JP5899270B2 - フッ素化液を用いる水の前処理ユニット - Google Patents
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Description
・淡水の相対的生成の増大;
・前処理すべき塩水の相対量の減少;
・脱塩ユニットの大きさの減少;
・脱塩に関連するエネルギー消費の減少;および
・流出液をより安価にするように流出液中の塩の量を増大することによって産生されるブラインの量の減少;ならびに熱および/または化学汚染の低下に起因する環状的影響の減少。
・消石灰(lime)Ca(OH)2を用いる炭素除去:その前処理プロセスは、消石灰の取扱および使用に固有の不利益を被る。さらに、2倍程度多いCaCO3塩が沈殿され、そのため、処理すべきスラッジの容積も2倍になる。そのプロセスは、それがまた、排除困難な炭酸マグネシウムも生じるという点、および処理すべき水に存在する他のイオンを沈殿させるために、Na2CO3などの他の化合物を添加することによって完了しなければならない頻度が高いという点で不満足である;
・酸炭素除去(acid decarbonization);上記のとおり、その技術は、強力な酸(H2SO4、HClなど)の操作および定期的な添加に関連する不利益を被る。さらに、これは、防蝕剤の使用を要し、そのため、費用および化学的汚染が増大する;
・シーディング(seeding):その技術は、処理すべき水に導入されている結晶シード上にスケーリングを沈着させるものである。これは、閉塞の間に固化のリスクを招き、これによっておそらく、その開発がないことが説明される;
・樹脂軟水化(resin softening):この技術では、カルシウムイオンCa2+、およびMg2+は、イオン交換樹脂を用いて置き換えられ、それらの樹脂は、その後再生される。そのプロセスの不利な点は、その使用が一般に不連続なサイクル中にあること、低い樹脂結合および再生率、ならびに設置費用が高いことである;
・脱スケーリング物の使用:その技術は、最も広範であって、スケーリングの沈着を回避するかまたは最小化するための、極めて低用量(2〜3ppm[百万分の一])のポリホスフェート、オルガノホスフェート、またはカルボキシリックポリマーの注入から構成される。これは、脱スケーリング組成物を取り扱うことおよび投与すること、ならびに70℃を超える温度に対して耐性が低いことのせいで不利益を被る。さらに、それらの組成物は、生物有機体によるファウリング(付着)を増大し得、かつ水変換の度合を有意に増大できない。
・二酸素(酸素分子)、二窒素(窒素分子)または二酸化炭素などの非凝縮ガスを除去するためのその水の自然な脱気;
・CaCO3、Mg(OH)2、CaSO4型の逆溶解度塩の沈殿;
・CaF2、BaSO4、SrSO4などの、この温度で低溶解性である塩の沈殿;
・生物学的機能を維持可能であるには高すぎる温度で十分な時間滞留させることによる好気性または嫌気性の微生物の死滅;
・溶存した揮発性有機化合物のエバポレーション
これらの現象の結果は、二酸素または二酸化炭素などの腐食性ガスの存在に起因した腐食による問題を回避すること、ファウリングを回避すること、および上記の全てであって、プロセスの工程において炭酸塩硬度に関連する塩を沈殿することであり、ここでは、前述の沈殿はデバイスに影響しない。
好ましくは、フッ素化相の水と混和性でないフッ素化液は、実験式CnHmFpNqOxSyを有する化合物であり、ここで:
・C、H、F、N、O、Sはそれぞれ、炭素、水素、フッ素、窒素、酸素およびイオウの原子に相当し;
・nは、3〜25の範囲、好ましくは、3〜12の範囲の整数であり(境界値を含む);
・mは、0〜27の範囲、好ましくは、0〜20の範囲の整数であり(境界値を含む);
・pは、5〜54の範囲、好ましくは、5〜27の範囲の整数であり(境界値を含む);
・qは、0〜6の範囲、好ましくは、0〜3の範囲の整数であり(境界値を含む);かつ
