EA024894B1 - Apparatus for recovering draw solutes - Google Patents
Apparatus for recovering draw solutes Download PDFInfo
- Publication number
- EA024894B1 EA024894B1 EA201390426A EA201390426A EA024894B1 EA 024894 B1 EA024894 B1 EA 024894B1 EA 201390426 A EA201390426 A EA 201390426A EA 201390426 A EA201390426 A EA 201390426A EA 024894 B1 EA024894 B1 EA 024894B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- solution
- osmosis
- membrane
- distillation device
- participating
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 319
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims abstract description 163
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 110
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 claims description 103
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 91
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims description 40
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims description 39
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 39
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 28
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 27
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 22
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 29
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 491
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 111
- 238000000034 method Methods 0.000 description 105
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 76
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 73
- 230000008569 process Effects 0.000 description 70
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 67
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 66
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 49
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 43
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 38
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 38
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 36
- 230000009102 absorption Effects 0.000 description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 description 32
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 25
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 24
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 24
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 22
- 239000000047 product Substances 0.000 description 22
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 21
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 19
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 17
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 16
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 16
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 15
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 15
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 15
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 14
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 13
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 13
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 description 12
- BVCZEBOGSOYJJT-UHFFFAOYSA-N ammonium carbamate Chemical compound [NH4+].NC([O-])=O BVCZEBOGSOYJJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 10
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 10
- KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-N carbonic acid monoamide Natural products NC(O)=O KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 9
- 229910000013 Ammonium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 8
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 8
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 7
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 7
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 6
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 5
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 5
- 235000012501 ammonium carbonate Nutrition 0.000 description 4
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 239000008233 hard water Substances 0.000 description 4
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 4
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 4
- -1 sea water Chemical compound 0.000 description 4
- 230000009919 sequestration Effects 0.000 description 4
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 235000012206 bottled water Nutrition 0.000 description 3
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000005115 demineralization Methods 0.000 description 3
- 230000002328 demineralizing effect Effects 0.000 description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 3
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 3
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 3
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 3
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 2
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 239000011551 heat transfer agent Substances 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 230000009103 reabsorption Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000043261 Hevea brasiliensis Species 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000020 Nitrocellulose Substances 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZEYWAHILTZGZBH-UHFFFAOYSA-N azane;carbon dioxide Chemical compound N.O=C=O ZEYWAHILTZGZBH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- CVXBEEMKQHEXEN-UHFFFAOYSA-N carbaryl Chemical compound C1=CC=C2C(OC(=O)NC)=CC=CC2=C1 CVXBEEMKQHEXEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000002894 chemical waste Substances 0.000 description 1
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000645 desinfectant Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 239000010840 domestic wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 231100000206 health hazard Toxicity 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002605 large molecules Chemical class 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229920003052 natural elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001194 natural rubber Polymers 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 description 1
- 239000012457 nonaqueous media Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000011146 organic particle Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 239000000825 pharmaceutical preparation Substances 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 229920003225 polyurethane elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000012264 purified product Substances 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- KJAMZCVTJDTESW-UHFFFAOYSA-N tiracizine Chemical compound C1CC2=CC=CC=C2N(C(=O)CN(C)C)C2=CC(NC(=O)OCC)=CC=C21 KJAMZCVTJDTESW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
- B01D61/10—Accessories; Auxiliary operations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/002—Forward osmosis or direct osmosis
- B01D61/0022—Apparatus therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
- B01D61/06—Energy recovery
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/36—Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
- B01D61/364—Membrane distillation
- B01D61/3641—Membrane distillation comprising multiple membrane distillation steps
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/58—Multistep processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
- C02F1/445—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by forward osmosis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
- B01D2311/25—Recirculation, recycling or bypass, e.g. recirculation of concentrate into the feed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
- B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
- B01D2311/2626—Absorption or adsorption
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
- B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
- B01D2311/2669—Distillation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
- B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
- B01D2311/2674—Condensation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
- B01D2313/36—Energy sources
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/33—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using wind energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
В целом настоящее изобретение относится к осмотическим мембранным процессам и, более конкретно, к способам восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества, для осмотических мембранных процессов.In general, the present invention relates to osmotic membrane processes and, more particularly, to methods for reconstituting a solute involved in osmosis for osmotic membrane processes.
Уровень техникиState of the art
В целом, в осмотических мембранных процессах участвуют два раствора, разделенные полупроницаемой мембраной. Один раствор может быть, например, морской водой, в то время как другой раствор может быть концентрированным раствором, который генерирует градиент концентрации между морской водой и концентрированным раствором. Указанный градиент способствует извлечению воды из морской воды посредством мембраны, которая избирательно пропускает воду, но не пропускает соль, в концентрированный раствор. Постепенно вода, которую вводят в концентрированный раствор, разбавляет указанный раствор. Затем растворенные вещества должны быть удалены из разжиженного раствора для выработки питьевой воды. Обычно питьевую воду получали, например, путем дистилляции; однако, растворенные вещества при этом не восстанавливались и не подвергались вторичной переработке.In general, two solutions are involved in osmotic membrane processes, separated by a semipermeable membrane. One solution may be, for example, sea water, while another solution may be a concentrated solution that generates a concentration gradient between sea water and the concentrated solution. The specified gradient contributes to the extraction of water from seawater through a membrane that selectively passes water, but does not pass salt, into a concentrated solution. Gradually, the water that is introduced into the concentrated solution dilutes the specified solution. Then the dissolved substances must be removed from the diluted solution to produce drinking water. Typically, drinking water was obtained, for example, by distillation; however, the solutes were not restored and were not recycled.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Настоящее изобретение в целом относится к осмотическим мембранным системам и способам, например к прямому осмосу (РО), ограниченному давлением осмосу (РКО), осмотическому разбавлению (ΟΌ), прямому осмотическому концентрированию (ЭОС) и т.п., а также к системам и способам для восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества в осмотических мембранных системах/процессах.The present invention generally relates to osmotic membrane systems and methods, for example, direct osmosis (PO), pressure limited osmosis (PSC), osmotic dilution (ΟΌ), direct osmotic concentration (EOS), etc., as well as systems and methods for restoring the solute involved in osmosis in osmotic membrane systems / processes.
Согласно одному аспекту настоящее изобретение относится к осмотическому мембранному процессу в форме: процесса разделения с использованием прямого осмоса. Процесс содержит этапы, на которых вводят первый раствор в контакт с первой стороной полупроницаемой мембраны, обнаруживают по меньшей мере одну характеристику первого раствора, выбирают молярное отношение для концентрированного участвующего в осмосе раствора, содержащего аммиак и двуокись углерода, на основании по меньшей мере одной обнаруженной характеристики, вводят концентрированный участвующий в осмосе раствор, содержащий аммиак и двуокись углерода с выбранным молярным отношением, в контакт с второй стороной полупроницаемой мембраны для поддерживания необходимого осмотического градиента концентрации сквозь полупроницаемую мембрану, обеспечивают протекание, по меньшей мере, части первого раствора сквозь указанную полупроницаемую мембрану для формирования второго раствора на первой стороне полупроницаемой мембраны и разжиженного участвующего в осмосе раствора на второй стороне полупроницаемой мембраны, вводят, по меньшей мере, часть разжиженного участвующего в осмосе раствора в разделительный процесс для восстановления участвующих в осмосе растворенных веществ и потока растворителя, повторно вводят участвующие в осмосе растворенные вещества в контакт с второй стороной полупроницаемой мембраны для поддерживания выбранного молярного отношения аммиака к двуокиси углерода в концентрированном обезвоженном растворе и собирают поток растворителя.According to one aspect, the present invention relates to an osmotic membrane process in the form of: a separation process using direct osmosis. The process comprises the steps of bringing the first solution into contact with the first side of the semipermeable membrane, detecting at least one characteristic of the first solution, choosing a molar ratio for the concentrated osmosis solution containing ammonia and carbon dioxide based on at least one characteristic detected , a concentrated osmosis solution, containing ammonia and carbon dioxide with a selected molar ratio, is introduced into contact with the second side of the semipermeable membranes to maintain the necessary osmotic concentration gradient through the semipermeable membrane, allow at least a portion of the first solution to flow through the specified semipermeable membrane to form a second solution on the first side of the semipermeable membrane and a liquefied osmotic solution on the second side of the semipermeable membrane, at least at least part of the liquefied participating in osmosis solution in the separation process to restore those involved in osmosis dissolved x of the substances and the solvent stream, the solutes participating in the osmosis are reintroduced into contact with the second side of the semipermeable membrane to maintain the selected molar ratio of ammonia to carbon dioxide in the concentrated dehydrated solution and the solvent stream is collected.
Согласно различным вариантам реализации разделительный процесс включает использование абсорбера, выполненного с возможностью конденсирования участвующих в осмосе растворенных веществ в концентрированный участвующий в осмосе раствор. Поток растворителя, разжиженный участвующий в осмосе раствор или концентрированный участвующий в осмосе раствор могут быть использованы в качестве абсорбирующего вещества в абсорбере. Также в абсорбере может использоваться охлаждение. Согласно некоторым вариантам реализации указанный процесс дополнительно может содержать этап, на котором сжимают газовый поток, полученный из разделения участвующих в осмосе растворенных веществ из разжиженного участвующего в осмосе раствора, путем использования газового компрессора или парового эдуктора, который приводится в действие гидравлическим давлением на поток абсорбирующей жидкости, для облегчения повторной абсорбции участвующих в осмосе растворенных веществ в концентрированный участвующий в осмосе раствор. Указанный процесс дополнительно может содержать этап, на котором прикладывают давление к первому раствору для увеличения или создания потока сквозь полупроницаемую мембрану в концентрированный участвующий в осмосе раствор. Процесс дополнительно содержит этап, на котором выбирают концентрированный участвующий в осмосе раствор, при котором участвующее в осмосе растворенное вещество характеризуется способностью его удаления из указанного раствора или его введения в указанный раствор, улучшенной посредством катализатора, который характеризуется способностью его удаления из указанного раствора или его введения в указанный раствор, улучшенной посредством физического агента или химического реагента многократного использования, или который характеризуется способностью его удаления из указанного раствора или его введения в указанный раствор, улучшенной электрическим энергетическим полем, магнитным энергетическим полем или другим изменением среды, которое увеличивает восприимчивость участвующего в осмосе растворенного вещества к разделению для улучшения удаления участвующего в осмосе растворенного вещества и его повторного использования.In various embodiments, the separation process involves the use of an absorber configured to condense the solutes involved in the osmosis into a concentrated osmosis solution. The solvent stream, the diluted osmosis participating solution, or the concentrated osmosis participating solution can be used as an absorbent material in the absorber. Also, cooling can be used in the absorber. In some embodiments, the process may further comprise compressing the gas stream obtained from separating the solutes involved in the osmosis from the diluted osmosis solution by using a gas compressor or a steam eductor that is hydraulically pressurized to absorb the liquid , to facilitate re-absorption of the solutes involved in osmosis into a concentrated osmosis solution. The specified process may further comprise the step of applying pressure to the first solution to increase or create a flow through the semipermeable membrane into the concentrated osmosis solution. The process further comprises the step of selecting a concentrated osmosis participating solution, in which the dissolved substance participating in osmosis is characterized by the ability to remove it from the specified solution or to introduce it into the specified solution, improved by the catalyst, which is characterized by the ability to remove it from the specified solution or its introduction into said solution improved by a physical agent or reusable chemical agent, or which is characterized by I the ability to remove it from the specified solution or to introduce it into the specified solution, improved by an electric energy field, magnetic energy field or other change in the medium, which increases the susceptibility of the solute involved in osmosis to separation to improve the removal of the solute involved in osmosis and its reuse.
Согласно дополнительным вариантам реализации процесс дополнительно может содержать этап, на котором обнаруживают объемное изменение по меньшей мере одного из первого раствора и концентри- 1 024894 рованного участвующего в осмосе раствора и изменяют канал потока, относящийся к полупроницаемой мембране, в ответ на обнаруженное изменение для поддерживания необходимой характеристики потока. Согласно другим вариантам реализации процесс дополнительно может содержать этап, на котором улучшают удаление или абсорбцию участвующего в осмосе растворенного вещества путем использования катализатора, реагента, потребляемого и повторно используемого материала, электрического энергетического поля или магнитного энергетического поля. Согласно другим вариантам реализации процесс дополнительно может содержать этап, на котором уменьшают энергию процесса путем использования по меньшей мере одного из механического повторного сжатия выпара, теплового повторного сжатия выпара, вакуумной дистилляции, продувочной газовой дистилляции, испарения через проницаемую мембрану и/или теплового насоса замкнутого цикла. Процесс дополнительно может содержать этап, на котором используют двуокись углерода для осаждения участвующих в осмосе растворенных веществ и используют аммиак для повторного абсорбирования осадка для ограниченного давлением осмоса. Процесс дополнительно может содержать этап, на котором в первый раствор вводят зародышеобразующую суспензию. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации процесс дополнительно может содержать этап, на котором используют перенасыщение солей в первом растворе во время первой операции и разбавление насыщенного раствора солей во время второй операции перед возвращением к первой операции для повторного насыщения.According to additional embodiments, the process may further comprise detecting a volumetric change in at least one of the first solution and the concentrated solution participating in the osmosis, and changing the flow channel related to the semipermeable membrane in response to the detected change to maintain the necessary flow characteristics. According to other embodiments, the process may further comprise improving the removal or absorption of the solute involved in the osmosis by using a catalyst, a reagent, a consumed and reused material, an electric energy field, or a magnetic energy field. According to other embodiments, the process may further comprise reducing the energy of the process by using at least one of mechanical re-compression of the vapor, thermal re-compression of the vapor, vacuum distillation, gas purge distillation, vapor permeation membrane evaporation and / or closed-loop heat pump . The process may further comprise the step of using carbon dioxide to precipitate the solutes involved in osmosis and using ammonia to re-absorb the precipitate for pressure-limited osmosis. The process may further comprise the step of introducing a nucleating suspension into the first solution. According to at least one embodiment, the process may further comprise the step of using a supersaturation of the salts in the first solution during the first operation and diluting the saturated salt solution during the second operation before returning to the first operation for re-saturation.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к системе для осмотического извлечения растворителя из первого раствора. Система содержит первую камеру, имеющую входное отверстие, соединенное по текучей среде с источником первого раствора, вторую камеру, имеющую входное отверстие, соединенное по текучей среде с источником концентрированного участвующего в осмосе раствора, содержащего аммиак и двуокись углерода в молярном отношении по меньшей мере 1:1, систему полупроницаемой мембраны, отделяющей первую камеру от второй камеры, разделительную систему, соединенную по текучей среде ниже по ходу потока второй камеры и выполненную с возможностью приема разжиженного участвующего в осмосе раствора из второй камеры и восстановления участвующих в осмосе растворенных веществ и потока растворителя, и рециклирующую систему, содержащую абсорбер, выполненный с возможностью облегчения повторного введения участвующих в осмосе растворенных веществ во вторую камеру для поддерживания заданного молярного отношения аммиака к двуокиси углерода в концентрированном обезвоженном растворе. Согласно одному варианту реализации указанная разделительная система содержит дистилляционную колонну.According to another aspect, the present invention relates to a system for osmotic extraction of a solvent from a first solution. The system comprises a first chamber having an inlet fluidly connected to a source of the first solution, a second chamber having an inlet fluidly connected to a source of concentrated osmosis solution containing ammonia and carbon dioxide in a molar ratio of at least 1: 1, a semi-permeable membrane system separating the first chamber from the second chamber, a separation system fluidly connected downstream of the second chamber and configured to receive liquefaction osmotic solution participating in the osmosis from the second chamber and the recovery of the solutes involved in the osmosis and the solvent stream, and a recycling system containing an absorber configured to facilitate the reintroduction of the solutes involved in the osmosis into the second chamber to maintain a given molar ratio of ammonia to carbon dioxide in concentrated dehydrated solution. According to one embodiment, said separation system comprises a distillation column.
Согласно некоторым вариантам реализации абсорбер может содержать ректификационную колонну насадочного типа. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации абсорбер содержит мембранный контактный фильтр. Мембранный контактный фильтр может быть выполнен и расположен с возможностью облегчения параллельного потока охлажденного абсорбирующего вещества и последовательного потока газов участвующего в осмосе растворенного вещества в мембранном контактном фильтре. Согласно некоторым вариантам реализации дистилляционная колонна может содержать мембранное дистилляционное устройство. Согласно некоторым вариантам реализации рециклирующая система дополнительно может осуществлять операцию сжатия ниже по ходу потока абсорбера для улучшения конденсации газов участвующего в осмосе растворенного вещества. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации указанная операция сжатия осуществляется с использованием газового компрессора, парового эдуктора или жидкостного потокового эдуктора. Операция разделения может дополнительно включать контур секвестрации углерода для абсорбирования и выделения участвующих в осмосе растворенных веществ, причем указанный контур секвестрации углерода выполнен с возможностью завершения абсорбции газов участвующего в осмосе растворенного вещества и увеличения их давления для облегчения их абсорбции концентрированным участвующим в осмосе раствором.In some embodiments, the absorber may comprise a packed type distillation column. According to at least one embodiment, the absorber comprises a membrane contact filter. The membrane contact filter can be made and located with the possibility of facilitating the parallel flow of the cooled absorbent substance and the sequential gas stream involved in the osmosis of the solute in the membrane contact filter. In some embodiments, the distillation column may comprise a membrane distillation device. According to some embodiments, the recycling system can additionally perform a compression operation downstream of the absorber to improve the condensation of the gases of the solute involved in the osmosis. According to at least one embodiment, said compression operation is carried out using a gas compressor, a steam eductor or a liquid stream eductor. The separation operation may further include a carbon sequestration circuit for absorbing and isolating the solutes participating in the osmosis, said carbon sequestration loop being configured to complete the absorption of the gases of the solute involved in the osmosis and increase their pressure to facilitate their absorption by the concentrated osmosis solution.
Согласно некоторым вариантам реализации система полупроницаемой мембраны может содержать мембранный блок, погруженный в первый раствор, причем концентрированный участвующий в осмосе раствор протекает сквозь внутреннюю часть мембранного блока. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации система полупроницаемой мембраны содержит первый канал потока, связанный с первым раствором, из которого извлечен растворитель, причем указанный первый канал потока имеет сужающуюся геометрию или содержит конструкцию разделителей потока, так что эффективный объем первого канала потока уменьшается в направлении вдоль его длины, и второй канал потока, связанный с концентрированным участвующим в осмосе раствором, в который введен растворитель, извлеченный из первого раствора, причем указанный второй канал потока имеет расширяющуюся геометрию или содержит конструкцию разделителей потока, так что эффективный объем указанного второго канала потока увеличивается вдоль его длины. Согласно некоторым вариантам реализации система полупроницаемой перегородки содержит пирамидальный массив мембранных блоков, выполненный с возможностью уменьшения объема первого раствора и увеличения объема концентрированного участвующего в осмосе раствора, причем указанный пирамидальный массив мембранных блоков выполнен таким образом, что в конфигурации встречных потоков имеется меньшее количество мембранных блоков, ориентированных в направлении к входному отверстию для участвующего в осмосе раствора и выходному отверстию для исходного раствора, и большее количество мембранных блоков, ориентированных в направлении кIn some embodiments, the semi-permeable membrane system may comprise a membrane block immersed in the first solution, the concentrated osmosis participating solution flowing through the interior of the membrane block. According to at least one embodiment, the semi-permeable membrane system comprises a first flow channel associated with a first solution from which the solvent is recovered, said first flow channel having a tapering geometry or construction of flow dividers, so that the effective volume of the first flow channel decreases along the direction its length, and a second flow channel associated with a concentrated osmosis participating solution, into which a solvent extracted from the first solution is introduced, wherein azanny second flow channel has a flared geometry or structure comprises flow dividers so that the effective volume of said second flow channel increases along its length. According to some embodiments, the semi-permeable septum system comprises a pyramidal array of membrane blocks configured to reduce the volume of the first solution and increase the volume of the concentrated solution involved in the osmosis, said pyramidal array of membrane blocks being made in such a way that there are fewer membrane blocks in the counter flow configuration, oriented towards the inlet for the solution involved in the osmosis and the outlet for initial solution, and a larger number of membrane blocks oriented towards
- 2 024894 входному отверстию для исходного раствора и выходному отверстию для участвующего в осмосе раствора.- 2 024894 inlet for the source solution and the outlet for participating in the osmosis of the solution.
Кроме того, система может содержать ниже по ходу потока нулевую потоковую операцию сброса жидкости или иным способом уменьшающую потоковую операцию, в которой используется входное отверстие для приема концентрированного раствора. Система дополнительно может содержать вакуумную систему или воздушную систему для продувки/десорбирования, выполненную с возможностью облегчения десорбирования отгонкой участвующих в осмосе растворенных веществ. Система дополнительно может содержать систему для испарения сквозь проницаемую мембрану, выполненную с возможностью десорбирования отгонкой участвующих в осмосе растворенных веществ. Согласно некоторым вариантам реализации указанная система для испарения сквозь проницаемую мембрану может содержать мембрану, которая является селективной для газов участвующего в осмосе растворенного вещества относительно водяного пара. Система дополнительно может содержать мембранную дистилляционную систему для десорбирования отгонкой участвующих в осмосе растворенных веществ. Согласно, по меньшей мере, некоторым вариантам реализации мембраны могут использоваться как для выделения участвующих в осмосе растворенных веществ, так и для теплообмена в блоке. Согласно некоторым вариантам реализации восстановленные участвующие в осмосе растворенные вещества могут быть доставлены по меньшей мере в одну дополнительную расположенную по ходу потока операцию.In addition, the system may contain downstream the zero-stream liquid discharge operation or otherwise reduce the stream operation in which an inlet is used to receive a concentrated solution. The system may further comprise a vacuum system or an air purge / desorption system configured to facilitate desorption by distillation of the solutes involved in the osmosis. The system may further comprise a system for evaporation through a permeable membrane, configured to desorb by distillation of the solutes involved in osmosis. According to some embodiments, said system for evaporating through a permeable membrane may comprise a membrane that is selective for the gases involved in the osmosis of the solute relative to water vapor. The system may further comprise a membrane distillation system for stripping the solutes involved in osmosis by distillation. According to at least some embodiments, membranes can be used both for isolating solutes involved in osmosis and for heat exchange in a block. In some embodiments, the reconstituted osmosis participating solutes can be delivered in at least one additional downstream operation.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к способу осмотической выработки энергии. Способ может содержать этапы, на которых выполняют операцию мембранного разделения для формирования первого раствора, осаждают участвующие в осмосе растворенные вещества из первого раствора, выделяют осажденные участвующие в осмосе растворенные вещества для формирования второго раствора, способствуют извлечению газов из второго раствора, отделяют газы способом, таким как кинетическая дифференциальная абсорбция, и используют по меньшей мере один отделенный газ для повторного растворения осажденных растворенных веществ для формирования третьего раствора для повторного использования на этапе мембранного разделения.According to another aspect, the present invention relates to a method for osmotic energy production. The method may comprise the steps of performing the membrane separation operation to form the first solution, precipitating the solutes involved in osmosis from the first solution, separating the precipitating solutes participating in osmosis to form the second solution, facilitating the extraction of gases from the second solution, and separating the gases in a manner such as kinetic differential absorption, and at least one separated gas is used to redissolve the precipitated solutes for the formations a third solution for reuse in the membrane separation step.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения процесс разделения на основе прямого осмоса может содержать этап, на котором вводят первый раствор в контакт с первой стороной полупроницаемой мембраны, вводят концентрированный участвующий в осмосе раствор в контакт с второй стороной полупроницаемой мембраны для поддерживания необходимого осмотического градиента концентрации на полупроницаемой мембране, способствуют протеканию, по меньшей мере, части первого раствора через полупроницаемую мембрану для формирования второго раствора на первой стороне полупроницаемой мембраны и разжиженного участвующего в осмосе раствора на второй стороне полупроницаемой мембраны, подают, по меньшей мере, часть разжиженного участвующего в осмосе раствора в операцию разделения для восстановления участвующих в осмосе растворенных веществ и потока растворителя, повторно вводят участвующие в осмосе растворенные вещества в контакт с второй стороной полупроницаемой мембраны для поддерживания необходимого молярного соотношения в концентрированном обезвоженном растворе и отбирают поток растворителя. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации восстановленные участвующие в осмосе растворенные вещества, полученные в результате операции разделения, вводят в контакт с абсорбирующим раствором.According to another aspect of the present invention, a direct osmosis separation process may include bringing the first solution into contact with the first side of the semi-permeable membrane, introducing the concentrated osmotic solution into contact with the second side of the semi-permeable membrane to maintain the desired osmotic concentration gradient on the semi-permeable membrane facilitate the flow of at least part of the first solution through a semipermeable membrane to form a second solution on the first side of the semi-permeable membrane and the liquefied osmosis participating solution on the second side of the semi-permeable membrane, at least a portion of the liquefied osmosis participating solution is fed into a separation operation to recover the solutes involved in the osmosis and the solvent stream, the dissolved substances participating in the osmosis are reintroduced in contact with the second side of the semipermeable membrane to maintain the desired molar ratio in the concentrated dehydrated solution and select outflow of solvent. According to at least one embodiment, the reconstituted osmosis participating solutes resulting from the separation operation are contacted with an absorbent solution.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения устройство для осмотического извлечения растворителя из первого раствора может содержать первую камеру, имеющую входное отверстие, соединенное по текучей среде с источником первого раствора, вторую камеру, имеющую входное отверстие, соединенное по текучей среде с источником концентрированного участвующего в осмосе раствора, полупроницаемую мембрану, отделяющую первую камеру от второй камеры, и разделительную систему, соединенную по текучей среде ниже по ходу потока второй камеры и выполненную с возможностью приема разжиженного участвующего в осмосе раствора из второй камеры и восстановления участвующих в осмосе растворенных веществ и потока растворителя. Указанное устройство также может содержать систему для восстановления, которая содержит абсорбер, выполненный с возможностью облегчения повторного введения участвующих в осмосе растворенных веществ во вторую камеру для поддерживания необходимой концентрации растворенных веществ в концентрированном обезвоженном растворе.According to another aspect of the present invention, an apparatus for osmotic extraction of a solvent from a first solution may comprise a first chamber having an inlet connected in fluid to a source of the first solution, a second chamber having an inlet connected in fluid to a source of concentrated osmosis solution, a semi-permeable membrane separating the first chamber from the second chamber, and a separation system fluidly connected downstream of the second chamber and le to receive liquefied participating in osmosis of the solution from the second chamber and recovery involved in osmosis solute and solvent flow. The specified device may also contain a recovery system that contains an absorber configured to facilitate the reintroduction of the dissolved substances involved in the osmosis into the second chamber to maintain the required concentration of dissolved substances in the concentrated dehydrated solution.
Согласно различным вариантам реализации по меньшей мере одна из разделительной системы и системы для восстановления может содержать мембранное устройство. Указанное мембранное устройство может быть выполнено и расположено с возможностью введения восстановленного участвующего в осмосе растворенного вещества или растворенных веществ в контакт с абсорбирующим раствором. Мембранное устройство дополнительно может быть выполнено и расположено с возможностью десорбирования отгонкой участвующие в осмосе растворенные вещества из разжиженного участвующего в осмосе раствора. Согласно некоторым вариантам реализации по меньшей мере одна из разделительной системы и системы для восстановления может содержать суспендированную жидкую мембрану. Операция разделения может включать многоступенчатую операцию восстановления растворенного вещества с использованием, например, дистилляционной колонны или дистилляционной мембраны. В случае многоступенчатого восстановления растворенного вещества система или системы могут быть выполнены и расположены таким образом, что материал и энергия передаются потоком, причем и то и другое проте- 3 024894 кают последовательно. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации многоступенчатая операция восстановления растворенного вещества может включать использование по меньшей мере одного теплового насоса.In various embodiments, at least one of the separation system and the recovery system may comprise a membrane device. The specified membrane device can be made and located with the possibility of introducing the restored participating in the osmosis of the dissolved substance or dissolved substances into contact with the absorbent solution. The membrane device can additionally be made and arranged to be stripped by stripping, participating in the osmosis, dissolved substances from the liquefied solution participating in the osmosis. In some embodiments, at least one of the separation system and the recovery system may comprise a suspended liquid membrane. The separation operation may include a multistage step of reconstituting the solute using, for example, a distillation column or distillation membrane. In the case of multi-stage reduction of the solute, the system or systems can be designed and arranged in such a way that the material and energy are transmitted by a stream, and both of them flow sequentially. According to at least one embodiment, a multi-step solute reduction operation may include the use of at least one heat pump.
