸汽涡轮机。涡轮机100又耦合到发电机102，用于成本有效且经济地发电。如图12A所示，蒸汽涡轮机100可以在容器12的轴36延伸以直接或间接转动发电机102的情况下被消除。在这种情况下，由于存在有助于轴旋转的水蒸气，容器12内的托盘和挡板的后面阶段充当蒸汽涡轮机。

在蒸汽轮机的情况下，可将水蒸气加热至超过600华氏度，并加压至超过1600磅/平方英寸(psi)，这足以驱动蒸汽轮机100。除了托盘的速率增加之外，托盘22的勺26的锥形性质以及孔板挡板24的孔28的锥形性质的结合也有助于水蒸气和蒸汽的产生。增加勺26的角度，例如从第一个托盘的25度增加到最后一个托盘的45度，也增加了蒸汽形式的水蒸气的产生，并增加了其压力，从而能够驱动蒸汽涡轮机100。图13和图14示出了一个实施例，其中蒸汽出口104形成在容器12的端部，蒸汽涡轮机100直接连接到其上，使得加压蒸汽通过涡轮机100，从而旋转其叶片106和轴108，从而通过连接到其的发电机发电。水蒸气出口110将水蒸气输送到蒸气回收容器80等。回收气80可能需要包括额外的管道、冷凝器、制冷装置等，以冷却蒸汽或高温水蒸气，从而将其冷凝成液态水。

当然，本领域技术人员将理解，系统10产生的蒸汽可用于其他目的，例如加热目的、从油井和焦油和页岩坑中去除油等。

还将认识到，本发明通过传感器和控制器68可以产生用于生产饮用水的较低温度和/或压力的水蒸气，其水蒸气通过出口48被直接引导到蒸气回收容器中并且所述系统加速以产生高温水蒸气或蒸汽以通过蒸汽涡轮机100以根据需要发电。例如，在夜间，当需要非常少的电时，系统10可用于产生饮用水。然而，在白天，可以调节系统10以产生蒸汽和电。

如上所述，本发明的许多部件，包括变频驱动器30、电动机32、传动装置34和水处理容器12，以及其中的部件可以附接到便携式框架42。本发明的整个系统10可以设计成适合于40英尺长的ISO容器。所述容器可与制冷(HVAC)装置隔离，以控制操作环境和运输和储存。各种罐，包括进料罐、蒸气回收罐、便携式储水罐和污染物/盐水再处理或处理罐，可以安装在可运输容器中，也可以单独运输，并根据需要连接到入口和出口。因此，本发明的整个系统10可以容易地通过船、半牵引拖车等在ISO集装箱等中运输。因此，本发明的系统10可以被带到需要处理自然灾害、军事行动等的地方，甚至在远程位置。这种布置导致本发明的系统10的高水平移动性和快速部署和启动。

图29示意性地说明了在整个容器12的各个点(即子腔室)发生的处理。如图所示，容器12的内腔14被有效地分成一系列子腔室。容器12包含五个子腔室，其执行轴流泵、轴流压缩机、离心流压缩机、未点燃燃气涡轮机和/或液压/水轮机的功能。在操作中系统10具有通过机械过程蒸发水的能力，从而实现各种受损流体的高效和有效的脱盐、净化和蒸发。在进入容器12之前，流体可经历预处理制程120，其中流体通过过滤器和各种其他过程以分离更容易去除或可能损坏或降低系统10的完整性的污染物。在通过入口18时，流体进入进口腔122，一旦系统10达到其工作转速，进口腔122对流体的影响类似于轴流泵。外部启动泵(未示出)可以被关闭，使得系统10通过入口抽吸被污染的水，即，进口腔用作轴流泵，而无需启动泵的继续操作。进口腔压力的显著降低会导致温度低于212°F时发生真空蒸馏或蒸发。在进口腔122之后，流体遇到第一托盘22，在那里流体进入第一处理腔124。第一处理腔通过旋转托盘22和相邻挡板24的组合作用既作为离心流压缩机又作为轴流压缩机。在与第一处理腔124中的高速旋转托盘22碰撞时，高百分比的进水通过气穴被蒸发。离心流压缩过程发生在第一处理腔124和每个后续处理腔中。离心流压缩过程将未蒸发的溶解固体和至少一些液态水浇铸到处理腔124的外壁。这一动作将溶解的固体和大部分剩余的液体从蒸汽中分离出来。轴向流压缩处理也发生在第一处理腔124和每个后续腔中。轴向流压缩处理压缩蒸气和液体，这也增加了处理腔内的压力和温度。第二处理腔126和第三处理腔128都通过组合第一处理腔124的离心流压缩机和轴流压缩机特征的作用而类似地起作用。