・xは、0〜10の範囲、好ましくは、0〜7の範囲の整数であり(境界値を含む);
・yは、0〜6の範囲、好ましくは、0〜3の範囲の整数である(境界値を含む)。
ペルフルオロカーボン(PFC)またはヒドロフルオロカーボン(HFC)液およびそれらの誘導体およびイオン液。
・m+p=2n+q+2(環を含まない化合物について);
・m+p=2n+q(環または酸素もしくはイオウとの二重結合を含む化合物について);および
・m+p=2n+q(2つの環または酸素もしくはイオウとの2つの二重結合を含む化合物について、あるいは1つの環および酸素もしくはイオウとの1つの二重結合を含む化合物について)。
・陰イオン性フッ素化交換液は、窒素および/またはリンおよび/または酸素および/またはイオウのヘテロ原子を含んでいる陽イオン性の極性ヘッドを含む;そして
・陽イオン性フッ素化交換液は、ホウ素および/またはアルミニウムおよび/または酸素および/またはイオウのヘテロ原子を含む陰イオン性の極性ヘッドを含む。
・第一の「ホット」方式、すなわち、カラムに熱を提供するコレクターが、80℃〜200℃の大きさの温度で作動する。この最初の方式では、処理すべき水は、圧力下で大気温度(15℃〜30℃)で導入され、そして連続フッ素化相の液体での熱交換によって加熱され(この加熱によって、塩の沈殿、または水−HFL界面のイオンの間の平衡の動きおよび任意のガスの排気が可能になる)、次いで、冷却されて、大気温度に戻り、その後に脱塩ユニットに送られる;ならびに
・第二の「コールド」方式、すなわち、カラムに熱を提供するコレクターが、−4℃〜10℃の大きさの温度で作動する。この第二の方式では、処理すべき水は、大気温度で交換器に導入され、ここで冷却されて、0℃未満の塩水の凝固温度に達する。次いで、これは、このコールド(水を凍結することによる)中で作動する脱塩ユニットへ送られ、その後に、交換器中に再注入されて、連続フッ素化相の液体によって加熱され、大気温度で放出される。
・上行する水と下行するフッ素化相との間で向流熱交換および/またはイオン交換を行うために、交換器の一部の上端にフッ素化相を導入する工程、および交換器の一部の下端に水を導入する工程;ならびに
・前処理した水を回収する工程。
・上行する分散した水と下行する連続フッ素化相との間で向流熱交換を行うために、交換器の一部の上端に連続相でフッ素化相を導入する工程、および交換器部分の下端に水を大気温度において分散相で、例えば、水滴の形態で導入する工程;ならびに
・この水を結晶化ユニットに送る工程。
・処理すべき水を圧縮する工程であって、圧縮は所定の圧力で行う工程;ならびに
・上行する分散した水と下行する連続フッ素化相との間で向流熱交換を行うために、他の交換器部分の下部に、例えば、圧力下で、分散状で水を導入する工程;ならびに
・大気温度で水を回収する工程。
・前処理交換器と名づけられた、第一の交換器の下端で得られるフッ素化相を回収する工程;
・前処理ユニットの再生交換器と名づけられた第二の交換器の一部の上端に、回収されたフッ素化相を導入する工程
・上行する再生水と下行する回収されたフッ素化相との間で向流イオン交換を行うために、再生交換器の一部の下端に再生水を導入する工程;ならびに
・再生したフッ素化相を回収する工程;ならびに
・前処理交換器の上部に再生されたフッ素化相を導入する工程。
表1
HLB:親水性/親油性バランス
図1は、本発明の第一の実施形態を示しており、ここでは、直接接触熱交換器1は、高温で作動する。処理すべき水2(ここでは海水)を、液体ポンプ3によって加圧し、その結果、この水2の圧力は、下部分配器5でカラム4の気圧よりも高く、これによってカラム4の下部ゾーン6の全体を覆う均一なサイズの水滴への水2の分散が確実になる。従って、直接接触熱交換を、ヒートアップする上行する分散した水2とクールダウンする下行する連続フッ素化相7との間の向流ゾーンを有するゾーン6中で行う。