Согласно другому аспекту способ разделения растворенного вещества и продуктового растворителя из участвующего в осмосе раствора с использованием нескольких дистилляционных колонн может содержать этапы, на которых вводят участвующий в осмосе раствор в каждую, по меньшей мере, из первой дистилляционной колонны и, по меньшей мере, второй дистилляционной колонны, прикладывают тепловую энергию, полученную от источника тепловой энергии, к первой дистилляционной колонне для выпаривания, по меньшей мере, части участвующего в осмосе раствора в первой дистилляционной колонне, направляют испаренную часть участвующего в осмосе раствора из первой дистилляционной колонны во вторую дистилляционную колонну в качестве потока энергии, так что испаренная часть участвующего в осмосе раствора из первой дистилляционной колонны действует в качестве источника тепловой энергии для второй дистилляционной колонны для выпаривания, по меньшей мере, части участвующего в осмосе раствора во второй дистилляционной колонне, и обеспечивают протекание участвующего в осмосе раствора и потоков энергии последовательно, по меньшей мере, в первой и второй дистилляционных колоннах, в результате чего растворенные вещества участвующего в осмосе раствора и продуктовый растворитель, содержавшиеся в обезвоженном растворе, разделяются, по меньшей мере, в первой и второй дистилляционных колоннах. Согласно некоторым вариантам реализации указанный способ может содержать этап, на котором облегчают работу по меньшей мере одной из первой и второй дистилляционных колонн посредством теплового насоса.According to another aspect, a method for separating a dissolved substance and a product solvent from a solution participating in an osmosis using several distillation columns may comprise the steps of introducing a solution participating in the osmosis into each of at least a first distillation column and at least a second distillation column columns, apply thermal energy received from a source of thermal energy to the first distillation column to evaporate at least a portion of the solution involved in the osmosis in the first distillation column, the evaporated part of the osmosis solution from the first distillation column is directed to the second distillation column as an energy stream, so that the evaporated part of the osmosis solution from the first distillation column acts as a heat source for the second distillation column for evaporation, at least part of the solution involved in the osmosis in the second distillation column, and allow the course of the solution involved in the osmosis and en WGIG sequentially, at least first and second distillation columns whereby solutes involved in osmosis of the solution and the solvent product contained in the dehydrated solution, separated, at least in the first and second distillation columns. According to some embodiments, said method may comprise the step of facilitating the operation of at least one of the first and second distillation columns by means of a heat pump.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к устройству (и способу, который реализуется путем использования указанного устройства) для восстановления растворенных веществ участвующего в осмосе раствора из разжиженного участвующего в осмосе раствора. Указанное устройство содержит: осмотическую мембранную систему, содержащую источник разжиженного участвующего в осмосе раствора, содержащего удаляемые тепловым способом растворенные вещества; и разделительную систему, находящуюся в гидравлической связи с осмотической мембранной системой и содержащую по меньшей мере один мембранный контактный фильтр, имеющий первую сторону и вторую сторону, причем первая сторона находится в гидравлической связи с источником разжиженного участвующего в осмосе раствора.According to another aspect, the present invention relates to a device (and a method that is implemented by using said device) for reconstituting dissolved substances of an osmosis solution from a liquefied osmosis solution. The specified device contains: an osmotic membrane system containing a source of liquefied participating in the osmosis of a solution containing thermally removed solutes; and a separation system in fluid communication with the osmotic membrane system and comprising at least one membrane contact filter having a first side and a second side, the first side being in fluid communication with a source of liquefied osmotic solution.
Согласно по меньшей мере одному варианту реализации указанная разделительная система дополнительно содержит: источник тепловой энергии, сообщающийся с разжиженным участвующим в осмосе раствором, для выпаривания, по меньшей мере, части участвующих в осмосе растворенных веществ из разжиженного участвующего в осмосе раствора и источник абсорбирующего раствора, находящийся в гидравлической связи со второй стороной мембранного контактного фильтра. По меньшей мере, часть испаренных участвующих в осмосе растворенных веществ проходит с первой стороны на вторую сторону мембранного контактного фильтра и поглощается абсорбирующим раствором.According to at least one embodiment, said separation system further comprises: a source of thermal energy in fluid communication with the osmotic solution participating in the osmosis, for evaporating at least a part of the dissolved substances involved in the osmosis from the liquefied osmosis solution and a source of the absorbing solution located in hydraulic communication with the second side of the membrane contact filter. At least a portion of the vaporized solutes participating in the osmosis passes from the first side to the second side of the membrane contact filter and is absorbed by the absorbent solution.
Согласно различным вариантам реализации абсорбирующий раствор также содержит источник тепловой энергии, например в форме водяного пара. Разделительная система также может содержать конденсатор, сообщающийся с абсорбирующим раствором, когда указанный раствор выходит по меньшей мере из одного мембранного контактного фильтра, тепловой насос, сообщающийся с мембранным контактным фильтром, и/или рибойлер, сообщающийся с тепловым насосом и источником воды, выпущенной из мембранного контактного фильтра. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации мембранный контактный фильтр представляет собой селективную мембрану, которая, по существу, блокирует передачу водяного пара, но облегчает передачу испаренных участвующих в осмосе растворенных веществ. Согласно одному варианту реализации селективной мембраной является суспендированная жидкая мембрана.In various embodiments, the absorbent solution also contains a source of thermal energy, for example in the form of water vapor. The separation system may also comprise a condenser communicating with the absorbent solution when said solution exits at least one membrane contact filter, a heat pump communicating with the membrane contact filter, and / or a reboiler communicating with the heat pump and a source of water discharged from the membrane contact filter. According to at least one embodiment, the membrane contact filter is a selective membrane, which essentially blocks the transmission of water vapor, but facilitates the transfer of evaporated solutes involved in osmosis. In one embodiment, the selective membrane is a suspended liquid membrane.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к устройству для восстановления растворенных веществ участвующего в осмосе раствора из осмотической мембранной системы. Указанное устройство содержит: мембранный блок, выполненный с возможностью приема разжиженного участвующего в осмосе раствора из осмотической мембранной системы, содержащий по меньшей мере одну мембранную систему; и блок теплового насоса, находящийся в гидравлической связи с мембранным блоком, для подачи источника тепловой энергии к мембранному блоку. Указанный мембранный блок может содержать по меньшей мере одну мембранную систему, которая может быть расположена в корпусе. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации по меньшей мере одна мембранная система содержит по меньшей мере одну мембранную систему для десорбирования отгонкой растворенных веществ из разжиженного участвующего в осмосе раствора (т.е. десорбирующую мембрану) и по меньшей мере одну мембранную систему для введения в контакт растворенных веществ участвующего в осмосе раствора с абсорбирующим раствором (т.е. абсорбирующую мембрану). Согласно одному варианту реализации мембранная система является многоступенчатой системой для восстановления растворенного вещества, в которой многочисленные мембранные блоки используются с потоками материала и энергии, протекающими последовательно или параллельно, в зависимости от случая конкретного применения. Мембранная система или мембранные системы могут содержать селективную мембрану, такую как, напри- 4 024894 мер, суспендированная жидкая мембрана. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации блок теплового насоса содержит тепловой насос, находящийся в гидравлической связи с источником испаренных участвующих в осмосе растворенных веществ, выпущенных мембранным блоком, и рибойлер, находящийся в гидравлической связи с источником воды, выпущенной мембранным блоком.According to another aspect, the present invention relates to a device for reconstituting dissolved substances of an osmotic solution from an osmotic membrane system. The specified device contains: a membrane unit configured to receive a liquefied participating in the osmosis solution from the osmotic membrane system, containing at least one membrane system; and a heat pump unit in fluid communication with the membrane unit for supplying a heat source to the membrane unit. The specified membrane unit may contain at least one membrane system, which may be located in the housing. According to at least one embodiment, the at least one membrane system comprises at least one membrane system for desorption by distillation of solutes from a diluted osmosis solution (i.e., a desorption membrane) and at least one membrane system for contact dissolved substances involved in the osmosis of a solution with an absorbent solution (i.e., an absorbent membrane). In one embodiment, the membrane system is a multi-stage solute recovery system in which multiple membrane blocks are used with material and energy flows flowing sequentially or in parallel, depending on the particular application. The membrane system or membrane systems may comprise a selective membrane, such as, for example, 4,024,894 measures, a suspended liquid membrane. According to at least one embodiment, the heat pump unit comprises a heat pump that is in fluid communication with a source of vaporized osmosis participating solutes discharged by the membrane unit, and a riboiler in fluid communication with the water source discharged by the membrane unit.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к устройству для восстановления растворенных веществ участвующего в осмосе раствора из осмотической мембранной системы, в котором осуществлено многоступенчатое восстановление растворенного вещества с использованием нескольких дистилляционных колонн и/или мембранных блоков. Согласно одному варианту реализации указанное устройство содержит первую дистилляционную колонну (или мембранный блок), тепловой насос и вторую дистилляционную колонну (или мембранный блок). Первая дистилляционная колонна содержит: первое входное отверстие, связанное с первым источником разжиженного участвующего в осмосе раствора (например, осмотической мембранной системой), для введения части разжиженного участвующего в осмосе раствора в первый конец первой дистилляционной колонны; первое теплопередающее средство, связанное с первой дистилляционной колонной во втором конце, причем указанное первое теплопередающее средство имеет входное отверстие, связанное с первым источником тепловой энергии, и выходное отверстие, связанное с первой дистилляционной колонной, для направления в первую дистилляционную колонну тепловой энергии, вызывающей выпаривание растворенных веществ разжиженного участвующего в осмосе раствора в первой дистилляционной колонне; первое выходное отверстие для удаления испаренных растворенных веществ разжиженного участвующего в осмосе раствора из первой дистилляционной колонны; и второе выходное отверстие для удаления нижнего продукта из первой дистилляционной колонны. Согласно другому варианту реализации первый источник тепловой энергии может быть введен непосредственно в первую дистилляционную колонну. Тепловой насос связан с первым выходным отверстием первой дистилляционной колонны. Вторая дистилляционная колонна содержит: первое входное отверстие, связанное с вторым источником разжиженного участвующего в осмосе раствора, для введения части разжиженного участвующего в осмосе раствора в первый конец второй дистилляционной колонны; второе теплопередающее средство, связанное с второй дистилляционной колонной во втором конце, причем указанное второе теплопередающее средство имеет входное отверстие, связанное с тепловым насосом, для приема испаренных растворенных веществ разжиженного участвующего в осмосе раствора для использования в качестве второго источника тепловой энергии; первое выходное отверстие, связанное со второй дистилляционной колонной, для направления второго источника тепловой энергии во вторую дистилляционную колонну для испарения растворенных веществ разжиженного участвующего в осмосе раствора во второй дистилляционной колонне; и второе выходное отверстие, выполненное с возможностью возвращения испаренных растворенных веществ разжиженного участвующего в осмосе раствора из первой дистилляционной колонны, конденсированных во втором теплопередающем средстве, в осмотическую мембранную систему; первое выходное отверстие для удаления испаренных растворенных веществ разжиженного участвующего в осмосе раствора из второй дистилляционной колонны; и второе выходное отверстие для удаления нижнего продукта из второй дистилляционной колонны.According to another aspect, the present invention relates to a device for reconstituting solutes of an osmotic solution from an osmotic membrane system in which multi-step reconstitution of a solute is carried out using several distillation columns and / or membrane blocks. According to one embodiment, said device comprises a first distillation column (or membrane unit), a heat pump and a second distillation column (or membrane unit). The first distillation column comprises: a first inlet connected to a first source of a liquefied osmosis solution (for example, an osmotic membrane system) for introducing a portion of a liquefied osmosis solution into the first end of the first distillation column; a first heat transfer means coupled to the first distillation column at a second end, said first heat transfer means having an inlet coupled to the first heat source and an outlet coupled to the first distillation column for directing heat energy causing evaporation to the first distillation column dissolved substances of a liquefied osmotic solution in the first distillation column; a first outlet for removing the evaporated dissolved substances of the liquefied osmosis solution from the first distillation column; and a second outlet for removing the bottom product from the first distillation column. According to another embodiment, the first thermal energy source may be introduced directly into the first distillation column. The heat pump is connected to the first outlet of the first distillation column. The second distillation column comprises: a first inlet connected to a second source of liquefied osmosis solution, for introducing a portion of the liquefied osmosis solution into the first end of the second distillation column; a second heat transfer means associated with the second distillation column at the second end, said second heat transfer means having an inlet coupled to a heat pump for receiving evaporated dissolved substances of the osmotic diluted solution for use as a second heat energy source; a first outlet associated with the second distillation column to direct a second heat source to the second distillation column to evaporate the dissolved substances of the liquefied osmosis solution in the second distillation column; and a second outlet configured to return the evaporated solutes of the diluted osmosis solution from the first distillation column condensed in the second heat transfer means to the osmotic membrane system; a first outlet for removing evaporated dissolved substances of the liquefied osmosis solution from the second distillation column; and a second outlet for removing the bottom product from the second distillation column.
Согласно различным вариантам реализации устройство содержит второй тепловой насос, связанный с первым выходным отверстием второй дистилляционной колонны и, по меньшей мере, третьей дистилляционной колонны. Третья дистилляционная колонна содержит первое входное отверстие, связанное с третьим источником разжиженного участвующего в осмосе раствора (например, осмотической мембранной системой), для введения части разжиженного участвующего в осмосе раствора в первый конец третьей дистилляционной колонны; третье теплопередающее средство, связанное с третьей дистилляционной колонной во втором конце, причем указанное третье теплопередающее средство имеет входное отверстие, связанное со вторым тепловым насосом, для приема испаренных растворенных веществ разжиженного участвующего в осмосе раствора для использования в качестве третьего источника тепловой энергии для использования с третьей дистилляционной колонной, первое выходное отверстие, связанное с третьей дистилляционной колонной, для направления третьего источника тепловой энергии в третью дистилляционную колонну для вызова испарения растворенных веществ разжиженного участвующего в осмосе раствора в третьей дистилляционной камере, и второе выходное отверстие, выполненное с возможностью возвращения испаренных растворенных веществ разжиженного участвующего в осмосе раствора из второй дистилляционной колонны, конденсированных в третьем теплопередающем средстве, в осмотическую мембранную систему; первое выходное отверстие для удаления испаренных растворенных веществ участвующего в осмосе раствора из третьей дистилляционной колонны; и второе выходное отверстие для удаления нижнего продукта из третьей дистилляционной колонны. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации первое выходное отверстие третьей дистилляционной колонны выполнено с возможностью возвращения испаренных растворенных веществ разжиженного участвующего в осмосе раствора из третьей дистилляционной колонны в осмотическую мембранную систему. Согласно одному варианту реализации первая и вторая дистилляционные колонны выполнены с возможностью параллельной работы, а первым и вторым источниками разжиженного участвующего в осмосе раствора является осмотическая мембранная система. Согласно другому варианту реализации первая и вторая ди- 5 024894 стилляционные колонны выполнены с возможностью последовательной работы, и вторым источником разжиженного участвующего в осмосе раствора является нижний продукт первой дистилляционной колонны.According to various embodiments, the device comprises a second heat pump coupled to a first outlet of a second distillation column and at least a third distillation column. The third distillation column comprises a first inlet connected to a third source of a diluted osmosis solution (for example, an osmotic membrane system) for introducing a portion of the liquefied osmosis solution into the first end of the third distillation column; a third heat transfer agent associated with a third distillation column at a second end, said third heat transfer means having an inlet coupled to a second heat pump for receiving evaporated dissolved substances of a liquefied osmosis solution for use as a third heat source for use with a third distillation column, a first outlet associated with the third distillation column, for directing a third source of thermal energy gi into the third distillation column to cause the evaporation of the dissolved substances of the liquefied osmosis solution in the third distillation chamber, and a second outlet configured to return the evaporated dissolved substances of the liquefied osmosis solution from the second distillation column, condensed in the third heat transfer agent, to the osmotic membrane system; a first outlet for removing evaporated dissolved substances participating in the osmosis of the solution from the third distillation column; and a second outlet for removing the bottom product from the third distillation column. According to at least one embodiment, the first outlet of the third distillation column is configured to return the evaporated solutes of the diluted osmosis solution from the third distillation column to the osmotic membrane system. According to one embodiment, the first and second distillation columns are arranged to operate in parallel, and the osmotic membrane system is the first and second sources of the diluted osmotic solution. According to another embodiment, the first and second distillation columns are adapted for sequential operation, and the second product of the first distillation column is the second source of the liquefied osmosis solution.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к устройству для восстановления участвующих в осмосе растворенных веществ из осмотического мембранного процесса. Указанное устройство содержит осмотическую мембранную систему, содержащую источник разжиженного участвующего в осмосе раствора, содержащего удаляемые тепловым способом растворенные вещества; и разделительный блок, находящийся в гидравлической связи с осмотической мембранной системой, содержащий: по меньшей мере одно из мембранного устройства или дистилляционного устройства, которые находятся в гидравлической связи с источником разжиженного участвующего в осмосе раствора; и по меньшей мере один тепловой насос, связанный по меньшей мере с одним из мембранного устройства или дистилляционного устройства и выполненный с возможностью обеспечения источника тепловой энергии (или облегчения работы существующего источника тепловой энергии) по меньшей мере для одного из мембранного устройства и дистилляционного устройства для выпаривания удаляемых тепловым способом растворенных веществ.According to another aspect, the present invention relates to a device for recovering solutes involved in osmosis from an osmotic membrane process. The specified device contains an osmotic membrane system containing a source of liquefied participating in the osmosis of a solution containing thermally removed solutes; and a separation unit in fluid communication with the osmotic membrane system, comprising: at least one of a membrane device or a distillation device that is in fluid communication with a source of liquefied osmotic solution; and at least one heat pump associated with at least one of the membrane device or distillation device and configured to provide a heat source (or facilitate the operation of an existing heat source) for at least one of the membrane device and the distillation device for evaporation thermally removed solutes.
Согласно различным вариантам реализации мембранное устройство содержит по меньшей мере один мембранный контактный фильтр, выполненный с возможностью по меньшей мере одного из следующего: введения выпаренных участвующих в осмосе растворенных веществ в контакт с абсорбирующим раствором или десорбирования отгонкой участвующих в осмосе растворенных веществ из разжиженного участвующего в осмосе раствора. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации мембранным контактным фильтром является суспендированная жидкая мембрана. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации дистилляционное устройство содержит многоступенчатое устройство для восстановления растворенного вещества, например многоступенчатую колонну и/или мембранное дистилляционное устройство. Согласно одному варианту реализации многоступенчатое устройство для восстановления выполнено и расположено таким образом, что материал и энергия протекают потоком последовательно, например через первую дистилляционную колонну и вторую дистилляционную колонну.In various embodiments, the membrane device comprises at least one membrane contact filter configured to at least one of the following: bring evaporated osmosis solutes into contact with the absorbent solution or stripping osmosis solutes by distillation of the solute osmosis from the liquefied osmosis solution. According to at least one embodiment, the membrane contact filter is a suspended liquid membrane. According to at least one embodiment, the distillation device comprises a multistage device for reconstituting the solute, for example, a multistage column and / or membrane distillation device. According to one embodiment, a multi-stage recovery device is configured and arranged so that material and energy flow sequentially, for example, through a first distillation column and a second distillation column.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к способу восстановления участвующих в осмосе растворенных веществ из осмотической мембранной системы. Способ содержит этапы, на которых: берут источник разжиженного участвующего в осмосе раствора из осмотической мембранной системы, причем указанный разжиженный участвующий в осмосе раствор содержит удаляемые тепловым способом растворенные вещества, вводят, по меньшей мере, часть разжиженного участвующего в осмосе раствора в разделительную систему, вводят источник тепловой энергии в разделительную систему, выпаривают растворенные вещества разжиженного участвующего в осмосе раствора из разжиженного участвующего в осмосе раствора, восстанавливают испаренные растворенные вещества разжиженного участвующего в осмосе раствора и рециклируют указанные растворенные вещества участвующего в осмосе раствора из разделительной системы в осмотическую мембранную систему.According to another aspect, the present invention relates to a method for recovering solutes involved in osmosis from an osmotic membrane system. The method comprises the steps of: taking a source of a liquefied osmosis participating solution from an osmotic membrane system, said liquefied osmosis participating solution containing thermally removed solutes, introducing at least a part of the liquefied osmosis participating solution into the separation system, and introducing a source of thermal energy into the separation system, the dissolved substances of the liquefied solution participating in the osmosis are evaporated from the liquefied solution participating in the osmosis, the evaporated dissolved substances of the liquefied osmosis participating solution are installed and the indicated dissolved substances of the osmotic participating solution are recycled from the separation system to the osmotic membrane system.
Согласно по меньшей мере одному варианту реализации этап выпаривания растворенных веществ разжиженного участвующего в осмосе раствора содержит подэтап, на котором растворенные вещества разжиженного участвующего в осмосе раствора подвергают действию источника тепловой энергии с использованием мембранного контактного фильтра для десорбирования растворенных веществ отгонкой из разжиженного участвующего в осмосе раствора. Этап восстановления испаренных растворенных веществ участвующего в осмосе раствора содержит подэтап, на котором испаренные растворенные вещества участвующего в осмосе раствора подвергают действию абсорбирующего раствора с использованием мембранного контактного фильтра. Согласно другим вариантам реализации этап выпаривания растворенных веществ разжиженного участвующего в осмосе раствора содержит подэтап, на котором разжиженный участвующий в осмосе раствор подвергают действию многоступенчатого процесса восстановления растворенного вещества, например в многоступенчатой дистилляционной колонне. Согласно одному варианту реализации разжиженный участвующий в осмосе раствор и источник тепловой энергии протекают последовательно через многоступенчатый процесс восстановления растворенного вещества, например, по меньшей мере, через первую дистилляционную колонну (или мембранный блок) и вторую дистилляционную колонну (или мембранный блок). Кроме того, этап выпаривания растворенных веществ разжиженного участвующего в осмосе раствора содержит подэтап, на котором улучшают действие источника тепловой энергии посредством теплового насоса.According to at least one embodiment, the step of evaporating the dissolved substances of the liquefied osmosis solution contains a sub-step in which the dissolved substances of the liquefied osmosis solution are exposed to a heat source using a membrane contact filter to desorb the dissolved substances by stripping from the liquefied osmosis solution. The step of reconstituting the evaporated dissolved substances of the osmosis participating solution contains a sub-step in which the evaporated dissolved substances of the osmosis participating solution is exposed to the absorbent solution using a membrane contact filter. According to other embodiments, the step of evaporating the dissolved substances of the liquefied osmosis solution comprises a sub-step in which the liquefied osmosis solution is subjected to a multi-stage reconstitution process of a solute, for example in a multi-stage distillation column. According to one embodiment, the liquefied osmosis solution and the heat source flow sequentially through a multi-stage solute recovery process, for example, at least through a first distillation column (or membrane block) and a second distillation column (or membrane block). In addition, the step of evaporating the dissolved substances of the diluted osmosis participating in the osmosis solution contains a sub-step in which the action of the heat source is improved by means of a heat pump.
Эти и другие задачи, наряду с преимуществами и признаками настоящего изобретения, описанного в настоящем документе, станут очевидными по ознакомлении с приведенным ниже описанием и сопроводительными чертежами. Кроме того, следует подразумевать, что признаки различных вариантов реализации, описанных в настоящем документе, не являются взаимоисключающими и могут существовать в различных комбинациях и перестановках.These and other objectives, along with the advantages and features of the present invention described herein, will become apparent upon reading the description below and the accompanying drawings. In addition, it should be understood that the features of the various implementations described herein are not mutually exclusive and may exist in various combinations and permutations.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На сопроводительных чертежах подобные позиционные номера в целом относятся к одинаковым элементам на различных видах. Кроме того, чертежи не обязательно являются масштабированными, на- 6 024894 против, визуальное выделение в целом используется для иллюстрации принципов настоящего изобретения, и не должно толковаться как ограничение настоящего изобретения. В целях ясности на чертежах не все компоненты обозначены позиционными номерами. В следующем ниже подробном описании различные варианты реализации настоящего изобретения представлены со ссылкой на сопроводительные чертежи.In the accompanying drawings, like reference numbers generally refer to like elements in different views. In addition, the drawings are not necessarily scaled; on the other hand, 6,049,894, visual highlighting is generally used to illustrate the principles of the present invention, and should not be construed as limiting the present invention. For clarity, in the drawings, not all components are indicated with reference numbers. In the following detailed description, various embodiments of the present invention are presented with reference to the accompanying drawings.
На фиг. 1 схематично показан пример осмотической мембранной системы/процесса, в котором используется система для восстановления растворенного вещества согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.In FIG. 1 schematically shows an example of an osmotic membrane system / process that utilizes a solute reduction system according to at least one embodiment of the present invention.
На фиг. 2 схематично показана осмотическая мембранная система/процесс согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.In FIG. 2 schematically shows an osmotic membrane system / process according to at least one embodiment of the present invention.
На фиг. 3 схематично показан альтернативной осмотической мембранной системы/процесса согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.In FIG. 3 schematically shows an alternative osmotic membrane system / process according to at least one embodiment of the present invention.
На фиг. 4 схематично показана другая альтернативная осмотическая мембранная система/процесс согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.In FIG. 4 schematically shows another alternative osmotic membrane system / process according to at least one embodiment of the present invention.
На фиг. 5 схематично показана другая альтернативная осмотическая мембранная система/процесс согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.In FIG. 5 schematically shows another alternative osmotic membrane system / process according to at least one embodiment of the present invention.
На фиг. 6 схематично показана часть системы для восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества, в которой используется мембранный контактный фильтр для облегчения абсорбции выпаров участвующего в осмосе раствора согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.In FIG. 6 schematically shows a part of a system for reconstituting a osmosis solute in which a membrane contact filter is used to facilitate absorption of vapors of a osmosis solution according to at least one embodiment of the present invention.
На фиг. 7 схематично показана часть системы для восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества, в которой используется мембранный контактный фильтр для облегчения десорбирования участвующих в осмосе растворенных веществ согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.In FIG. 7 schematically shows part of a system for reconstituting a osmosis solute that uses a membrane contact filter to facilitate desorption of a osmosis solute according to at least one embodiment of the present invention.
На фиг. 8 схематично показана часть системы для восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества, в которой функции десорбирования и абсорбирования разжиженного участвующего в осмосе раствора встроены в одиночный блок.In FIG. Figure 8 schematically shows part of a system for reconstituting a osmosis solute in which desorption and absorption functions of a liquefied osmosis solution are integrated in a single unit.
На фиг. 9 схематично показана часть системы для восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества, в которой используется мембранная дистилляция, интегрированная с тепловым насосом замкнутого цикла, согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.In FIG. 9 schematically shows part of a system for reconstituting a osmosis solute that utilizes membrane distillation integrated with a closed-loop heat pump according to at least one embodiment of the present invention.
На фиг. 10 схематично показана часть системы для восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества, в которой используется мембранная дистилляция, интегрированная с тепловым насосом открытого цикла, согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.In FIG. 10 schematically shows part of a system for reconstituting a osmosis solute that utilizes membrane distillation integrated with an open-cycle heat pump according to at least one embodiment of the present invention.
На фиг. 11 схематично показана селективная мембрана для использования в системе для восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.In FIG. 11 schematically shows a selective membrane for use in a system for reconstituting a osmosis solute according to at least one embodiment of the present invention.
На фиг. 12 схематично показана часть системы для восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества, в которой используется селективная мембрана для одновременного десорбирования и абсорбции участвующих в осмосе растворенных веществ, согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.In FIG. 12 schematically shows part of a system for reconstituting a osmosis solute in which a selective membrane is used to simultaneously desorb and absorb osmosis solutes, according to at least one embodiment of the present invention.
На фиг. 13 схематично показана часть системы для восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.In FIG. 13 schematically shows part of a system for reconstituting a osmosis solute according to at least one embodiment of the present invention.
На фиг. 14 схематично показана часть системы для восстановления растворенного вещества, в которой используется многоступенчатое восстановление растворенного вещества, согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.In FIG. 14 schematically shows a portion of a solute reduction system that utilizes multi-step solute reduction, according to at least one embodiment of the present invention.
На фиг. 15 схематично показана часть системы для восстановления растворенного вещества, в которой используется многоступенчатое восстановление растворенного вещества, облегченное посредством теплового насоса, согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.In FIG. 15 schematically shows part of a solute reduction system that utilizes multi-step solute reduction facilitated by a heat pump according to at least one embodiment of the present invention.
На фиг. 16 схематично показана часть системы для восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества, в которой используются дистилляционная колонна и тепловой насос, согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.In FIG. 16 schematically shows part of a system for reconstituting a osmosis solute that uses a distillation column and a heat pump, according to at least one embodiment of the present invention.
На фиг. 17 схематично показана часть системы для восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества, в которой используются дистилляционная колонна и тепловой насос, согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.In FIG. 17 schematically shows part of a system for reconstituting a osmosis solute in which a distillation column and a heat pump are used, according to at least one embodiment of the present invention.