当流体到达第四处理腔130时，其已经经历离心流和轴向流压缩处理，使得流体的性质及其通过容器12的流动已经改变。在第四处理腔中，通过使轴36旋转，流体表现得好像通过未点燃的燃气涡轮机或液压/水轮机。第五处理腔132使未点燃的燃气涡轮机或液压/水轮机处理混合。第四和第五处理腔130、132的涡轮处理提供驱动轴36旋转的力的测量值，使得电动机32上的功率可以被节流，而不损失系统10中的功能。在离开第五处理腔132之后，流体已经被高度分离，使得几乎所有盐水形式的污染物都通过环形通道47到达出口46，净化的蒸汽通过内腔14的中心部分到达蒸气出口48。第四和第五处理腔130、132的涡轮机操作允许系统10的连续操作，一旦达到操作中的平衡，与启动阶段相比，能量输入减少(高达25％)。

在第五处理腔132之后，系统包括排放腔。比任何前述处理腔都大的排放腔134包含两个排放口46、48。体积的大幅度增加导致压力的急剧降低，并使溶解的固体和剩余的水从蒸汽中物理分离。

容器12的尺寸优选地被配置为使得组合的处理腔124-132占据总长度的大约一半。排放腔134占据总长度的约三分之一。容器长度的剩余部分(约为总长度的六分之一)被进气腔122占据。处理腔124-132被分成大约五分之三的压缩机功能和五分之二的涡轮机功能。一旦流体离开最后的处理腔132，当流体进入排放腔134并被引导至相应的出口46、48时，流体已经实现了约80％的蒸发。

图33和图34示出了系统10的一个实施例，所述系统包括从水体150捕获水的系统。在本实施例中，水体150优选地是含有盐水的海或海洋，但可以是任何水体。捕获系统152包括设置在水体150中的捕获容器154，使得容器154的开口顶部或开口侧156至少部分地高于水体150的中间水位。如图33所示，系统10可以与容器154上的开口顶部156一起工作，但是容器优选具有面向容器154的向海侧和向陆侧的开口侧156，以利用到来和退潮的波浪/潮汐。为了使系统工作，水体150的水位必须充分变化，以允许水体的一部分进入开口侧156，但不能完全淹没容器154。理想情况下，这会随着海或海洋中潮汐的上升和下降，以及这种水体中可能出现的波浪而发生。容器154的开口侧156在中间水位上方延伸的距离取决于特定水体150的水位变化。开口侧156优选地由滤网158覆盖，以减少水体150中的生物和其他大型物体进入容器154。开口侧156优选地还包括设置在滤网158上方的枢转百叶窗157，其可以打开或关闭。

在容器154内是捕获漏斗160或类似结构，其被配置为将进入容器154的大部分水引导到进料管162中。捕获漏斗160优选地位于水体的中间水位以下。尽管容器154和捕获漏斗160被示出为大致正方形，但是它们可以被配置为其他形式。已经发现，正方形形状，其角部朝向优选存在于水体150中的波浪或潮汐，有助于波浪或潮汐在船舶154上方的上升，从而令水进入开口侧156。容器154还可以被配置为使得开口侧156在面对入射波或潮汐的一侧上成角度而不是垂直，从而便于水从开口侧156进入。开口侧156优选地设置成其大部分表面积高于中间水位，从而当波浪或潮汐到达开口侧156时，沙子或其他沉积物处于波浪或潮汐的较高部分的可能性较小。

