EA024894B1 - Установка для восстановления участвующих в осмосе растворенных веществ - Google Patents
Установка для восстановления участвующих в осмосе растворенных веществ 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
- B01D61/002—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
- B01D61/002—Forward osmosis or direct osmosis
-
- 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
- B01D61/02—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
-
- 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
-
- 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
Abstract
Настоящее изобретение относится к установке для восстановления участвующих в осмосе растворенных веществ с использованием осмотической мембранной системы. Восстановление участвующего в осмосе растворенного вещества может быть выполнено с использованием различных средств, включая использование дистилляционных колонн и/или мембран, причем указанному восстановлению может способствовать тепловой насос.
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.
Уровень техники
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.
Раскрытие изобретения
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 к
- 2 024894 входному отверстию для исходного раствора и выходному отверстию для участвующего в осмосе раствора.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Краткое описание чертежей
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.
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.
На фиг. 2 схематично показана осмотическая мембранная система/процесс согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.
На фиг. 3 схематично показан альтернативной осмотической мембранной системы/процесса согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.
На фиг. 4 схематично показана другая альтернативная осмотическая мембранная система/процесс согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.
На фиг. 5 схематично показана другая альтернативная осмотическая мембранная система/процесс согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
На фиг. 13 схематично показана часть системы для восстановления участвующего в осмосе растворенного вещества согласно по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.
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.
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.
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.
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.
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.
Осуществление изобретения
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.
- 7 024894
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.
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.
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.
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 указан
- 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
- 10 024894
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
- 13 024894
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.
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).
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 и
- 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 относительно
- 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.
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.
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.
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 вода
- 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 может
- 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.
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.
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.
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.
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.
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) могут
- 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.
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.
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.
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.
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.
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 одному
- 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.
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.
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.
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.
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.
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 потенциально
- 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.
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.
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.
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.
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.
Claims (10)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Установка для восстановления растворенных веществ участвующего в осмосе раствора из осмотической мембранной системы, где в указанную осмотическую мембранную систему поступают первый раствор и концентрированный участвующий в осмосе раствор, а выходят из указанной системы концентрированный первый раствор и разжиженный участвующий в осмосе раствор, содержащая первое дистилляционное устройство, содержащее первое входное отверстие, связанное с первым источником указанного разжиженного участвующего в осмосе раствора, для введения части указанного разжиженного участвующего в осмосе раствора в первый конец первого дистилляционного устройства;первое теплопередающее средство, связанное с первым дистилляционным устройством во втором конце, причем указанное первое теплопередающее средство имеет входное отверстие, связанное с первым источником тепловой энергии, и выходное отверстие, связанное с первым дистилляционным устройством, для направления в первое дистилляционное устройство тепловой энергии, вызывающей выпаривание участвующих в осмосе растворенных веществ, содержащихся в указанном разжиженном участвующем в осмосе растворе в первом дистилляционном устройстве;первое выходное отверстие для удаления указанных испаренных растворенных веществ участвующего в осмосе раствора из первого дистилляционного устройства;второе выходное отверстие для удаления нижнего продукта из первого дистилляционного устройства;компрессор, связанный с первым выходным отверстием первого дистилляционного устройства, для- 26 024894 приема указанных испаренных растворенных веществ участвующего в осмосе раствора; и второе дистилляционное устройство, содержащее первое входное отверстие, связанное с источником указанного концентрированного первого раствора, для введения части этого концентрированного первого раствора в первый конец второго дистилляционного устройства;второе теплопередающее средство, связанное со вторым дистилляционным устройством во втором конце, причем указанное второе теплопередающее средство имеет входное отверстие, связанное с компрессором, для приема сжатых испаренных растворенных веществ участвующего в осмосе раствора, поступающих из него, для использования в качестве второго источника тепловой энергии; первое выходное отверстие, связанное со вторым дистилляционным устройством, для направления второго источника тепловой энергии во второе дистилляционное устройство для испарения любых растворенных веществ участвующего в осмосе раствора во втором дистилляционном устройстве; и второе выходное отверстие, выполненное с возможностью возвращения испаренных растворенных веществ участвующего в осмосе раствора из первого дистилляционного устройства, конденсированных во втором теплопередающем средстве, в осмотическую мембранную систему;первое выходное отверстие для удаления испаренных веществ участвующего в осмосе раствора из второго дистилляционного устройства;второе выходное отверстие для удаления нижнего продукта из второго дистилляционного устройства.
- 2. Установка по п.1, дополнительно содержащая второй компрессор, связанный с первым выходным отверстием второго дистилляционного устройства; и, по меньшей мере, третье дистилляционное устройство, содержащее первое входное отверстие, связанное со вторым источником разжиженного участвующего в осмосе раствора, для введения части разжиженного участвующего в осмосе раствора в первый конец третьего дистилляционного устройства;третье теплопередающее средство, связанное с третьим дистилляционным устройством во втором конце, причем указанное третье теплопередающее средство имеет входное отверстие, связанное со вторым компрессором, для приема сжатых испаренных участвующих в осмосе растворенных веществ для использования в качестве третьего источника тепловой энергии для использования с третьим дистилляционным устройством, первое выходное отверстие, связанное с третьим дистилляционным устройством, для направления третьего источника тепловой энергии в третье дистилляционное устройство для вызова испарения участвующих в осмосе растворенных веществ, содержащихся в разжиженном участвующем в осмосе растворе, в третьем дистилляционном устройстве; и второе выходное отверстие, выполненное с возможностью возвращения испаренных участвующих в осмосе растворенных веществ из второго дистилляционного устройства, конденсированных в третьем теплопередающем средстве, в осмотическую мембранную систему;первое выходное отверстие для удаления испаренных растворенных веществ участвующего в осмосе раствора из третьего дистилляционного устройства;второе выходное отверстие для удаления нижнего продукта из третьего дистилляционного устройства.
- 3. Установка по п.2, в которой первое и третье дистилляционные устройства выполнены с возможностью последовательной работы и вторым источником разжиженного участвующего в осмосе раствора является нижний продукт первого дистилляционного устройства.
- 4. Установка по п.1, в которой по меньшей мере одно из первого дистилляционного устройства и второго дистилляционного устройства содержит мембранное дистилляционное устройство.
- 5. Установка по п.1, дополнительно включающая в себя по меньшей мере одну систему для рециркуляции, расположенную ниже по потоку относительно по меньшей мере одного из первого дистилляционного устройства или второго дистилляционного устройства.
- 6. Установка по п.5, в которой указанная по меньшей мере одна система для рециркуляции содержит по меньшей мере одно из компрессора или эдуктора.
- 7. Установка по п.5, в которой указанная по меньшей мере одна система для рециркуляции содержит абсорбционную систему.
- 8. Установка по п.7, в которой абсорбционная система содержит по меньшей мере одно из мембранного контактного фильтра или колону насадочного типа.
- 9. Установка по п.7, в которой абсорбционная система содержит абсорбент, содержащий по меньшей мере одно из разбавленного участвующего в осмосе раствора и результирующего растворителя.
- 10. Установка по п.7, отличающаяся тем, что абсорбционная система содержит катализатор.
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 (ru) | 2014-01-30 |
| EA024894B1 true EA024894B1 (ru) | 2016-10-31 |
Family
ID=45874354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201390426A EA024894B1 (ru) | 2010-09-22 | 2011-09-21 | Установка для восстановления участвующих в осмосе растворенных веществ |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2618917A4 (ru) |
| JP (1) | JP5943924B2 (ru) |
| KR (1) | KR101924531B1 (ru) |
| CN (2) | CN103221118A (ru) |
| AU (1) | AU2011305488B2 (ru) |
| BR (1) | BR112013006569A2 (ru) |
| CA (1) | CA2811925A1 (ru) |
| CL (1) | CL2017001631A1 (ru) |
| EA (1) | EA024894B1 (ru) |
| IL (1) | IL225359A (ru) |
| MX (1) | MX368886B (ru) |
| SG (1) | SG189035A1 (ru) |
| WO (1) | WO2012040335A2 (ru) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011097727A1 (en) | 2010-02-10 | 2011-08-18 | Queen's University At Kingston | Water with switchable ionic strength |
| BR112013014972B1 (pt) | 2010-12-15 | 2020-12-29 | Queen's University At Kingston | método para remover um soluto da solução aquosa ou para concentrar a solução aquosa diluida através da modulação da força iônica de uma solução aquosa |
| GB201220832D0 (en) * | 2012-11-20 | 2013-01-02 | Fujifilm Mfg Europe Bv | Electricity generation |
| US20150290588A1 (en) * | 2012-12-04 | 2015-10-15 | Robert McGinnis | Signal responsive solutes |
| JP6333573B2 (ja) * | 2014-02-19 | 2018-05-30 | 株式会社ササクラ | 造水装置及び造水方法 |
| CN109689184A (zh) * | 2016-09-27 | 2019-04-26 | 欧赛斯水务有限公司 | 渗透驱动膜工艺和系统以及回收驱动溶质的方法 |
| KR101971244B1 (ko) * | 2018-07-20 | 2019-04-22 | 베니트엠 주식회사 | 정삼투 성능이 개선된 멤브레인 장치 및 이를 이용하는 용액 분리 방법 |
| CN111302518B (zh) * | 2020-03-20 | 2021-09-10 | 山东科技大学 | 一种温度差浓度差双驱动膜蒸馏与高性能吸附剂联用资源化处理含抗生素养殖废水的方法 |
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 (ja) * | 1989-06-02 | 1991-01-11 | Tsusho Sangiyoushiyou Kiso Sangiyoukiyokuchiyou | ｎ―ブタンによるアルコールの脱水方法 |
| JP3221695B2 (ja) * | 1991-07-25 | 2001-10-22 | フレゼニウス川澄株式会社 | 不揮発物を含む原液からのヒートポンプ方式による溶剤回収方法 |
| CN1500476A (zh) * | 2002-11-19 | 2004-06-02 | 浙江工业大学 | 水性中药提取液膜蒸馏浓缩生产方法 |
| 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 |
| JP2008504122A (ja) * | 2004-07-02 | 2008-02-14 | シーメンス・ウォーター・テクノロジーズ・コーポレーション | 気体輸送膜 |
| US7799178B2 (en) * | 2005-01-07 | 2010-09-21 | Black & Veatch Holding Company | Distillation process |
| JP2010505623A (ja) * | 2006-10-10 | 2010-02-25 | ザ テキサス エイ・アンド・エム ユニヴァーシティ システム | 脱塩システム |
| 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 (de) * | 2008-02-08 | 2009-08-13 | Rhein Chemie Rheinau Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Lactamaten durch Dünnschichtverdampfung |
| CN101734737B (zh) * | 2008-11-07 | 2011-08-31 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种乙烯装置工艺水汽提塔出水的处理方法 |
| CN101797479B (zh) * | 2010-02-25 | 2012-09-05 | 北京理工大学 | 一种利用直接蒸汽压缩热泵进行真空膜蒸馏的方法及装置 |
-
2011
- 2011-09-21 CN CN2011800558915A patent/CN103221118A/zh active Pending
- 2011-09-21 SG SG2013020839A patent/SG189035A1/en unknown
- 2011-09-21 JP JP2013530280A patent/JP5943924B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2011-09-21 EA EA201390426A patent/EA024894B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2011-09-21 CA CA2811925A patent/CA2811925A1/en not_active Abandoned
- 2011-09-21 CN CN201611151269.5A patent/CN106823802A/zh active Pending
- 2011-09-21 EP EP11827446.3A patent/EP2618917A4/en not_active Withdrawn
- 2011-09-21 AU AU2011305488A patent/AU2011305488B2/en not_active Ceased
- 2011-09-21 WO PCT/US2011/052565 patent/WO2012040335A2/en active Application Filing
- 2011-09-21 MX MX2013003271A patent/MX368886B/es active IP Right Grant
- 2011-09-21 BR BR112013006569A patent/BR112013006569A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2011-09-21 KR KR1020137008198A patent/KR101924531B1/ko active IP Right Grant
-
2013
- 2013-03-20 IL IL225359A patent/IL225359A/en active IP Right Grant
-
2017
- 2017-06-20 CL CL2017001631A patent/CL2017001631A1/es 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 |
|---|---|
| KR20130101520A (ko) | 2013-09-13 |
| BR112013006569A2 (pt) | 2016-06-07 |
| CN103221118A (zh) | 2013-07-24 |
| KR101924531B1 (ko) | 2018-12-04 |
| CL2017001631A1 (es) | 2018-04-13 |
| MX368886B (es) | 2019-10-21 |
| EA201390426A1 (ru) | 2014-01-30 |
| CA2811925A1 (en) | 2012-03-29 |
| IL225359A (en) | 2016-12-29 |
| WO2012040335A2 (en) | 2012-03-29 |
| CN106823802A (zh) | 2017-06-13 |
| EP2618917A4 (en) | 2014-08-27 |
| AU2011305488A2 (en) | 2013-05-02 |
| AU2011305488A1 (en) | 2013-04-11 |
| MX2013003271A (es) | 2013-09-02 |
| JP5943924B2 (ja) | 2016-07-05 |
| EP2618917A2 (en) | 2013-07-31 |
| JP2013537850A (ja) | 2013-10-07 |
| SG189035A1 (en) | 2013-05-31 |
| WO2012040335A3 (en) | 2012-07-05 |
| AU2011305488B2 (en) | 2015-09-10 |
| IL225359A0 (en) | 2013-06-27 |
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 (zh) | 用于高级真空隔膜蒸馏的方法和设备 | |
| US8002989B2 (en) | Osmotic desalination process | |
| KR101020316B1 (ko) | 막증류 방식을 이용한 정삼투 담수화 장치 | |
| CN101489937A (zh) | 用于渗透性溶质回收的多级塔蒸馏(mscd)方法 | |
| KR20110028363A (ko) | 정 삼투 분리 방법 | |
| 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 (ja) | 廃水の濃縮処理方法及びその装置 | |
| KR101298724B1 (ko) | 유도용액의 일부가 정삼투 분리기로 직접 재공급되는 막증류 방식의 정삼투 담수화 장치 | |
| CN109906111B (zh) | 组合的酸性气体捕获和水提取工艺 | |
| 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 |