На фиг. 18 схематично показана часть системы для восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества, в которой используется эдуктор, согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.In FIG. 18 schematically shows part of a system for reconstituting a osmosis solute in which an eductor is used, according to at least one embodiment of the present invention.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Различные варианты реализации настоящего изобретения могут быть использованы в любом осмотическом мембранном процессе под давлением, таком как ΡΘ, ΡΚΌ, ΘΌ, ЭОС и т.п. Осмотический мембранный процесс под давлением для извлечения растворителя из раствора в общем может содержать этап, на котором указанный раствор вводят в контакт с первой поверхностью мембраны прямого осмоса.Various embodiments of the present invention can be used in any osmotic membrane process under pressure, such as ΡΘ, ΡΚΌ, ΘΌ, EOS, etc. The osmotic membrane process under pressure to extract the solvent from the solution may generally comprise the step of bringing said solution into contact with the first surface of the direct osmosis membrane.
- 7 024894- 7,024,894
Согласно некоторым вариантам реализации первый раствор (известный как технологический или исходный раствор) может представлять собой морскую воду, жесткую воду, сточные воды, загрязненную воду, технологические стоки или иной водный раствор. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации растворителем является вода; однако согласно другим вариантам реализации могут быть использованы неводные растворители. Второй раствор (известный как участвующий в осмосе раствор) с увеличенной концентрацией растворенного вещества (растворенных веществ) по сравнению с первым раствором может находиться в контакте с второй противоположной поверхностью указанной мембраны прямого осмоса. Растворитель, например вода, может быть извлечена из первого раствора через мембрану прямого осмоса во второй раствор, обогащенный растворителем в результате прямого осмоса.In some embodiments, the first solution (known as process or stock solution) may be sea water, hard water, wastewater, contaminated water, process effluent, or another aqueous solution. In at least one embodiment, the solvent is water; however, in other embodiments, non-aqueous solvents may be used. A second solution (known as a solution participating in osmosis) with an increased concentration of solute (s) compared to the first solution may be in contact with a second opposite surface of said direct osmosis membrane. A solvent, for example water, can be recovered from the first solution through a direct osmosis membrane into a second solution enriched in the solvent as a result of direct osmosis.
При прямом осмосе в целом используются свойства передачи текучей среды, включающие перемещение растворителя из менее концентрированного раствора в более концентрированный раствор. Осмотическое давление в целом облегчает транспортировку растворителя сквозь мембрану прямого осмоса из исходного раствора в участвующий в осмосе раствор. Обогащенный растворителем раствор, также называемый разжиженным участвующим в осмосе раствором, может быть отобран из первого выхода и подвергнут дальнейшему процессу разделения. Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации очищенная вода может быть выработана в качестве продукта из обогащенного растворителем раствора. Второй продуктовый поток, т.е. обедненный растворителем или концентрированный технологический раствор может быть отобран из второго выхода для утилизации или дальнейшей обработки. Концентрированный технологический раствор может содержать по меньшей мере одно целевое соединение, концентрирование или иное изолирование которого может оказаться необходимым для последующего использования.In direct osmosis, fluid transfer properties are generally used, including the movement of the solvent from a less concentrated solution to a more concentrated solution. Osmotic pressure generally facilitates the transport of solvent through the direct osmosis membrane from the initial solution to the solution involved in osmosis. A solvent-enriched solution, also called a diluted osmosis solution, can be taken from the first outlet and subjected to a further separation process. In some non-limiting embodiments, purified water can be generated as a product from a solvent-rich solution. The second product stream, i.e. depleted in solvent or concentrated technological solution can be taken from the second outlet for disposal or further processing. The concentrated technological solution may contain at least one target compound, the concentration or other isolation of which may be necessary for subsequent use.
На фиг. 1 показана схема одной примерной осмотической мембранной системы/процесса 10, в которой используется регенерационная система 22 для получения участвующего в осмосе растворенного вещества согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, система/процесс 10 содержит блок 12 прямого осмоса, такой как описанные в патентах США № 6391205 и 7560029, и публикациях РСТ № АО 2009/155596 и АО 2011/053794, которые полностью включены в настоящий документ по ссылке. Блок 12 находится в гидравлической связи с источником или магистральной линией 14 исходного раствора и источником или магистральной линией 16 участвующего в осмосе раствора. Источник 16 участвующего в осмосе раствора может содержать, например, соленый раствор, такой как морская вода, или другой раствор, как описано ниже, который может действовать в качестве осмотического реагента для обезвоживания источника 14 посредством осмоса с использованием мембраны прямого осмоса, расположенной в блоке 12. Блок 12 выпускает поток концентрированного раствора 18, полученного из исходного раствора из источника 14, который может быть направлен для дополнительной обработки. Блок 12 также выпускает разжиженный участвующий в осмосе раствор 20, который может быть дополнительно обработан посредством регенерационной системы 22, как описано ниже, в которой могут быть восстановлены участвующие в осмосе растворенные вещества и целевой растворитель. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения участвующие в осмосе растворенные вещества восстанавливаются для повторного использования. На фиг. 2-5 показаны различные осмотические мембранные системы/процессы.In FIG. 1 is a diagram of one exemplary osmotic membrane system / process 10 that utilizes a regeneration system 22 to produce osmosis solute according to at least one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, system / process 10 comprises a direct osmosis unit 12, such as those described in US Pat. Nos. 6391205 and 7560029, and PCT Publications No. AO 2009/155596 and AO 2011/053794, which are incorporated herein by reference in their entirety. Block 12 is in fluid communication with the source or main line 14 of the initial solution and the source or main line 16 involved in the osmosis of the solution. The source 16 of the osmosis solution may contain, for example, a saline solution, such as sea water, or another solution, as described below, which can act as an osmotic reagent for dewatering the source 14 by means of osmosis using a direct osmosis membrane located in block 12 Block 12 discharges a stream of concentrated solution 18 obtained from the initial solution from source 14, which can be sent for further processing. Unit 12 also discharges a liquefied osmosis solution 20, which can be further processed by a regeneration system 22, as described below, in which osmosis dissolved substances and the target solvent can be reduced. According to at least one embodiment of the present invention, the solutes involved in the osmosis are reduced for reuse. In FIG. 2-5 show various osmotic membrane systems / processes.
На фиг. 2 и 3 показаны осмотические мембранные процессы, в которых используется прямой осмос согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения. Как показано на фиг. 2, раствор 14, например морская вода, жесткая вода, сточные воды, загрязненная вода или другой раствор, названные первым раствором, введены в первую камеру 9 или размещены в ней. Первая камера 9 находится в гидравлической связи с полупроницаемой мембраной 12, как указано стрелкой А. Второй раствор, концентрация которого больше концентрации первого раствора, введен во вторую камеру 11 или расположен в ней. Раствор с более высокой концентрацией позволяет растворителю, например воде, из первого раствора, расположенного в первой камере 9, переходить осмотическим способом сквозь полупроницаемую мембрану 12 в более концентрированный второй раствор, расположенный во второй камере 11, как указано стрелкой В. Лишенный большей части своего растворителя, оставшийся в первой камере 9 первый раствор становится концентрированным в растворенном веществе. Растворенное вещество может быть удалено, как показано стрелкой С, если оно признано в качестве отходов. Согласно другому варианту реализации растворенное вещество может быть целевым соединением и может быть отобрано для дальнейшей обработки или технологически ниже по ходу потока использован в качестве необходимого продукта. Затем нижний обогащенный растворителем второй раствор, расположенный во второй камере 11, вводят, как указано стрелкой Ό, в третью камеру 13. В третьей камере 13 растворенные вещества в обогащенном растворителем втором растворе могут быть выделены и рециклированы назад во вторую камеру 11, как указано стрелкой Е, для поддержания концентрации второго раствора. Третья камера 13 и рециркулирующая операция (стрелка Е) являются дополнительными по меньшей мере для одного из вариантов реализации настоящего изобретения. Затем оставшийся в третьей камере 13 обогащенный растворителем второй раствор может быть введен, как указано стрелкой Р, в четвертую камеру 15. В четвертой камере 15 оставшийся обогащенный растворителем второй раствор может быть нагрет для удаления остаточных растворенных веществ для выработки растворителя, поток которого указанIn FIG. 2 and 3 show osmotic membrane processes using direct osmosis according to at least one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, solution 14, for example seawater, hard water, wastewater, contaminated water or another solution called the first solution, is introduced into or placed in the first chamber 9. The first chamber 9 is in fluid communication with the semipermeable membrane 12, as indicated by arrow A. A second solution, the concentration of which is greater than the concentration of the first solution, is introduced into or located in the second chamber 11. A solution with a higher concentration allows the solvent, for example water, from the first solution located in the first chamber 9 to pass through an osmotic method through a semipermeable membrane 12 to a more concentrated second solution located in the second chamber 11, as indicated by arrow B. Deprived of most of its solvent , the first solution remaining in the first chamber 9 becomes concentrated in the dissolved substance. The dissolved substance can be removed as indicated by arrow C if it is recognized as waste. According to another embodiment, the solute may be the target compound and may be selected for further processing or used as a desired product technologically downstream. Then, the lower solvent-enriched second solution, located in the second chamber 11, is introduced, as indicated by the arrow в, into the third chamber 13. In the third chamber 13, the dissolved substances in the solvent-enriched second solution can be isolated and recycled back to the second chamber 11, as indicated by the arrow E, to maintain the concentration of the second solution. The third chamber 13 and the recycle operation (arrow E) are optional for at least one embodiment of the present invention. Then, the second solvent-enriched second solution remaining in the third chamber 13 can be introduced, as indicated by arrow P, into the fourth chamber 15. In the fourth chamber 15, the remaining solvent-enriched second solution can be heated to remove residual dissolved substances to produce a solvent, the flow of which is indicated
- 8 024894 стрелкой С. Согласно некоторым вариантам реализации, таким как относящиеся к обработке сточных вод, поток указанного растворителя может быть очищенной водой. В четвертой камере 15 с использованием нагрева могут быть удалены остаточные растворенные вещества путем их расщепления на составляющие газы, причем указанные газы могут быть возвращены во вторую камеру 11, как указано стрелкой Н, для поддержания градиента концентрации второго раствора в камере 11 и использования в качестве реагента.- 8,024,894 arrow C. According to some implementation options, such as those related to wastewater treatment, the stream of said solvent may be purified water. In the fourth chamber 15, residual dissolved substances can be removed by heating by splitting them into constituent gases, and these gases can be returned to the second chamber 11, as indicated by arrow H, to maintain the concentration gradient of the second solution in chamber 11 and used as a reagent .
Мембраны прямого осмоса в целом могут быть полупроницаемыми, например, чтобы обеспечивать возможность прохода растворителя, такого как вода, но препятствовать проходу растворенных веществ, таких как хлористый натрий, карбонат аммония, бикарбонат аммония, карбаминовокислый аммоний, другие соли, сахар, препараты или другие соединения. Для этой цели являются подходящими полупроницаемые мембраны различных типов при условии, что они пропускают растворитель (например, воду), не пропускают растворенные вещества и не реагируют с находящимися в растворе растворенными веществами. Указанная мембрана может иметь различные конфигурации, включая тонкие пленки, мембраны из пористого волокна, мембраны со спиральной навивкой, моноволокна и дисковые трубы. В продаже имеются многочисленные известные полупроницаемые мембраны, которые отличаются наличием пор, достаточно малых, чтобы пропускать воду и отфильтровывать молекулы растворенного вещества, такого как хлористый натрий и его ионные молекулярные частицы, такие как хлорид. Указанные полупроницаемые мембраны могут быть выполнены из органических или неорганических материалов, Согласно некоторым вариантам реализации могут использоваться мембраны, выполненные из материалов, таких как ацетилцеллюлоза, нитроцеллюлоза, полисульфон, поливинилиденфторид, полиамид и сополимеры акрилонитрила. Другие мембраны могут быть минеральными мембранами или керамическими мембранами, выполненными из материалов, таких как ΖιΌ2 и Τίρ2.Direct osmosis membranes in general can be semi-permeable, for example, to allow the passage of a solvent such as water, but to prevent the passage of dissolved substances such as sodium chloride, ammonium carbonate, ammonium bicarbonate, ammonium carbamate, other salts, sugar, preparations or other compounds . Semi-permeable membranes of various types are suitable for this purpose, provided that they pass solvent (e.g. water), do not pass dissolved substances, and do not react with dissolved substances in solution. Said membrane can have various configurations, including thin films, porous fiber membranes, spiral wound membranes, monofilaments and disc tubes. Numerous well-known semipermeable membranes are commercially available that are distinguished by the presence of pores small enough to pass water and filter out solute molecules such as sodium chloride and its ionic molecular particles, such as chloride. Said semipermeable membranes can be made of organic or inorganic materials. In some embodiments, membranes made of materials such as cellulose acetate, nitrocellulose, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyamide and acrylonitrile copolymers can be used. Other membranes may be mineral membranes or ceramic membranes made of materials such as ΖιΌ 2 and Τίρ 2 .
В целом, материал, выбранный для использования в качестве полупроницаемой мембраны, должен выдерживать различные технологические режимы, в которых может использоваться мембрана. Например, может быть необходимым, чтобы мембрана выдерживала повышенные температуры, такие как используемые при стерилизации, или в других высокотемпературных процессах. Согласно некоторым вариантам реализации блок мембраны прямого осмоса может использоваться в диапазоне температур примерно 0-100°С. Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации технологические температуры могут находиться в диапазоне примерно 40-50°С. Схожим образом, может быть необходимым, чтобы мембрана сохраняла свою целостность при различных условиях рН-фактора. Например, по меньшей мере один раствор в мембранной среде, такой как участвующий в осмосе раствор, может быть более или менее кислыми или основным. Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации блок мембраны прямого осмоса может эксплуатироваться при уровне рН-фактора в диапазоне примерно 2-11. Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации уровень рН-фактора может находиться в диапазоне примерно 7-10. Используемые мембраны не обязательно должны быть изготовлены из одного и того же материала и могут состоять из различных материалов. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации мембрана может быть асимметричной, такой как мембрана с активным слоем, нанесенным на первую поверхность, и поддерживающим слоем, расположенным на второй поверхности. Согласно некоторым вариантам реализации активный слой в целом может быть отклоняющим слоем. Например, согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации отклоняющий слой может блокировать прохождение солей. Согласно некоторым вариантам реализации поддерживающий слой, такой как защитный слой, в целом может быть неактивным.In general, the material selected for use as a semi-permeable membrane must withstand various process conditions in which the membrane can be used. For example, it may be necessary for the membrane to withstand elevated temperatures, such as those used in sterilization, or in other high temperature processes. In some embodiments, a direct osmosis membrane unit can be used in a temperature range of about 0-100 ° C. According to some non-limiting embodiments, process temperatures may range from about 40-50 ° C. Similarly, it may be necessary for the membrane to maintain its integrity under various pH conditions. For example, at least one solution in a membrane medium, such as a solution involved in osmosis, may be more or less acidic or basic. According to some non-limiting embodiments, the direct osmosis membrane unit can be operated at a pH level in the range of about 2-11. In some non-limiting embodiments, the pH level may be in the range of about 7-10. The membranes used need not be made of the same material and may consist of different materials. According to at least one embodiment, the membrane may be asymmetric, such as a membrane with an active layer deposited on the first surface and a support layer located on the second surface. In some embodiments, the active layer as a whole may be a deflection layer. For example, in some non-limiting embodiments, the deflecting layer may block the passage of salts. In some embodiments, the backing layer, such as the backing layer, may generally be inactive.
Согласно по меньшей мере одному варианту реализации по меньшей мере одна мембрана прямого осмоса может быть расположена в корпусе или кожухе. Корпус, в целом, может иметь размер и форму, подходящие для размещения расположенных в нем мембран. Например, корпус, по существу, может быть цилиндрическим для размещения спирально свернутых мембран прямого осмоса. Корпус указанного блока может содержать входные отверстия для подачи исходного и участвующего в осмосе растворов в блок, а также выходные отверстия для извлечения продуктовых потоков из блока. Согласно некоторым вариантам реализации корпус может иметь по меньшей мере один резервуар или камеру для удерживания или хранения текучей среды, которая будет введена или извлечена из блока; согласно по меньшей мере одному варианту реализации корпус может быть изолированным.According to at least one embodiment, at least one direct osmosis membrane may be located in the housing or casing. The housing as a whole may have a size and shape suitable for accommodating the membranes located therein. For example, the housing may substantially be cylindrical to accommodate spirally folded direct osmosis membranes. The housing of the indicated block may contain inlet openings for supplying the initial and osmotic solutions to the block, as well as outlet openings for extracting product streams from the block. In some embodiments, the housing may have at least one reservoir or chamber for holding or storing a fluid that will be introduced or removed from the block; according to at least one embodiment, the housing may be insulated.
Согласно по меньшей мере одному варианту реализации участвующие в осмосе растворенные вещества могут быть восстановлены для повторного использования. Растворенные вещества могут быть десорбированы отгонкой из разжиженного участвующего в осмосе раствора для выработки чистой воды, по существу, не содержащей растворенных веществ. Затем газообразные растворенные вещества могут быть конденсированы или поглощены для формирования концентрированного участвующего в осмосе раствора. Указанный разжиженный участвующий в осмосе раствор может использоваться в абсорбере в качестве абсорбирующего вещества. Согласно другим вариантам реализации в качестве абсорбирующего вещества может быть использована чистая вода для полного или частичного абсорбирования газовых потоков из системы для рециркуляции растворенного вещества.According to at least one embodiment, the solutes involved in the osmosis can be reduced for reuse. Dissolved substances can be stripped by distillation from a liquefied osmosis solution to produce pure water substantially free of solutes. Gaseous solutes can then be condensed or absorbed to form a concentrated osmosis solution. Specified liquefied participating in the osmosis solution can be used in the absorber as an absorbent substance. In other embodiments, pure water can be used as an absorbent material to completely or partially absorb gas streams from the solute recycling system.
Согласно по меньшей мере одному варианту реализации часть разжиженного участвующего в осмосе раствора может быть использована для абсорбирования газов участвующего в осмосе растворенно- 9 024894 го вещества, например из дистилляционной колонны. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации в абсорбционной колонне или мембранном блоке, описанном в настоящем документе, может быть осуществлено охлаждение и смешивание с абсорбирующим веществом. Смешивание газов с частью разжиженного участвующего в осмосе раствора, действующего в качестве абсорбирующего вещества (с последующим превращением в концентрированный участвующий в осмосе раствор), может произойти в резервуаре. Резервуар в целом может иметь размер, обеспечивающий площадь, достаточно большую для облегчения взаимодействия между абсорбирующим веществом и газами. Согласно некоторым вариантам реализации в качестве абсорбера может быть использована ректификационная колонна насадочного типа. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации в соединении могут использоваться десорбирующая дистилляционная колонна и абсорбционная колонна. В дистилляционной колонне может осуществляться нагревание, в то время как охлаждение и вход в контакт с разжиженным абсорбирующим веществом участвующего в осмосе раствора может происходить в абсорбционной колонне. Согласно одному из вариантов реализации примерно 25% разжиженного участвующего в осмосе раствора могут быть направлены к абсорберу, чтобы служить в качестве абсорбирующей текучей среды, в то время как оставшиеся примерно 75% разжиженного участвующего в осмосе раствора могут быть направлены в отгоночную секцию ректификационной колонны в качестве питающего потока. Баланс между указанными двумя потоками будет задавать концентрацию реконцентрированного участвующего в осмосе раствора, возвращенного в мембранную систему, а также размер абсорбера и/или отгоночной секции, степень нагрева, необходимую в отгоночной секции, и степень охлаждения, необходимую перед абсорбером или ступенями абсорбера, после них и/или внутри них.According to at least one embodiment, a portion of the liquefied osmosis solution can be used to absorb the gases involved in the osmosis of the dissolved substance 9,049,894, for example from a distillation column. According to at least one embodiment, cooling and mixing with the absorbent material may be carried out in the absorption column or membrane block described herein. The mixing of gases with a part of the liquefied osmosis participating solution, acting as an absorbent substance (followed by conversion into a concentrated osmosis participating solution), can occur in the tank. The tank as a whole can be sized to provide an area large enough to facilitate the interaction between the absorbent and gases. In some embodiments, a packed type distillation column may be used as an absorber. According to at least one embodiment, a desorption distillation column and an absorption column may be used in the compound. Heating may be carried out in the distillation column, while cooling and contacting the diluted absorbent material of the solution involved in the osmosis may occur in the absorption column. According to one embodiment, approximately 25% of the diluted osmosis solution can be directed to the absorber to serve as an absorbing fluid, while the remaining approximately 75% of the osmosis liquid is to be sent to the distillation section of the distillation column as feed stream. The balance between the two flows will determine the concentration of the reconcentrated osmosis solution returned to the membrane system, as well as the size of the absorber and / or stripping section, the degree of heating required in the stripping section, and the degree of cooling required before the absorber or stages of the absorber, after them and / or inside them.
Согласно по меньшей мере одному варианту реализации может быть необходимым использование низких температур для десорбирования растворенных веществ с использованием дешевых низкотемпературных источников тепла и ввиду недостаточности или отсутствия альтернативных решений. Однако чем ниже температура десорбирования, тем ниже давление десорбирования, ниже давление конденсации, и тем медленнее кинетика поглощения, что в некоторых случаях превращает абсорбцию некоторых соединений, таких как двуокись углерода, в весьма трудную задачу. Для абсорбирования оставшихся газов после отгонки растворенных веществ могут быть использованы различные способы, и некоторая их часть (обычно примерно 60-80%) конденсируется, причем оставшиеся газы имеют слабую тенденцию к продолжению абсорбирования в короткий интервал времени.According to at least one embodiment, it may be necessary to use low temperatures to desorb solutes using cheap low-temperature heat sources and due to the lack or absence of alternative solutions. However, the lower the desorption temperature, the lower the desorption pressure, the lower the condensation pressure, and the slower the absorption kinetics, which in some cases makes the absorption of certain compounds, such as carbon dioxide, a very difficult task. Various methods can be used to absorb the remaining gases after distillation of the dissolved substances, and some of them (usually about 60-80%) condense, and the remaining gases have a slight tendency to continue absorption in a short period of time.
Согласно некоторым вариантам реализации оставшийся выпар может быть сжат для увеличения его давления и таким образом увеличения кинетики поглощения. Для этой цели может быть использован компрессор. Согласно другим вариантам реализации может быть использован водопаровой эдуктор, в котором небольшое количество водяного пара может быть смешано с выпарами растворенного вещества для повышения давления до промежуточного уровня между давлениями двух потоков. Согласно другим вариантам реализации может быть повышено давление абсорбирующего раствора, после чего указанный раствор может быть введен в струю эдуктора для захвата и сжатия выпара растворенного вещества (как показано, например, на фиг. 16-18).In some embodiments, the remaining vapor may be compressed to increase its pressure and thus increase the absorption kinetics. A compressor may be used for this purpose. In other embodiments, a water-steam eductor may be used in which a small amount of water vapor can be mixed with evaporated solutes to increase the pressure to an intermediate level between the pressures of the two streams. In other embodiments, the pressure of the absorbent solution can be increased, after which the solution can be introduced into the eductor stream to trap and compress the vapor of the solute (as shown, for example, in FIGS. 16-18).
Согласно по меньшей мере одному варианту реализации абсорбер с последовательным потоком выпаров и последовательным или параллельным потоком абсорбента может использоваться в различных конфигурациях, в которых используются мембранные контактные фильтры, насадочная конструкция в колонне или подобное оборудование (как показано, например, на фиг. 6-18). Согласно одному варианту реализации последовательный поток выпара может быть связан с параллельным потоком абсорбирующего вещества, которое охлаждено до такой степени, что дополнительное охлаждение в абсорбирующем устройстве не потребуется. Согласно другим вариантам реализации в абсорбирующем устройстве может осуществляться охлаждение. Теплообменная поверхность и массовая поверхность контакта могут быть вместе использованы в одном устройстве. Абсорбирующее вещество может быть использовано для формирования смеси, которая может быть направлена для соединения с концентрированным потоком участвующего в осмосе раствора. Абсорбирующие вещества могут содержать разжиженный участвующий в осмосе раствор, очищенную воду, воду с добавленным аммиаком, жидкий аммиак и нелетучий секвестрат (продукт секвестрации) двуокиси углерода, который затем может быть выведен в очищенную воду или может быть удален или разрушен.According to at least one embodiment, an absorber with a sequential vapor stream and a serial or parallel absorbent stream can be used in various configurations using membrane contact filters, a packed column structure or similar equipment (as shown, for example, in FIGS. 6-18 ) In one embodiment, the sequential vapor stream may be coupled to a parallel stream of absorbent material that is cooled to such an extent that additional cooling in the absorbent device is not required. According to other embodiments, cooling may be carried out in the absorbent device. The heat exchange surface and the mass contact surface can be used together in one device. An absorbent can be used to form a mixture, which can be sent to connect with a concentrated stream of the solution participating in the osmosis. Absorbent substances may contain a liquefied osmosis solution, purified water, water with added ammonia, liquid ammonia and non-volatile sequestrate (sequestration product) of carbon dioxide, which can then be removed to purified water or can be removed or destroyed.
Согласно по меньшей мере одному варианту реализации абсорбционный/десорбционный контур двуокиси углерода может быть осуществлен таким образом, что раствор используется в качестве абсорбирующего вещества при низком давлении для абсорбирования двуокиси углерода. Затем раствор может быть сжат до жидкой формы и нагрет для выделения двуокиси углерода при более высоком давлении, в результате чего обеспечивается возможность поглощения указанной двуокиси углерода в конденсаторе или другим способом, описанным выше. Таким образом, некоторые варианты реализации могут напоминать систему для секвестрации двуокиси углерода. Согласно некоторым вариантам реализации абсорбирующий раствор может содержать аммиак в воде. Согласно другим вариантам реализации абсорбирующий раствор может содержать нелетучее растворенное вещество, которое может образовывать комплекс с двуокисью углерода с последующим ее освобождением, так что растворенное вещество рециклируется в абсорбирующей системе. Согласно некоторым вариантам реализации может быть использован нагрев.According to at least one embodiment, the carbon dioxide absorption / desorption circuit may be implemented such that the solution is used as an absorbent material at low pressure to absorb carbon dioxide. Then the solution can be compressed into a liquid form and heated to separate carbon dioxide at a higher pressure, as a result of which it is possible to absorb said carbon dioxide in a condenser or in another way described above. Thus, some embodiments may resemble a carbon dioxide sequestration system. In some embodiments, the absorbent solution may contain ammonia in water. In other embodiments, the absorbent solution may contain a non-volatile solute that can complex with carbon dioxide and then release it, so that the solute is recycled in the absorbent system. In some embodiments, heating may be used.
- 10 024894- 10,024,894
Согласно некоторым вариантам реализации могут быть использованы катализаторы и/или реагенты. Использование катализатора или реагента по меньшей мере в одном процессе или конденсаторе может увеличить кинетику конденсации или повторной абсорбции участвующего в осмосе растворенного вещества.In some embodiments, catalysts and / or reagents can be used. The use of a catalyst or reagent in at least one process or capacitor can increase the kinetics of condensation or reabsorption of the solute involved in osmosis.
Согласно по меньшей мере одному варианту реализации разжиженный участвующий в осмосе раствор может быть направлен в отгоночную секцию ректификационной колонны (как показано, например, на фиг. 7), в которой низкотемпературный нагрев вызывает испарение участвующих в осмосе растворенных веществ, оставляя очищенную воду, по существу, без указанных растворенных веществ. Для конденсирования части выпаров может использоваться теплообменник. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации примерно 70% выпаров могут быть конденсированы. Абсорбционная система (показанная, например, на фиг. 6) может быть использована для введения части оставшихся выпаров для абсорбирования в разжиженный участвующий в осмосе раствор. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации во второй абсорбционной системе для абсорбирования оставшихся выпаров участвующего в осмосе растворенного вещества может быть использован концентрированный аммиачный раствор. Потоки жидкости, выходящие из конденсатора, а также из первого и второго абсорберов могут быть смешаны и использованы полностью или частично в качестве концентрированного участвующего в осмосе раствора.According to at least one embodiment, the liquefied osmosis solution can be sent to the distillation section of the distillation column (as shown, for example, in FIG. 7), in which low-temperature heating causes evaporation of the solutes involved in the osmosis, leaving purified water essentially , without the specified dissolved substances. A heat exchanger can be used to condense part of the vapor. According to at least one embodiment, about 70% of the vapor can be condensed. The absorption system (shown, for example, in Fig. 6) can be used to introduce part of the remaining vapor for absorption into a liquefied osmosis solution. According to at least one embodiment, a concentrated ammonia solution can be used in the second absorption system to absorb the remaining vapors of the solute participating in the osmosis. The fluid flows from the condenser, as well as from the first and second absorbers can be mixed and used in whole or in part as a concentrated solution participating in the osmosis.