进料管162最好通向岸边并进入储存容器164。系统10可包括多个储存容器164，以容纳和储存足够量的捕获海水。当进料管162到达岸边时，进料管可以是地下的，但意识到地面设施的任何高程变化都需要适当的管道和泵。根据用户的需要，储存容器164可以位于水体150附近或距离水体150一定距离。一旦容器164中储存了足够量的水，连接到容器164上的出口168的泵166将储存的水通过入口管170引导到处理系统10上的入口18。入口管170优选地包括过滤系统172，以去除可能已经通过储存容器164和泵166的大沉积物或颗粒。然后，系统10可用于如别处所描述的那样淡化水。

图35示出了本发明系统10的另一实施例，其中系统10用于从蒸气出口48产生的水蒸气发电，如别处所述。在此实施例中，系统10还包括冷凝器174，其设置在容器12上方的第一距离176处。蒸气管178将水蒸气从蒸气出口48引导至冷凝器174。由于水蒸气比空气轻并且在其自身的动力下上升，因此不需要机械装置来将水蒸气升高通过第一距离176到达冷凝器174。优选地，蒸气管178具有大致垂直部分178a，其至少延伸第一距离176(如果不略大于第一距离176)。蒸气管178的大致水平部分178b从大致垂直部分178a的端部延伸到冷凝器174上的入口180。大致水平部分178b可以具有从垂直部分178a的端部到冷凝器174上的入口180的轻微下降。这允许在蒸气管178中发生的任何偶然冷凝沿着大致水平部分178b的斜坡向下进入冷凝器174的可能性。蒸气管178及其所有部分最好是绝缘的，以防止热量过早损失，并尽量减少冷凝器上升过程中冷凝的发生。

尽管图35A示出了特定的大体菱形形状的冷凝器174，但是冷凝器174可以构造为处理蒸气或蒸汽领域的技术人员已知的其他形状。冷凝器的目的是充分冷凝由系统10产生的蒸气。优选地，如本领域技术人员所知，内部包括足够的结构以促进蒸气的冷凝。当蒸气冷凝时，其流过冷凝器174上的出口182并进入冷凝液保持罐184。

保持罐184优选地设置在水力发电机188上方的第二距离186处。一旦足够量的冷凝处理流体储存在保持罐184中，冷凝处理流体就从保持罐184上的出口190释放。冷凝的处理流体在重力作用下越过第二距离186落入水力发电机188。水力发电机188将下落的冷凝处理流体的动能转换成电能以供储存或立即使用。电能可以存储在可再充电化学电池、电容器或类似的已知电存储装置192中。落入水力发电机188中的冷凝处理流体通过发电机出口189释放，以用于后续处理(未示出)，这通常是用这种处理过的水进行的。

虽然第一距离176和第二距离186在图35中被描绘为明显地“堆叠”在另一个之上，但这不是这些距离的要求。对这些距离中的任何一个的唯一要求是，第二距离186充分高于水力发电机188，以便允许下落的处理流体的动能有效地转换为电能。优选地，第二距离186至少为10英尺，但可以为20英尺或更大，这取决于冷凝处理流体的量和水力发电机的能力。第一距离176需要具有足够的距离以将冷凝器174和保持罐184放置在第二距离186上方。必要的是，第一距离176取决于冷凝器174、保持罐184和第二距离186的尺寸。

图36示出了本发明系统10的另一实施例，其中盐水出口46和蒸气出口48都用于进一步处理。具体地，盐水再处理罐194通过再处理入口196从盐水出口46接收盐水。盐水再处理罐194还包括再处理出口198和再循环出口200。盐水再处理罐194中的盐水的第一部分被传送到再循环出口200，在那里，它被再循环管202引导回到系统10的入口18，用于再处理。以此方式，盐水被再处理以从处理流体中回收额外的水蒸气。