この実施例では、塩水の7.3kWh/m3という熱エネルギー消費が、水を前処理するために必要であった。脱塩水を飲料可能に、および再ミネラル化するために、1日あたり2〜5トンの逆溶解度を有する塩が、排出されるかまたは少なくとも部分的に再使用されなければならなかったことにも注意のこと。
図2は、本発明の第二の実施形態を示しており、ここでは、直接接触熱交換器1は、低温で作動する。処理すべき水2(ここでは海水)を、液体ポンプ3によって加圧して、その結果水2の圧力は、下部分配器5でカラム4の気圧よりも高く、これによってカラム4の下部ゾーン6の全体を覆う均一なサイズの水滴への水2の分散が確実になる。従って、直接接触熱交換が、クールダウンする上行する分散した水2とヒートアップする下行する連続フッ素化相7との間の向流ゾーン6中で行われる。
図3は、本発明のユニットおよびプロセスの第三の実施形態を図示しており、ここでは、直接接触熱およびイオン交換器1は、疎水性フッ素化液およびイオン交換ヘッドを有するイオン性界面活性剤を含んでいる連続フッ素化相で高温で作動する。
・連続フッ素化熱交換相7が、ペルフルオロノナンと、ナトリウムヒドロフルオロアルキルカルボキシラート型の2%のイオン性フッ素化界面活性剤との混合物を含み;そして
・この再循環デバイスは、閉鎖ループ循環のためのシステム16が設けられるだけでなく、脱塩システム15に由来するブライン19の少なくとも一部の向流を用いて界面活性剤を再生するためのカラム20も設けられている。
Claims (13)
前記フッ素化相の水と混和性でないフッ素化液は、実験式C n H m F p N q O x S y を有するヒドロフルオロカーボン(HFC)またはその誘導体であり、:
・ C、H、F、N、O、Sはそれぞれ、炭素、水素、フッ素、窒素、酸素およびイオウの原子に相当し、
・nは、3〜25の範囲の整数であり(境界値を含む);
・mは、0超〜27の範囲の整数であり(境界値を含む);
・pは、5〜54の範囲の整数であり(境界値を含む);
・qは、0〜6の範囲の整数であり(境界値を含む);
・xは、0〜10の範囲の整数であり(境界値を含む);
・yは、0〜6の範囲の整数であり(境界値を含む);
ここで「m」および「p」は、水と混和性でないフッ素化液の分子に含まれる水素原子の数およびフッ素原子の数であり、m/p比が、厳密に0を超え、かつ1以下の実数値である、ユニット。
・処理すべき水を冷却するための冷却部分と;
・処理すべき水を加熱するための加熱部分と;
から構成され、
該冷却部分で冷却されるフッ素化連続相は、冷却部分において加熱されるフッ素化連続相として再使用される、ユニット。
・前記交換器(1)の前記部分の1つの上端にフッ素化相を導入し、かつ水(2)を該交換器(1)の該部分の1つの下端(5)に導入して、上行する水(2)と下行するフッ素化相(7)との間で向流熱交換および/またはイオン交換を行う工程と;
・前処理された水(30)を回収する工程とを包含し、
処理すべき前記水は、塩水であり、加圧下に室温で導入され、前記連続的なフッ素化相との熱交換によって加熱される、プロセス。
・前処理交換器と名付けられる、第一の交換器(1)の下端(5)で得られるフッ素化相(21)を回収する工程と;
・前処理ユニットの、再生交換器と名付けられる、第二の交換器(20)の一部の1つの上端(22)に回収されたフッ素化相(21)を導入する工程と;
・再生水(19A、23)を再生交換器(20)の一部の1つの下端(24)に導入して、上行する再生水(19A、23)と下行する回収されたフッ素化相(21)との間で向流イオン交換を行う工程と;
・再生されたフッ素化相(18)を回収する工程と;
・該前処理交換器(1)の上部(14)に再生されたフッ素化相(18)を導入する工程とを包含する、プロセス。
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