Как указано выше, процесс разделения согласно по меньшей мере одному варианту реализации может быть начат с первого раствора, содержащегося в первой емкости 12. Первый раствор может быть водным или неводным раствором, который должен быть обработан с целью восстановления очищенной воды для удаления нежелательных растворенных веществ или с целью концентрации и восстановления желательных растворенных веществ. К нежелательным растворенным веществам помимо прочего относятся нежелательные химически осаждаемые растворимые соли, такие как хлористый натрий (ИаС1). Типичными примерами первого раствора могут быть водные растворы, такие как морская вода, рассол и другие солевые растворы, жесткая вода, минерализованная вода, вода промышленных отходов и продуктовые потоки, относящиеся к технологиям с высокой степенью очистки, таким как связанные с приготовлением пищи и фармацевтическими отраслями промышленности. В целом, может быть использован растворитель любого типа, совместимый с участвующим в осмосе раствором, например любой растворитель, способный к растворению участвующих в осмосе растворенных веществ. Первый раствор может быть отфильтрован и предварительно обработан известными способами для удаления твердых и химических отходов, биологических загрязняющих примесей, и предотвращения засорения мембраны иными способами перед осмотическим разделением и затем введен в первую камеру 9, как указано стрелкой 10.As indicated above, the separation process according to at least one embodiment may be started from the first solution contained in the first container 12. The first solution may be an aqueous or non-aqueous solution that must be treated to recover purified water to remove unwanted dissolved substances or in order to concentrate and restore the desired dissolved substances. Undesirable solutes include, but are not limited to, undesirable chemically precipitated soluble salts, such as sodium chloride (IaCl). Typical examples of the first solution can be aqueous solutions, such as sea water, brine and other saline solutions, hard water, saline water, industrial waste water and food streams related to highly purified technologies such as those related to cooking and pharmaceutical industries industry. In general, any type of solvent compatible with the osmosis solution, for example, any solvent capable of dissolving the solutes involved in osmosis, can be used. The first solution can be filtered and pre-treated by known methods to remove solid and chemical waste, biological contaminants, and prevent clogging of the membrane by other methods before osmotic separation and then introduced into the first chamber 9, as indicated by arrow 10.
Кроме того, первый раствор может быть любым раствором, содержащим растворитель и по меньшей мере одно растворенное вещество, в отношении которого необходимо выполнить разделение, очистку или обработку иного типа. Согласно некоторым вариантам реализации первый раствор может быть непитьевой водой, такой как морская вода, минерализованная вода, жесткая вода, бытовая сточная вода и вода для некоторых промышленных нужд. Может быть желательной выработка очищенной или питьевой воды из указанного потока для последующего использования. Подлежащие обработке технологические стоки могут содержать соли и другие ионные частицы, такие как хлорид, сульфат, бромид, силикат, йодид, фосфат, натрий, магний, кальций, калий, нитрат, мышьяк, литий, бор, стронций, молибден, марганец, алюминий, кадмий, хром, кобальт, медь, железо, свинец, никель, селен, серебро и цинк. Согласно некоторым вариантам реализации первый раствор может быть рассолом, таким как минерализованная вода или морская вода, сточные воды или другая загрязненная вода. Согласно другим вариантам реализации первый раствор может быть технологическими стоками, содержащими по меньшей мере одно растворенное вещество, такой как целевые частицы, которые необходимо сконцентрировать, изолировать или восстановить. Такие потоки могут быть получены из технологического процесса, такого как фармацевтическое или пищевое производство. Целевые частицы могут содержать фармацевтические препараты, соли, ферменты, белки, катализаторы, микроорганизмы, органические соединения, неорганические соединения, химические исходные вещества, химические продукты, коллоиды, пищевые продукты или загрязняющие примеси. Первый раствор может быть доставлен в мембранную систему водоподготовки прямого осмоса из верхнего по ходу потока типового процесса, такого как промышленная установка, или любого другого источника, такого как океан.In addition, the first solution may be any solution containing a solvent and at least one dissolved substance, for which it is necessary to perform separation, purification or processing of a different type. In some embodiments, the first solution may be non-potable water, such as seawater, saline water, hard water, domestic wastewater, and water for some industrial needs. It may be desirable to produce purified or potable water from said stream for subsequent use. Process wastewater to be treated may contain salts and other ionic particles such as chloride, sulfate, bromide, silicate, iodide, phosphate, sodium, magnesium, calcium, potassium, nitrate, arsenic, lithium, boron, strontium, molybdenum, manganese, aluminum, cadmium, chromium, cobalt, copper, iron, lead, nickel, selenium, silver and zinc. In some embodiments, the first solution may be brine, such as saline water or seawater, wastewater, or other contaminated water. In other embodiments, the first solution may be process effluents containing at least one solute, such as target particles, which need to be concentrated, insulated or reduced. Such streams can be obtained from a process, such as pharmaceutical or food production. Target particles may contain pharmaceuticals, salts, enzymes, proteins, catalysts, microorganisms, organic compounds, inorganic compounds, chemical starting materials, chemical products, colloids, food products or contaminants. The first solution can be delivered to the direct osmosis membrane water treatment system from an upstream typical process, such as an industrial plant, or any other source, such as the ocean.
Подобно первому раствору, второй раствор может быть водным раствором, т.е. растворителем в нем может быть вода. Согласно другим вариантам реализации неводные растворы, такие как органические растворители, также могут быть использованы для указанного второго раствора. Второй раствор может быть участвующим в осмосе раствором, в котором концентрация растворенного вещества является более высокой по сравнению с первым раствором. Участвующий в осмосе раствор в целом может быть способен к генерации осмотического давления в осмотической мембранной системе. Указанное осмотическое давление может быть использовано в различных целях, включая деминерализацию, очистку воды, концентрацию растворенного вещества, выработку энергии и другие случаи применения. Может быть использовано широкое разнообразие обезвоженных растворов. Согласно некоторым вариантам реализации участвующий в осмосе раствор может содержать по меньшей мере одно удаляемое раство- 11 024894 ренное вещество. Согласно, по меньшей мере, некоторым вариантам реализации могут быть использованы термически удаляемые (термолитические) растворенные вещества. Например, участвующий в осмосе раствор может содержать термолитический солевой раствор. Согласно некоторым вариантам реализации могут использоваться аммиак и участвующий в осмосе раствор двуокиси углерода, такие как описанные в патенте США № 7560029. Согласно одному варианту реализации второй раствор может быть концентрированным раствором аммиака и двуокиси углерода.Like the first solution, the second solution may be an aqueous solution, i.e. the solvent in it may be water. In other embodiments, non-aqueous solutions, such as organic solvents, can also be used for said second solution. The second solution may be a solution participating in osmosis in which the concentration of the solute is higher than the first solution. The solution involved in osmosis as a whole may be capable of generating osmotic pressure in the osmotic membrane system. The specified osmotic pressure can be used for various purposes, including demineralization, water purification, solute concentration, energy production and other applications. A wide variety of dehydrated solutions can be used. According to some embodiments, the solution participating in the osmosis may contain at least one removable dissolved substance. According to at least some embodiments, thermally removable (thermolytic) solutes can be used. For example, a solution participating in osmosis may contain a thermolytic saline solution. In some embodiments, ammonia and an osmosis-participating carbon dioxide solution can be used, such as those described in US Pat. No. 7,560,029. In one embodiment, the second solution may be a concentrated solution of ammonia and carbon dioxide.
Согласно по меньшей мере одному варианту реализации отношение аммиака к двуокиси углерода, по существу, должно обеспечивать полную абсорбцию газов участвующего в осмосе раствора в абсорбирующую текучую среду, т.е. часть разжиженного участвующего в осмосе раствора, как описано выше, основанную на самой высокой концентрации участвующего в осмосе раствора в системе. Концентрация, объем и расход участвующего в осмосе раствора в целом должны быть согласованы с концентрацией, объемом и расходом исходного раствора, так что желательная разность между осмотическими давлениями указанных двух растворов поддерживается во всей мембранной системе и диапазоне восстановления исходной воды. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации указанные параметры процесса могут быть вычислены с учетом внутреннего и внешнего эффектов поляризации концентрации в мембране и ее поверхности. Согласно одному неограничивающему варианту осуществления деминерализации в системе для деминерализации морской воды может быть задан входной расход концентрированного участвующего в осмосе раствора примерно 33% расхода питающей соленой воды, обычно в диапазоне примерно от 25 до 75%. При подаче воды с низкой минерализацией может потребоваться входной расход участвующего в осмосе раствора примерно от 5 до 25% расхода питающей воды. Выходной расход разжиженного участвующего в осмосе раствора обычно может составлять примерно от 50 до 100% входного расхода питающей воды и примерно от трех до четырех объемов сброса рассола.According to at least one embodiment, the ratio of ammonia to carbon dioxide should essentially ensure the complete absorption of the gases of the solution involved in the osmosis into the absorbent fluid, i.e. a portion of the liquefied osmosis solution as described above, based on the highest concentration of the osmosis solution in the system. The concentration, volume and flow rate of the solution involved in osmosis as a whole should be consistent with the concentration, volume and flow rate of the initial solution, so that the desired difference between the osmotic pressures of the two solutions is maintained throughout the membrane system and the recovery range of the source water. According to at least one embodiment, said process parameters can be calculated taking into account the internal and external effects of concentration polarization in the membrane and its surface. According to one non-limiting embodiment of demineralization in a system for demineralizing seawater, an inlet flow rate of a concentrated osmosis solution of approximately 33% of the supply of salt water can be set, typically in the range of about 25 to 75%. When supplying water with low salinity, an input flow rate of the solution participating in the osmosis may require from about 5 to 25% of the feed water flow rate. The outlet flow rate of a diluted osmosis solution can usually be from about 50 to 100% of the feed water inlet and from about three to four brine discharges.
Согласно по меньшей мере одному варианту реализации отношение аммиака к двуокиси углерода в целом должно быть согласовано с концентрацией участвующего в осмосе раствора и температурами, используемыми в процессе удаления и восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества. Если указанное отношение не является достаточно высоким, отсутствует возможность полного абсорбирования газов участвующего в осмосе растворенного вещества в соли для повторного использования в концентрированном растворе, и если указанное отношение является слишком высоким, будет наблюдаться избыток аммиака в обезвоженном растворе, который не будет должным образом конденсироваться в желательном диапазоне температур, необходимом для использования отходящего тепла для активации процесса. Например, согласно некоторым вариантам реализации дистилляционная колонна может десорбировать газы при температуре примерно 50°С, а абсорбционная колонна может работать при температуре примерно 20°С. Отношение аммиака к двуокиси углерода должно быть выбрано с возможностью предотвращения прохождения аммиака в исходный раствор сквозь мембрану. Если указанное отношение является слишком высоким, это может вызвать наличие в обезвоженном растворе недиссоциированного аммиака (обычно преимущественно аммония) с концентрацией, превышающей необходимую или желательную. Другие параметры, такие как тип питающей воды, необходимое осмотическое давление, необходимый расход, тип мембраны и концентрация участвующего в осмосе раствора, могут влиять на предпочтительное молярное отношение участвующего в осмосе раствора. Отношение аммиака к двуокиси углерода может быть отслежено и откорректировано в осмотическом мембранном процессе. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации участвующий в осмосе раствор может содержать аммиак и двуокись углерода в молярном отношении, превышающем 1:1. Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации отношение для участвующего в осмосе раствора при температуре примерно 50°С и мольной концентрации участвующего в осмосе раствора, определенной как мольная концентрация двуокиси углерода в указанном растворе, может составлять по меньшей мере примерно 1,1:1 для 1-молярного участвующего в осмосе раствора, примерно 1,2:1 для 1,5-молярного участвующего в осмосе раствора, примерно 1,3:1 для 3-молярного участвующего в осмосе раствора, примерно 1,4:1 для 4-молярного участвующего в осмосе раствора, примерно 1,5:1 для 4,5-молярного участвующего в осмосе раствора, примерно 1,6:1 для 5-молярного участвующего в осмосе раствора, примерно 1,7:1 для 5,5молярного участвующего в осмосе раствора, примерно 1,8:1 для 7-молярного участвующего в осмосе раствора, примерно 2,0:1 для 8-молярного участвующего в осмосе раствора и примерно 2,2:1 для 10молярного участвующего в осмосе раствора. Эксперименты показывают, что перечисленные отношения примерно являются минимальными отношения, необходимыми для устойчивой растворяемости растворов с указанными концентрациями при указанной приблизительной температуре. При пониженных температурах требуются более высокие отношения аммиака к двуокиси углерода для тех же концентраций. При повышенных температурах могут потребоваться сниженные отношения, но некоторое давление раствора также может препятствовать разложению растворенных веществ в газы. Отношения, превышающие значение 1:1, даже при общих концентрациях меньше 2 молей значительно увеличивают устойчивость растворов и предотвращают выделение газа двуокиси углерода и в целом термолитическое расщепление обезвоженных растворов в ответ даже на умеренные нагрев и/или уменьшение давления. Участвующий в осмосе раствор в целом имеет концентрацию растворенного вещества, которая превышает концентрацию исходного раствора. Это может быть достигнуто путем использования растворенных ве- 12 024894 ществ, которые отличаются достаточной растворимостью для выработки раствора, имеющего более высокую концентрацию по сравнению с исходным раствором. По меньшей мере один параметр участвующего в осмосе раствора может быть отрегулирован на основании технологических стоков, поданных в разделительную систему для обработки. Например, объем, расход или концентрация растворенных веществ в исходном растворе могут влиять по меньшей мере на один параметр, выбранный для участвующего в осмосе раствора. Требования, относящиеся к сбросовым потокам, связанным с системой, также могут влиять по меньшей мере на один рабочий параметр. Другие рабочие параметры также могут быть изменены на основании конкретного случая применения разделительной системы прямого осмоса. Предпочтительно растворенное вещество во втором растворе должен легко удаляться из указанного раствора с использованием процесса разделения, причем указанный процесс разделения разделяет растворенное вещество по меньшей мере на одну частицу, которая отличается более высокой растворяемостью в растворителе раствора, т.е. на растворимые частицы, и частицы, которые плохо растворяются в растворителе, т.е. малорастворимые частицы, и растворенное вещество не должен нести угрозу здоровью, если незначительное его количество остается в результирующем растворителе. Наличие растворимых и малорастворимых частиц растворенного вещества обеспечивает в случае необходимости возможность регулирования растворов или управления ими. Как правило, концентрация растворимых и малорастворимых частиц растворенного вещества в растворе достигает значения, при котором при конкретных температуре, давлении, рН-факторе и т.п. количество частиц растворенного вещества не увеличивается или не уменьшается относительно друг друга, т.е. отношение концентрации растворимых частиц растворенного вещества к концентрации нерастворимых частиц растворенного вещества остается постоянным. Указанное состояние называется равновесным. С учетом конкретных условий раствора частицы растворенного вещества не обязательно должны присутствовать в соотношении 1:1 в равновесном состоянии. Путем добавления химиката, обозначенного здесь как реагент, баланс между частицами растворенных веществ может быть смещен. Путем использования первого реагента равновесие раствора может быть смещено для увеличения количества растворимых частиц растворенного вещества. Схожим образом, путем использования второго реагента равновесие раствора может быть смещено для увеличения количества малорастворимых частиц растворенного вещества. После добавления указанных реагентов соотношение частиц растворенного вещества может стабилизироваться на новом уровне, который соответствует условиям раствора. Путем управления равновесным состоянием в пользу растворимых частиц растворенного вещества может быть достигнут второй раствор, концентрация которого близка к насыщению, т.е. к состоянию, в котором растворитель, содержащийся в указанном растворе, больше не растворяет растворенное вещество.According to at least one embodiment, the ratio of ammonia to carbon dioxide as a whole must be consistent with the concentration of the solution involved in the osmosis and the temperatures used in the process of removal and reduction of the dissolved substance involved in the osmosis. If the indicated ratio is not high enough, it is not possible to completely absorb the gases of the solute participating in the osmosis in salt for reuse in the concentrated solution, and if the indicated ratio is too high, there will be an excess of ammonia in the dehydrated solution, which will not condense properly in the desired temperature range required to use the waste heat to activate the process. For example, in some embodiments, the distillation column can desorb gases at a temperature of about 50 ° C, and the absorption column can operate at a temperature of about 20 ° C. The ratio of ammonia to carbon dioxide should be selected with the possibility of preventing the passage of ammonia into the initial solution through the membrane. If the indicated ratio is too high, this can cause the presence of undissociated ammonia (usually predominantly ammonium) in a dehydrated solution with a concentration exceeding the necessary or desirable. Other parameters, such as the type of feed water, the required osmotic pressure, the required flow rate, the type of membrane and the concentration of the solution involved in the osmosis, can affect the preferred molar ratio of the solution involved in the osmosis. The ratio of ammonia to carbon dioxide can be monitored and adjusted in the osmotic membrane process. According to at least one embodiment, the solution participating in the osmosis may contain ammonia and carbon dioxide in a molar ratio in excess of 1: 1. In some non-limiting embodiments, the ratio for the osmosis solution at a temperature of about 50 ° C. and the molar concentration of the osmosis solution, defined as the molar concentration of carbon dioxide in the solution, can be at least about 1.1: 1 for a 1 molar osmotic solution, about 1.2: 1 for a 1.5 molar osmosis solution, about 1.3: 1 for a 3 molar osmosis solution, about 1.4: 1 for a 4 molar osmosis solution solution, p about 1.5: 1 for a 4.5 molar osmosis solution, about 1.6: 1 for a 5 molar osmosis solution, about 1.7: 1 for a 5.5 molar osmosis solution, about 1, 8: 1 for a 7 molar osmosis solution, about 2.0: 1 for an 8 molar osmosis solution, and about 2.2: 1 for a 10 molar osmosis solution. Experiments show that the listed ratios are approximately the minimum ratios necessary for the stable solubility of solutions with the indicated concentrations at the indicated approximate temperature. At lower temperatures, higher ratios of ammonia to carbon dioxide are required for the same concentrations. At elevated temperatures, reduced ratios may be required, but some solution pressure may also prevent decomposition of solutes into gases. Ratios in excess of 1: 1, even at total concentrations of less than 2 moles, significantly increase the stability of solutions and prevent the release of carbon dioxide gas and, in general, the thermolytic decomposition of dehydrated solutions in response to even moderate heating and / or pressure reduction. The solution participating in osmosis as a whole has a concentration of solute that exceeds the concentration of the initial solution. This can be achieved by using dissolved substances that are sufficiently soluble to produce a solution having a higher concentration than the original solution. At least one parameter of the solution involved in the osmosis can be adjusted based on the process effluents supplied to the separation system for processing. For example, the volume, flow rate, or concentration of solutes in the stock solution may affect at least one parameter selected for the solution involved in the osmosis. Requirements related to the waste streams associated with the system can also affect at least one operational parameter. Other operating parameters can also be changed based on the specific application of the direct osmosis separation system. Preferably, the solute in the second solution should be easily removed from the solution using a separation process, said separation process separating the solute into at least one particle that is more soluble in the solvent of the solution, i.e. soluble particles, and particles that are poorly soluble in a solvent, i.e. sparingly soluble particles, and the dissolved substance should not pose a threat to health if an insignificant amount of it remains in the resulting solvent. The presence of soluble and sparingly soluble particles of the solute provides, if necessary, the ability to control solutions or control them. As a rule, the concentration of soluble and sparingly soluble particles of the solute in the solution reaches a value at which at a specific temperature, pressure, pH, etc. the number of particles of the solute does not increase or decrease relative to each other, i.e. the ratio of the concentration of soluble solute particles to the concentration of insoluble solute particles remains constant. This state is called equilibrium. Given the specific conditions of the solution, particles of the dissolved substance need not be present in a 1: 1 ratio in equilibrium. By adding the chemical designated here as the reagent, the balance between the solute particles can be shifted. By using the first reagent, the equilibrium of the solution can be shifted to increase the amount of soluble particles of the solute. Similarly, by using a second reagent, the equilibrium of the solution can be shifted to increase the amount of poorly soluble particles of the solute. After adding these reagents, the ratio of the particles of the solute can stabilize at a new level that meets the conditions of the solution. By controlling the equilibrium state in favor of soluble particles of the solute, a second solution can be reached whose concentration is close to saturation, i.e. to a state in which the solvent contained in said solution no longer dissolves the solute.
Предпочтительными растворенными веществами для второго (участвующего в осмосе) раствора могут быть газообразные аммиак и двуокись углерода и их продукты, карбонат аммония, бикарбонат аммония и карбаминовокислый аммоний. Аммиак и двуокись углерода, растворенные в воде в молярном отношении примерно 1, формируют раствор, состоящий преимущественно из бикарбоната аммония и в меньшей степени сопутствующих продуктов карбоната аммония и карбаминовокислого аммония. Равновесие в указанном растворе смещено в сторону малорастворимых частиц растворенного вещества, т.е. бикарбоната аммония, за счет растворимых частиц растворенного вещества, карбаминовокислого аммония и в меньшей степени карбоната аммония. Создание буферного раствора, состоящего преимущественно из бикарбоната аммония с избытком аммиака, так что молярное отношение аммиака к двуокиси углерода было больше 1, смещает равновесие раствора в сторону более растворимых частиц растворенного вещества, т.е. карбаминовокислого аммония. Аммиак отличается повышенной растворимостью в воде и предпочтительно адсорбируется раствором. Поскольку карбаминовокислый аммоний лучше адсорбируется растворителем из второго раствора, его концентрация может быть увеличена до степени, при которой растворитель больше не может адсорбировать растворенное вещество, т.е. до насыщения. Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации концентрация растворенных веществ в указанном втором растворе, достигнутая указанным способом, больше чем примерно 2 моля, больше чем примерно 6 молей, или составляет примерно от 6 до примерно 12 молей.Preferred solutes for the second (osmosis participating) solution may be gaseous ammonia and carbon dioxide and their products, ammonium carbonate, ammonium bicarbonate and ammonium carbamate. Ammonia and carbon dioxide, dissolved in water in a molar ratio of about 1, form a solution consisting mainly of ammonium bicarbonate and, to a lesser extent, associated products of ammonium carbonate and ammonium carbamate. The equilibrium in the specified solution is shifted towards poorly soluble particles of the dissolved substance, i.e. ammonium bicarbonate, due to soluble particles of the dissolved substance, ammonium carbamate and, to a lesser extent, ammonium carbonate. The creation of a buffer solution, consisting mainly of ammonium bicarbonate with an excess of ammonia, so that the molar ratio of ammonia to carbon dioxide was more than 1, shifts the equilibrium of the solution towards more soluble particles of the dissolved substance, i.e. ammonium carbamate. Ammonia is characterized by increased solubility in water and is preferably adsorbed by the solution. Since ammonium carbamic acid is better adsorbed by the solvent from the second solution, its concentration can be increased to the extent that the solvent can no longer adsorb the dissolved substance, i.e. to saturation. According to some non-limiting embodiments, the concentration of solutes in said second solution achieved by said method is greater than about 2 moles, more than about 6 moles, or from about 6 to about 12 moles.
Аммиак может быть предпочтительным первым реагентом для карбаминовокислого аммония, поскольку он является одним из химических элементов, которые получаются в результате разложения содержащегося в растворенном карбаминовокислом аммонии, иными словами называемого составным элементом. В целом, предпочтительно реагент для растворителя, являющийся составным элементом растворенного вещества, как и любой дополнительный реагент, может быть легко удален из раствора, когда удален растворитель, и согласно предпочтительному варианту реализации указанный составной элемент может быть рециклирован в качестве первого реагента. Однако во внимание могут быть приняты другие реагенты, которые могут управлять равновесным состоянием частиц растворенного вещества в растворе, при том условии, что указанный реагент легко удален из раствора, и указанный реагент не несет опасности для здоровья, если незначительное количество указанного реагента остается в результирующем растворителе.Ammonia may be the preferred first reagent for ammonium carbamate, since it is one of the chemical elements that result from the decomposition of ammonia contained in dissolved carbamic acid, in other words called a constituent element. In general, it is preferable that the solvent reagent which is the constituent element of the dissolved substance, like any additional reagent, can be easily removed from the solution when the solvent is removed, and according to a preferred embodiment, said constituent element can be recycled as the first reagent. However, other reagents can be taken into account that can control the equilibrium state of the particles of the solute in the solution, provided that the reagent is easily removed from the solution and the reagent is not harmful to health if a small amount of the reagent remains in the resulting solvent .
Согласно по меньшей мере одному варианту реализации участвующий в осмосе раствор в целом должен создавать осмотическое давление и легко удаляться, например для регенерации и рециркуляции.According to at least one embodiment, the solution involved in the osmosis as a whole should create an osmotic pressure and be easily removed, for example for regeneration and recirculation.
- 13 024894- 13,024,894
Согласно некоторым вариантам реализации участвующий в осмосе раствор может характеризоваться способностью выдерживать катализированный фазовый переход, при котором участвующее в осмосе растворенное вещество принимает газообразную или твердую форму и может быть выделен из водного раствора с использованием катализатора. Согласно некоторым вариантам реализации механизм указанного фазового перехода может быть связан с некоторым другим средством, таким как нагрев, охлаждение, добавление реагента или ввод электрического или магнитного поля. Согласно другим вариантам реализации в раствор может быть введен некоторое химическое вещество для реакции с участвующим в осмосе растворенным веществом и обратимого или необратимого снижения его концентрации, изменения его отражательных характеристик относительно мембраны или облегчения его удаления иными способами. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации использование электрического поля может вызвать изменение в обезвоженном растворенном веществе, такое как фазовый переход, изменение в степени ионизации, или другие электрически индуцированные изменения, которые облегчают удаление растворенного вещества. Согласно некоторым вариантам реализации прохождением и/или удалением растворенного вещества можно управлять, например, регулированием уровня рН-фактора, регулированием ионных свойств растворенного вещества, изменением физического размера растворенного вещества или иными изменениями, облегчающими прохождение сквозь мембрану участвующего в осмосе растворенного вещества, которое прежде было затруднено. Например, ионные частицы могут быть доведены до неионного состояния, или крупные частицы могут быть сделаны относительно мельче. Согласно некоторым вариантам реализации могут быть осуществлены способы разделения, не использующие нагрев, такие как электродиализ (ΕΌ), охлаждение, вакуумирование или обработка под повышенным давлением. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации может быть осуществлен электрический градиент согласно по меньшей мере одному известному способу разделения. Согласно некоторым вариантам реализации для уменьшения количества частиц, которые необходимо выделить при относительно низких электрических требованиях могут использоваться некоторые способы разделения, такие как электродиализ. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации растворимостью органических частиц можно управлять, например, изменением температуры, давления, рН-фактора или другими характеристиками раствора. По меньшей мере, согласно некоторым вариантам реализации может быть осуществлено ионообменное разделение, такое как способ ионообменной очистки натрия, или кислотноосновной ионный обмен для рециклирования участвующих в осмосе растворенных веществ, содержащих, например, соли аммония.In some embodiments, the osmosis participating solution can be characterized by its ability to withstand the catalyzed phase transition in which the dissolved substance participating in osmosis takes a gaseous or solid form and can be isolated from the aqueous solution using a catalyst. In some embodiments, the mechanism of said phase transition may be associated with some other means, such as heating, cooling, adding a reagent, or introducing an electric or magnetic field. According to other embodiments, some chemical substance may be introduced into the solution to react with the dissolved substance involved in osmosis and to reverse or irreversibly reduce its concentration, change its reflective characteristics relative to the membrane, or facilitate its removal by other means. According to at least one embodiment, the use of an electric field can cause a change in the dehydrated solute, such as a phase transition, a change in the degree of ionization, or other electrically induced changes that facilitate removal of the solute. In some embodiments, the passage and / or removal of the solute can be controlled, for example, by adjusting the pH level, regulating the ionic properties of the solute, changing the physical size of the solute, or other changes that facilitate the passage of the solute involved in osmosis that was previously difficult. For example, ionic particles can be brought to a non-ionic state, or large particles can be made relatively smaller. In some embodiments, non-heating separation methods, such as electrodialysis (ΕΌ), cooling, evacuation, or pressure treatment, can be implemented. According to at least one embodiment, an electric gradient can be implemented according to at least one known separation method. In some embodiments, some separation methods, such as electrodialysis, can be used to reduce the amount of particles that need to be separated under relatively low electrical requirements. According to at least one embodiment, the solubility of the organic particles can be controlled, for example, by a change in temperature, pressure, pH or other characteristics of the solution. At least in some embodiments, ion-exchange separation can be carried out, such as a sodium ion-exchange purification method, or an acid-base ion-exchange to recycle dissolved substances involved in osmosis, containing, for example, ammonium salts.