盐水再处理罐194中的盐水的第二部分被输送至再处理出口198，用于储存在盐水保持罐204中。再处理出口198可包括阀206，用于限制或完全关闭盐水的第二部分流向盐水保持罐204。盐水保持罐204连接到盐水干燥系统208，所述系统包括具有循环热管212的热交换器210。循环热管212如热交换器210的典型那样来回传递。作为本发明系统10的一部分，热交换器210从蒸气出口48接收来自水蒸气的热源。具体地，蒸气分流管214从蒸气出口48中提取一部分水蒸气，并与热交换器210的循环热管212连通。来自盐水保持罐204的储存的盐水经过热交换器210，任何残留的水从水蒸气的热量中被干燥。

然后将干燥盐水输送至干燥盐水保持罐216，用于后续使用或处理。这种干燥的盐水可用于生产盐水中的盐或其他化合物。此外，在本发明系统10中处理的水中发现的任何有用的污染物，即金属、元素或其他有价值的化合物，可以从干燥的盐水中回收，用于转售或其他后续处理。

如图37和图38所示，系统10可以由测量系统10的各种操作参数的控制系统218控制。控制系统218包括触摸屏敏感的图形显示器220。图形显示器220可用于调节马达和轴的功率、扭矩和转速，以及进入系统10的流体的流速。图形显示器220类似于图28所示的图形显示。图形显示器220包括对应于其各种组件的系统10的示意性图形描绘。本文描述的控制系统218和图形显示器220是从图28的版本更新的。图形显示器220包括围绕其边界的指示灯238，指示与系统10中处理的流体相对应的功率、CPU活动和操作模式，即(1)微咸水、(2)海水、(3)采出水和(4)巴氏杀菌水。

更新的图形显示提供由连接到系统10的多个操作传感器222捕获的测量数据，以及用于测量操作时间并确定由操作传感器222测量的任何数据的速率的内部时钟。

操作传感器222包括与系统10内的多个处理阶段226中的每一个相关联的温度和压力传感器224。处理阶段可以包括入口阶段226a、出口阶段226b和与托盘22的每个操作对相关联的托盘/挡板阶段226c，托盘22后面是挡板24。操作传感器222还包括与轴36和马达32、32a相关联的旋转传感器228。旋转传感器228被配置为测量每分钟转数、扭矩、马力、运行时间和总转数。操作传感器222还可以包括与轴36的任一端上的轴承38、40相关联的轴承传感器230。轴承传感器230被配置为测量通过轴承38、40的润滑剂的温度和流速以及轴36的振动。操作传感器222还可以包括与流体入口18和污染物出口46相关联的流量传感器232。流量传感器232被配置为测量流体入口18上的阀的打开或关闭状态、流体入口18和浓缩物出口46中的流速以及流体入口18与浓缩物出口44中的总流体流量。

图形显示器220具有多种显示模式。主屏幕在图38中示出，并且在系统10的示意图中显示由操作传感器222测量的值。图39所示的图形屏幕以条形图格式234显示由温度和压力传感器224测量的值，所述条形图格式被配置为表示多个操作阶段226的方位。图表屏幕还显示旋转传感器228、轴承传感器230和流量传感器232的数值测量值。图40所示的趋势屏幕显示由温度和压力传感器224测量的值相对于时间的线图236。在此线图上，与温度和压力传感器224之一相关联的每个处理阶段226被描绘为单独的线。折线图可以显示当前的操作条件，或者可以进行审查以显示历史操作温度和压力数据。趋势屏幕还可以显示由其他传感器测量的数据，包括来自旋转传感器228的转子的至少每分钟转数。显示屏220还具有捕获图形显示的图像以及调节数据记录是打开还是关闭的功能。

图41和图42示出了用于净化受污染或受损的供水的替代系统的示意性流程图。具体地，图41描绘了用于从受损水源回收脱盐水的系统250的实施例。图42描绘了用于从受损水源产生蒸汽的系统264的实施例。

在脱盐系统250中，受损水源可从受损水管或水罐252引入。水罐是优选的，因为水罐可能含有更稳定的水供应，以使系统250在更长的时间内保持连续运行状态。水管更有可能受到供应中断的影响。

受损水罐252的流出物最好被引导至宏过滤(filtration)或过滤(strainer)装置254，所述装置旨在从受损水流中去除大的未溶解颗粒，这些颗粒可能会损坏堵塞下游设备，尤其是蒸发-脱盐单元10。过滤(filtration-strainer)装置254的一个特别优选的实施例优选地包括两个或多个堆叠的滤网，所述滤网具有各种和/或可调节尺寸的孔。过滤装置254可以包括多组堆叠的滤网，使得当需要清洁时水流可以从一个分流到另一个。来自过滤或过滤装置254的流出物然后被引导到用于过滤受损水的进料罐256中，其旨在提供更一致的水供应以将系统250保持在连续操作状态。然后，从进料罐256流出的水被导入蒸发-脱盐单元10，如上所述。

蒸发-脱盐单元10的构造和操作如上所述，以将受损水流分离为污染物流和清洁水蒸气流。污染物流被引导至盐水罐258以供稍后处理。如上所述，单元10的运行部分是通过加热受损水流，将受损水流的一部分转化为清洁的水蒸气。清洁的水蒸气流被引导到蒸气回收管260，而后通过受损水进料罐256上的热交换器256a。因为包含在进料罐256中的受损水处于或低于环境温度，所以通过热交换器256a的清洁水的水气流冷凝成液态水。此冷凝液态水被引导到脱盐水回收罐262中。经过脱盐后，冷凝的液态水可用于任何目的。

蒸汽产生系统264从与脱盐系统250类似的部件开始。受损水源可以从受损水管或水罐252引入，优选的源头是水罐，以便提供更一致的水供应，以使系统264在更长的时间内保持连续运行状态。来自受损水罐252的流出优选地被引导到宏过滤或过滤器装置254中，其用于从受损水流中去除大的未溶解颗粒。

然后将来自过滤装置254的流出物引导至用于过滤受损水的进料罐256，其旨在提供更一致的水供应，以将系统264保持在连续操作状态。然后，从进料罐256流出的水被导入如上所述的蒸发-脱盐单元10，其构造和操作如上所述，以将受损的水流分离为污染物流和干净水蒸气流。污染物流被导向盐水罐258以供以后处理。

此时，蒸汽产生系统264与脱盐系统250不同。来自单元10的清洁水蒸气流最好被引导至蒸汽发生器266，其将清洁水蒸气流转换为蒸汽流。然后将蒸汽流引入蒸汽涡轮机268以发电。或者，系统264可以省略蒸汽产生器266，以便涡轮机268由直接来自单元10的清洁水蒸气流驱动。在驱动蒸汽涡轮机268之后，离开蒸汽涡轮机268的流被冷却和冷凝，使得流出的水可以被引导回到系统中，如被导入至受损水进料罐256中，以便继续蒸发和冷凝生成步骤。蒸汽涡轮机产生的电可以储存在电池中，直接添加到电网中，或以其他方式用于向设备供电。

图43示意性地示出了用于从油田蒸汽处理产生蒸汽和再循环产出水的系统270。现有技术的油田蒸汽处理使用蒸汽产生器将外部供水(例如，市政供水)转换成蒸汽，用于注入油层，以刺激和增加石油产量。从外部供水产生蒸汽的成本很高，包括水的成本和加热水的成本。在将蒸汽注入油区之后，由此释放的油以组合的油水流从油区中抽出，组合的油水流在处理之后产生用于商业化的原油和被污染的水流。这种污染水流不能用于任何目的，只能进行处理。由于其体积和重量，运输和处理以及这种污染的水流非常昂贵，占用大量空间。

本发明的系统270提供了这种污染水流的净化，并将其循环成蒸汽，用于油田蒸汽处理。由于油田蒸汽处理系统270是再循环回路，下面的讨论将从蒸汽产生器266开始。当系统270首次启动时，蒸汽产生器266由外部供水272启动。外部供水272可以是市政水或任何其他可用的水源，通常以显著的成本获得。根据供水272的温度，在引入蒸汽产生器266之前，可能需要对其进行预热，并可能转化为蒸气，这也是一项巨大的成本。

蒸汽产生器266的输出被注入油区274。这种注入通过与传统石油井口276b相关联的注射器276a进行。一旦注入，蒸汽与油区274中的原油结合，形成组合的原油油水流。这种组合的原油-水流刺激了生产，并有助于从油区274中去除原油，从而提高了产油率。石油井口276b利用传统的井口设备从地下油区274中去除组合的原油-水流，在那里，它被送到气体分离器278。气体分离器278去除在组合的原油油水流中夹带的任何气泡。

从气体分离器278输出的脱气的混合原油油水流被引入油水分离罐280。油水分离罐箱280产生第一输出，其是被引导至原油储存罐282的原油流，在那里，随后对其进行处理和/或运输以用于随后的商业分配。油水分离罐280还产生第二输出，其是被引导至污水储存罐252的污染水流。

如在早期系统中，来自此污染水储存罐252的产出水优选通过宏过滤装置254，以从产出水中去除大的、未溶解的颗粒。理想地，过滤装置254优选以660加仑/分钟至1760加仑/分钟的流速运行。这种最小过滤通过在净化脱盐之前从产出水流中去除大部分大颗粒，降低了系统的总体运行成本，并提高了净化脱盐的效率。然后，过滤装置254的输出被引入蒸发-脱盐单元10。

如上所述，蒸发-脱盐单元10产生污染物或盐水输出46和清洁水蒸气输出48。此清洁水蒸气输出48基本上被脱盐，几乎所有的污染物都在分离的污染物盐水输出46中。污染物盐水输出46被引导至油田处置井284以进行储存。由于污染物盐水输出46已与污染水流的剩余部分分离，因此其重量和体积大大减少，便于运输和储存，从而降低了与处理相关的成本。处理270将需要处理的污染水的体积减少约70％。

完成再循环回路后，单元10的蒸气输出48被引导至蒸汽产生器266，以便在系统270完全充注后更换外部供水272。因为处理270提供了大量的蒸气，而蒸气又被转化为蒸汽，所以可以将蒸汽连续注入到油区274中。处理270提供用于蒸汽喷射的清洁水蒸气，使得不需要新鲜水的采购。低杂质蒸气减少/消除了对蒸汽产生中使用的其他淡水源的处理需求。由于清洁水蒸气输出48已经处于升高的温度，因此不需要如使用外部供水272(即市政水)那样的预热和相关费用。从产出水分离的清洁水蒸气的再循环，消除了除了启动系统和定期补充任何残留在污染物输出46中的任何部分之外，需要连续使用外部供水272的需要。

利用本发明的油田蒸汽处理270，可以大大改善和扩大来自油区的蒸汽回收油的工业。蒸汽连续注入油区274导致稠油油藏的石油产量增加600％。石油可以以大大降低的费用从油井中取出——节约了供水成本、预热成本和处理成本。此外，不断将蒸汽引入油区会刺激油井，从而提高产油率。因此，本发明的处理270可以以更快的速度以大大降低的成本回收更多的油。

尽管为了说明的目的已经详细描述了几个实施例，但是可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下进行各种修改。因此，本发明不受限制，除非由所附权利要求限定。

Claims (18)

1.一种用于净化流体并回收蒸气的系统，包括：(或处理流体并转化为清洁蒸气)

废水供应，其与废水过滤器装置流体连接；

废水进料罐，其与该废水过滤器装置流体连接；

纯化单元，其用于将该废水分离成污染流和蒸气流，该纯化单元上的废水入口流体连接到该废水进料罐；

其中，该纯化单元包括大致水平的细长容器，该细长容器具有多个交替间隔的旋转托盘和挡板，该多个旋转托盘和固定挡板沿该细长容器垂直设置在该细长容器的第一端和第二端之间，该第一端接近该废水入口，该第二端接近污染物出口和蒸气出口；

污染物罐，其流体连接该污染物出口；

蒸气管道，其流体连接该蒸气出口。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括在该废水进料罐上的热交换器，其中，该蒸气管道流体地穿过该热交换器。

3.根据权利要求2所述的系统，还包括净化水回收罐，其在通过该热交换器之后流体连接到该蒸气管道。

4.根据权利要求1所述的系统，还包括蒸汽产生器，其流体连接到该蒸气管道，用于将该蒸气流转换成蒸汽流。

5.根据权利要求4所述的系统，还包括蒸汽涡轮机，其流体连接到该蒸汽产生器，用于将该蒸汽流转换成电能。

6.根据权利要求4所述的系统，还包括蒸汽管道，其将来自该蒸汽产生器的蒸汽流流体连接到与油区流体连接的蒸汽喷射器。

7.根据权利要求6所述的系统，还包括油水分离器，其用于将从该油区提取的组合油水流分离成油产品和废水供应。

8.根据权利要求7所述的系统，还包括气体分离器，其将从该油区提取的组合油水流流体连接到该油水分离器，用于分离所述组合油水流中夹带的气体。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，该多个托盘中的每一个具有多个勺，每个勺具有第一直径的入口和第二较小直径的出口，且该多个挡板中的每一个具有多个孔，每个孔具有第一直径的入口和第二小直径的出口。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，该纯化单元还包括内套筒，其设置在该细长容器中的该多个托盘和多个挡板的下游，该内套筒形成通向该污染物出口的环形通道。

11.一种用于处理和再循环油区蒸汽处理循环中使用的水的方法，包括以下步骤：

将蒸汽流注入地下油区，以刺激和提高其产油率；

从该地下油区提取组合的原油和水流；

将该组合的原油和水流分离成原油流和污染水流；

通过宏粒子过滤装置过滤该污染水流，以产生过滤水流；

通过蒸发-脱盐单元处理该过滤水流，其中，该蒸发-脱盐单元将该过滤水流分离成污染物流和清洁蒸气流；

泵送该清洁蒸气流通过蒸汽产生器以产生蒸汽流。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括步骤：将外部水流引入该宏粒子过滤装置以引入足够的水以启动该油区蒸汽处理循环。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括步骤：在与该地下油区分离的处理井中处理该污染物流。

14.根据权利要求11所述的方法，还包括步骤：将该原油流存储在储存罐中以供后续处理和商业分配。

15.根据权利要求11所述的方法，还包括步骤在执行所述分离步骤之前，对该组合的原油和水流进行脱气。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，该蒸发-脱盐单元包括大致水平的细长容器，该细长容器具有多个交替间隔开的旋转托盘和固定挡板，该多个旋转托盘和固定挡板沿该细长容器垂直设置在该细长容器的第一端和第二端之间。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，该多个交替间隔的旋转托盘和固定挡板进一步包括：

多个勺，其设置在该多个旋转托盘中的每一个上，每个勺具有第一直径的入口和第二较小直径的出口；

多个孔，其设置在该多个固定挡板中的每一个上，每个孔具有第一直径的入口和第二较小直径的出口。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括设置在该细长容器中的内套筒，该内套筒位于该多个交替间隔的旋转托盘和固定挡板的下游，该内套筒形成通向该污染物出口的环形通道。

Images