Согласно по меньшей мере одному варианту реализации описанные участвующие в осмосе растворы могут использоваться в любом осмотическом мембранном процессе, например в случаях применения, охватывающих ограниченный давлением осмос, прямой осмос, или прямой осмос под давлением. Согласно некоторым вариантам реализации описанные участвующие в осмосе растворы могут использоваться в осмотической тепловой машине, такой как описанная в публикации РСТ № \УО 2008/060435, которая полностью включена в настоящий документ по ссылке. Осмотическая тепловая машина может преобразовывать тепловую энергию в механическую работу путем использования полупроницаемой мембраны для преобразования осмотического давления в электроэнергию. Концентрированный участвующий в осмосе раствор двуокиси углерода аммиака может создавать большое осмотическое давление, которое вырабатывает водный поток сквозь полупроницаемую мембрану против градиента гидравлического давления. Перепад давления при увеличении объема участвующего в осмосе раствора в турбине обеспечивает выработку электроэнергии. Процесс может быть поддержан в установившемся режиме за счет разделения разбавленного участвующего в осмосе раствора на участвующий в осмосе раствор повышенной концентрации и рабочую текучую среду деионизированной воды для повторного использования в осмотической тепловой машине. Согласно некоторым вариантам реализации, включающим использование описанных обезвоженных растворов в осмотической тепловой машине, эффективность может быть повышена выделением участвующего в осмосе растворенного вещества. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации описанные участвующие в осмосе растворы могут использоваться в системах и способах для накопления энергии в энергосистеме, в которой градиенты минерализации, включая градиенты осмотического давления или их разности между двумя растворами, могут быть использованы для выработки гидравлического давления в концентрированном растворе, в результате чего обеспечивается выработка энергии. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации, охватывающему использование дистилляционных колонн, таких как многоступенчатые дистилляционные колонны, описанные в публикации РСТ № \УО 2007/1146094, которые полностью включены в настоящий документ по ссылке, разжиженный участвующий в осмосе раствор может быть использован в качестве абсорбирующей текучей среды в теплообменнике или абсорбере для теплопередачи на каждом этапе. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации описанные участвующие в осмосе растворы также могут быть использованы в различных случаях применения концентрирования путем прямого осмоса (ЭОС).According to at least one embodiment, the osmosis solutions described can be used in any osmotic membrane process, for example, in applications involving limited pressure osmosis, direct osmosis, or direct pressure osmosis. According to some embodiments, the solutions described in osmosis can be used in an osmotic heat engine, such as that described in PCT publication No. UO 2008/060435, which is incorporated herein by reference in its entirety. An osmotic heat engine can convert thermal energy into mechanical work by using a semi-permeable membrane to convert osmotic pressure into electricity. A concentrated osmosis solution of ammonia carbon dioxide can create a large osmotic pressure, which produces a water stream through a semipermeable membrane against the gradient of hydraulic pressure. The pressure drop with increasing volume involved in the osmosis solution in the turbine provides power generation. The process can be maintained in steady state by separating the diluted osmosis solution involved in the osmosis solution of increased concentration and the working fluid of deionized water for reuse in an osmotic heat engine. According to some embodiments, including the use of the described dehydrated solutions in an osmotic heat engine, the efficiency can be enhanced by the release of the solute involved in osmosis. According to at least one embodiment, the solutions described in osmosis can be used in systems and methods for storing energy in an energy system in which mineralization gradients, including osmotic pressure gradients or their differences between two solutions, can be used to generate hydraulic pressure in a concentrated solution , resulting in energy production. According to at least one embodiment encompassing the use of distillation columns, such as multi-stage distillation columns described in PCT publication No. UO 2007/1146094, which are incorporated herein by reference in their entirety, a liquefied osmosis solution can be used as an absorbent solution. fluid in a heat exchanger or absorber for heat transfer at each stage. According to at least one embodiment, the solutions described in osmosis can also be used in various applications of concentration by direct osmosis (EOS).
Как показано на фиг. 2-3, согласно по меньшей мере одному варианту реализации осмотический мембранный процесс может быть начат введением первого раствора и второго раствора в контакт с первой и второй сторонами полупроницаемой мембраны 12 соответственно. Не смотря на то, что первый иAs shown in FIG. 2-3, according to at least one embodiment, the osmotic membrane process can be started by bringing the first solution and the second solution into contact with the first and second sides of the semipermeable membrane 12, respectively. Despite the fact that the first and
- 14 024894 второй растворы могут оставаться неподвижными, предпочтительно первый и второй растворы вводятся поперечным потоком, т.е. протекают параллельно поверхности полупроницаемой мембраны 12. Это увеличивает площадь поверхности полупроницаемой перегородки 12, с которой данное количество раствора входит в контакт, и таким образом увеличивает эффективность прямого осмоса. Поскольку второй раствор во второй камере 11 имеет более высокую концентрацию растворенного вещества по сравнению с первым раствором в первой камере 9, растворитель в первом растворе диффундирует во второй раствор путем прямого осмоса. Согласно некоторым вариантам реализации разность концентраций между указанными двумя растворами является настолько большой, что растворитель проходит через полупроницаемую мембрану 12 без дополнительного давления, приложенного к первому раствору. В целом, в результате указанного процесса может быть удалено примерно от 50 до 99,9% растворителя, содержащегося в первом растворе. Во время указанного процесса разделения концентрация первого раствора увеличивается, поскольку он теряет растворитель, а концентрация второго раствора уменьшается, поскольку он получает растворитель. Несмотря на это, градиент концентрации между указанными двумя растворами остается значительным. Обедненный растворителем раствор, находящийся у первой стороны мембраны, и разбавленный раствор, находящийся у второй стороны мембраны, могут быть дополнительно обработаны для получения по меньшей мере одного желательного продукта. Например, обедненный растворителем раствор, находящийся у первой стороны мембраны, может содержать растворенные вещества, которые являются целевыми частицами, концентрирование и восстановление которых является желательным. Согласно другому варианту реализации обедненный растворителем раствор, находящийся на первой стороне мембраны, может быть удален в качестве отходов. Схожим образом, разбавленный раствор, находящийся на второй стороне мембраны, может быть обогащен растворителем и может являться целевым продуктом.- 14,024,894 the second solutions may remain stationary, preferably the first and second solutions are introduced by a cross-flow, i.e. flow parallel to the surface of the semi-permeable membrane 12. This increases the surface area of the semi-permeable septum 12 with which a given amount of solution comes into contact, and thus increases the efficiency of direct osmosis. Since the second solution in the second chamber 11 has a higher concentration of solute than the first solution in the first chamber 9, the solvent in the first solution diffuses into the second solution by direct osmosis. In some embodiments, the concentration difference between the two solutions is so large that the solvent passes through the semipermeable membrane 12 without additional pressure applied to the first solution. In general, approximately 50 to 99.9% of the solvent contained in the first solution can be removed as a result of this process. During this separation process, the concentration of the first solution increases as it loses the solvent, and the concentration of the second solution decreases as it receives the solvent. Despite this, the concentration gradient between these two solutions remains significant. The solvent-depleted solution located on the first side of the membrane and the diluted solution located on the second side of the membrane can be further processed to obtain at least one desired product. For example, a solvent-depleted solution located on the first side of the membrane may contain solutes, which are the target particles, the concentration and recovery of which is desirable. According to another embodiment, the solvent-depleted solution located on the first side of the membrane can be disposed of as waste. Similarly, a dilute solution located on the second side of the membrane can be enriched with a solvent and can be the target product.
Сброс 18, т.е. концентрированный первый раствор, имеет большую концентрацию растворенных веществ. Таким образом, избыточные растворенные вещества могут быть удалены из концентрированного первого раствора до возвращения первого раствора в его источник или рециркуляции первого раствора с использованием настоящего способа. Это может быть осуществлено, например, путем введения концентрированного первого раствора в контакт с солнечным испарителем, механизмом простой фильтрации через сито, гидроциклона или осаждения массы, или другим механизмом зародышеобразования для выделения растворенного вещества. Указанное выделенное растворенное вещество может быть дополнительно обработано для потребительских или промышленных целей.Reset 18, i.e. concentrated first solution, has a high concentration of dissolved substances. Thus, excess solutes can be removed from the concentrated first solution before the first solution is returned to its source or the first solution is recycled using the present method. This can be accomplished, for example, by bringing the concentrated first solution into contact with a solar evaporator, a simple filtration mechanism through a sieve, a hydrocyclone or a mass precipitation, or another nucleation mechanism to isolate the solute. Said isolated solute may be further processed for consumer or industrial purposes.
Таким образом, путем извлечения растворителя из первого раствора во второй раствор с использованием прямого осмоса формируется обогащенный растворителем второй раствор, из которого затем в случае необходимости могут быть удалены растворенные вещества для изолирования растворителя. Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации это может быть достигнуто путем выделения растворенных веществ из раствора, расщеплением растворенных веществ на составляющие их газы, которые испаряются из раствора, дистилляцией растворителя из раствора или абсорбцией растворенных веществ поверхностью. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации удаление части растворенных веществ выделением уменьшает количество энергии, необходимое для нагрева раствора для расщепления оставшихся растворенных веществ, причем результатом разложения становится полное удаление растворенных веществ. Этапы потенциального выделения и разложения представлены в описании третьей и четвертой камер 13 и 15 соответственно.Thus, by extracting the solvent from the first solution into the second solution using direct osmosis, a second solution enriched in solvent is formed, from which then, if necessary, dissolved substances can be removed to isolate the solvent. According to some non-limiting embodiments, this can be achieved by isolating the solutes from the solution, splitting the solutes into the constituent gases that evaporate from the solution, distilling the solvent from the solution, or absorbing the solutes from the surface. According to at least one embodiment, the removal of a part of the dissolved substances by evolution reduces the amount of energy required to heat the solution to break up the remaining dissolved substances, the decomposition resulting in the complete removal of the dissolved substances. The stages of potential isolation and decomposition are presented in the description of the third and fourth chambers 13 and 15, respectively.
Обогащенный растворителем второй раствор, находящийся во второй камере 11, может быть введен в третью камеру 13, как указано стрелкой Ό. Затем обогащенный растворителем второй раствор может быть обработан для удаления из него части растворенных веществ путем осаждения. Для регулирования равновесного состояния растворимых и малорастворимых частиц растворенного вещества в пользу малорастворимых частиц может быть введен второй реагент. Как и в случае первого реагента, для этой цели подходит любой химикат, способный регулировать равновесное состояние, если он легко удаляется из обогащенного растворителем второго раствора и не несет угрозы здоровью. Предпочтительно реагент является составляющим элементом растворенного вещества, и в предпочтительном случае растворенного вещества, представляющего собой карбаминовокислый аммоний, является двуокисью углерода в газообразной форме. Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации, если обогащенный растворителем второй раствор содержит диффундированную в нем двуокись углерода, отношение аммиака к указанной двуокиси углерода в растворе может быть уменьшено примерно до 1-1,5, и равновесное состояние в обогащенном растворителем втором растворе смещается назад к малорастворимым частицам растворенного вещества, т.е. бикарбоната аммония. Затем указанные малорастворимые частицы растворенного вещества могут быть осаждены из раствора. Осаждение бикарбоната аммония может привести к существенному снижению концентрации растворенных веществ в обогащенном растворителем втором растворе примерно до 2-3 молей. Предпочтительно температура обогащенного растворителем второго раствора в третьей камере 13 снижена примерно до 18-25°С и предпочтительно составляет примерно 2025°С для облегчения осаждения растворенного вещества. Затем осажденное растворенное вещество может быть отфильтровано из раствора.The second solution, enriched in solvent, located in the second chamber 11, can be introduced into the third chamber 13, as indicated by arrow Ό. Then the solvent-enriched second solution can be treated to remove part of the solute from it by precipitation. To regulate the equilibrium state of soluble and sparingly soluble particles of a solute, a second reagent can be introduced in favor of sparingly soluble particles. As in the case of the first reagent, any chemical capable of regulating the equilibrium state is suitable for this purpose if it is easily removed from the second solution enriched in solvent and does not pose a health hazard. Preferably, the reagent is a constituent of the solute, and in the preferred case, the solute of ammonium carbamate is carbon dioxide in gaseous form. According to some non-limiting embodiments, if the solvent-enriched second solution contains carbon dioxide diffused therein, the ratio of ammonia to said carbon dioxide in the solution can be reduced to about 1-1.5, and the equilibrium state in the solvent-enriched second solution is shifted back to the sparingly soluble particles. solute i.e. ammonium bicarbonate. Then these sparingly soluble particles of the solute can be precipitated from the solution. The precipitation of ammonium bicarbonate can lead to a significant decrease in the concentration of dissolved substances in the solvent-enriched second solution to about 2-3 moles. Preferably, the temperature of the solvent-enriched second solution in the third chamber 13 is reduced to about 18-25 ° C and preferably about 2025 ° C to facilitate precipitation of the solute. Then the precipitated solute can be filtered from the solution.
Согласно некоторым вариантам реализации осажденное растворенное вещество может быть от- 15 024894 фильтровано в третьей камере 13; однако согласно варианту реализации, показанному на фиг. 3, указанный раствор направляют в фильтрационную камеру 17, как показано стрелкой I. Осажденное растворенное вещество может быть удалено из обогащенного растворителем раствора с использованием известных средств, таких как гидроциклон, осадочный резервуар, фильтрационные колонны, или путем простой фильтрации на сите. Например, осадок может быть выведен из раствора гравитационным способом, и в этом случае оставшийся раствор может быть сифонирован. Оставшийся обогащенный растворителем второй раствор может быть передан из фильтрационной камеры 17 в четвертую камеру 15, как указано стрелкой Р, в которой он может быть нагрет для разложения растворенных веществ на составляющие его газы. Согласно одному варианту реализации указанные составные газы могут быть аммиаком и двуокисью углерода. Энергия, необходимая для процесса разделения, может быть тепловой энергией, необходимой для повышения температуры раствора до уровня, при котором происходит полное удаление растворенного вещества, т.е. карбаминовокислого аммония. Для компенсации потерь теплопередачи, возникающих за счет энтальпии испарения и растворения растворенных веществ, рециклированных в процесс, также требуется дополнительный нагрев. В частности, в результате нагрева растворенные вещества, оставшиеся в обогащенном растворителем втором растворе, распадаются на составляющие их газы, которые удаляются из указанного раствора. Согласно некоторым вариантам реализации к обогащенному растворителем второму раствору могут быть применены разрежение или вентиляция во время его нагревания для повышения эффективности и/или снижения температуры, при которой газы, полученные в результате разложения, испаряются из раствора. Путем генерирования вентиляционной струи в четвертой камере могут быть удалены все растворенные вещества при пониженной температуре, которая ниже обычной. В результате указанного разложения может быть получен продукт растворителя, такой как питьевая вода, которая может быть дополнительно обработана для конечного использования. В целом, пригодная для питья вода должен иметь рН-фактор примерно 7, и для подготовки указанной воды для ее целевого назначения может оказаться необходимым дальнейшее регулирование рН-фактора и/или добавление желательных компонентов, таких как соли и/или остаточные обеззараживающие вещества.In some embodiments, the precipitated solute may be filtered out in a third chamber 13; however, according to the embodiment shown in FIG. 3, the solution is sent to the filtration chamber 17, as shown by arrow I. The precipitated solute can be removed from the solvent-rich solution using known means, such as a hydrocyclone, sedimentation tank, filter columns, or by simple filtration on a sieve. For example, the precipitate can be removed from the solution by gravity, in which case the remaining solution can be siphoned. The remaining solvent-rich second solution can be transferred from the filter chamber 17 to the fourth chamber 15, as indicated by arrow P, in which it can be heated to decompose the solutes into its constituent gases. In one embodiment, said composite gases may be ammonia and carbon dioxide. The energy required for the separation process may be the thermal energy necessary to raise the temperature of the solution to a level at which complete removal of the dissolved substance occurs, i.e. ammonium carbamate. To compensate for the heat transfer losses arising from the enthalpy of evaporation and dissolution of the solutes recycled into the process, additional heating is also required. In particular, as a result of heating, the dissolved substances remaining in the second solution enriched in the solvent decompose into their constituent gases, which are removed from the specified solution. In some embodiments, rarefaction or ventilation can be applied to the solvent-rich second solution while it is heating to increase the efficiency and / or lower the temperature at which the gases resulting from decomposition evaporate from the solution. By generating a ventilation stream in the fourth chamber, all solutes can be removed at a lower temperature, which is lower than normal. As a result of this decomposition, a solvent product, such as drinking water, which can be further processed for final use, can be obtained. In general, potable water should have a pH of about 7, and it may be necessary to further adjust the pH and / or add the desired components, such as salts and / or residual disinfectants, to prepare the water for its intended use.
Обогащенный растворителем второй раствор может быть нагрет с использованием комбинации источников 19 тепла, подведенного с внешней стороны, и тепла, закачанного посредством теплообменника 38 из экзотермического ввода газов и растворенных веществ (как указано стрелками I и К). Источник 19 подведенного с внешней стороны тепла может представлять собой любой источник тепла, включая солнечную и геотермическую энергию. Указанные источники могут быть подобны тепловым источникам, которые используются при дистилляции. Согласно некоторым вариантам реализации источники тепла могут быть преимущественно сформированы из комбинированных энергетических установок, использующих отходящее тепло от выработки энергии или из производственных процессов. Кроме того, технологическая эффективность может быть повышена при использовании теплообменника 38 для захвата тепла, освобожденного в предыдущих этапах настоящего способа деминерализации. Как указано стрелками I и К на фиг. 3, тепло, освобожденное из химических реакций во второй и третьей камерах 11, 13, может быть направлено в теплообменник 38, который затем подает указанное тепло в четвертую камеру 15 для улучшения нагрева обогащенного растворителем второго раствора, как указано стрелкой Ь. Согласно другому варианту реализации дополнительное тепло вырабатывается при конденсировании освобожденных составляющих газов с наружной стороны камеры 15, в которой нагревается обогащенный растворителем второй раствор, и таким образом энергия указанной экзотермической реакции передается в четвертую камеру 15. После этого конденсат, который согласно одному варианту реализации является карбаминовокислым аммонием, может быть рециклирован во второй раствор, находящийся во второй камере 11.The second solution, enriched in solvent, can be heated using a combination of heat sources 19 supplied from the outside and heat pumped by means of a heat exchanger 38 from an exothermic input of gases and dissolved substances (as indicated by arrows I and K). The heat source 19 supplied from the outside can be any heat source, including solar and geothermal energy. These sources may be similar to the heat sources used in distillation. In some embodiments, the heat sources may be advantageously generated from combined power plants using waste heat from energy generation or from production processes. In addition, technological efficiency can be improved by using a heat exchanger 38 to trap the heat released in the previous steps of the present demineralization method. As indicated by arrows I and K in FIG. 3, heat released from chemical reactions in the second and third chambers 11, 13 can be directed to a heat exchanger 38, which then delivers the heat to the fourth chamber 15 to improve heating of the solvent-rich second solution, as indicated by arrow b. According to another embodiment, additional heat is generated by condensing the liberated constituent gases from the outside of the chamber 15, in which the second solution enriched in solvent is heated, and thus the energy of said exothermic reaction is transferred to the fourth chamber 15. After this, the condensate, which according to one embodiment is carbamic acid ammonium can be recycled to a second solution located in the second chamber 11.
Также предпочтительно могут быть рециклированы растворенные вещества и компоненты растворенного вещества, удаленные из второго раствора, для ограничения воздействия на окружающую среду и снижения стоимости настоящего способа разделения на основе прямого осмоса. Осажденное растворенное вещество, удаленное из фильтрационной камеры, может быть рециклировано во вторую камеру 11, в которой он может растворяться во втором растворе и таким образом поддерживать повышенную концентрацию второго раствора, как указано стрелкой Е. Кроме того, составляющие газы, удаленные из обогащенного растворителем второго раствора в четвертой камере 15, могут быть рециклированы назад во вторую или третью камеры 11, 13, как указано стрелками Н и М соответственно, в которых они действуют в качестве реагентов. Согласно одному варианту реализации растворенное вещество представляет собой карбаминовокислый аммоний, который разлагается на составляющие газы: аммиак и двуокись углерода. Затем указанные газы рециклируются во вторую камеру 11, как указано стрелкой Н. Поскольку у аммиака растворяемость лучше, чем у двуокиси углерода, аммиак предпочтительно адсорбируется вторым раствором и действует в качестве реагента для регулирования равновесного состояния частиц растворенного вещества в пользу карбамината аммиака. Оставшаяся двуокись углерода извлекается из второй камеры 11, как указано стрелкой М, и передается в третью камеру 13, в которой она действует в качестве реагента и смещает равновесное состояние второго раствора в пользу бикарбоната аммония. Поскольку согласно некоторым вариантам реализации предусмотрено рециклирование составляющих газов, полученных из разложения растворенных веществ, может быть необходимым осаждение менее чем оп- 16 024894 тимального количества растворенных веществ для рециклирования достаточного количества газа для поддерживания эффективности настоящего процесса. Как правило, удаление осаждением примерно половины растворенных веществ из раствора должно гарантировать, что будет выработано достаточное количество составляющих газов для поддержания текущего процесса. Описанный выше процесс может осуществляться непрерывно или периодически для улучшенного удаления растворенных веществ из растворителя в течение указанного процесса.Also, solutes and solute components removed from the second solution may preferably be recycled to limit environmental impact and reduce the cost of the present direct osmosis separation process. The precipitated solute removed from the filtration chamber can be recycled to the second chamber 11, in which it can dissolve in the second solution and thus maintain an increased concentration of the second solution, as indicated by arrow E. In addition, the constituent gases removed from the solvent-enriched second solution in the fourth chamber 15, can be recycled back to the second or third chamber 11, 13, as indicated by arrows H and M, respectively, in which they act as reagents. In one embodiment, the solute is ammonium carbamic acid, which decomposes into constituent gases: ammonia and carbon dioxide. Then, these gases are recycled to the second chamber 11, as indicated by arrow N. Since ammonia has better solubility than carbon dioxide, ammonia is preferably adsorbed by the second solution and acts as a reagent to regulate the equilibrium state of the solute particles in favor of ammonia carbamine. The remaining carbon dioxide is removed from the second chamber 11, as indicated by arrow M, and transferred to the third chamber 13, in which it acts as a reagent and shifts the equilibrium state of the second solution in favor of ammonium bicarbonate. Since, according to some embodiments, it is possible to recycle the constituent gases obtained from the decomposition of dissolved substances, it may be necessary to precipitate less than the optimum amount of dissolved substances to recycle a sufficient amount of gas to maintain the efficiency of the present process. Typically, the removal by precipitation of approximately half of the solutes from the solution should ensure that sufficient constituent gases are generated to support the current process. The process described above can be carried out continuously or periodically to improve the removal of solutes from the solvent during the process.
На фиг. 4 показана установка, реализующая настоящий способ согласно одному неограничивающему варианту реализации. Указанная установка содержит первую камеру 9, которая имеет входное отверстие 21 и выходное отверстие 23. Входное отверстие 21 первой камеры 9 сообщается с источником первого раствора, таким как сборный танк для раствора, подвергнутого предварительной подготовке или введенного из верхней по ходу потока операции, или с естественным источником первого раствора, таким как море, озеро, река или водоемы и водные пути. Входное отверстие 21 первой камеры 9 может содержать встроенный насос для перекачивания первого раствора из его источника и/или сито или фильтр для удаления макрочастиц. Указанное отверстие также дополнительно может содержать нагревательное или охлаждающее устройства для регулирования температуры первого раствора. Схожим образом выходное отверстие 23 первой камеры 9 может содержать встроенный насос для извлечения первого раствора из первой камеры 9. Выходное отверстие 23 может быть использовано для рециркулирования первого раствора непосредственно в источник первого раствора, не смотря на то, что предпочтительно первый раствор закачивается в осаждающее устройство или посредством осаждающего устройства до его возвращения в источник первого раствора. Такое осаждающее устройство может содержать ванну для естественного испарения, механизм простой фильтрации на сите, гидроциклон или механизм массового осаждения, или другое устройство для зародышеобразования, или устройства других типов, известные специалистам. Первая камера 9 отделена от второй камеры 11 полупроницаемой мембраной 12.In FIG. 4 shows a plant implementing the present method according to one non-limiting embodiment. The specified installation contains a first chamber 9, which has an inlet 21 and an outlet 23. The inlet 21 of the first chamber 9 communicates with the source of the first solution, such as a collection tank for the solution, subjected to preliminary preparation or introduced from the upstream operation, or a natural source of the first solution, such as the sea, lake, river or bodies of water and waterways. The inlet 21 of the first chamber 9 may include an integrated pump for pumping the first solution from its source and / or a sieve or filter to remove particulate matter. The specified hole may also further comprise a heating or cooling device for controlling the temperature of the first solution. Similarly, the outlet 23 of the first chamber 9 may comprise an integrated pump for extracting the first solution from the first chamber 9. The outlet 23 may be used to recycle the first solution directly to the source of the first solution, although the first solution is preferably pumped into a settling device or by means of a precipitating device until it is returned to the source of the first solution. Such a precipitating device may comprise a natural vaporization bath, a simple sieve filtration mechanism, a hydrocyclone or a mass precipitation mechanism, or another nucleation device, or other types of devices known to those skilled in the art. The first chamber 9 is separated from the second chamber 11 by a semipermeable membrane 12.
Вторая камера 11 имеет входное отверстие 25 и первое и второе выходные отверстия 27, 29. Входное отверстие 25 представляет собой источник второго раствора и может содержать встроенный насос, а также нагревательное устройство. Первое выходное отверстие 27 второй камеры 11 сообщается с третьей камерой 13 и соединено с трубопроводом для передачи обогащенного растворителем второго раствора в третью камеру 13. Указанное первое выходное отверстие 27 второй камеры 11 может содержать встроенный насос для откачивания обогащенного водой второго раствора из второй камеры 11. Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения первое выходное отверстие 27 второй камеры 11 может содержать встроенное охлаждающее устройство для охлаждения обогащенного растворителем второго раствора, как описано выше. Второе выходное отверстие 29 второй камеры 11 содержит трубопровод для транспортировки любого газа, оставшегося после введения газов из четвертой камеры 15 во второй раствор через входное отверстие 25, который согласно одному варианту реализации предпочтительно является двуокисью углерода в газообразной форме, поскольку аммиак, как ожидается предпочтительно абсорбированный указанным раствором, будет передан в третью камеру 13.The second chamber 11 has an inlet 25 and a first and second outlet 27, 29. The inlet 25 is a source of a second solution and may include an integrated pump as well as a heating device. The first outlet 27 of the second chamber 11 communicates with the third chamber 13 and is connected to a pipe for transferring the solvent-enriched second solution to the third chamber 13. Said first outlet 27 of the second chamber 11 may comprise an integrated pump for pumping the water-rich second solution from the second chamber 11. According to another embodiment of the present invention, the first outlet 27 of the second chamber 11 may comprise an integrated cooling device for cooling the solvent-rich watts fresh solution as described above. The second outlet 29 of the second chamber 11 comprises a conduit for transporting any gas remaining after the introduction of gases from the fourth chamber 15 into the second solution through the inlet 25, which according to one embodiment is preferably carbon dioxide in gaseous form, since ammonia is preferably expected to be absorbed the specified solution will be transferred to the third chamber 13.
Согласно некоторым вариантам реализации в третьей камере 13 часть растворенного вещества осаждается из обогащенного растворителем второго раствора. Третья камера 13, в дополнение к входным отверстиям для соединения с выходными отверстиями 27, 29, имеет выходное отверстие 31, сообщающееся с фильтрационным устройством 17 для отделения осадка от обогащенного растворителем второго раствора. Фильтрационное устройство 17 может быть любого типа из описанных выше, и согласно одному варианту реализации также может быть осадочным резервуаром. Фильтрационное устройство 17 имеет два выходных отверстия 33, 35. Первое выходное отверстие 33 может быть использовано для удаления осажденного растворенного вещества или его возвращения во вторую камеру 11 через второе входное отверстие 25, и второе выходное отверстие 35 может быть использовано для транспортировки оставшегося обогащенного растворителем второго раствора в четвертую камеру 15. Согласно дополнительному варианту реализации фильтрационное устройство 17 может быть встроено в третью камеру 13, и в таком случае третья камера 13 должна иметь дополнительное выходное отверстие, одно выходное отверстие для передачи оставшегося обогащенного растворителем второго раствора в четвертую камеру 15 и другое выходное отверстие для удаления осажденного растворенного вещества, или согласно другому варианту реализации для возвращения осажденного растворенного вещества во вторую камеру 11 через второе входное отверстие 25.According to some embodiments in the third chamber 13, part of the solute is precipitated from the solvent-rich second solution. The third chamber 13, in addition to the inlet openings for connecting to the outlet openings 27, 29, has an outlet opening 31 in communication with the filtration device 17 for separating the precipitate from the solvent-rich second solution. The filtration device 17 may be any of the types described above, and according to one embodiment, may also be a sedimentation tank. The filtration device 17 has two outlet openings 33, 35. The first outlet 33 can be used to remove the precipitated solute or return to the second chamber 11 through the second inlet 25, and the second outlet 35 can be used to transport the remaining solvent-enriched second solution into the fourth chamber 15. According to a further embodiment, the filtering device 17 may be integrated in the third chamber 13, and in this case the third chamber 13 should have an additional outlet, one outlet for transferring the remaining solvent-rich second solution to the fourth chamber 15 and another outlet for removing precipitated solute, or according to another embodiment, for returning the precipitated solute to the second chamber 11 through the second inlet 25.
Четвертая камера 15 может содержать встроенное нагревательное устройство для нагревания оставшегося обогащенного растворителем второго раствора. Четвертая камера 15 также содержит первое выходное отверстие 37, который может содержать встроенное вакуумирующее устройство, вентилятор или другое устройство для выработки воздушного потока для удаления составляющих газов. Предпочтительно первое выходное отверстие 37 четвертой камеры 15 сообщается с входным отверстием 25 второй камеры 11 для рециклирования составляющих газов в качестве второго растворенного вещества. Второе выходное отверстие 39 действует в качестве трубопровода для извлечения финального продуктарастворителя, такого как пригодная для питья или очищенная вода.The fourth chamber 15 may include an integrated heating device for heating the remaining solvent-rich second solution. The fourth chamber 15 also includes a first outlet 37, which may include an integrated vacuum device, fan or other device for generating air flow to remove constituent gases. Preferably, the first outlet 37 of the fourth chamber 15 is in communication with the inlet 25 of the second chamber 11 for recycling the constituent gases as the second solute. The second outlet 39 acts as a conduit for recovering the final solvent product, such as potable or purified water.
Для выполнения различных удерживающих и/или накапливающих устройств (камер, резервуаров и хранилищ), трубопроводов, водоводов и другого оборудования могут быть использованы любые мате- 17 024894 риалы, которые способны выдерживать вес растворов и являются инертными в отношении любых растворенных веществ, содержащихся в указанных растворах. Типичными материалами являются нержавеющие и инертные материалы, такие как нержавеющая сталь, пластик, поливинилхлорид (ПХВ), стекловолокно и т.п. Резервуары могут иметь любую подходящую форму, но обычно являются цилиндрическими танками, профилированными или формованными танками и т.п. Хранилища обычно представляют собой водонапорные башни, цилиндрические танки, профилированные или формованные танки и т.п. Как описано выше, следует отметить, что на чертежах камеры показаны как отдельные блоки, но настоящее изобретение не ограничивается указанной конфигурацией, и в случае необходимости в одиночном резервуаре может содержаться любое количество камер, например две камеры, разделенные полупроницаемой мембраной 12.To carry out various holding and / or accumulating devices (chambers, reservoirs and storages), pipelines, water pipes and other equipment, any materials that can withstand the weight of solutions and are inert with respect to any dissolved substances contained in these solutions. Typical materials are stainless and inert materials such as stainless steel, plastic, polyvinyl chloride (PVC), fiberglass, etc. The tanks may be of any suitable shape, but are usually cylindrical tanks, profiled or molded tanks, and the like. Storage facilities are usually water towers, cylindrical tanks, shaped or shaped tanks, etc. As described above, it should be noted that the chambers are shown as separate blocks in the drawings, but the present invention is not limited to this configuration, and if necessary, any number of chambers can be contained in a single tank, for example, two chambers separated by a semipermeable membrane 12.
Нагревательные и охлаждающие устройства могут быть электрическими нагревателями, охлаждающими блоками, солнечными коллекторами и теплообменниками, такими как паровые конденсаторы, циркуляционные насосы и т.п., которые известны из уровня техники, но предпочтительно являются теплообменниками. Нагревательные и охлаждающие устройства наряду с любым другим оборудованием, используемые в указанном способе, которые могут потреблять некоторую энергию, могут получать энергию для их питания от обычно используемых источников любого вида, включая, например, отходящий водяной пар, солнечную энергию, энергию ветра или геотермальную энергию, а также традиционные источники.The heating and cooling devices may be electric heaters, cooling units, solar collectors and heat exchangers, such as steam condensers, circulation pumps and the like, which are known in the art, but are preferably heat exchangers. Heating and cooling devices, along with any other equipment used in this method, which can consume some energy, can receive energy for their power supply from commonly used sources of any kind, including, for example, waste water vapor, solar energy, wind energy or geothermal energy as well as traditional sources.
На фиг. 5 показан описанный ниже способ концентрирования согласно по меньшей мере одному варианту реализации. Первый раствор 14 находится в контакте с одной стороной мембраны 12 прямого осмоса. Согласно вариантам реализации, в которых первый раствор 14 содержит поток отходов, которые необходимо обработать, первый раствор 14 является обычно водяным и содержит раствор частиц, таких как соли, белки, катализаторы, микроорганизмы, органические или неорганические вещества, химические исходные вещества или продукты, коллоиды или другие составляющие части. Согласно вариантам реализации, в которых первый раствор 14 содержит желательные целевые частицы, которые должны быть сконцентрированы и восстановлены, первый раствор может содержать фармацевтические препараты, соли, ферменты, белок, катализаторы, микроорганизмы, органические соединения, неорганические соединения, химическое исходное вещество, химические продукты, коллоиды, продовольственные продукты или примеси. Контакт первого раствора 14 с одной стороной мембраны 12 может быть достигнут различными способами, согласно двум из которых мембрану 12 погружают в раствор, или направляют поток раствора вдоль мембраны 12. Указанный раствор может вводиться непрерывно, периодически, один раз или много раз в резервуар или направляющее средство. Указанный входной поток первого раствора 14 на чертеже не показан.In FIG. 5 shows a concentration method described below in accordance with at least one embodiment. The first solution 14 is in contact with one side of the direct osmosis membrane 12. According to embodiments in which the first solution 14 contains a stream of waste to be treated, the first solution 14 is usually aqueous and contains a solution of particles such as salts, proteins, catalysts, microorganisms, organic or inorganic substances, chemical starting materials or products, colloids or other constituent parts. According to embodiments in which the first solution 14 contains the desired target particles to be concentrated and reduced, the first solution may contain pharmaceutical preparations, salts, enzymes, protein, catalysts, microorganisms, organic compounds, inorganic compounds, chemical starting material, chemical products colloids, food products or impurities. The contact of the first solution 14 with one side of the membrane 12 can be achieved in various ways, according to two of which the membrane 12 is immersed in the solution, or the flow of solution along the membrane 12. The specified solution can be introduced continuously, periodically, once or many times into the tank or guide means. The specified input stream of the first solution 14 is not shown in the drawing.
Второй раствор 16, состоящий, например, из веществ, включая воду, аммиак и двуокись углерода, способных генерировать осмотическое давление, которое выше давления первого раствора 14, находится в контакте со стороной мембраны, противоположной стороне, которая находится в контакте с первым раствором 14. Указанный контакт может быть достигнут различными способами, включая погружение мембраны 12 во второй раствор (если для первого раствора не используется погружение) или направление второго раствора вдоль поверхности мембраны 12, которая является непроницаемой для всех или некоторых частиц первого раствора 14, таких как соли, заряженные и/или большие молекулы, микроорганизмы и твердые частицы, но пропускает растворитель, такой как вода, и обеспечивает возможность формирования разности осмотического давления между первым и вторым растворами для индуцирования потока воды сквозь мембрану от первого раствора к второму раствору. Указанный поток может, по существу, разбавлять, частично разбавлять или, по существу, не разбавлять второй раствор 16 и/или, по существу, концентрировать, частично концентрировать или, по существу, не концентрировать первый раствор 14. Также ожидается, что некоторые, ни одна, несколько или одна из избранных или целевых частиц первого раствора могут проходить сквозь мембрану 12 в зависимости от ее типа и/или целевого использования указанного способа.The second solution 16, consisting, for example, of substances, including water, ammonia and carbon dioxide, capable of generating an osmotic pressure that is higher than the pressure of the first solution 14, is in contact with the side of the membrane, the opposite side, which is in contact with the first solution 14. This contact can be achieved in various ways, including immersion of the membrane 12 in a second solution (if immersion is not used for the first solution) or the direction of the second solution along the surface of the membrane 12, which is I am impervious to all or some of the particles of the first solution 14, such as salts, charged and / or large molecules, microorganisms and solid particles, but passes a solvent such as water and allows the formation of a difference in osmotic pressure between the first and second solutions to induce flow water through the membrane from the first solution to the second solution. Said stream may substantially dilute, partially dilute or substantially not dilute the second solution 16 and / or substantially concentrate, partially concentrate or substantially not concentrate the first solution 14. It is also expected that some, neither one, several, or one of the selected or target particles of the first solution may pass through the membrane 12 depending on its type and / or intended use of the method.
Часть обогащенного растворителем второго раствора направлена (в форме потока 20) к процессу 22 разделения участвующего в осмосе растворенного вещества, например с использованием дистилляционной колонны, мембранного устройства для перегонки или путем испарения через проницаемую перегородку, во время которой удаляются растворенные вещества, находящиеся в обогащенном растворителем втором растворе, например растворенные аммиак и двуокись углерода, содержащие частицы солей аммония, путем добавления тепла в процесс 22 разделения участвующего в осмосе растворенного вещества и/или путем применения разности давлений к вышеуказанным газам и/или выработанным в процессе разделения участвующего в осмосе растворенного вещества. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации мембранный способ разделения, такой как испарение через проницаемую мембрану, может обеспечить отделение газов от разжиженного участвующего в осмосе раствора со значительными ограничениями потока водяного пара, в результате чего может быть повышена эффективность процесса разделения. Материалы испарения могут содержать природные или синтетические полимеры, такие как полиуретан или натуральный каучук, или суспендированные жидкие мембраны, которые действуют в качестве пассивных или активных селективных мембран для аммиака и двуокиси углерода относительноPart of the solvent-rich second solution is directed (in the form of stream 20) to the separation process 22 of the solute participating in the osmosis, for example using a distillation column, a distillation membrane device or by evaporation through a permeable baffle, during which the dissolved substances in the solvent-rich are removed a second solution, for example, dissolved ammonia and carbon dioxide containing particles of ammonium salts, by adding heat to the separation process 22 involved in osmosis of the dissolved substance and / or by applying the pressure difference to the above gases and / or generated in the process of separation of the dissolved substance involved in osmosis. According to at least one embodiment, a membrane separation method, such as evaporation through a permeable membrane, can separate gases from a liquefied osmosis solution with significant restrictions on the flow of water vapor, as a result of which the efficiency of the separation process can be improved. Evaporation materials may contain natural or synthetic polymers, such as polyurethane or natural rubber, or suspended liquid membranes that act as passive or active selective membranes for ammonia and carbon dioxide relative to
- 18 024894 водяного пара. Согласно некоторым вариантам реализации испарение с использованием проницаемой перегородки или подобные мембранные способы разделения могут использоваться вместо обработки в дистилляционной колонне или в соединении с ней. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации также может быть использована абсорбционная колонна. Согласно другому варианту реализации газы потока 26 могут быть сжаты для повышения их температуры, при которой они могут быть повторно абсорбированы участвующим в осмосе раствором полностью или почти полностью. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации абсорбер может быть использован с охлаждением перед повторной абсорбцией участвующих в осмосе растворенных веществ или во время нее. Согласно, по меньшей мере, некоторым вариантам реализации часть разжиженного участвующего в осмосе потока может быть направлена в абсорбер в качестве потока абсорбирующего вещества.- 18,024,894 water vapor. In some embodiments, permeable vaporization or similar membrane separation methods may be used instead of processing in or in conjunction with a distillation column. According to at least one embodiment, an absorption column may also be used. According to another embodiment, the gases of stream 26 can be compressed to increase their temperature at which they can be reabsorbed by the solution participating in the osmosis completely or almost completely. According to at least one embodiment, the absorber may be used with cooling before or during reabsorption of the solutes involved in the osmosis. According to at least some embodiments, a portion of the liquefied osmosis participating stream may be directed to the absorber as a stream of absorbent material.
В процессе разделения участвующего в осмосе растворенного вещества вырабатывается поток растворителя, обозначенный как поток 32, в котором концентрация частиц по сравнению с потоком 20 уменьшена частично, существенно или полностью, и газовый поток, обозначенный как поток 26, содержащий частицы, удаленные из потока 20. Поток 26 направлен в процесс 41, предназначенный для восстановления второго раствора 16, т.е. улучшения, изменения или поддерживания характеристик второго раствора 16, таких как объем или концентрация. В указанном процессе может быть осуществлено растворение частиц в воде, т.е. части второго раствора, осаждение и смешивание со вторым раствором или обработка некоторым иным способом, так что частицы, удаленные в процессе 22, повторно вводятся во второй раствор. Указанное повторное введение обозначено штриховой линией как поток 45. Отклоненные компоненты раствора 14 могут удаляться из раствора 14 периодически или непрерывно при удалении воды из указанного раствора. Этот процесс может содержать осаждение, разделение с использованием гидроциклона, выделение, приложение силы (такой как электрическая или магнитная), продувку или другую типовую операцию. Указанный поток компонентов, удаленных из раствора 14, обозначен как поток 18. Согласно некоторым вариантам реализации поток 18 может быть потоком желательного продукта или может быть удален в качестве отходов. В указанном способе осмотическое давление используется для удаления растворителя из раствора осмотическим потоком через полупроницаемую мембрану, например отделения растворителя от фармацевтического соединения, продовольственного продукта или других желательных находящихся в указанном растворе частиц, или для обработки технологических стоков путем удаления нежелательных растворенных веществ и выработки очищенного потока продукции. Поток 18 может быть дополнительно обработан для удаления любого из участвующих в осмосе растворенных веществ из второго раствора 16, которые мигрировали сквозь мембрану в первый раствор 14. Указанная обработка может включать перегонку, отгонку воздухом, испарение через проницаемую перегородку, хлорирование до точки перелома, ионный обмен или другой процесс. Участвующие в осмосе растворенные вещества, удаленные из потока 18, могут быть повторно введены во второй раствор 16 путем смешивания с потоком 45 или иным способом.In the process of separating the solute involved in the osmosis, a solvent stream is produced, designated as stream 32, in which the particle concentration compared to stream 20 is partially, substantially or completely reduced, and a gas stream, designated as stream 26, contains particles removed from stream 20. Stream 26 is directed to a process 41 designed to recover a second solution 16, i.e. improving, changing or maintaining the characteristics of the second solution 16, such as volume or concentration. In this process, dissolution of particles in water, i.e. parts of the second solution, precipitation and mixing with the second solution or processing in some other way, so that the particles removed in the process 22 are reintroduced into the second solution. The indicated re-introduction is indicated by a dashed line as stream 45. The deviated components of solution 14 can be removed from solution 14 periodically or continuously when water is removed from the specified solution. This process may include precipitation, separation using a hydrocyclone, evolution, application of force (such as electrical or magnetic), purge, or other typical operation. Said stream of components removed from solution 14 is designated stream 18. According to some embodiments, stream 18 may be a desired product stream or may be disposed of as waste. In this method, osmotic pressure is used to remove the solvent from the solution by an osmotic stream through a semipermeable membrane, for example, separating the solvent from a pharmaceutical compound, food product or other desired particles in said solution, or to treat process effluents by removing unwanted dissolved substances and producing a purified product stream . Stream 18 can be further processed to remove any of the solutes involved in osmosis from the second solution 16, which migrated through the membrane to the first solution 14. This treatment may include distillation, air stripping, evaporation through a permeable septum, chlorination to a fracture point, ion exchange or another process. The solutes participating in the osmosis removed from stream 18 can be reintroduced into the second solution 16 by mixing with stream 45 or otherwise.
На фиг. 6-18 показаны различные системы 22 для восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества, как описано выше, которые могут быть использованы с осмотическими мембранными системами, также описанными в настоящем документе. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации в системе 22 восстановления может быть использован мембранный контактный фильтр, например описанный со ссылкой на фиг. 6-10. Указанная мембрана, использованная для обмена массой и энергией между жидкими и газовыми потоками, в целом выполняет функции дистилляционной колонны в мембранном устройстве. Одно преимущество указанного подхода состоит в том, что жидкие и газовые объемные потоки и скорости в значительной степени являются независимыми, так что заводнение, унос, вспенивание и т.п. не возникают. В некоторых случаях, если жидкость проникает через пористый фильтр в газовый поток, это, по существу, не происходит. Кроме того, разности плотностей не используются для принуждения двух потоков к взаимодействию, в отличие от традиционных дистилляционных колонн. Вместо этого давление используется для облегчения протекания жидких и газовых потоков, как это может быть выполнено в трубопроводах только с жидкостью или только с газом. Поэтому основанные на мембранах устройства для перегонки не должны размещаться вертикально, как это необходимо для традиционных дистилляционных колонн. Таким образом, компактные, горизонтальные мембранные массивы, такие как расположенные последовательно параллельные блоки, например, могут быть использованы для выполнения функций высоких традиционных дистилляционных колонн большого диаметра. Такая конструкция обеспечивает значительное снижение требований к габаритной площади и высоте.In FIG. 6-18 show various systems 22 for reconstituting a osmotic solute as described above that can be used with the osmotic membrane systems also described herein. According to at least one embodiment, a membrane contact filter, for example, described with reference to FIG. 6-10. The specified membrane used for the exchange of mass and energy between liquid and gas flows, in General, performs the functions of a distillation column in a membrane device. One advantage of this approach is that the liquid and gas volume flows and velocities are largely independent, such that water flooding, entrainment, foaming, and the like. don't arise. In some cases, if the liquid penetrates through the porous filter into the gas stream, this essentially does not occur. In addition, density differences are not used to force the two streams to interact, unlike traditional distillation columns. Instead, pressure is used to facilitate the flow of liquid and gas flows, as can be done in pipelines with only liquid or only with gas. Therefore, membrane-based distillation devices should not be placed vertically, as is necessary for traditional distillation columns. Thus, compact, horizontal membrane arrays, such as parallel blocks arranged in series, for example, can be used to perform the functions of high traditional large-diameter distillation columns. This design provides a significant reduction in requirements for overall area and height.
Кроме того, смешивание газовой и жидкой фаз, которое традиционно осуществляется посредством насадки, расположенной в дистилляционной колонне, теперь может быть обеспечено поверхностью мембраны. Поток жидкости может протекать по одной стороне мембраны, в то время как поток газа протекает с другой стороны, причем между указанными двумя фазами происходит свободный газовый обмен через поры в мембране. Покрытие порами может быть использовано в случае, если оно не блокирует передачу газа до некоторой степени, при которой преимущества, обеспеченные покрытием, еще остаются коммерчески оправданными. Конструкция мембраны может быть сухой или влажной. В сухой мембранной конструкции поры мембраны и материал мембраны могут быть такими, что поверхностное натяжение препятствует проникновению воды через поры в газовый поток. Во влажной конструкции водаIn addition, the mixing of the gas and liquid phases, which is traditionally carried out by means of a nozzle located in the distillation column, can now be provided by the surface of the membrane. A liquid stream can flow along one side of the membrane, while a gas stream flows from the other side, and free gas exchange occurs between the two phases through the pores in the membrane. Pore coating can be used if it does not block the transfer of gas to some extent, to which the benefits provided by the coating are still commercially viable. The membrane design may be dry or wet. In a dry membrane design, the pores of the membrane and the membrane material can be such that surface tension prevents the penetration of water through the pores into the gas stream. In a wet design, water
- 19 024894 может заполнять поры, но не протекает за пределы указанных пор в газовый поток в значительном количестве. В любом случае газовый обмен, по существу, происходит.- 19 024894 can fill the pores, but does not leak beyond the specified pores into the gas stream in a significant amount. In any case, gas exchange essentially occurs.
Другое преимущество использования описанных мембранных контактных фильтров для перегонки состоит в том, что отсутствует необходимость использования металла для увеличения срока службы контактных фильтров по сравнению со сплавами, которые могут быть очень дорогими и могут корродировать в течение длительного времени. Например, при наличии в потоке №С1. который кипит при 100°С, в количестве нескольких тысячных частей на миллион для изготовления блока контактного фильтра может потребоваться использование титана или сплавов На8(е11оу® (имеющихся в продаже у компании Наупек 1п1егпа1юпа1, 1пс., г. Кокомо, штат Индиана), но которые могут быть легко заменены полимером (например, полиэфирэфиркетон). Дополнительное преимущество использования описанных мембранных контактных фильтров для восстановления участвующего в осмосе раствора состоит в том, что температуры, необходимые для указанного восстановления, находятся в пределах допустимых температур для полимеров, которые могут использоваться в указанных контактных фильтрах. Дополнительное преимущество состоит в том, что НЕТР (длина потока в одной теоретической равновесной ступени) может быть намного меньше по сравнению с традиционной насадкой, в результате чего могут быть достигнуты компактные и менее дорогие массивы контактных фильтров, выполняющих те же функции, что и большая колонна. Другое преимущество состоит в том, что описанные мембранные контактные фильтры обеспечивают намного более высокий расход жидкости, не вызывая проблем, таких как унос, в результате чего повышается эффективность использования площади мембраны, по существу, эквивалентной диаметру колонны относительно нагрузочного расхода жидкости. Другое преимущество состоит в том, что традиционные колонны требуют дополнительного увеличения высоты за счет вставок, расположенных выше и ниже насадки, обеспечивающих разделение жидкой и газовой фаз, которое не является необходимым в описанных мембранных контактных фильтрах, поскольку указанные две фазы не смешиваются в одном и том же канале, и таким образом их разделение не является обязательным.Another advantage of using the described membrane contact filters for distillation is that there is no need to use metal to increase the life of the contact filters compared to alloys, which can be very expensive and can corrode for a long time. For example, if there is stream C1 in the stream. which boils at 100 ° C, in the amount of several thousandths of a million, for the manufacture of a contact filter block, it may be necessary to use titanium or Na8 alloys (e11о® (commercially available from Naupek 1p1egpa1yupa1, 1ps., Kokomo, Indiana), but which can be easily replaced by a polymer (for example, polyetheretherketone). An additional advantage of using the described membrane contact filters for reconstituting a solution involved in osmosis is that the temperatures required for said recovery The phenomena are within the permissible temperature range for polymers that can be used in these contact filters An additional advantage is that the NETP (flow length in one theoretical equilibrium stage) can be much smaller compared to a traditional nozzle, which can result in compact and less expensive contact filter arrays having the same functions as a large column have been achieved. Another advantage is that the membrane contact filters described provide much higher flow rate without causing problems such as ablation, thereby improving the efficiency of membrane area is substantially equivalent to the diameter of the column of fluid flow relative to the load. Another advantage is that traditional columns require an additional increase in height due to inserts located above and below the nozzle, providing separation of the liquid and gas phases, which is not necessary in the described membrane contact filters, since these two phases are not mixed in the same same channel, and thus their separation is optional.
На фиг. 6 показан один вариант реализации системы 22 для восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества, в которой используется мембранное устройство 24 для введения испаренных участвующих в осмосе растворенных веществ 26, полученных из процесса восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества, в контакт с абсорбирующим раствором 28. Согласно некоторым вариантам реализации мембранное устройство 24 может быть мембранным контактным фильтром. Как показано на фиг. 6, испаренные участвующие в осмосе растворенные вещества 26 поданы к первой стороне мембранного контактного фильтра 24 (как указано стрелкой 27), в то время как абсорбирующий раствор 28 подан к второй стороне мембранного контактного фильтра 24 (как указано стрелкой 29). Испаренные участвующие в осмосе растворенные вещества могут проходить через мембранный контактный фильтр 24 (как указано стрелками 25) и абсорбироваться абсорбирующим раствором 28. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации абсорбирующий раствор 28 является разжиженным или концентрированным участвующим в осмосе раствором, которым повторно абсорбируются испаренные участвующие в осмосе растворенные вещества для создания более концентрированного источника участвующего в осмосе раствора для использования/повторного использования в осмотической мембранной системе/процессе.In FIG. 6 shows one embodiment of a system 22 for reconstituting a osmosis solute in which a membrane device 24 is used to introduce vaporized osmosis solutes 26 obtained from a osmosis reconstitution of a solute into contact with an absorbent solution 28. According to some embodiments, the membrane device 24 may be a membrane contact filter. As shown in FIG. 6, the vaporized osmotic solutes 26 are supplied to the first side of the membrane contact filter 24 (as indicated by arrow 27), while the absorbent solution 28 is supplied to the second side of the membrane contact filter 24 (as indicated by arrow 29). The evaporated osmosis participating solutes can pass through the membrane contact filter 24 (as indicated by arrows 25) and be absorbed by the absorbing solution 28. According to at least one embodiment, the absorbing solution 28 is a diluted or concentrated osmosis participating solution that reabsorb the evaporated participating osmosis solutes to create a more concentrated source of osmosis solution for use / reuse tions in the osmotic membrane system / process.
Согласно по меньшей мере одному варианту реализации в системе 122 восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества может быть использована отгоночная секция ректификационной колонны, как показано на фиг. 7, для удаления, по существу, всех участвующих в осмосе растворенных веществ из разжиженного участвующего в осмосе раствора. Как показано на фиг. 7, разжиженный участвующий в осмосе раствор 120 (например, из осмотической мембранной системы) передается к одной стороне мембранного контактного фильтра 124, в то время как источник водяного пара 130 (т.е. тепловая энергия) подведен к второй стороне мембранного контактного фильтра 124. Разжиженный участвующий в осмосе раствор 120 абсорбирует тепло из водяного пара 130, и участвующие в осмосе растворенные вещества десорбируются из него отгонкой. В частности, тепло от водяного пара 130 проходит через мембранный контактный фильтр 124 (как указано стрелкой 131) и таким образом нагревает разжиженный участвующий в осмосе раствор 120, и выпаривая содержащиеся в нем участвующие в осмосе растворенные вещества. Испаренные участвующие в осмосе растворенные вещества 126 проходят через мембранный контактный фильтр 124 (как указано стрелкой 127) и поглощаются водяным паром 130, в результате чего концентрированный участвующий в осмосе раствор 116 (по существу в паровой форме) покидает систему 122. Десорбирование участвующих в осмосе растворенных веществ из разжиженного участвующего в осмосе раствора 120 в результате приводит к выведению источника воды 132 из системы 122.According to at least one embodiment, in the recovery system 122 of the osmosis solute, the distillation column distillation column can be used, as shown in FIG. 7 to remove substantially all of the solutes involved in osmosis from a liquefied osmosis solution. As shown in FIG. 7, a liquefied osmotic solution 120 (e.g., from an osmotic membrane system) is transferred to one side of the membrane contact filter 124, while a water vapor source 130 (i.e., thermal energy) is supplied to the second side of the membrane contact filter 124. The liquefied osmosis solution 120 absorbs heat from water vapor 130, and the solutes involved in osmosis are desorbed from it by distillation. In particular, heat from water vapor 130 passes through a membrane contact filter 124 (as indicated by arrow 131) and thereby heats the liquefied osmosis solution 120, and evaporates the dissolved substances involved in osmosis. The vaporized osmosis solutes 126 pass through a membrane contact filter 124 (as indicated by arrow 127) and are absorbed by water vapor 130, whereby the concentrated osmosis solution 116 (substantially in vapor form) leaves the system 122. Desorption of dissolved osmosis substances from the liquefied participating in the osmosis solution 120 as a result leads to the removal of the source of water 132 from the system 122.
Дополнительно к настоящему или согласно другому варианту реализации после этого может быть использован конденсатор для конденсирования всех или части выпаров (как показано, например, на фиг. 9). После этого может быть использовано второе мембранное устройство с оставшимся выпаром на первой стороне мембранного контактного фильтра 124 и абсорбером на его второй стороне. Согласно некоторым вариантам реализации на второй стороне может быть осуществлена перегонка с дополнительным абсорбирующим раствором или без него, так что выпары могут конденсироваться при прохождении через мембранное устройство. Согласно некоторым вариантам реализации конденсатор может быть распо- 20 024894 ложен выше по ходу потока мембранного устройства. Согласно другим вариантам реализации различные потоки могут быть введены в контакт друг с другом без промежуточной типовой операции. Кроме того, мембранный абсорбер может полностью конденсировать выпары из отгоночной секции ректификационной колонны или из другого процесса восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества. Согласно другим вариантам реализации после конденсатора может быть использован мембранный абсорбер для завершения повторной абсорбции растворенных веществ и формирования более концентрированного участвующего в осмосе раствора. Такой подход в частности может быть подходящим для использования для уменьшения размера системы для восстановления растворенного вещества. Такой подход в частности также может быть подходящим для использования при низких температурах и давлениях.In addition to the present or another embodiment, a condenser can then be used to condense all or part of the vapor (as shown, for example, in FIG. 9). After this, a second membrane device can be used with the remaining vapor on the first side of the membrane contact filter 124 and an absorber on its second side. In some embodiments, distillation can be carried out on the second side with or without additional absorbent solution, so that the vapor can condense as it passes through the membrane device. In some embodiments, the capacitor may be located upstream of the membrane device. In other embodiments, various streams may be brought into contact with each other without an intermediate typical operation. In addition, the membrane absorber can completely condense vapors from the stripping section of the distillation column or from another recovery process of the solute involved in osmosis. In other embodiments, a membrane absorber can be used after the capacitor to complete re-absorption of the solutes and form a more concentrated osmosis solution. Such an approach may in particular be suitable for use to reduce the size of the solute reduction system. This approach in particular may also be suitable for use at low temperatures and pressures.
Мембраны для использования в различных вариантах реализации систем для восстановления растворенного вещества могут быть выполнены, по существу, из любого материала, подходящего для этой цели, включая, например, политетрафторэтилен (РТРЕ), поливинилиденфторид (РУЭР), полиэфирэфиркетон (РЕЕК) и полипропилен (РР). Согласно различным вариантам реализации мембрана может быть пористой или сплошной. Поры в пористом фильтре могут иметь размер, при котором жидкость (например, вода) не может проходить, а газы могут проходить через мембрану. Мембрана может быть выполнена в форме пористых волокон или плоского листа. В случае пористых волокон другие волокна, предназначенные для теплопередачи, могут быть смешаны с указанными волокнами для улучшения охлаждения мембранной системы и конденсирования газов. Например, некоторые волокна могут быть непроницаемыми, но обеспечивать нагрев или охлаждение участвующего в осмосе раствора путем передачи тепла стенками волокон, в то время как другие волокна могут быть селективными и использоваться для отделения и рециклирования участвующего в осмосе растворенного вещества. Процент содержания волокон каждого типа может быть различным, продольная или вертикальная ориентации различных волокон может быть изменена, и согласно некоторым вариантам реализации в некоторых областях волокна могут быть ступенчатыми. Такие меры могут облегчить снижение требований к энергопотреблению в случаях применения, в которых используется осмотическая тепловая машина. Согласно некоторым вариантам реализации, которые охватывают относительно маломасштабные проекты, может быть осуществлена разборная подвижная конфигурация со встроенными механизмами. В плоских листовых конфигурациях охлаждающие средства могут быть встроены в корпус. В любой мембранной конфигурации между мембранными ступенями может быть использовано охлаждение. Кроме того, мембраны могут иметь покрытие или не иметь покрытия для соответствия с конкретным случаем применения и могут быть асимметричными или симметричными. Согласно некоторым вариантам реализации могут быть использованы пористое волокно, спирально навитое или плоское волокно и каркасные мембранные блоки, содержащие мембрану.Membranes for use in various embodiments of systems for reconstituting a solute can be made essentially of any material suitable for this purpose, including, for example, polytetrafluoroethylene (PTRE), polyvinylidene fluoride (RUER), polyetheretherketone (PEEK) and polypropylene (PP ) In various embodiments, the membrane may be porous or continuous. The pores in the porous filter may have a size at which liquid (eg, water) cannot pass, and gases can pass through the membrane. The membrane may be in the form of porous fibers or a flat sheet. In the case of porous fibers, other fibers intended for heat transfer can be mixed with these fibers to improve the cooling of the membrane system and the condensation of gases. For example, some fibers may be impermeable, but allow heating or cooling of the osmosis solution by transferring heat to the walls of the fibers, while other fibers can be selective and used to separate and recycle the osmosis solution. The percentage of fibers of each type can be different, the longitudinal or vertical orientation of the different fibers can be changed, and according to some variants of implementation in some areas of the fiber can be stepped. Such measures can facilitate the reduction of energy requirements in applications where an osmotic heat engine is used. According to some implementation options, which cover relatively small-scale projects, a collapsible movable configuration with built-in mechanisms can be implemented. In flat sheet configurations, coolants can be integrated into the housing. In any membrane configuration, cooling may be used between the membrane steps. In addition, membranes may or may not be coated to suit a particular application and may be asymmetric or symmetrical. In some embodiments, a porous fiber, spirally wound or flat fiber, and skeleton membrane blocks containing a membrane can be used.
Согласно некоторым вариантам реализации пористое волокно, спирально навитое или плоское, и каркасные мембранные блоки, содержащие покрытые или непокрытые пористые фильтры, могут быть использованы для дистилляции отделяемых тепловым способом обезвоженных растворов, используемых в осмотических мембранных процессах, включая выработку энергии и/или накопление энергии. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации теплообменная поверхность в форме волокон, мембранных листов, или других теплопередающих материалов может быть встроена в мембранные блоки или чередоваться с указанными блоками для улучшения передачи тепловой энергии и масса, а также для конденсирования газообразного растворенного вещества. Функции выпаривания и абсорбции могут быть встроенными в одиночный блок или равномерно распределены между несколькими мембранными блоками. Функции выпаривания и абсорбции могут быть выполнены с использованием одиночной мембраны. Согласно указанным вариантам реализации десорбирование отгонкой из разжиженного участвующего в осмосе раствора путем испарения через проницаемую мембрану или путем мембранной дистилляции может быть осуществлено на первой стороне, в то время как с противоположной стороной мембранной системы газы принимаются в раствор. Это, например, может быть абсорбирующая текучая среда, такая как разжиженный или концентрированный участвующий в осмосе раствор.In some embodiments, a porous fiber, spirally wound or flat, and skeleton membrane blocks containing coated or uncoated porous filters can be used to distill thermally separated dehydrated solutions used in osmotic membrane processes, including energy generation and / or energy storage. According to at least one embodiment, a heat exchange surface in the form of fibers, membrane sheets, or other heat transfer materials can be integrated into the membrane blocks or interleaved with said blocks to improve the transfer of thermal energy and mass, as well as to condense the gaseous solute. Evaporation and absorption functions can be integrated into a single unit or evenly distributed between several membrane units. Evaporation and absorption functions can be performed using a single membrane. According to these embodiments, stripping from a liquefied osmosis solution by evaporation through a permeable membrane or by membrane distillation can be carried out on the first side, while gases are taken into solution from the opposite side of the membrane system. This, for example, may be an absorbing fluid, such as a diluted or concentrated osmosis solution.
На фиг. 8 показан один пример системы 222 для восстановления с функциями выпаривания разжиженного участвующего в осмосе раствора и абсорбирования, встроенных в одиночный блок или устройство 224. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации мембранный блок 224 может быть сконструирован таким образом, что десорбирование участвующих в осмосе растворенных веществ выполняется с использованием одной мембранной системы, а абсорбция газов участвующим в осмосе раствором для увеличения его концентрации для повторного использования выполняется с использованием конденсатора и/или второй мембранной системы. Согласно другому варианту реализации или дополнительно к настоящему десорбирование может быть выполнено путем мембранной дистилляции, испарения через проницаемую перегородку или другим подобным способом, а абсорбция может быть осуществлена с использованием мембранного контактного фильтра, путем испарения через проницаемую перегородку или другим подобным способом.In FIG. 8 shows one example of a reconstitution system 222 with evaporation functions of a liquefied osmosis solution and an absorption integrated in a single unit or device 224. According to at least one embodiment, the membrane unit 224 can be designed so that the desorption of the osmosis dissolved substances is carried out using one membrane system, and the absorption of gases by a solution participating in osmosis to increase its concentration for reuse is performed with and use of a capacitor and / or the second membrane system. According to another embodiment, or in addition to the present, stripping can be performed by membrane distillation, evaporation through a permeable baffle or other similar method, and absorption can be carried out using a membrane contact filter, by evaporation through a permeable baffle or other similar method.
Как показано на фиг. 8, система для восстановления растворенного вещества содержит мембранный блок 224, имеющий по меньшей мере одну абсорбирующую мембрану 224а и по меньшей мере одну де- 21 024894 сорбирующую мембрану 224Ь. Блок 224 действует аналогично мембранам, описанным со ссылкой на фиг. 6 и 7. В частности, водяной пар 230 подводится к одной стороне мембраны 224Ь отгоночной секции, в то время как разжиженный участвующий в осмосе раствор 220 поводится к другой стороне мембраны 224Ь отгоночной секции. Разжиженному обезвоженному раствору 220 передают тепло (как указано стрелкой 231) и таким образом выпаривают участвующие в осмосе растворенные вещества, которые проходят через мембрану 224Ь (как указано стрелкой 227), а из блока 224 выходит вода 232. Водяной пар 230, теперь содержащий испаренные участвующие в осмосе растворенные вещества 226, подводится к одной стороне мембраны 224а абсорбера, в то время как разжиженный участвующий в осмосе раствор 220 подводится к другой стороне мембраны абсорбера, где он действует в качестве абсорбирующего раствора и абсорбирует испаренные участвующие в осмосе растворенные вещества 226, которые проходят через мембрану 224а (как указано стрелкой 225), в результате чего из блока 224 выходит концентрированный участвующий в осмосе раствор 216. Согласно одному варианту реализации блок 224 содержит вспомогательный лист материала 234, например изолятора, который препятствует взаимодействию масс и/или тепла двух потоков.As shown in FIG. 8, the solute recovery system comprises a membrane unit 224 having at least one absorbent membrane 224a and at least one de-absorbent membrane 224b. Block 224 acts similarly to the membranes described with reference to FIG. 6 and 7. In particular, water vapor 230 is supplied to one side of the membrane 224b of the stripping section, while the liquefied osmosis participating solution 220 is led to the other side of the membrane 224b of the stripping section. The liquefied dehydrated solution 220 transfers heat (as indicated by arrow 231) and thus solutes participating in the osmosis are evaporated, which pass through membrane 224b (as indicated by arrow 227), and water 232 exits block 224. Water vapor 230, now containing the vaporized in osmosis, the dissolved substances 226 are supplied to one side of the absorber membrane 224a, while the liquefied osmosis participating solution 220 is supplied to the other side of the absorber membrane, where it acts as an absorbent solution and absorbs the vaporized osmosis participating solutes 226 that pass through the membrane 224a (as indicated by arrow 225), resulting in a concentrated solution of osmosis participating in the osmosis solution 216 leaving block 226. According to one embodiment, block 224 contains an auxiliary sheet of material 234, such as an insulator, which prevents the interaction of the masses and / or heat of the two streams.
Согласно дополнительным вариантам реализации система для восстановления растворенного вещества на основе мембраны может быть оснащена тепловым насосом, который значительно улучшает энергоотдачу, как показано на фиг. 9. В частности, на фиг. 9 показана система 322 для восстановления растворенного вещества, которая содержит мембранный блок 324, соединенный с тепловым насосом 340 замкнутого цикла, оснащенным рибойлером 342 и конденсатором 344. Работа мембранного блока 324 подобна работе блоков согласно описанным выше вариантам, и таким образом водяной пар 330 вводится в блок 324 (в этом случае из рибойлера 342) между двумя мембранными контактными фильтрами 324а, 324Ь, в то время как разжиженный участвующий в осмосе раствор 320 подводится к противоположным сторонам указанных мембранных контактных фильтров 324а, 324Ь. Для соответствия конкретному случаю применения может быть использовано любое количество мембранных контактных фильтров любой конструкции.According to further embodiments, the membrane-based solute recovery system can be equipped with a heat pump that significantly improves energy efficiency, as shown in FIG. 9. In particular, in FIG. 9 shows a solute recovery system 322 that includes a membrane unit 324 connected to a closed-loop heat pump 340 equipped with a riboiler 342 and a condenser 344. The operation of the membrane unit 324 is similar to that of the units described above, and thus water vapor 330 is introduced into a block 324 (in this case, from a reboiler 342) between two membrane contact filters 324a, 324b, while a liquefied osmosis solution 320 is supplied to opposite sides of said membrane contact filters x filters 324a, 324b. Any number of membrane contact filters of any design can be used to suit a particular application.
Водяной пар, теперь содержащий испаренные растворенные вещества 326, выходит из блока 324 и вводится в конденсатор 344, в котором, по меньшей мере, часть водяного пара и испаренных участвующих в осмосе растворенных веществ 326 конденсируется и сбрасывается в качестве концентрированного участвующего в осмосе раствора 316. Согласно некоторым вариантам реализации конденсатор 344 может использоваться с абсорбирующим раствором. Тепловой насос 340, использующий тепло, извлеченное в конденсаторе 344, поднимает температуру указанного пара и направляет его в рибойлер 342 для выработки водяного пара 330. Тепловой насос 340 может быть соединен с источником электроэнергии 346 или другим источником энергии. Вода 332 сбрасывается из мембранного блока 324 после того, как участвующие в осмосе растворенные вещества десорбированы из разжиженного участвующего в осмосе раствора 320. По меньшей мере, часть воды 332 может быть использована рибойлером 342 для выработки дополнительного водяного пара 330.Water vapor, now containing vaporized solutes 326, exits block 324 and is introduced into a condenser 344, in which at least a portion of the water vapor and vaporized solutes participating in the osmosis 326 are condensed and discharged as a concentrated osmosis solution 316. In some embodiments, capacitor 344 may be used with an absorbent solution. A heat pump 340, using the heat recovered in the condenser 344, raises the temperature of said steam and directs it to the reboiler 342 to generate water vapor 330. The heat pump 340 may be connected to an electric power source 346 or other energy source. Water 332 is discharged from the membrane unit 324 after the solutes involved in the osmosis are desorbed from the liquefied osmosis solution 320. At least a portion of the water 332 can be used by the roboiler 342 to generate additional water vapor 330.
На фиг. 10 показан дополнительный вариант реализации системы 422 для восстановления растворенного вещества, которая содержит мембранный блок 424, соединенный с тепловым насосом 440 открытого цикла и рибойлером 442. Работа системы 422 подобна работе системы, описанной со ссылкой на фиг. 9. Например, разжиженный участвующий в осмосе раствор 420 вводится в блок 424 к одной стороне по меньшей мере одного из мембранных контактных фильтров 424а, 424Ь, в то время как водяной пар 430 из рибойлера 442 вводится в блок 424 к противоположной по меньшей мере одной стороне мембранных контактных фильтров 424а, 424Ь. Аналогично, для соответствия конкретному случаю применения может быть использовано любое количество мембранных контактных фильтров любой конструкции. Испаренные участвующие в осмосе растворенные вещества 426 выводятся из блока 424 и направляются в тепловой насос 440, в котором их температура увеличивается, после чего они направляются в рибойлер 442 для выработки водяного пара 430 для процесса десорбирования. Рибойлер 4 42 сбрасывает концентрированный участвующий в осмосе раствор 416, который может быть рециклирован назад в осмотическую мембранную систему. Блок 424 также сбрасывает воду 432, которая после дополнительной обработки полностью и/или, по меньшей мере, частично может быть направлена в рибойлер 442.In FIG. 10 shows an additional embodiment of a solute recovery system 422 that includes a membrane unit 424 connected to an open cycle heat pump 440 and a riboiler 442. The operation of the system 422 is similar to the operation of the system described with reference to FIG. 9. For example, a liquefied osmosis solution 420 is introduced into block 424 to one side of at least one of the membrane contact filters 424a, 424b, while water vapor 430 from riboiler 442 is introduced into block 424 to the opposite at least one side membrane contact filters 424a, 424b. Likewise, any number of membrane contact filters of any design can be used to suit a particular application. The vaporized osmotic solutes 426 are discharged from block 424 and sent to a heat pump 440, where their temperature rises, after which they are sent to a riboiler 442 to generate water vapor 430 for the desorption process. Riboiler 4 42 discharges the concentrated osmosis solution 416, which can be recycled back to the osmotic membrane system. Block 424 also discharges water 432, which, after further processing, can be completely and / or at least partially sent to the reboiler 442.
На фиг. 11 показана часть селективной мембраны 524, выполненной в форме суспендированной жидкой мембраны, которая, по существу, блокирует транспортировку водяного пара, но облегчает транспортировку в жидкости участвующих в осмосе растворенных веществ с носителями или без носителей. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации область 536 селективного материала не обязательно должна быть жидкой, но также может быть гелеобразной или твердой, или может полностью или частично представлять собой мембрану, вместо размещения в другом материале. В целом, для восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества могут использоваться селективные мембраны, например для рециклирования участвующего в осмосе раствора может использоваться суспендированная жидкая мембрана, в которой жидкость, гель, полимер или другой материал могут являться в значительной степени непроницаемыми для воды, но проницаемыми для ΝΗ3 и СО2. Согласно другим вариантам реализации указанные селективные мембраны могут содержать носители, посредством которых может быть осуществлена транспортировка ΝΗ3 и/или СО2. В качестве одного примера можетIn FIG. 11 shows a portion of a selective membrane 524, made in the form of a suspended liquid membrane, which essentially blocks the transport of water vapor, but facilitates the transport of dissolved substances involved in osmosis with or without carriers. According to at least one embodiment, the selective material region 536 need not be liquid, but it can also be gel or solid, or it can be fully or partially a membrane instead of being placed in another material. In general, selective membranes can be used to reconstitute the solute involved in osmosis, for example, a suspended liquid membrane can be used to recycle the osmosis solution, in which a liquid, gel, polymer, or other material can be substantially impermeable to water, but permeable to ΝΗ 3 and CO 2 . In other embodiments, said selective membranes may contain carriers by which ΝΗ 3 and / or CO 2 can be transported. As one example, may
- 22 024894 быть использована неполярная жидкость, которая обеспечивает возможность проникновения СО2, но не воды или водяного пара, и содержит в себе молекулы-носители для транспортировки ΝΗ3.- 22 024894 non-polar liquid should be used, which allows the penetration of CO 2 , but not water or water vapor, and contains carrier molecules for transporting ΝΗ 3 .
На фиг. 12 показано использование селективной мембраны 624 для облегчения одновременного десорбирования и абсорбирования участвующих в осмосе растворенных веществ согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения. С одной стороны мембраны 624 поток 620а разжиженного участвующего в осмосе раствора может быть нагрет для термолитического расщепления, например, солей аммония и увеличения давления выпара ΝΗ3 и СО2. С другой стороны мембраны 624 разжиженный участвующий в осмосе раствор 620Ь охлаждается при поглощении газов 626 ΝΗ3 и СО2 и формировании солей аммония. Таким образом, разжиженный участвующий в осмосе раствор может быть разделен на два потока 620а, 620Ь, один из которых десорбируется отгонкой и становится очищенной водой 632, в то время как другой из указанных потоков увеличивает свою концентрацию и становится концентрированным участвующим в осмосе раствором для повторного использования 616.In FIG. 12 shows the use of selective membrane 624 to facilitate simultaneous desorption and absorption of solutes involved in osmosis according to at least one embodiment of the present invention. On one side of the membrane 624, the stream 620a of the liquefied osmosis solution can be heated to thermolytic decomposition of, for example, ammonium salts and to increase the vapor pressure ΝΗ 3 and CO 2 . On the other hand of membrane 624, the liquefied osmosis solution 620b is cooled by absorption of 626 ΝΗ 3 and CO 2 gases and the formation of ammonium salts. Thus, the liquefied osmosis solution can be divided into two streams 620a, 620b, one of which is stripped off and becomes purified water 632, while the other of these streams increases its concentration and becomes a concentrated osmosis solution for reuse 616.
Согласно по меньшей мере одному варианту реализации, снабженный носителями, контактный фильтр на основе суспендированной жидкой мембраны указанного типа, по существу, снижает количество энергии, необходимой для рециклирования участвующих в осмосе растворенных веществ, поскольку вода не передается в качестве выпара как часть разделения, и таким образом сохраняется энтальпия испарения водного компонента тепловой нагрузки, используемой при традиционной дистилляции. В общих чертах, указанный эффект может быть применен к рециклированию любого участвующего в осмосе растворенного вещества, выделяемого тепловым способом, например из систем прямого осмоса (РО), осмотического растворения (ОИ), прямого осмотического концентрирования (ЭОС), ограниченного давлением осмоса (ΡΚΌ), осмотического накопления на сите (ОО8) или подобных осмотических мембранных систем, так что суспендированный барьер является относительно непроницаемым для воды, но либо транспортирует участвующие в осмосе растворенные вещества, либо содержит носители для переноса участвующих в осмосе растворенных веществ, либо обеспечивает некоторую комбинацию указанных двух вариантов.According to at least one embodiment, provided with carriers, a contact filter based on a suspended liquid membrane of the indicated type substantially reduces the amount of energy needed to recycle the solutes involved in the osmosis, since water is not transferred as a vapor as part of the separation, and such In this way, the enthalpy of evaporation of the water component of the heat load used in traditional distillation is maintained. In general terms, this effect can be applied to the recycling of any solute involved in osmosis that is thermally isolated, for example, from direct osmosis (RO), osmotic dissolution (OI), direct osmotic concentration (EOS) limited by osmosis pressure (ΡΚΌ) osmotic accumulation on a sieve (OO8) or similar osmotic membrane systems, so that the suspended barrier is relatively impermeable to water, but either transports the solutes involved in osmosis, or o contains carriers for the transfer of dissolved substances involved in osmosis, or provides some combination of these two options.
На фиг. 13 показана часть системы 722 для восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества согласно другому варианту реализации для использования с осмотическим мембранным процессом/системой 710. Как показано на чертеже, первая часть разжиженного участвующего в осмосе раствора 720а может быть направлена из камеры 711 системы 710 в дистилляционную колонну 750, в то время как вторая часть разжиженного участвующего в осмосе раствора 720Ь может быть направлена из камеры 711 в абсорбционный блок 727. Поток 729, выходящий из дистилляционной колонны 750, может быть введен в абсорбционный блок 727, в котором он смешивается с разжиженным участвующим в осмосе раствором 720Ь для возврата назад в камеру 711 для повторной подачи участвующих в осмосе растворенных веществ к сухой стороне мембраны 712 прямого осмоса.In FIG. 13 shows a portion of a osmosis solute recovery system 722 according to another embodiment for use with an osmotic membrane process / system 710. As shown in the drawing, a first portion of a osmosis fluid diluted solution 720a can be directed from a chamber 711 of a 710 system to a distillation column 750, while the second part of the liquefied osmosis solution 720b can be directed from the chamber 711 to the absorption unit 727. The stream 729 exiting the distillation column 750 can can be introduced into the absorption unit 727, in which it is mixed with a diluted osmosis solution 720b to return back to the chamber 711 to re-supply the solutes involved in the osmosis to the dry side of the direct osmosis membrane 712.
Согласно некоторым вариантам реализации в системах для восстановления растворенного вещества используются многоступенчатые системы для восстановления растворенного вещества, например многоступенчатая дистилляционная колонна или система мембранной дистилляции. В многоступенчатой дистилляционной колонне по меньшей мере две колонны могут принимать параллельные потоки разжиженного участвующего в осмосе раствора, причем каждый поток полностью обрабатывается для выработки очищенной воды с желательной концентрацией оставшихся участвующих в осмосе растворенных веществ, например меньше чем примерно 1 миллионная доля ΝΗ3. Тепло может последовательно протекать между колоннами, однако, тепло, потребляемое процессом, направляется в рибойлер колонны с самой высокой температурой и давлением, и верхняя фракция выпара в указанной колонне конденсируется полностью или частично на внешней стороне теплопередающих поверхностей рибойлера следующей колонны ниже в последовательности температур и давлений. Указанная конденсация может доставлять необходимое тепло для полного или частичного разделения во второй колонне, причем все это последовательно повторяется для каждой колонны, пока тепло, извлеченное из охлаждения верхней фракции выпара в колонне при самой низкой температуре и давлении, не перейдет к охлаждающему потоку. Количество ступеней, которые могут быть использованы между верхней и нижней температурами, в целом зависит от разности между температурами конденсации и температурами рибойлеров колонн, ближайших друг к другу в указанной последовательности, которая зависит от состава разжиженного участвующего в осмосе раствора. Желательная разность температур теплообменного оборудования также является важным фактором. Приведенное выше описание также может быть применено к многоступенчатой мембранной дистилляции.In some embodiments, solute recovery systems utilize multi-stage solute recovery systems, for example, a multi-stage distillation column or membrane distillation system. In a multi-stage distillation column, at least two columns can receive parallel flows of a diluted osmosis solution, each stream being completely processed to produce purified water with the desired concentration of the remaining dissolved substances involved in the osmosis, for example, less than about 1 million ΝΗ 3 . Heat can flow sequentially between the columns, however, the heat consumed by the process is sent to the column cooler with the highest temperature and pressure, and the upper fraction of the vapor in the specified column condenses completely or partially on the outside of the heat transfer surfaces of the next column's riboiler in the sequence of temperatures and pressures . Said condensation can deliver the necessary heat for complete or partial separation in the second column, all of which is repeated successively for each column, until the heat extracted from cooling the upper fraction of the vapor in the column at the lowest temperature and pressure passes to the cooling stream. The number of steps that can be used between the upper and lower temperatures generally depends on the difference between the condensation temperatures and the temperatures of the column boilers closest to each other in the indicated sequence, which depends on the composition of the diluted osmosis solution. The desired temperature difference of the heat exchange equipment is also an important factor. The above description can also be applied to multistage membrane distillation.
На фиг. 14 показана система 822 для восстановления растворенного вещества, в которой используется многоступенчатый процесс восстановления растворенного вещества с последовательными потоками энергии с материала согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения. В частности, на фиг. 14 показан многоступенчатый процесс восстановления растворенного вещества, в котором осуществляется дистилляция с использованием многоступенчатой колонны; однако в объем защиты настоящего изобретения также включена многоступенчатая мембранная дистилляция. Как показано на фиг. 14, потоки материала (например, разжиженного участвующего в осмосе раствора 820, полученного в результате осмотического мембранного процесса) и энергии (например, водяного пара 830) могутIn FIG. 14 shows a solute recovery system 822 that utilizes a multi-stage solute recovery process with successive streams of energy from a material according to at least one embodiment of the present invention. In particular, in FIG. 14 shows a multi-stage solute reduction process in which distillation using a multi-stage column is carried out; however, multistage membrane distillation is also included in the protection scope of the present invention. As shown in FIG. 14, flows of material (e.g., liquefied osmotic solution 820 resulting from an osmotic membrane process) and energy (e.g., water vapor 830) can
- 23 024894 протекать последовательно. Разжиженный участвующий в осмосе раствор 820 вводят в первую колонну 850а через входное отверстие 801а, в то время как через второе входное отверстие 802а подают тепловую энергию 830 при относительно высоких температуре и давлении для уменьшения концентрации питающего потока 820. Выпар 830' выходит из первой колонны 850а через выходное отверстие 803а и может быть использован для подачи тепла в следующую колонку 850Ь, которая принимает из первой колонны остаточный продукт 820' в качестве питающего материала (через выходное отверстие 804а и входное отверстие 801Ь), который имеет пониженные температуру и давление. Нагретый выпар 830' может быть введен во вторую колонну 850Ь посредством теплопередающего средства (например, рибойлера) 842 через входное отверстие 805, выходное отверстие 806 и второе входное отверстие 802Ь. Конденсированный выпар выходит в качестве концентрированного участвующего в осмосе раствора 816 через выходное отверстие 807, в то время как вода 832 из последней колонны 850Ь выходит через выходное отверстие 804Ь. Указанный процесс может быть повторен в любом количестве колонн, пока не будет достигнут желательный остаточный состав.- 23 024894 to flow sequentially. The liquefied osmosis solution 820 is introduced into the first column 850a through the inlet 801a, while thermal energy 830 is supplied through the second inlet 802a at relatively high temperature and pressure to reduce the concentration of the feed stream 820. Vapor 830 'exits the first column 850a through the outlet 803a and can be used to supply heat to the next column 850b, which receives the residual product 820 'from the first column as feed material (through the outlet 804a and the inlet e 801b), which has a reduced temperature and pressure. The heated vapor 830 'can be introduced into the second column 850b via heat transfer means (e.g., riboiler) 842 through an inlet 805, an outlet 806 and a second inlet 802b. Condensed vapor leaves as a concentrated osmosis solution 816 through an outlet 807, while water 832 from the last column 850B exits through an outlet 804b. The indicated process can be repeated in any number of columns until the desired residual composition is achieved.
Для повышения эффективности могут быть использованы различные тепловые эффекты, подобные вариантам реализации, описанным в публикации патентной заявки США № 2009/0297431, МсСитк. которая полностью включена в настоящий документ по ссылке, в которых подача материала осуществляется параллельно, а потоки энергии являются последовательными. Указанный способ может быть использован с мембранными контактными фильтрами, работающими при различных давлениях, в компактном и эффективном устройстве. Указанный альтернативный способ может быть предпочтительным при использовании потоков подачи с высокой концентрацией и/или высокотемпературных источников тепла.To increase the efficiency, various thermal effects can be used, similar to the implementation options described in US Patent Application Publication No. 2009/0297431, McCit. which is fully incorporated herein by reference, in which the material is supplied in parallel and the energy flows are sequential. The specified method can be used with membrane contact filters operating at different pressures in a compact and efficient device. Said alternative method may be preferred when using high concentration feed streams and / or high temperature heat sources.
Согласно дополнительным вариантам реализации многоступенчатому процессу восстановления растворенного вещества может способствовать использование теплового насоса, которое значительно повышает энергоотдачу сред, в которых используются тепловые источники с температурой выше, например на 20°С температуры окружающей среды. Согласно некоторым вариантам реализации тепловой насос может быть использован в случаях применения сжигания топлива, высокотемпературных источников тепла или турбин с противодавлением для подачи тепла в процесс восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества.According to additional embodiments, the use of a heat pump can contribute to a multi-stage recovery process of a dissolved substance, which significantly increases the energy efficiency of media that use heat sources with a temperature higher than, for example, 20 ° C ambient temperature. According to some embodiments, a heat pump can be used in cases of burning fuel, high-temperature heat sources or backpressure turbines to supply heat to the recovery process of the solute involved in osmosis.
Согласно по меньшей мере одному варианту реализации тепловой насос, такой как термокомпрессор (также известный как струйный эдуктор), механический компрессор (также известный как нагнетательный вентилятор), абсорбционный тепловой насос, тепловой насос замкнутого цикла, тепловой насос охлаждающего типа или другое аналогичное устройство могут быть использованы по меньшей мере в одном потоке выпара, выходящего из колонн (или мембранных блоков), для повышения температуры, при которой частично или полностью конденсируются составляющие указанного выпара. При этом разности температур между ступенями могут быть уменьшены, в результате чего обеспечивается возможность использования большего количества этапов в пределах заданной разности температур или заданного количество этапов при пониженных верхних давлениях и температурах и/или повышенных нижних давлениях и температурах. Такой подход может быть использован для повышения энергоотдачи в первом случае или эффективности капиталовложений во втором случае, или для достижения некоторой комбинации указанных двух целей.According to at least one embodiment, a heat pump such as a thermocompressor (also known as a jet eductor), a mechanical compressor (also known as a blower), an absorption heat pump, a closed-loop heat pump, a cooling type heat pump, or other similar device may be used in at least one vapor stream exiting the columns (or membrane blocks) to increase the temperature at which the components of the annogo vapor. In this case, the temperature differences between the steps can be reduced, as a result of which it is possible to use more steps within a given temperature difference or a given number of steps at reduced upper pressures and temperatures and / or increased lower pressures and temperatures. This approach can be used to increase energy efficiency in the first case or the efficiency of investment in the second case, or to achieve some combination of these two goals.
На фиг. 15 схематически показан один пример многоступенчатого восстановления растворенного вещества с использованием теплового насоса, в котором процесс осуществляется в верхней части потока с использованием теплового насоса замкнутого или открытого цикла для сближения давлений в каждой колонне (или мембранном блоке), в результате чего может быть увеличено количество ступеней и повышается общая эффективность. Как показано на фиг. 15, система 822 для восстановления, подобна описанной со ссылкой на фиг. 14 и содержит по меньшей мере две дистилляционные колонны 850, в которых материал передается потоком (разжиженным участвующим в осмосе раствором 820), который вводится (через входные отверстия 801) в колонны 850 параллельно. Источник тепловой энергии (водяной пар 830) вводится (через входное отверстие 802а) в первую колонну 850а при относительно высоких температуре и давлении для уменьшения концентрации питающего потока 820а. Выпар 830' из первой колонны 850а направляется в тепловой насос 840 (через выходное отверстие 803а), в котором повышается его температура, и затем подается в следующую колонну 850Ь для уменьшения концентрации второго питающего потока 820Ь. Согласно по меньшей мере одному варианту реализации нагретый выпар 830' может быть введен через теплопередающее средство (например, рибойлер) 842, как описано выше со ссылкой на фиг. 14. Конденсированный выпар может быть выпущен в качестве концентрированного участвующего в осмосе раствора 816 или рециклирован в осмотическую мембранную систему. Каждая колонна 850 выпускает воду 832, которая может быть использована в том виде, как она есть, или может быть использована для дальнейшей обработки в зависимости от требований к качеству произведенной воды 832.In FIG. 15 schematically shows one example of a multi-stage reduction of a solute using a heat pump, in which the process is carried out in the upper part of the stream using a closed or open cycle heat pump to bring the pressures closer in each column (or membrane unit), as a result of which the number of steps can be increased and overall efficiency improves. As shown in FIG. 15, a recovery system 822 similar to that described with reference to FIG. 14 and contains at least two distillation columns 850, in which the material is transferred by a stream (diluted osmotic solution 820), which is introduced (through inlets 801) into the columns 850 in parallel. A heat source (water vapor 830) is introduced (through inlet 802a) into the first column 850a at relatively high temperature and pressure to reduce the concentration of the feed stream 820a. Vapor 830 'from the first column 850a is sent to the heat pump 840 (through the outlet 803a), in which its temperature rises, and then is supplied to the next column 850b to reduce the concentration of the second feed stream 820b. According to at least one embodiment, the heated vapor 830 ′ may be introduced via heat transfer means (e.g., riboiler) 842, as described above with reference to FIG. 14. Condensed vapor can be discharged as a concentrated osmosis solution 816 or recycled to the osmotic membrane system. Each column 850 discharges water 832, which can be used as it is, or can be used for further processing depending on the quality requirements of the produced water 832.
Согласно другому варианту реализации тепловые насосы описанного выше типа могут использоваться с одиночной колонной (или мембранным блоком) для полного использования преимуществ высокой эффективности теплового насоса, обеспечивающих уменьшенное генерирование скрытого тепла, компактность оборудования и эффективность капиталовложений. Согласно по меньшей мере одномуAccording to another embodiment, the heat pumps of the type described above can be used with a single column (or diaphragm block) to take full advantage of the high efficiency of the heat pump, providing reduced latent heat generation, equipment compactness and investment efficiency. According to at least one
- 24 024894 варианту реализации тепловой насос может использоваться в системе для восстановления растворенного вещества для снижения энергозатрат, необходимых для процесса, путем рециклирования скрытого тепла. Это может быть также осуществлено в вариантах реализации при использовании теплового насоса с одиночным колонной/блоком.- 24 024894 variant of implementation of the heat pump can be used in the system to restore the dissolved substance to reduce the energy required for the process by recycling latent heat. This can also be done in embodiments using a single column / block heat pump.
Могут быть осуществлены дополнительные способы уменьшения разности температур, необходимой для системы для восстановления и рециклирования растворенного вещества. Например, газы участвующего в осмосе раствора могут быть сжаты для обеспечения возможности формирования ими концентрированного раствора при небольшой разности температур. Необходимая разность температур для любой системы также может быть достигнута путем использования встроенных механического или абсорбционного теплового насоса.Additional methods can be implemented to reduce the temperature difference needed for the system to recover and recycle the solute. For example, the gases of a solution involved in osmosis can be compressed to allow them to form a concentrated solution at a small temperature difference. The required temperature difference for any system can also be achieved by using an integrated mechanical or absorption heat pump.
На фиг. 16 показан один вариант реализации системы 922 для восстановления растворенного вещества, в которой используется дистилляционная колонна с полуоткрытой или полузакрытой конфигурацией теплового насоса, причем часть очищенной воды 932 из колонны 950, содержащей или не содержащей рибойлер, может быть направлена полностью или частично к редукционному клапану 956, уменьшающему ее давление, так что вода 932 может быть частично или полностью испарена путем передачи тепла в теплообменнике 938 от конденсирования верхней фракции выпара 930' с использованием смешанного абсорбирующего вещества или без него. Затем указанный водяной пар 930, выработанный испарением очищенной воды, может быть сжат механическим или термоструйным средством 952 до состояния, в котором он может быть использован непосредственно в качестве подачи в основание колонны 950 (или один из описанных выше мембранных контактных фильтров) для десорбирования участвующих в осмосе растворенных веществ. Например, колонна 950, работающая при давлении 230 мм рт. ст. (30,664 кПа), может вырабатывать верхнюю фракцию выпара 930', которая конденсируется на одной стороне теплообменника 938 при температуре примерно 35-50°С, причем вода 932 на противоположной стороне теплообменника 938, давление на которую уменьшено примерно до 75-90 мм рт. ст. (10-12 кПа), частично превращается в водяной пар 930. Затем указанный водяной пар 930 может быть сжат до давления 230 мм рт. ст. (30,664 кПа), после чего введен непосредственно в основание колонны или мембранного блока. Описанное выше устройство может быть названо тепловым насосом с полуоткрытой или полузакрытой конфигурацией.In FIG. 16 shows one embodiment of a solute recovery system 922 that utilizes a distillation column with a half-open or half-closed heat pump configuration, wherein a portion of purified water 932 from column 950, with or without riboiler, can be directed completely or partially to pressure relief valve 956 reducing its pressure so that the water 932 can be partially or completely evaporated by transferring heat in the heat exchanger 938 from condensing the upper fraction of the vapor 930 'using eat a mixed absorbent substance or without it. Then, the specified water vapor 930 generated by the evaporation of purified water can be compressed by mechanical or thermo-jet means 952 to a state in which it can be used directly as a feed to the base of the column 950 (or one of the membrane contact filters described above) for desorption participating osmosis of dissolved substances. For example, a column 950 operating at a pressure of 230 mm RT. Art. (30.664 kPa), can produce an upper fraction of vapor 930 ', which condenses on one side of the heat exchanger 938 at a temperature of about 35-50 ° C, with water 932 on the opposite side of the heat exchanger 938, the pressure on which is reduced to about 75-90 mm RT. Art. (10-12 kPa), partially converted into water vapor 930. Then, the specified water vapor 930 can be compressed to a pressure of 230 mm RT. Art. (30.664 kPa), after which it is introduced directly into the base of the column or membrane block. The device described above can be called a heat pump with a half-open or half-closed configuration.
Также могут быть использованы другие комбинации термических и/или механических тепловых насосов в соединении с многоступенчатой конфигурацией дистилляционных колонн, как традиционных, так и на основе мембран, для поиска компромисса между стремлением к увеличению количества ступеней и желанием минимизировать капитальные затраты. Такие комбинации могут включать, например, термокомпрессор в соединении по меньшей мере с одной колонной, механический компрессор в соединении по меньшей мере с одной из других колонн и в случае необходимости тепловые насосы других типов в соединении с другими колоннами, а так же взаимодействие тепловых потоков, которое может способствовать осуществлению абсорбционного теплового насоса, в котором тепло, поглощенное при низкой температуре, может доставить меньшее количество тепла при высокой температуре. Термодинамические преимущества осмотических мембранных систем с регенерацией тепла над традиционным системам, таким как на основе мембранной дистилляции или механической рекомпрессии выпара, которые нуждаются в фазовом преобразовании всей выработанной воды, могут быть реализованы в полной степени.Other combinations of thermal and / or mechanical heat pumps can also be used in conjunction with a multi-stage configuration of distillation columns, both traditional and membrane-based, to find a compromise between the desire to increase the number of stages and the desire to minimize capital costs. Such combinations may include, for example, a thermocompressor in connection with at least one column, a mechanical compressor in connection with at least one of the other columns and, if necessary, other types of heat pumps in connection with other columns, as well as the interaction of heat fluxes, which can facilitate the implementation of an absorption heat pump in which heat absorbed at a low temperature can deliver less heat at a high temperature. The thermodynamic advantages of osmotic membrane systems with heat recovery over traditional systems, such as those based on membrane distillation or mechanical vapor recompression, which require the phase transformation of all produced water, can be fully realized.
На фиг. 17 показан альтернативный вариант реализации, подобный показанному на фиг. 16, в котором используется термокомпрессор 954, так что часть очищенной воды 932 может быть непосредственно превращена в водяной пар (в котле 942) и введена в качестве потока 930 при относительно высоком давлении, используемого для повышения давления потока 930' выпара, полученного по меньшей мере от одной из колонн 950, и таким образом повышения температуры его конденсации. Согласно одному варианту реализации в системе 922 использован дополнительный теплообменник 938 и клапан 956, который, как описано выше и показано на фиг. 16, выполнен с возможностью выработки потока 930 выпара для введения в термокомпрессор 954. В этом случае, может быть достигнуто снижение абсолютного уровня удельной теплоемкости, но при этом может быть выработано небольшое количество очищенной воды. В качестве неограничивающего примера, в 2-3-ступенчатой системе (в которой одна из ступеней вырабатывает меньшую часть сепарата), энергозатраты которой составляют 381 мДж на 1 м3 очищенной воды, может использоваться термокомпрессор, который снижает это требование до потенциально сниженной величины 200-250 мДж/м3 и обеспечивает возможность использования 4-5-ступенчатой конфигурации.In FIG. 17 shows an alternative implementation similar to that shown in FIG. 16, in which the thermocompressor 954 is used, so that part of the purified water 932 can be directly converted to water vapor (in the boiler 942) and introduced as a stream 930 at a relatively high pressure, used to increase the pressure of the vapor stream 930 'obtained at least from one of the columns 950, and thus increase the temperature of its condensation. According to one embodiment, an additional heat exchanger 938 and valve 956 are used in system 922, which, as described above and shown in FIG. 16 is configured to generate a vapor stream 930 for introduction into the thermocompressor 954. In this case, a reduction in the absolute level of specific heat can be achieved, but a small amount of purified water can be generated. As a non-limiting example, in a 2-3-stage system (in which one of the stages produces a smaller part of the separator), whose energy consumption is 381 mJ per 1 m 3 of purified water, a thermocompressor can be used, which reduces this requirement to a potentially reduced value of 200- 250 mJ / m 3 and provides the possibility of using a 4-5-step configuration.
Согласно другому альтернативному варианту реализации может использоваться механический компрессор с электрическим или механическим приводом для сжатия выпара, полученного из верхней части по меньшей мере одной колонны, и таким образом может быть повышена температура, при которой конденсируется указанный поток, в результате чего обеспечивается возможность увеличения количества ступеней. В данном случае отсутствует необходимость в уменьшении количества очищенной воды, но при этом требуется электрическая энергия для замещения части необходимого тепла. В качестве неограничивающего примера, в 2-3-ступенчатых системах, требующих 381 мДж на 1 м3 очищенной воды, может быть использовано механическое сжатие для снижения указанной величины до потенциальноAccording to another alternative embodiment, a mechanical compressor with an electric or mechanical drive can be used to compress the vapor obtained from the upper part of the at least one column, and thus the temperature at which the specified stream condenses can be increased, as a result of which it is possible to increase the number of stages . In this case, there is no need to reduce the amount of purified water, but it requires electrical energy to replace part of the required heat. As a non-limiting example, in 2-3-stage systems requiring 381 mJ per 1 m 3 of purified water, mechanical compression can be used to reduce this value to a potential
- 25 024894 сниженной величины 150-200 мДж/м3, в результате чего обеспечена возможность использования 4-5-ступенчатой конструкции. Также может потребоваться дополнительное количество электроэнергии, например 12,8 кВт для поддержания СОР равным 5 (коэффициент полезного действия, типичная мера эффективности теплового насоса). Далее описана замена электрической энергии на тепловую энергию в настоящем изобретении.- 25 024894 of a reduced value of 150-200 mJ / m 3 , as a result of which the possibility of using a 4-5-stage design is provided. An additional amount of electricity may also be required, for example 12.8 kW, to maintain a COP equal to 5 (efficiency, a typical measure of the efficiency of a heat pump). The following describes the replacement of electrical energy with thermal energy in the present invention.
Согласно по меньшей мере одному варианту реализации, показанному на фиг. 18, в описанные выше осмотические мембранные системы могут быть встроены вакуумная дистилляция и/или газовая абсорбция. Эдуктор 1058, запитанный водным раствором, поданным под высоким давлением (созданным посредством насоса 1060), может быть использован для создания разрежения в дистилляционной колонне 1050. Газо-водная смесь, выходящая из эдуктора 1058, может протекать через статический смеситель 1062 для улучшения растворимости газов в воде. Затем водный раствор может протекать в газожидкостный сепаратор 1064, в котором газ может быть захвачен и рециклирован, и часть раствора 1066 рециклируется для привода эдуктора.According to at least one embodiment shown in FIG. 18, vacuum distillation and / or gas absorption can be incorporated into the osmotic membrane systems described above. An eductor 1058, fed with a high-pressure aqueous solution (created by pump 1060), can be used to create a vacuum in a distillation column 1050. The gas-water mixture leaving the eductor 1058 can flow through a static mixer 1062 to improve the solubility of gases in water. The aqueous solution can then flow into a gas-liquid separator 1064, in which gas can be trapped and recycled, and part of the solution 1066 is recycled to drive the eductor.
По ознакомлении с описанными выше некоторыми иллюстративными вариантами реализации настоящего изобретения, специалистам должно быть очевидно, что приведенное выше описание является исключительно иллюстративным, неограничивающим и представлено исключительно в качестве примера. Специалистами могут быть осуществлены различные изменения и другие варианты реализации в пределах объема защиты настоящего изобретения, которые должны рассматриваться как попадающие в объем защиты настоящего изобретения. В частности, не смотря на то, что большая часть примеров, представленных в настоящем описании, охватывают конкретные комбинации этапов способа или элементов системы, следует понимать, что указанные этапы и указанные элементы могут быть комбинированы другими способами для достижения тех же результатов.By familiarizing yourself with some illustrative embodiments of the present invention described above, it should be apparent to those skilled in the art that the above description is merely illustrative, non-limiting, and presented by way of example only. Various changes and other implementations may be made by those skilled in the art within the protection scope of the present invention, which should be considered as falling within the protection scope of the present invention. In particular, despite the fact that most of the examples presented in the present description cover specific combinations of method steps or system elements, it should be understood that these steps and these elements can be combined in other ways to achieve the same results.
Кроме того, также следует понимать, что настоящее изобретение распространяется на каждый признак, систему, подсистему или способ, описанные в настоящем документе, а также на любую комбинации по меньшей мере двух признаков, систем, подсистем или способов, описанных в настоящем документе, причем любая комбинация по меньшей мере двух признаков, систем, подсистем и/или способов, если указанные признаки, системы, подсистемы и способы не являются взаимно противоречащими, должна рассматриваться как попадающая в объем защиты настоящего изобретения, определенный в пунктах приложенной формулы. Кроме того, этапы способа, элементы и признаки, описанные в отношении только одного варианта реализации, не должны быть исключены из других вариантов реализации, в которых они выполняют подобные функции.In addition, it should also be understood that the present invention extends to every feature, system, subsystem or method described herein, as well as to any combination of at least two features, systems, subsystems or methods described herein, any a combination of at least two features, systems, subsystems and / or methods, if these features, systems, subsystems and methods are not mutually contradictory, should be considered as falling within the scope of protection of the present invention ia defined in the paragraphs of the attached formula. In addition, the steps of the method, elements and features described in relation to only one embodiment, should not be excluded from other embodiments in which they perform similar functions.
Кроме того, для специалистов должно быть очевидным, что параметры и конфигурации, описанные в настоящем документе, являются только примерами, и что фактические параметры и/или конфигурации зависят от конкретного случая применения, в котором используются системы и способы согласно настоящему изобретению. Специалисты также должны признать или должны быть в состоянии установить на основании не более чем типового эксперимента эквиваленты конкретных вариантов реализации настоящего изобретения. Таким образом, следует понимать, что варианты реализации, описанные в настоящем документе, представлены исключительно в качестве примера, и в пределах объема защиты любых пунктов приложенной формулы и их эквивалентов настоящее изобретение может быть осуществлено любым способом, отличающимся от конкретно описанного в настоящем документе.In addition, it should be apparent to those skilled in the art that the parameters and configurations described herein are only examples, and that the actual parameters and / or configurations depend on the particular application in which the systems and methods of the present invention are used. Those skilled in the art should also recognize or should be able to establish, on the basis of no more than a standard experiment, the equivalents of specific embodiments of the present invention. Thus, it should be understood that the embodiments described herein are presented by way of example only, and within the scope of protection of any claims and their equivalents, the present invention may be carried out in any way different from that specifically described herein.
Claims (10)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US38529610P | 2010-09-22 | 2010-09-22 | |
PCT/US2010/054512 WO2011059751A2 (en) | 2009-10-28 | 2010-10-28 | Forward osmosis separation processes |
PCT/US2011/052565 WO2012040335A2 (en) | 2010-09-22 | 2011-09-21 | Osmotically driven membrane processes and systems and methods for draw solute recovery |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA201390426A1 EA201390426A1 (en) | 2014-01-30 |
EA024894B1 true EA024894B1 (en) | 2016-10-31 |
Family
ID=45874354
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201390426A EA024894B1 (en) | 2010-09-22 | 2011-09-21 | Apparatus for recovering draw solutes |
Country Status (13)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2618917A4 (en) |
JP (1) | JP5943924B2 (en) |
KR (1) | KR101924531B1 (en) |
CN (2) | CN106823802A (en) |
AU (1) | AU2011305488B2 (en) |
BR (1) | BR112013006569A2 (en) |
CA (1) | CA2811925A1 (en) |
CL (1) | CL2017001631A1 (en) |
EA (1) | EA024894B1 (en) |
IL (1) | IL225359A (en) |
MX (1) | MX368886B (en) |
SG (1) | SG189035A1 (en) |
WO (1) | WO2012040335A2 (en) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3653584A1 (en) | 2010-02-10 | 2020-05-20 | Queen's University At Kingston | Water with switchable ionic strength |
US10377647B2 (en) | 2010-12-15 | 2019-08-13 | Queen's University at Kingson | Systems and methods for use of water with switchable ionic strength |
GB201220832D0 (en) * | 2012-11-20 | 2013-01-02 | Fujifilm Mfg Europe Bv | Electricity generation |
WO2014089142A1 (en) * | 2012-12-04 | 2014-06-12 | Robert Mcginnis | Signal responsive solutes |
JP6333573B2 (en) * | 2014-02-19 | 2018-05-30 | 株式会社ササクラ | Fresh water generator and fresh water generation method |
CA3038521A1 (en) * | 2016-09-27 | 2018-04-05 | Oasys Water LLC | Osmotically driven membrane processes and systems and methods for draw solute recovery |
KR101971244B1 (en) * | 2018-07-20 | 2019-04-22 | 베니트엠 주식회사 | Forward osmosis performance improved membrane apparatus and method of separating solution using the same |
CN111302518B (en) * | 2020-03-20 | 2021-09-10 | 山东科技大学 | Method for recycling culture wastewater containing antibiotics by combining temperature difference concentration difference dual-driven membrane distillation and high-performance adsorbent |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050145568A1 (en) * | 2001-02-01 | 2005-07-07 | Robert Mc Ginnis | Osmotic desalination process |
US20070068871A1 (en) * | 2005-09-23 | 2007-03-29 | Michael Flynn | Low water recovery rate desalination system and method |
US20090297431A1 (en) * | 2006-06-08 | 2009-12-03 | Yale University | Multi-Stage Column Distillation (MSCD) Method for Osmotic Solute Recovery |
WO2009155596A2 (en) * | 2008-06-20 | 2009-12-23 | Yale University | Forward osmosis separation processes |
US20100155329A1 (en) * | 2008-12-18 | 2010-06-24 | Quantumsphere, Inc. | Systems and methods for forward osmosis fluid purification |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3130156A (en) * | 1960-12-13 | 1964-04-21 | Ray A Neff | Solvent extractor |
US3470093A (en) * | 1966-11-09 | 1969-09-30 | Hydrocarbon Research Inc | Osmotic purification of solutions |
AU513320B2 (en) * | 1975-11-19 | 1980-11-27 | Usx Engineers And Consultants, Inc. | Separating acid gases and ammonia from dilute aqueous solutions thereof |
JPH035432A (en) * | 1989-06-02 | 1991-01-11 | Tsusho Sangiyoushiyou Kiso Sangiyoukiyokuchiyou | Method for dehydrating alcohol with n-butane |
JP3221695B2 (en) * | 1991-07-25 | 2001-10-22 | フレゼニウス川澄株式会社 | Solvent recovery method by heat pump method from stock solution containing nonvolatile matter |
CN1500476A (en) * | 2002-11-19 | 2004-06-02 | 浙江工业大学 | Microporous film distilled condensation method of aqueous traditional Chinese medicine extract |
US20040099138A1 (en) * | 2002-11-21 | 2004-05-27 | L'air Liquide, Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et | Membrane separation process |
CN1988949B (en) * | 2004-07-02 | 2012-08-22 | 西门子工业公司 | Gas transfer membrane |
US7799178B2 (en) * | 2005-01-07 | 2010-09-21 | Black & Veatch Holding Company | Distillation process |
BRPI0719253A2 (en) * | 2006-10-10 | 2014-01-28 | Texas A & M Univ Sys | DESALINIZATION SYSTEM |
US8021549B2 (en) * | 2007-10-02 | 2011-09-20 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method and apparatus for producing potable water from seawater using forward osmosis |
DE102008000259A1 (en) * | 2008-02-08 | 2009-08-13 | Rhein Chemie Rheinau Gmbh | Process for the preparation of lactamates by thin film evaporation |
CN101734737B (en) * | 2008-11-07 | 2011-08-31 | 中国石油化工股份有限公司 | Processing method of water flowing out of technological water stripper of ethylene unit |
CN101797479B (en) * | 2010-02-25 | 2012-09-05 | 北京理工大学 | Method and device for distillating vacuum film by directly utilizing vapor compression heat pump |
-
2011
- 2011-09-21 BR BR112013006569A patent/BR112013006569A2/en not_active IP Right Cessation
- 2011-09-21 CA CA2811925A patent/CA2811925A1/en not_active Abandoned
- 2011-09-21 EP EP11827446.3A patent/EP2618917A4/en not_active Withdrawn
- 2011-09-21 MX MX2013003271A patent/MX368886B/en active IP Right Grant
- 2011-09-21 CN CN201611151269.5A patent/CN106823802A/en active Pending
- 2011-09-21 KR KR1020137008198A patent/KR101924531B1/en active IP Right Grant
- 2011-09-21 CN CN2011800558915A patent/CN103221118A/en active Pending
- 2011-09-21 WO PCT/US2011/052565 patent/WO2012040335A2/en active Application Filing
- 2011-09-21 JP JP2013530280A patent/JP5943924B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2011-09-21 AU AU2011305488A patent/AU2011305488B2/en not_active Ceased
- 2011-09-21 SG SG2013020839A patent/SG189035A1/en unknown
- 2011-09-21 EA EA201390426A patent/EA024894B1/en not_active IP Right Cessation
-
2013
- 2013-03-20 IL IL225359A patent/IL225359A/en active IP Right Grant
-
2017
- 2017-06-20 CL CL2017001631A patent/CL2017001631A1/en unknown
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050145568A1 (en) * | 2001-02-01 | 2005-07-07 | Robert Mc Ginnis | Osmotic desalination process |
US20070068871A1 (en) * | 2005-09-23 | 2007-03-29 | Michael Flynn | Low water recovery rate desalination system and method |
US20090297431A1 (en) * | 2006-06-08 | 2009-12-03 | Yale University | Multi-Stage Column Distillation (MSCD) Method for Osmotic Solute Recovery |
WO2009155596A2 (en) * | 2008-06-20 | 2009-12-23 | Yale University | Forward osmosis separation processes |
US20100155329A1 (en) * | 2008-12-18 | 2010-06-24 | Quantumsphere, Inc. | Systems and methods for forward osmosis fluid purification |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA201390426A1 (en) | 2014-01-30 |
MX2013003271A (en) | 2013-09-02 |
CA2811925A1 (en) | 2012-03-29 |
IL225359A0 (en) | 2013-06-27 |
CN106823802A (en) | 2017-06-13 |
WO2012040335A2 (en) | 2012-03-29 |
KR20130101520A (en) | 2013-09-13 |
AU2011305488A2 (en) | 2013-05-02 |
EP2618917A2 (en) | 2013-07-31 |
IL225359A (en) | 2016-12-29 |
AU2011305488B2 (en) | 2015-09-10 |
CL2017001631A1 (en) | 2018-04-13 |
EP2618917A4 (en) | 2014-08-27 |
AU2011305488A1 (en) | 2013-04-11 |
JP5943924B2 (en) | 2016-07-05 |
BR112013006569A2 (en) | 2016-06-07 |
WO2012040335A3 (en) | 2012-07-05 |
KR101924531B1 (en) | 2018-12-04 |
SG189035A1 (en) | 2013-05-31 |
JP2013537850A (en) | 2013-10-07 |
CN103221118A (en) | 2013-07-24 |
MX368886B (en) | 2019-10-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9044711B2 (en) | Osmotically driven membrane processes and systems and methods for draw solute recovery | |
US10315936B2 (en) | Forward osmosis separation processes | |
Atab et al. | A hybrid reverse osmosis/adsorption desalination plant for irrigation and drinking water | |
AU2011305488B2 (en) | Osmotically driven membrane processes and systems and methods for draw solute recovery | |
CN107614440B (en) | Method and apparatus for advanced vacuum membrane distillation | |
US8002989B2 (en) | Osmotic desalination process | |
KR101020316B1 (en) | Forward osmotic desalination device using membrane distillation method | |
CN101489937A (en) | Multi stage column distillation (MSCD) method for osmotic solute recovery | |
KR20110028363A (en) | Forward osmosis separation processes | |
US20140124443A1 (en) | Systems and Methods for Integrated Heat Recovery in Thermally Separable Draw Solute Recycling in Osmotically Driven Membrane Processes | |
WO2018053151A1 (en) | Systems and methods for recovery of purified water and concentrated brine by means of a ionomer membrane | |
JP2007000789A (en) | Method for concentrating waste water and its apparatus | |
KR101298724B1 (en) | Forward osmotic desalination device using membrane distillation method in which a part of draw solution is directly fed to a forward osmotic type separator | |
CN109906111B (en) | Combined acid gas capture and water extraction process | |
AU2015255210B2 (en) | Osmotically driven membrane processes and systems and methods for draw solute recovery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM |
|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |