KR101924531B1 - 삼투압 구동 멤브레인 공정들, 시스템들 및 유도 용질 복구 방법들 - Google Patents
삼투압 구동 멤브레인 공정들, 시스템들 및 유도 용질 복구 방법들 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101924531B1 KR101924531B1 KR1020137008198A KR20137008198A KR101924531B1 KR 101924531 B1 KR101924531 B1 KR 101924531B1 KR 1020137008198 A KR1020137008198 A KR 1020137008198A KR 20137008198 A KR20137008198 A KR 20137008198A KR 101924531 B1 KR101924531 B1 KR 101924531B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- solution
- membrane
- distillation
- solutes
- distillation apparatus
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 318
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 111
- 230000008569 process Effects 0.000 title abstract description 74
- 238000011084 recovery Methods 0.000 title abstract description 68
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 claims abstract description 82
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims abstract description 81
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims abstract description 81
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 461
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 163
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 146
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 87
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 44
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 32
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 20
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims description 18
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims description 18
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 18
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 17
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 12
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 9
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 9
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 8
- 238000009292 forward osmosis Methods 0.000 abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 82
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 80
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 79
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 72
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 68
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 51
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 43
- 230000009102 absorption Effects 0.000 description 39
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 39
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 39
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 39
- 241000894007 species Species 0.000 description 33
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 description 25
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 24
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 21
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 19
- 239000000047 product Substances 0.000 description 19
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 13
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 13
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 11
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 11
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 11
- BVCZEBOGSOYJJT-UHFFFAOYSA-N ammonium carbamate Chemical compound [NH4+].NC([O-])=O BVCZEBOGSOYJJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 10
- 239000012527 feed solution Substances 0.000 description 10
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 10
- 239000013626 chemical specie Substances 0.000 description 9
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 9
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 9
- -1 carbon dioxide Chemical class 0.000 description 8
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 8
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 8
- KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-N carbonic acid monoamide Natural products NC(O)=O KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 6
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 6
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 6
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 6
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 6
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 6
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 description 5
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 5
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 5
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 4
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 4
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 4
- 235000012501 ammonium carbonate Nutrition 0.000 description 4
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 4
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 4
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 238000005373 pervaporation Methods 0.000 description 4
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 4
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 4
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 3
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 235000012206 bottled water Nutrition 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 239000012707 chemical precursor Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 3
- 231100000206 health hazard Toxicity 0.000 description 3
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 3
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 3
- 238000009288 screen filtration Methods 0.000 description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 3
- 238000004148 unit process Methods 0.000 description 3
- BURBNIPKSRJAIQ-UHFFFAOYSA-N 2-azaniumyl-3-[3-(trifluoromethyl)phenyl]propanoate Chemical compound OC(=O)C(N)CC1=CC=CC(C(F)(F)F)=C1 BURBNIPKSRJAIQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 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
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229940063284 ammonium salicylate Drugs 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 239000012483 derivatization solution Substances 0.000 description 2
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 2
- 230000009919 sequestration Effects 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- 229910000013 Ammonium bicarbonate Inorganic materials 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
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical group NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-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
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-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
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 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
- FJWGYAHXMCUOOM-QHOUIDNNSA-N [(2s,3r,4s,5r,6r)-2-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-dinitrooxy-2-(nitrooxymethyl)-6-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5,6-trinitrooxy-2-(nitrooxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-3-yl]oxy-3,5-dinitrooxy-6-(nitrooxymethyl)oxan-4-yl] nitrate Chemical compound O([C@@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](O[N+]([O-])=O)[C@H]1O[N+]([O-])=O)O[C@H]1[C@@H]([C@@H](O[N+]([O-])=O)[C@H](O[N+]([O-])=O)[C@@H](CO[N+]([O-])=O)O1)O[N+]([O-])=O)CO[N+](=O)[O-])[C@@H]1[C@@H](CO[N+]([O-])=O)O[C@@H](O[N+]([O-])=O)[C@H](O[N+]([O-])=O)[C@H]1O[N+]([O-])=O FJWGYAHXMCUOOM-QHOUIDNNSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect 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
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 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
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct 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
- 230000015556 catabolic process Effects 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
- 239000002894 chemical waste Substances 0.000 description 1
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010511 deprotection reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000645 desinfectant Substances 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000011143 downstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000010797 grey water Substances 0.000 description 1
- 229910000856 hastalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 1
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002605 large molecules Chemical class 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 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
- 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
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000009285 membrane fouling Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 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
- 230000009972 noncorrosive effect Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002357 osmotic agent Substances 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical class C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 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
- 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
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 229920003225 polyurethane elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000012264 purified product Substances 0.000 description 1
- 230000009103 reabsorption Effects 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000009991 scouring Methods 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry 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
- 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
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
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
- B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
- B01D61/10—Accessories; Auxiliary operations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/002—Forward osmosis or direct osmosis
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
본 발명은 삼투압 구동 멤브레인 시스템들 및 방법들, 예를 들면, 정삼투(forward osmosis, FO), 항압 삼투(pressure retarded osmosis, PRO), 삼투 희석(osmotic dilution, OD), 직접 삼투 농축(direct osmotic concentration, DOC) 등과, 상기 삼투압 구동 멤브레인 시스템들/공정들에서 유도 용질 복구를 위한 시스템들 및 방법들과 관련된다.
Description
본 발명은 일반적으로, 삼투압 구동 멤브레인 공정들에 관한 것으로, 보다 상세하게는 삼투압 구동 멤브레인 공정들을 위한 유도 용질 복구 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 삼투압 구동 멤브레인 공정들은 반투성(semi-permeable) 멤브레인에 의하여 분리되는 두 개의 용액들을 포함한다. 하나의 용액은 예를 들면, 해수일 수 있고, 다른 용액은 상기 해수와 농축된 용액 간의 농도 기울기(concentration gradient)를 생성하는 농축된 용액일 수 있다. 이러한 기울기는 물이 염분이 아니라 상기 농축된 용액으로 이동하도록 선택적으로 허용하는 멤브레인을 가로질러, 해수로부터 물을 끌어 당긴다. 점진적으로, 상기 농축된 용액을 진입하는 물은 상기 용액을 희석시킨다. 그 후, 상기 용질들은 마실 수 있는 물을 생성하기 위하여 상기 희석 용액으로부터 제거될 필요가 있다. 전통적으로, 상기 마실 수 있는 물은 예컨대 증류를 통해 얻어졌다. 그러나, 상기 용질들은 일반적으로 복구되거나 재생되지 않았다.
본 발명은 삼투압 구동 멤브레인 시스템들 및 방법들, 예를 들면, 정삼투(forward osmosis, FO), 항압 삼투(pressure retarded osmosis, PRO), 삼투 희석(osmotic dilution, OD), 직접 삼투 농축(direct osmotic concentration, DOC) 등과, 상기 삼투압 구동 멤브레인 시스템들/공정들에서 유도 용질 복구를 위한 시스템들 및 방법들과 관련된다.
일 측면에 따르면, 본 발명은 정삼투 분리 공정의 방식에 의한, 삼투압 구동 멤브레인 공정에 관련된다. 상기 공정은 반투성 멤브레인의 제1 측면 상에 제1 용액을 도입하는 단계와, 상기 제1 용액의 적어도 하나의 특성을 감지하는 단계와, 상기 적어도 하나의 감지된 특성에 기초하여, 암모니아 및 이산화탄소를 포함하는 농축된 유도 용액에 대한 몰비(molar ratio)를 선택하는 단계와, 상기 반투성 멤브레인을 가로질러 희망하는 삼투 농도 기울기를 유지하기 위하여, 상기 반투성 멤브레인의 제2 측면 상에, 암모니아 및 이산화탄소를 포함하는 상기 선택된 몰비를 갖는 상기 농축된 유도 용액을 도입하는 단계와, 상기 반투성 멤브레인의 제1 측면 상에서 제2 용액을 형성하고 상기 제1 반투성 멤브레인의 제2 측면 상에서 유도 용액을 희석하기 위하여, 상기 반투성 멤브레인을 가로질러 상기 제2 용액의 적어도 일부의 유동을 촉진하는 단계와, 유도 용질들 및 용매 스트림을 회복하기 위하여 상기 희석된 유도 용액의 적어도 일부를 분리 과정에 도입하는 단계와, 상기 농축된 유도 용액 내에서 이산화탄소에 비한 암모니아의, 상기 선택된 몰비를 유지하기 위하여, 상기 유도 용질들을 상기 반투성 멤브레인의 제2 측면으로 재도입하는 단계와, 상기 용매 스트림을 수집하는 단계를 포함한다.
다양한 실시예들에서, 상기 분리 과정은 상기 유도 용질들을 상기 농축된 유도 용액으로 응축하도록 구성된 흡수기(absorber)를 사용하는 단계를 포함한다. 상기 용매 스트림, 희석된 유도 용액 또는 농축된 유도 용액은 상기 흡수기에서 흡수제로서 사용될 수 있다. 상기 흡수기를 사용한 냉각이 이루어질 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 공정은 상기 유도 용질들이 상기 농축된 유도 용액으로 재흡수 되는 것을 촉진하기 위해, 가스 압축기 또는 스트림 이덕터(eductor)를 사용하여, 상기 희석된 유도 용액으로부터 상기 유도 용질들의 분리로부터 비롯되는, 가스 스트림을 압축하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 공정은 상기 반투성 멤브레인을 통과하여 상기 농축된 유도 용액에 이르는 플럭스를 향상시키거나 유발하기 위하여, 상기 제1 용액에 압력을 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 공정은 촉매의 사용에 의하여 향상되는, 용액으로부터 제거하거나 그 내부로 도입하는 능력에 의해 특징 지워지거나, 재사용 가능한 물리적 또는 화학적 물질(agent)에 의해 향상되는, 용액으로부터 제거하거나 그 내부로 도입하는 능력에 의해 특징 지워지거나, 분리에 대한 상기 유도 용질의 민감성이 유도 용질 제거 및 재사용을 향상시키기 위해 증가되도록, 전기 에너지장, 자기 에너지장 또는 다른 환경의 변화에 의해 향상되는, 용액으로부터 제거하거나 그 내부로 도입하는 능력에 의해 특징 지워지는 유도 용질을 포함하는 농축된 유도 용액을 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.
추가적인 실시예들에서, 상기 공정은 상기 제1 용액 및 상기 농축된 유도 용액 중 적어도 하나에 관한 체적 변화를 감지하는 단계와, 희망하는 유동 특성을 유지하기 위해 상기 감지된 변화에 응답하여, 상기 반투성 멤브레인과 관련된 유동 채널을 수정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 공정은 촉매, 시약, 소모품, 재사용 가능 물질, 전기 에너지장 또는 자기 에너지장을 사용하여, 유도 용질 제거 또는 흡수를 향상시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 상기 공정은 기계적 증기 재압축, 열적 증기 재압축, 진공 증류, 스윕(sweep) 가스 증류, 투과증발 및 밀폐 사이클 히트 펌프 중 적어도 하나를 사용하여, 공정 에너지를 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 공정은 이산화탄소를 사용하여 상기 유도 용질들을 침전시키는 단계와, 암모니아를 사용하여 항압 삼투에 대한 침전물을 재흡수하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 공정은 상기 제1 용액에 접종 슬러리(seeded slurry)를 도입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 상기 공정은 재포화(resaturation)를 위한 제1 과정으로 복귀하기 전에, 상기 제1 과정 동안 상기 제1 용액 내의 염분의 과포화(super-saturation)와, 제2 과정 동안 상기 염분의 불포화(desaturation)를 사용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 제1 용액으로부터 용매를 삼투 추출하기 위한 시스템에 관련된다. 상기 시스템은 제1 용액의 소스에 유체적으로(fluidly) 연결된 주입구를 갖는 제1 챔버와, 적어도 1대1의 몰비로 된 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 농축된 유도 용액의 소스에 유체적으로 연결된 주입구를 갖는 제2 챔버와, 상기 제2 챔버로부터 상기 제1 챔버를 분리하는 반투성 멤브레인 시스템과, 증류탑을 포함하는 제2 챔버의 하류에 유체적으로 연결되며, 희석된 유도 용액을 상기 제2 챔버로부터 받아 들이고 유도 용질들 및 용매 스트림을 복원하도록 구성된 분리 시스템과, 상기 농축된 유도 용액 내에서 이산화탄소에 비한 암모니아의 몰비를 유지하기 위하여, 상기 유도 용질들을 상기 제2 챔버 내로 재도입하는 것을 촉진하도록 구성된 흡수기를 포함하는 재생 시스템을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 분리 시스템은 증류탑(distillation column)이다.
몇몇 실시예에서, 상기 흡수기는 충진탑(packed column)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 상기 흡수기는 멤브레인 접촉기(membrane contactor)를 포함한다. 상기 멤브레인 접촉기는, 상기 멤브레인 접촉기 내에서 냉각된 흡수제의 평행 유동과 유도 용질 가스들의 직렬 유동을 촉진하기 위하여 구성되고 배치될 수 있다. 몇몇 실시에에서, 상기 증류탑은 멤브레인 증류 장치를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 재생 시스템은 유도 용질 가스들의 응축을 향상시키기 위하여 상기 흡수기의 하류에 압축 과정을 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 상기 압축 과정은 가스 압축기, 증기 이덕터, 또는 액체 스트림 이덕터를 포함한다. 상기 분리 과정은 유도 용질들을 흡수하거나 제거하기 위한 탄소 격리(carbon sequestration) 루프를 더 포함하고, 상기 탄소 격리 루프는 유도 용질의 흡수를 완성하고 상기 농축된 유도 용액 내로의 흡수를 촉진하기 위한 압력을 증가시키도록 구성된다.
몇몇 실시예에서, 상기 반투성 멤브레인 시스템은 상기 제1 용액 내에 담가진 멤브레인 모듈을 포함하고, 여기서 상기 농축된 유도 용액은 상기 멤브레인 모듈의 내부를 통과하여 유동한다. 적어도 하나의 실시예에서, 상기 반투성 멤브레인 시스템은, 용매가 추출되는 제1 용액과 관련된 제1 유동 채널로서, 상기 제1 유동 채널의 유효 체적이 상기 제1 유동 채널의 길이를 따라 감소하도록, 유동 스페이서들의 테이퍼진 구조 또는 구성을 갖는 상기 제1 유동 채널과, 상기 제1 용액으로부터 추출된 용매가 향하는 농축된 유도 용액과 관련된 제2 유동 채널로서, 상기 제2 유동 채널의 유효 체적이 상기 제2 유동 채널의 길이를 따라 증가하도록, 유동 스페이서들의 확대되는 구조 또는 구성을 갖는 제2 유동 채널을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상기 반투성 멤브레인 시스템은 상기 제1 용액의 체적의 감소 및 상기 농축된 유도 용액의 체적의 증가를 수용하는 피라미드형 멤브레인 모듈을 포함하되, 상기 멤브레인 모듈은, 역류 배치에서는 유도 용액 주입구 및 공급 용액 배출구의 방향으로 더 적은 멤브레인 모듈들이 존재하고, 공급 용액 주입구 및 유도 용액 배출구의 방향으로 더 많은 멤브레인 모듈들이 존재하도록 구성된다.
또한, 상기 시스템은 하류로 액체 방출이 0이 되는 방출 또는 다른 감소된 방출 스트림 과정을 포함한다. 상기 시스템은 유도 용질들을 박탈(strip) 하는 데에 도움이 되도록 구성되는 진공 또는 공기 제거/박탈(scouring/stripping) 시스템을 더 포함할 수 있다. 상기 시스템은 유도 용질들을 박탈하도록 구성되는 투과증발(pervaporation) 시스템을 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 투과증발 시스템은 수증기에 비해 유도 용질 가스들에 대해 선택성을 갖는 멤브레인을 가질 수 있다. 상기 시스템은 유도 용질들을 박탈하기 위한 멤브레인 증류 시스템을 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 멤브레인들은 유도 용질의 분리 및 모듈 내에서의 열교환을 위해 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 복구된 유도 용질들은 하나 이상의 추가적인 하류의 과정들에 배급될 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 삼투 전력 생성 방법과 관련된다. 상기 방법은, 제1 용액을 형성하기 위해 분리막 분리 과정을 수행하는 단계와, 상기 제1 용액으로부터 유도 용질들을 침전시키는 단계와, 제2 용액을 형성하기 위해 상기 침전된 유도 용질들을 분리하는 단계와, 상기 제2 용액으로부터 가스들의 생산을 촉진하는 단계와, 키네틱 기초의(반응성(kinetic) based) 차등 흡수와 같은 기술을 이용하여 상기 가시들을 분리하는 단계와, 상기 분리막 분리 단계에서의 재사용할 제3 용액을 형성하기 위해 침전된 용질들을 재용해 하기 위한 적어도 하나의 분리된 가스를 사용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 정삼투 분리 공정은, 반투성 멤브레인의 제1 측면 상에 제1 용액을 도입하는 단계와, 상기 제1 수용액의 적어도 하나의 특성을 감지하는 단계와, 상기 적어도 하나의 감지된 특성에 기초하여, 암모니아 및 이산화탄소를 포함하는 농축된 유도 용액에 대한 몰비(molar ratio)를 선택하는 단계와, 상기 반투성 멤브레인을 가로질러 희망하는 삼투 농도 기울기를 유지하기 위하여, 상기 반투성 멤브레인의 제2 측면 상에, 암모니아 및 이산화탄소를 포함하는 상기 선택된 몰비를 갖는 상기 농축된 유도 용액을 도입하는 단계와, 상기 반투성 멤브레인의 제1 측면 상에서 제2 용액을 형성하고 상기 제1 반투성 멤브레인의 제2 측면 상에서 유도 용액을 희석하기 위하여, 상기 반투성 멤브레인을 가로질러 상기 제2 용액의 적어도 일부의 유동을 촉진하는 단계와, 유도 용질들 및 용매 스트림을 회복하기 위하여 상기 희석된 유도 용액의 적어도 일부를 분리 과정에 도입하는 단계와, 상기 농축된 유도 용액 내에서 이산화탄소에 비한 암모니아의, 상기 선택된 몰비를 유지하기 위하여, 상기 유도 용질들을 상기 반투성 멤브레인의 제2 측면으로 재도입하는 단계와, 상기 용매 스트림을 수집하는 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 상기 분리 과정으로부터 온 상기 복구된 유도 용질들은 흡수 용액과 접촉하게 된다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 제1 용액으로부터 용매를 삼투 추출하기 위한 시스템은, 제1 용액의 소스에 유체적으로 연결된 주입구를 갖는 제1 챔버와, 적어도 1대1의 몰비로 된 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 농축된 유도 용액의 소스에 유체적으로 연결된 주입구를 갖는 제2 챔버와, 상기 제2 챔버로부터 상기 제1 챔버를 분리하는 반투성 멤브레인 시스템과, 증류탑을 포함하는 제2 챔버의 하류에 유체적으로 연결되며, 희석된 유도 용액을 상기 제2 챔버로부터 받아 들이고 유도 용질들 및 용매 스트림을 복원하도록 구성된 분리 시스템을 포함할 수 있다. 상기 장치는 또한, 상기 농축된 유도 용액 내에서 이산화탄소에 비한 암모니아의 몰비를 유지하기 위하여, 상기 유도 용질들을 상기 제2 챔버 내로 재도입하는 것을 촉진하도록 구성된 흡수기를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 분리 시스템 및 상기 복구 시스템 중 적어도 하나는 멤브레인 기기를 포함할 수 있다. 상기 멤브레인 기기는 복구된 유도 용질들이 흡수 용액과 접촉하도록 구성되고 배치될 수 있다. 상기 멤브레인 기기는 상기 희석 유도 용액으로부터 유도 용질들을 박탈하도록 구성되고 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 분리 및 복구 시스템 중 적어도 하나는 부유 액체 멤브레인을 포함할 수 있다. 상기 분리 과정은 예를 들면 탑증류 또는 멤브레인 증류를 사용하는 다단식(multi-stage) 용질 복구 과정을 포함할 수 있다. 다단식 용질 복구의 경우에, 상기 시스템(들)은 물질 및 에너지 스트림이 모두 직렬로 유동하도록 구성되고 배치될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 상기 다단식 용질 복구 과정은 적어도 하나의 열 펌프를 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 복수의 증류탑을 사용하여 유도 용액으로부터 용질와 산물 용매를 분리하는 방법은, 적어도 제1 증류탑 및 제2 증류탑 각각에 유도 용액을 도입하는 단계와, 상기 제1 증류탑에서 유도 용액의 적어도 일부를 증발시키기 위하여, 열적 에너지의 소스로부터의 열적 에너지를 상기 제1 증류탑에 적용하는 단계와, 상기 제2 증류탑 내의 상기 유도 용액의 적어도 일부를 증발시키기 위해 상기 제1 증류탑의 유도 용액의 증발된 부분이 상기 제2 증류탑을 위한 열적 에너지의 소스로서 동작하도록, 상기 제1 증류탑으로부터 상기 유도 용액의 증발된 부분을 에너지 스트림으로서 상기 제2 증류탑으로 인도하는 단계와, 상기 제1 및 제2 증류탑 내에서 유도 용액 및 에너지 스트림을 직렬로 유동시킴으로써, 상기 유도 용액 내의 상기 유도 용액 용질들 및 상기 산물 용매가 적어도 제1 및 제2 증류탑 내에서 분리되도록 하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 방법은 열 펌프로 제1 및 제2 증류탑 중 적어도 하나에 조력(assist)하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 희석 유도 용액으로부터 유도 용액 용질들을 복구하기 위한 장치(및 방법)와 관련된다. 상기 장치는, 열적으로 제거 가능한 용질들을 포함하는 희석 유도 용액의 소스를 포함하는 삼투압 구동 멤브레인 시스템과, 상기 삼투압 구동 멤브레인 시스템과 유체적으로 연결되고, 제1 측면과 제2 측면을 갖는 적어도 하나의 멤브레인 접촉기를 포함하는 분리 시스템을 포함한다. 여기서, 상기 제1 측면은 희석 유도 용액의 소스와 유체적으로 연결된다. 하나 이상의 실시예에서, 상기 분리 시스템은 유도 용질들의 적어도 일부를 상기 희석 유도 용액으로부터 증발시키기 위해, 희석 유도 용액과 연결된 열적 에너지의 소스와, 상기 멤브레인 접촉기의 제2 측면과 유체적으로 연결된 흡수 용액의 소스를 포함한다. 상기 증발된 유도 용질들의 적어도 일부는 상기 상기 멤브레인 접촉기의 상기 제1 측면으로부터 상기 제2 측면으로 통과하고 상기 흡수 용액에 의하여 흡수된다.
다양한 실시예에서, 상기 흡수 용액은 열적 에너지의 소스를 포함한다. 상기 분리 시스템은 상기 흡수 용액이 적어도 하나의 멤브레인 접촉기를 이탈할 때, 상기 흡수 용액과 연결되는 응축기를 더 포함할 수도 있다. 하나 이상의 실시예에서, 상기 멤브레인 접촉기는 수증기의 전달을 실질적으로 억제하지만 증발된 유도 용질들의 전달을 촉진하는 선택적 멤브레인이다. 상기 선택적 멤브레인은 부유(suspended) 액체 멤브레인이다.
다른 측면에서, 본 발명은 삼투압 구동 멤브레인 시스템으로부터 유도 용액 용질들을 복구하는 장치와 관련된다. 상기 장치는 상기 삼투압 구동 멤브레인 시스템으로부터 희석 유도 용액을 받아 들이도록 구성되고, 적어도 하나의 멤브레인 시스템을 포함하는 멤브레인 모듈과, 상기 멤브레인 모듈에 열적 에너지의 소스를 제공하기 위한 상기 멤브레인 모듈과 유체적으로 연결되는 열 펌프를 포함한다. 상기 멤브레인 모듈은 하우징 내에 배치될 수 있는 적어도 하나의 멤브레인 시스템을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 상기 적어도 하나의 멤브레인 시스템은 상기 희석 유도 용액으로부터 용질들을 박탈(strip) 하기 위한 적어도 하나의 멤브레인 시스템과, 유도 용액 용질들이 흡수 용액과 접촉하게 하는 적어도 하나의 멤브레인 시스템을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 멤브레인 시스템은 다단식 용질 복구 시스템이며, 여기서 다중 멤브레인 모듈들은, 특정 응용을 충족하기 위하여 직렬로 또는 병렬로 유동하는 물질 및 에너지와 함께 사용된다. 상기 멤브레인 시스템(들)은 예컨대, 부유 액체 멤브레인과 같은 선택적 멤브레인을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 상기 열 펌프는 상기 멤브레인 모듈에 의하여 방출되는 증발된 유도 용질들의 소스와 유체적으로 연결된 열 펌프와, 상기 멤브레인 모듈에 의하여 방출되는 물의 소스와 유체적으로 연결된 재비기(reboiler)를 포함한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 다중 증류탑 및/또는 멤브레인 모듈들을 갖는 다단식 용질 복구를 사용하는 삼투압 구동 멤브레인 시스템으로부터 유도 용액 용질들을 복구하기 위한 장치와 관련된다. 일 실시예에서, 상기 장치는 제1 증류탑(또는 멤브레인 모듈), 열 펌프 및 제2 증류탑(또는 멤브레인 모듈)을 포함한다. 상기 제1 증류탑은, 희석 유도 용액의 일부를 상기 제1 증류탑의 제1 말단으로 도입하기 위한 희석 유도 용액의 제1 소스에 결합된 제1 주입구와, 제2 말단에서 상기 제2 증류탑에 결합된 제1 열 전달 수단으로서, 열적 에너지의 제1 소스에 결합된 주입구와, 상기 제1 증류탑 내의 희석 유도 용액 용질들이 증발되도록 상기 제1 증류탑에 열적 에너지를 인도하기 위해 제1 증류탑에 결합된 배출구를 갖는 제1 열 전달 수단과, 상기 제1 증류탑으로부터 상기 증발되는 희석 유도 용액 용질들을 제거하기 위한 제1 배출구와, 상기 제1 증류탑으로부터 하부 산물을 제거하기 위한 제2 배출구를 포함한다. 대안적으로, 상기 열적 에너지의 제1 소스는 상기 제1 증류탑으로 직접 인도될 수 있다. 상기 열 펌프는 상기 제1 증류탑의 제1 배출구에 결합된다. 상기 제2 증류탑은 희석 유도 용액을 상기 제2 증류탑의 제1 말단 내부로 도입하기 위해, 희석 유도 용액의 제2 소스에 결합된 제1 주입구와, 제2 말단에서 상기 제2 증류탑에 결합된 제2 열 전달 수단으로서, 열적 에너지의 제2 소스로서의 사용을 위해 상기 증발되는 희석 유도 용액 용질들을 받아 들이기 위한 열 펌프에 결합된 주입구, 상기 제2 증류탑 내의 희석 유도 용액 용질들이 증발되도록 상기 제2 증류탑에 제2의 열적 에너지를 인도하기 위하여 상기 제2 증류탑에 결합된 제1 배출구, 및 상기 제2 열 전달 수단 내에서 응축된, 제1 증류탑으로부터 온 상기 증발된 희석 유도 용액 용질들을, 상기 삼투압 구동 멤브레인 시스템으로 반환하도록 구성된 제2 배출구를 갖는 제2 열 전달 수단과, 상기 제2 증류탑으로부터 상기 증발된 희석 유도 용액 용질들을 제거하는 제1 배출구와, 상기 제2 증류탑으로부터 하부 산물을 제거하는 제2 배출구를 포함한다.
다양한 실시예에서, 상기 장치는 상기 제2 증류탑 및 적어도 제3 증류탑의 제1 배출구에 결합된 제2 열 펌프를 포함한다. 상기 제3 증류탑은, 희석 유도 용액의 일부를 상기 제3 증류탑의 제1 말단으로 도입하기 위해, 희석 유도 용액의 제3 소스에 결합된 제1 주입구와, 제2 말단에서 상기 제3 증류탑에 결합된 제3 열 전달 수단으로서, 상기 제3 증류탑과 함께 사용될 열적 에너지의 제3 소스로서의 사용을 위해, 상기 증발되는 희석 유도 용액 용질들을 받아 들이기 위한 제2 열 펌프에 결합된 주입구, 상기 제3 증류탑 내의 희석 유도 용액 용질들이 증발되도록 상기 제3 증류탑에 제3의 열적 에너지를 인도하기 위하여 상기 제3 증류탑에 결합된 제1 배출구, 및 상기 제3 열 전달 수단 내에서 응축된, 제2 증류탑으로부터 온 상기 증발된 희석 유도 용액 용질들을, 상기 삼투압 구동 멤브레인 시스템으로 반환하도록 구성된 제2 배출구를 갖는 제3 열 전달 수단과, 상기 제3 증류탑으로부터 상기 증발된 유도 용액 용질들을 제거하기 위한 제1 배출구와, 상기 제3 증류탑으로부터 하부 산물을 제거하기 위한 제2 배출구를 포함한다. 하나 이상의 실시예에서, 상기 제3 증류탑의 제1 배출구는 상기 제3 증류탑으로부터 온 상기 증발된 희석 유도 용액 용질들을 상기 삼투압 구동 멤브레인 시스템으로 반환하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 제1 및 제2 증류탑은 병렬 과정을 위해 구성되고, 희석 유도 용액의 제1 및 제2 소스는 상기 삼투압 구동 멤브레인 시스템이다. 다른 실시예에서, 상기 제1 및 제2 증류탑은 직렬 과정을 위해 구성되고 희석 유도 용액의 제2 소스는 상기 제1 증류탑의 하부 산물이다.
다른 측면에서, 본 발명은 삼투압 구동 멤브레인 공정으로부터 유도 용질들을 복구하기 위한 장치와 관련된다. 상기 장치는 열적으로 분리 가능한 용질들을 갖는 희석 유도 용액의 소스와, 상기 삼투압 구동 멤브레인 시스템과 유체적으로 연결된 분리 모듈을 포함하는 삼투압 구동 멤브레인 시스템을 포함한다. 상기 분리 모듈은 희석 유도 용액의 소스와 유체적으로 연결된 멤브레인 및 증류 장치 중 적어도 하나와, 상기 멤브레인 및 증류 장치 중 적어도 하나와 결합된 적어도 하나의 열 펌프를 포함한다. 상기 열 펌프는, 상기 열적으로 제거 가능한 용질들을 증발시키기 위해, 열적 에너지의 소스를 상기 멤브레인 및 증류 장치 중 적어도 하나에 제공하도록 구성된다.
다양한 실시예에서, 상기 멤브레인 기기는 증발된 유도 용질들이 흡수 용액과 접촉하게 하거나, 상기 희석 유도 용액으로부터 온 유도 용질들을 박탈하도록 구성된 적어도 하나의 멤브레인 접촉기를 포함한다. 하나 이상의 실시예에서, 상기 멤브레인 접촉기는 부유 액체 멤브레인이다. 하나 이상의 실시예에서, 상기 증류 장치는 예컨대, 다단식 탑증류 및/또는 멤브레인 증류 장치와 같은 다단식 용질 복구 장치를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 다단식 복구 장치는, 물질 및 에너지 스트림들이 예컨대 제1 증류탑 및 제2 증류탑을 통과하여 직렬로 유동하도록 구성되고 배치된다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 삼투압 구동 멤브레인 시스템으로부터 유도 용질들을 복구하는 방법과 관련된다. 상기 방법은 상기 삼투압 구동 멤브레인 시스템으로부터 희석 유도 용액의 소스를 제공하는 단계(상기 희석 유도 용액은 열적으로 제거 가능한 용질들을 포함함)와, 상기 희석 유도 용액의 적어도 일부를 분리 시스템에 도입하는 단계와, 열적 에너지의 소스를 상기 분리 시스템에 도입하는 단계와, 상기 희석 유도 용액 용질들을 상기 희석 유도 용액 밖으로 증발시키는 단계와, 상기 증발된 희석 유도 용액 용질들을 복구하는 단계와, 상기 분리 시스템으로부터 온 유도 용액 용질들을 상기 삼투압 구동 멤브레인 시스템으로 재생하는 단계를 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 희석 유도 용액 용질들을 증발시키는 단계는, 상기 용질들을 상기 희석 유도 용액으로부터 박탈하기 위하여, 상기 멤브레인 접촉기를 통해, 상기 희석 유도 용액 용질들을 상기 열적 에너지의 소스에 노출하는 단계를 포함한다. 상기 증발된 유도 용액 용질들을 복구하는 단계는, 멤브레인 접촉기를 통해, 상기 증발된 유도 용액 용질들을 흡수 용액에 노출하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 희석 유도 용액 용질들을 증발시키는 단계는, 상기 희석 유도 용액을 다단식 용질 복구 공정에 노출하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 희석 유도 용액 및 열적 에너지의 소스는, 다단식 용질 복구 공정, 예컨대 적어도 제1 증류탑(또는 멤브레인 모듈) 및 제2 증류탑(또는 멤브레인 모듈)을 통하여 직렬로 유동한다. 또한, 상기 희석 유도 용액 용질들을 증발시키는 단계는, 열 펌프로 열적 에너지의 소스에 조력하는 단계를 포함한다.
이러한 객체들과 다른 객체들은 본 발명의 장점들 및 특징들과 함께 여기에 개시되며, 후술하는 설명 및 수반되는 도면들의 참조를 통하여 분명하게 될 것이다. 또한, 여기에 설명된 다양한 실시예들의 특징들은 상호 배타적이 아니며, 다양한 조합 및 순열로 존재할 수 있다는 점이 이해되어야 할 것이다.
도면들에서, 같은 참조 문자들은 일반적으로 다른 각도를 통한 동일한 부분들을 나타낸다. 적어도 하나의 실시예의 다양한 측면들은 수반되는 도면들을 참조하여 이하에서 설명된다. 또한, 상기 도면들은 축척에 맞추어 작성된 것은 아니며, 대신에 본 발명의 도시적 원리에 기초하여 일반적으로 배치되어 있고 본 발명을 한정하기 위한 정의로 의도된 것은 아니다. 명확성을 기하기 위하여, 모든 도면의 모든 구성요소에 라벨이 부기되지는 않았다. 적어도 하나의 실시예의 다양한 측면들은 수반되는 도면들을 참조하여 이하에서 설명된다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 예시적인 삼투압 구동 멤브레인 시스템/공정의 도식적 표현이다;
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 삼투압 구동 멤브레인 시스템/공정의 도식적 표현이다;
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 대안적인 삼투압 구동 멤브레인 시스템/공정의 도식적 표현이다;
도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 또 다른 대안적인 삼투압 구동 멤브레인 시스템/공정의 도식적 표현이다;
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 또 다른 대안적인 삼투압 구동 멤브레인 시스템/공정의 도식적 표현이다;
도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 유도 용액 증기들의 흡수를 촉진하기 위해 멤브레인을 사용한 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 7은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 유도 용액 용질들의 박탈을 촉진하기 위해 멤브레인을 사용한 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 8은 희석 유도 용액의 박탈 및 흡수 기능이 단일의 모듈로 통합된, 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 9는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 폐쇄 사이클 열 펌프와 통합된 멤브레인 증류를 사용한 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 10은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 개방 사이클 열 펌프와 통합된 멤브레인 증류를 사용한 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 11은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 유도 용질 복구 시스템에서 사용되는 선택적 멤브레인의 도식적 표현이다;
도 12는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 유도 용질들의 박탈 및 흡수를 동시에 하는 선택적 멤브레인을 사용하는 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 13은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 14는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 다단식 용질 복구를 사용하는 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 15는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 열 펌프가 부가된 다단식 용질 복구를 사용하는 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 16은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 탑증류 및 열 펌프를 사용하는 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 17은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 탑증류 및 열 펌프를 사용하는 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 18은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 이덕터(eductor)를 사용하는 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 삼투압 구동 멤브레인 시스템/공정의 도식적 표현이다;
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 대안적인 삼투압 구동 멤브레인 시스템/공정의 도식적 표현이다;
도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 또 다른 대안적인 삼투압 구동 멤브레인 시스템/공정의 도식적 표현이다;
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 또 다른 대안적인 삼투압 구동 멤브레인 시스템/공정의 도식적 표현이다;
도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 유도 용액 증기들의 흡수를 촉진하기 위해 멤브레인을 사용한 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 7은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 유도 용액 용질들의 박탈을 촉진하기 위해 멤브레인을 사용한 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 8은 희석 유도 용액의 박탈 및 흡수 기능이 단일의 모듈로 통합된, 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 9는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 폐쇄 사이클 열 펌프와 통합된 멤브레인 증류를 사용한 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 10은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 개방 사이클 열 펌프와 통합된 멤브레인 증류를 사용한 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 11은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 유도 용질 복구 시스템에서 사용되는 선택적 멤브레인의 도식적 표현이다;
도 12는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 유도 용질들의 박탈 및 흡수를 동시에 하는 선택적 멤브레인을 사용하는 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 13은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 14는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 다단식 용질 복구를 사용하는 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 15는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 열 펌프가 부가된 다단식 용질 복구를 사용하는 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 16은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 탑증류 및 열 펌프를 사용하는 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 17은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 탑증류 및 열 펌프를 사용하는 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
도 18은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 이덕터(eductor)를 사용하는 유도 용질 복구 시스템의 일부에 대한 도식적 표현이다;
본 발명의 다양한 실시예들은 FO, PRO, OD, DOC 등과 같은 삼투압 멤브레인 공정에서 사용될 수 있다. 용액으로부터 용매를 추출하기 위한 삼투압 구동 멤브레인 공정은 일반적으로, 상기 용액을 정삼투 멤브레인의 제1 표면에 노출시키는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 제1 용액(공정 용액 또는 공급 용액으로 알려져 있음)은 해수, 기수(brackish water), 폐수, 오수(contaminated water), 공정 스트림 또는 다른 액체 용액일 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 상기 용매는 물이지만, 다른 실시예는 비수성(non-aqueous) 용매를 사용할 수 있다. 상기 제1 용액에 비해 증가된 농도의 용질들을 갖는 제2 용액(유도 용액으로 알려져 있음)은, 상기 정삼투 멤브레인의 제2 대향면에 노출될 수 있다. 그 후, 물과 같은 용매는 상기 정삼투 멤브레인을 통해 상기 제1 용액으로부터 추출될 수 있고, 정삼투를 통해 용매가 농후한 용액을 생성하는 제2 용액으로 전달될 수 있다.
정삼투는 일반적으로, 덜 농축된 용액으로부터 더 농축된 용액으로 용매가 이동하는 것을 포함하는 유체 전달 속성을 사용한다. 삼투압은 일반적으로, 정삼투 멤브레인을 가로질러, 공급 용액으로부터 유도 용액으로 용매의 전송을 촉진한다. 희석 유도 용액(dilute draw solution)이라고도 불리는 상기 용매가 농후한 용액은 또한, 제1 배출구에서 수집될 수 있고 추가적인 분리 공정을 거칠 수 있다. 몇몇 비제한적 실시예에서, 정화된 물은 상기 용매가 농후한 용액으로부터의 산물로서 생성될 수 있다. 제2 산물 스트림, 즉 고갈되거나 농축된 공정 용액은 방출 또는 추가적인 처리를 위하여 제2 배출구에서 수집될 수 있다. 상기 농축된 공정 용액은 바람직하게는 농축되고, 아니면 하류에서의 용도를 위해 격리될 수 있는 하나 이상의 대상 화합물들(target compounds)을 포함한다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라, 유도 용질 복구 시스템(22)을 사용하는 예시적인 삼투압 구동 멤브레인 시스템/공정(10)을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템/공정(10)은 본 발명에 참조로서 통합되는 미국특허 6,391,205 및 7,560,029와, PCT 공개 WO2009/155596 및 WO2011/053794에 설명된 바와 같은 정삼투 모듈(12)을 포함한다. 상기 모듈(12)은 공급 유체 소스 또는 스트림(14) 및 유도 용액 소스 또는 스트림(16)과 유체적으로 연결된다. 상기 유도 용액 소스(16)는 상기 모듈(12) 내에서 정삼투 멤브레인을 통한 삼투에 의해 상기 공급 소스(14)를 탈수하기 위한 삼투 물질(osmotic agent)로서 동작하는, 예컨대, 해수와 같은 염류 스트림(saline stream) 또는 여기에 설명된 다른 용액을 포함할 수 있다. 상기 모듈(12)은 추가적으로 처리될 수 있는 상기 공급 스트림(14)으로부터 농축된 용액(18)의 스트림을 출력한다. 상기 모듈(12)은 또한 여기에서 설명된 복구 시스템(22)을 통해 추가적으로 처리될 수 있는 희석 유도 용액(20)을 출력할 수도 있는데, 여기서 유도 용질들 및 대상 용매는 복구될 수 있다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 상기 유도 용질들은 재사용을 위해 복구된다. 다양한 삼투압 구동 멤브레인 시스템들/공정들은 도 2 내지 5에 관하여 설명된다.
도 2 및 3은 본 발명의 하나 이상의 실시에에 따른, 정삼투를 사용하는 삼투압 구동 멤브레인 공정들을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 예컨대, 해수, 기수, 폐수, 오수 또는 다른 용액과 같은 용액(14)(제1 용액으로 명명됨)은 제1 챔버(9) 내에 도입되거나 배치된다. 제1 챔버(9)는 화살표 A로 표시된 바와 같이, 반투성 멤브레인(12)과 유체적으로 연결된다. 상기 제1 용액보다 큰 농도를 갖는 제2 용액이 제2 챔버(11) 내에 도입되거나 배치된다. 상기 더 높은 농도의 용액은, 상기 제1 챔버(9) 내의 제1 용액으로부터 온 상기 용매(예: 물)가, 화살표 B로 도시된 바와 같이, 상기 반투성 멤브레인(12)을 가로질러, 제2 챔버(11) 내에 위치한 더 많이 농축된 제2 용액으로 삼투되도록 한다. 그 용매의 많은 부분을 손실하기 때문에, 상기 제1 챔버(9) 내에 남은 제1 용액은 용질로 농축된다. 상기 용질은 폐기물(waste product)로 간주된다면, 화살표 C로 도시된 바와 같이 폐기된다. 대안적으로, 상기 용질은 대상 화합물일 수 있고, 추가적으로 처리되기 위해, 또는 하류에서 원하는 산물로서 사용되기 위해 수집될 수 있다. 그 후 결과적으로, 제2 챔버(11) 내의 용매가 농후한 제2 용액은 화살표 D로 도시된 바와 같이, 제3 챔버(13) 내로 도입된다. 상기 제3 챔버(13) 내의, 상기 용매가 농후한 제2 용액 내의 용질들은, 상기 제2 용액의 농도를 유지하기 위하여, 화살표 E로 도시된 바와 같이 분리될 수 있고 제2 챔버(11)로 회수될 수 있다. 상기 제3 챔버(13)와 재생 과장(화살표 E)는 본 발명의 하나 이상의 실시예에서 선택적으로 사용될 수 있다. 그 후, 상기 제3 챔버(13) 내에 잔존한, 용매가 농후한 제2 용액은 화살표 F에 도시된 바와 같이, 제4 챔버(15) 내로 도입될 수 있다. 상기 제4 챔버(15) 내에서, 상기 잔존한 용매가 농후한 제2 용액은 화살표 G에 의해 도시된 바와 같이, 용매 스트림을 생성하기 위해 잔존한 용질들을 제거하기 위하여 가열될 수 있다. 해수의 처리를 포함하는 몇몇 실시예에서, 상기 용매는 정화된 물일 수 있다. 제4 챔버(15)에서, 열은 잔존 용질들을 성분 가스들로 분해함에 의하여 상기 잔존 용질들을 제거할 수 있다. 챔버(11) 내의 제2 용액의 농도 기울기를 유지하고 시약(reagent)으로서 동작하기 위하여, 상기 가스들은 화살표 H에 의해 도시된 바와 같이 상기 제2 챔버(11)로 복귀할 수 있다.
상기 정삼투 멤브레인들은 일반적으로 반투성이다. 예를 들면, 물과 같은 용매의 통과는 허용하면서, 염화 나트륨(sodium chloride), 탄산암모늄(ammonium carbonate), 탄화수소 암모늄(ammonium bicarbonate), 카르밤산 암모늄(ammonium carbamate), 다른 염류들, 설탕들, 약물들 또는 다른 화합물들과 같은, 용해된 용질들은 배제한다. 상기 용매(예: 물)의 통과를 허용하면서 상기 용질들의 통과를 차단하고 상기 용액 내의 용질들과 반응하지 않는 한, 많은 종류의 반투성 멤브레인들은 이러한 목적에 적합하다. 상기 멤브레인은 얇은 필름들, 중공 섬유 멤브레인들, 나선으로 감긴 멤브레인들, 모노 필라멘트들 및 디스크 튜브들을 포함하는 다양한 구조를 가질 수 있다. 염화 나트륨과 같은 용질 분자들과 염소와 같은 이온 분자종(ion molecular species)을 차단하면서, 물의 통과를 허용하기에 충분히 작은 구멍들(pores)을 가지는 것을 특징으로 하는, 상업적으로 가용한 다수의 잘 알려진 반투성 멤브레인들이 존재한다. 이러한 반투성 멤브레인들은 유기물 또는 무기물로 만들어 질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 셀룰로스 아세테이트, 셀룰로스 니트레이트, 폴리 술폰(polysulfone), PVDF(polyvinylidene fluoride), 폴리아미드 및 아크릴로니트릴 공중합체(co-polymers)와 같은 물질들로 만들어진 멤브레인들이 사용될 수 있다. 다른 멤브레인들은 ZrO2 및 TiO2와 같은 물질로 만들어 진 미네랄 멤브레인들 또는 세라믹 멤브레인들일 수 있다.
일반적으로, 상기 반투성 멤브레인으로의 사용을 위해 선택되는 물질은 상기 멤브레인이 종속되는 다양한 공정 조건들을 충족할 수 있어야 한다. 예를 들면, 상기 멤브레인은 높은 온도(예: 살균이나 다른 고온 공정들과 관련된 온도)를 견딜 수 있는 것이 바람직하다. 몇몇 실시예들에서, 정삼투 멤브레인 모듈은 섭씨 약 0도에서 섭씨 약 100도 범위의 온도에서 작동될 수 있다. 몇몇 비제한적인 실시예에서, 공정 온도는 섭씨 약 40도에서 섭씨 약 50도 범위에 있을 수 있다. 마찬가지로, 상기 멤브레인은 다양한 pH 조건들에서 온전성을 유지할 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 상기 멤브레인 환경에서, 유도 용액과 같은 하나 이상의 용액들은 다소간 산성 또는 염기성을 띨 수 있다. 몇몇 비제한적 실시예에서, 정삼투 멤브레인 모듈은 약 2 및 약 11 사이의 pH 수준에서 동작될 수 있다. 어떤 비제한적 실시예에서, 상기 pH 수준은 약 7에서 약 10일 수 있다. 상기 사용되는 멤브레인들은 이러한 물질들 중 하나로부터 만들어질 필요는 없고, 다양한 물질들의 합성물일 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 상기 멤브레인은 제1 표면 상의 활성 계층(active layer)과 제2 표면 상의 지지 계층(supporting layer)을 갖는 비대칭 멤브레인일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 능동 계층은 일반적으로 배제 계층(rejecting layer)일 수 있다. 예를 들어, 배제 계층은 몇몇 비제한적인 실시예에서, 염분의 통과를 방지할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 후원 계층(backing layer)과 같은 지지 계층은 일반적으로 비활성일 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 적어도 하나의 정삼투 멤브레인은 하우징 또는 케이스 내에 위치할 수 있다. 상기 하우징은 일반적으로, 그 내에 위치한 멤브레인들을 수용하기 위한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 하우징은 나선으로 감겨진 정삼투 멤브레인들을 수용하는 경우, 실질적으로 원통형일 수 있다. 상기 모듈의 하우징은 상기 모듈로부터 산물 스트림의 회수를 위한 배출구들과 더불어, 공급 용액 및 유도 용액을 상기 모듈들로 제공하는 주입구들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 하우징은, 상기 모듈에 도입되거나 상기 모듈로부터 회수되는 유체를 유지하고 저장하기 위한, 적어도 하나의 저장소 또는 챔버를 제공할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 상기 하우징은 절연될 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 유도 용질들은 재사용을 위해 복구될 수 있다. 용질들은 상기 용질들로부터 실질적으로 자유로운, 생산된 물을 생성하기 위하여, 상기 희석 유도 용액으로부터 박탈될 수 있다. 그 후, 기상(gaseous) 용질들은 농축된 유도 용액을 형성하기 위하여 응축되거나 흡수될 수 있다. 흡수기는 흡수제(absorbent)로서 희석 유도 용액을 사용할 수 있다. 다른 실시예에서, 생산된 물은 용질 재생 시스템으로부터 흡수된 가스 스트림 전부 또는 일부에 대해, 흡수제로서 사용될 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 상기 희석 유도 용액의 일부는 예를 들면 증류탑으로부터 유도 용질 가스들을 흡수하기 위하여 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 흡수제를 이용한 냉각 및 혼합은 여기서 설명되는 흡수탑(absorption column) 또는 멤브레인 모듈에서 발생될 수 있다. 흡수제로 동작하는 상기 희석 유도 용액(이후, 농축된 유도 용액이 됨)의 일부와 가스들을 혼합하는 것은, 용기(vessel) 내에서 발생될 수 있다. 상기 용기는 일반적으로, 상기 흡수제 및 상기 가스들 사이의 상호작용을 촉진하기에 충분히 큰 영역을 제공하기 위한 크기를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 충진탑(packed column)이 흡수기로서 사용될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 박탈 증류탑 및 흡수탑(absorbing column)은 함께 사용될 수 있다. 가열은 상기 증류탑에서 발생될 수 있는 반면, 상기 희석 유도 용액 흡수제를 이용한 냉각 및 접촉은 상기 흡수탑에서 발생될 수 있다. 일 실시예에서, 대략 25%의 희석 유도 용액 스트림은, 공급 스트림으로서 상기 박탈기에 인도되는 대략 75%의 잔존 희석 스트림과 함께, 흡수제 유체로서 기능하도록 흡수기에 인도될 수 있다. 이러한 두 가지 스트림들 간의 균형은, 상기 흡수기 및/또는 박탈기의 크기와, 상기 박탈기 내에 요구되는 열량과 상기 흡수기 또는 흡수기 내의 단계들 내에서(또는 그 이전이나 이후) 요구되는 냉각과 더불어, 상기 멤브레인 시스템으로 복귀하는 재농축된 유도 용액의 농축을 좌우할 것이다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 저비용을 가지며 및 대안적 용도를 갖지 않는 저온 열 소스들의 관점에서, 용질들을 박탈하기 위한 저온을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 상기 박탈의 온도가 낮을수록, 그 압력도 낮아지고 낮은 압력 응축 및 흡수는 더 느린 반응 속도를 갖는데, 이는 몇몇 경우들에 있어서는, 이산화탄소와 같은 꽤 까다로운 어떤 화합물의 흡수를 생성한다. 용질들이 박탈된 후에는 잔존 가스들을 흡수하기 위해 다양한 방법들이 사용될 수 있으며, 이것들의 일부(일반적으로 60-80%)는 단시간 프레임 내에 흡수를 지속하기에 낮은 경향성을 갖는 잔존 가스들에 의해 응축된다.
몇몇 실시예들에 있어서, 잔존 증기 스트림은 그 압력을 높이도록 압축될 수 있고, 따라서 상기 흡수 반응성을 증가시킨다. 압축기가 사용될 수 있다. 상기 두 개의 스트림들 사이의 중간 압력(intermediate pressure)에 대한 압력을 증가시키기 위하여, 스트림의 작은 부분이 증기와 혼합될 수 있는 다른 실시예에서는, 스트림 제트가 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 흡수 용액은 상기 용질 증기를 비말동반(entrain) 하고 압축하기 위하여 이덕터 제트 내로 가압되고 도입될 수 있다(도 16-18).
하나 이상의 실시예에서, 증기들의 직렬 유동 및 흡수제의 직렬 또는 병렬 유동을 갖는 흡수기는, 멤브레인 접촉기들, 충진탑들 또는 유사한 장비들을 사용하여, 다양한 구성으로 사용될 수 있다(도 16-18). 일 실시예에서, 증기의 직렬 유동은, 상기 흡수 기기 내에서 냉각 필요성이 발생되지 않도록, 냉각된 흡수제의 병렬 유동과 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 냉각은 상기 기기에서 발생된다. 질량 인터페이스 영역과 함께 열교환 영역은 단일의 기기 내에 존재할 수 있다. 흡수제는 농축된 유도 용액 스트림에 참가하도록 유도될 수 있는 혼합물을 형성하는 데에 사용될 수 있다. 흡수제들은 희석 유도 용액, 생산된 물, 암모니아가 부가된 물, 액체 암모니아, 및 상기 생산된 물에서 배출되거나 제거 또는 파괴되는 비휘발성 이산화탄소를 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 이산화탄소를 흡수하기 위하여 용액이 저온에서 흡수제로 사용되도록, 이산화탄소 흡수/제거 루프가 실행될 수 있다. 그 후, 상기 용액은 액체 형태로 가압될 수 있고, 고온으로 상기 이산화탄소를 제거하기 위해 가열될 수 있으며, 따라서 상기 이산화탄소가 응축기 내에서 또는 전술한 다른 방식으로 흡수되게 한다. 몇몇 실시예에서, 상기 흡수 용액은 물 내부의 암모니아를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 흡수 용액은 상기 이산화탄소와 혼합될 수 있는 비휘발성 용질을 포함할 수 있고, 그것을 해제하도록 유도될 수 있으며, 따라서 상기 용질은 상기 흡수 시스템 내에서 재생된다. 몇몇 실시예에서, 가열이 사용될 수 있다. 촉매들 및/또는 시약들이 몇몇 실시예에서 사용될 수 있다. 하나 이상의 공정 또는 응축기에서 촉매 또는 시약을 사용하는 것은 유도 용질 농도 또는 재흡수의 반응성(kinetics)을 증가시킬 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 희석 유도 용액은 박탈기(예: 도 7)로 유도될 수 있는데, 여기서 저온의 열은 상기 유도 용질들이 실질적으로 상기 용질들을 갖지 않는 생산된 물을 남기면서, 상기 유도 용질들이 증발되도록 유발한다. 열 교환기가 상기 증기들의 일부를 응축하기 위하여 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 약 70%의 증기들이 응축될 수 있다. 흡수기 시스템(예: 도 6)은 잔존 증기들의 일부가 희석 유도 용액 스트림 내로 흡수되도록 유도하기 위하여 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 제2 흡수기 시스템은 잔존 유도 용질 증기들을 흡수하기 위하여 농축된 암모니아 용액을 사용할 수 있다. 상기 응축기와 제1 및 제2 흡수기를 이탈하는 액체 스트림들은 전체로서 또는 농축된 유도 용액의 일부로서 혼합될 수 있다.
이상에서 인지된 바와 같이, 하나 이상의 실시예에 따른 분리 공정은 상기 제1 용기(12) 내에 포함된 제1 용액과 함께 시작된다. 상기 제1 용액은, 정화된 물 복구의 목적이나 바람직하지 않는 용질들의 제거나, 바람직한 용질들의 농축 및 복구를 위해 처리되는 수성 또는 비수성 용액일 수 있다. 염화 나트륨(NaCl)과 같은 화학적으로 침전 가능한 바람직한 용해성 염류가 바람직하지 않은 용질들 중에 포함된다. 제1 용액의 전형적인 예는, 해수, 브라인(brine) 및 다른 염류 용액들(saline solutions), 기수(brackish water), 미네랄 물, 산업 폐기된 물 및 높은 정화 응용들(식품 및 제약 산업들과 관련된 것들)과 관련된 산물 스트림들과 같은 수용성 용액들을 포함한다. 일반적으로, 상기 유도 용액과 호환 가능한 어떠한 종류의 용매, 예를 들어, 유도 용질들을 용해할 수 있는 용매가 사용될 수 있다. 고체 및 화학 폐기물, 생물학적 오염물을 제거하기 위하여, 아니면 삼투 분리 전에 멤브레인 오손(fouling)을 예방하기 위하여, 상기 제1 용액은 알려진 기술에 따라 여과되고 전처리될 수 있고, 그 후 화살표 10에 나타난 바와 같이, 상기 제1 챔버(9)에 제공된다.
또한, 제1 용액은 분리, 정화 또는 다른 처리가 필요한, 용매와 하나 이상의 용질들을 포함하는 어떠한 용액일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 용액은 해수, 염수, 기수, 중수(gray water) 및 몇몇 산업에 사용되는 물과 같은 마실 수 없는 물일 수 있다. 하류 용도를 위한 스트림과 같은 정화되거나 마실 수 있는 물을 생산하는 것이 바람직할 수 있다. 처리될 공정 스트림은 염류 및 다른 이온 화학종을 포함할 수 있다. 상기 다른 이온 화학종에는, 염화물, 황산염, 브롬화물, 규산염, 요오드화물, 인산염, 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 포타슘, 질산염, 비소, 리튬, 붕소, 스트론튬, 몰리브덴, 망간, 알루미늄, 카드뮴, 크롬, 코발트, 구리, 철, 납, 니켈, 셀레늄, 은 및 아연이 포함될 수 있다. 몇몇 예에서, 제1 용액은 염수나 해수, 폐기된 물 또는 다른 오수와 같은 브라인(brine)일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 제1 용액은 농축되거나 격리되거나 복구되는 것이 바람직한 대상 화학종(target species)과 같은 하나 이상의 용질들을 포함하는 공정 스트림일 수 있다. 이러한 스트림들은 제약 또는 식품 등급의 응용과 같은 산업 공정으로부터 생성될 수 있다. 대상 화학종은 의약품, 염류, 효소, 단백질, 촉매, 미생물, 유기 화합물, 무기 화합물, 화학 전구체, 화학 제품, 콜로이드, 음식물 또는 오염물을 포함할 수 있다. 상기 제1 용액은 산업 시설과 같은 상류 유닛 과정 또는 바다와 같은 다른 소스로부터, 정삼투 멤브레인 처리 시스템으로 전달될 수 있다.
상기 제1 용액과 마찬가지로, 상기 제2 용액은 수성 용액(즉, 용매가 물임)일 수 있다. 다른 실시예에서, 유기 용매들과 같은 비수성 용액들은 상기 제2 용액을 위하여 사용될 수 있다. 상기 제2 용액은 상기 제1 용액에 비해 용질의 더 높은 농도를 포함하는 유도 용액일 수 있다. 상기 유도 용액은 일반적으로 삼투압 구동 멤브레인 시스템 내에서 삼투압을 생성할 수 있다. 상기 삼투압은 담수화(desalination), 물 처리, 용질 농축, 전력 생산 및 다른 응용들을 포함하는 다양한 목적으로 사용될 수 있다. 매우 다양한 유도 용액이 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 유도 용액은 하나 이상의 제거 가능한 용질들을 포함할 수 있다. 적어도 몇몇 실시예에서, 열적으로 제거 가능한, 즉 열분해(thermolytic) 용질들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 유도 용액은 열분해 염용액(salt solution)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 미국 특허 7,560,029에 개시된 바와 같은, 암모니아 및 이산화탄소 유도 용액이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제2 용액은 암모니아 및 이산화탄소의 농축된 용액일 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 이산화탄소에 비한 암모니아의 비율은, 상기 시스템 내의 유도 용액의 가장 높은 농도에 기초하여, 상기 유도 용액 가스들이 상기 흡수 유체(즉, 전술한 바와 같은 희석 유도 용액의 일부)로 완전 흡수되는 것을 실질적으로 허용하여야 한다. 상기 유도 용액의 농도, 체적 및 유동율(flow rate)은 일반적으로, 상기 공급 용액의 농도, 체적 및 유동율과 매칭되어야 하며, 따라서 상기 두 개의 용액들 사이에서 원하는 삼투압의 차이가 상기 멤브레인 시스템 및 공급 물 복구의 범주를 통하여 유지되어야 한다. 이것은 하나 이상의 실시예에 따라, 상기 멤브레인 및 그 표면에서 내부 및 외부의 농도 분극(concentration polarization) 현상을 고려하여 계산되어야 한다. 비제한적인 담수화 실시예에서, 농축된 유도 용액 주입구의 유동율은 염류 공급 물의 약 33%로 사용될 수 있으며, 해수 담수화 시스템에 대해서는 25% 내지 75%의 범위로 사용될 수 있다. 저염도 공급은 상기 공급 물 유동의 약 5% 내지 25%의 유도 용액 주입구 유동율을 필요로 할 수 있다. 상기 희석 유도 용액 배출구의 유동율은 일반적으로, 상기 공급 물 주입구의 유동율의 약 50% 내지 100%가 될 수 있고, 브라인 방출의 체적의 3 내지 4배일 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 이산화탄소에 비한 암모니아의 비율은 일반적으로 상기 유도 용액의 농도와, 상기 유도 용질 제거 및 복구 공정에 사용되는 온도와 매칭되어야 한다. 상기 비율이 충분히 높지 않다면, 상기 농축된 용액 내에서의 재사용을 위해, 상기 유도 용질 가스들을 염분 내로 완전히 흡수하는 것은 가능하지 않을 것이다. 상기 비율이 너무 높다면, 상기 유도 용액 내의 암모니아가 과도하게 존재하게 되므로, 상기 공정을 구동하기 위한 폐열의 사용에 필요한 바람직한 온도 범위로 적절히 응축되지 못할 것이다. 예를 들면, 몇몇 실시예에서, 증류탑이 섭씨 약 50도로 가스들을 박탈할 수 있고, 흡수탑이 섭씨 약 20도로 작동할 수 있다. 이산화탄소에 비한 암모니아의 비율은, 암모니아가 상기 멤브레인을 통해 상기 공급 용액으로 통과하는 것을 방지하기 위하여도 고려되어야 한다. 상기 비율이 너무 높다면, 이온화되지 않은 암모니아가 필요하거나 바람직한 것보다 유도 용액(일반적으로 주로 암모니아) 내의 더 높은 농도로 존재하게 된다. 공급 물 종류, 희망하는 삼투압, 희망하는 플럭스, 멤브레인 종류 및 유도 용액 농도와 같은 다른 파라미터들은 선호하는 유도 용액 몰비(molar ratio)에 영향을 미칠 수 있다. 이산화탄소에 대한 암모니아의 비율은 삼투압 구동 멤브레인 공정에서 감시되고 제어될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 상기 유도 용액은 1대1 이상의 몰비로 암모니아 및 이산화탄소를 포함할 수 있다. 몇몇 비제한적 실시예에서, 섭씨 약 50도에서, 상기 용액 내의 이산화탄소의 몰농도(molarity)가 지정된 유도 용액의 몰농도를 갖는 유도 용액에 대한 비율은, 1몰까지의 유도 용액에 대해 적어도 약 1.1 내지 1일 수 있고, 1.5몰까지의 유도 용액에 대해 약 1.2 내지 1일 수 있으며, 3몰까지의 유도 용액에 대해 약 1.3 내지 1일 수 있으며, 4몰까지의 유도 용액에 대해 약 1.4 내지 1일 수 있으며, 4.5몰까지의 유도 용액에 대해 약 1.5 내지 1일 수 있으며, 5.5몰까지의 유도 용액에 대해 약 1.7 내지 1일 수 있으며, 8몰까지의 유도 용액에 대해 약 2.0 내지 1일 수 있고, 10몰까지의 유도 용액에 대해 약 2.2 내지 1일 수 있다. 이것들이 이러한 대략적 온도에서 이러한 농도의 용액의 안정적 용해도(solubility)를 위해 필요한 대략적인 최소한의 비율이라는 것을 실험들이 보여준다. 더 낮은 온도에서는, 이산화탄소에 비한 암모니아의 더 높은 비율이 동일한 농도에 대해 요구된다. 더 높은 온도에서는, 더 낮은 비율이 필요하지만, 상기 용액에 대한 다소간의 가압이, 상기 용질들이 가스들로 분해되는 것을 방지하기 위해 필요할 수도 있다. 1대1 보다 큰 비율은, 2몰보다 낮은 전체적 농도에서도, 적절한 열량 및/또는 압력 감소에 응답하여, 상기 용액의 안정성을 크게 향상시키고 이산화탄소 가스의 진전(evolution)(즉, 유도 용액의 일반적 열분해)을 방지할 수 있다. 상기 유도 용액은 일반적으로, 상기 공급 용액보다 더 큰 용질 농도를 갖는다. 이것은 상기 공급 용액보다 더 높은 농도를 갖는 용액을 생성하기에 충분한 용해도를 갖는 용질들을 사용하여 달성될 수 있다. 상기 유도 용액의 하나 이상의 특성들은 처리를 위해 분리 시스템에 공급되는 공정 스트림에 기초하여 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 공급 용액의 체적, 유동율 또는 용질 농도는 상기 유도 용액에 대해 선택되는 하나 이상의 파라미터에 영향을 미칠 수 있다. 상기 시스템과 관련된 방출 스트림들에 속하는 조건들은, 하나 이상의 동작 파라미터들에도 영향을 미친다. 다른 동작 파라미터들은 상기 정삼투 분리 시스템의 의도된 응용에 기초하여 변화될 수도 있다. 바람직하게는, 상기 제2 용액 내의 용질은 분리 공정을 통해 용액으로부터 쉽게 제거될 수 있어야 하는데, 상기 분리 공정은 상기 용액의 용매 내에 보다 잘 용해되는 적어도 하나의 화학종(species), 즉 가용성 화학종 내로, 그리고 상기 용매 내에서 잘 용해되지 않는 화학종, 즉 낮은 가용성의 화학종 내로 상기 용질을 분리한다. 그리고, 상기 결과적 용매 내에 미량이라도 잔존한다면, 상기 용질은 건강 위험을 야기하지 않아야 한다. 상기 용질들 중에서 가용성(soluble) 화학종 및 저가용성(low-soluble) 화학종의 존재는 상기 용액이 필요에 따라 조절되거나 조작되는 것을 허용한다. 일반적으로, 상기 가용성 용질 화학종들 및 저가용성 용질 화학종들은, 특정 조건 온도, 압력, pH 등 하에서, 어떠한 용질의 화학종들도 서로에 관하여 증가하거나 감소하지 않는, 즉 비용해성인 용질의 화학종들에 비한 용해성인 용질의 화학종들의 비율이 일정한, 용해 지점에 도달한다. 이것은 평형이라고 불린다. 상기 용액의 특정 조건이 주어지면, 용질의 화학종은 평형 상태에서 1대1로 존재할 필요는 없다. 여기서 시약이라고 명명되는 상기 추가적인 화학물을 통해, 상기 용질들의 화학종 간의 균형은 이동될 수 있다. 제1 시약을 사용하여, 상기 용액의 평형은 용질 내의 가용성 화학종의 양을 증가시키도록 이동될 수 있다. 마찬가지로, 제2 시약을 사용하여, 상기 용액의 평형은 상기 저가용성 용질 화학종의 양을 증가시키도록 이동될 수 있다. 상기 시약들의 추가 이후에, 용질 내의 화학종의 비율은 상기 용액의 조건에 의해 선호되는 새로운 수준에서 안정화될 수 있다. 상기 평형을 상기 용질의 가용성에 유리하게 조작함에 의하여, 포화 근처의 농도, 즉 용액의 용매가 상기 용질을 더 이상 용해할 수 없는 상태를 갖는 제2 용액이 얻어질 수 있다.
상기 제2 유도 용액에 대해 선호되는 용질들은, 암모니아 및 이산화탄소 가스, 그 부산물, 탄산암모늄, 탄화수소 암모늄, 카르밤산 암모늄일 수 있다. 암모니아 및 이산화탄소는, 약 1인 몰비로 수중에서 용해될 때, 주로 탄화수소 암모늄으로 구성되고, 관련된 산물 중 적은 양의 탄산암모늄 및 카르밤산 암모늄으로 구성되는 용액을 형성한다. 이러한 용액의 평형은 상기 용질의 가용성 화학종인 카르밤산 암모늄과 적은 양의 탄산암모늄에 대해, 상기 저가용성 용질의 화학종인 탄화수소 암모늄에 유리한 방향으로 작용한다(favor). 이산화탄소에 비한 암모니아의 몰비가 1보다 크도록, 과잉 암모니아와 더불어 주로 탄화수소 암모늄으로 구성되는 용액을 완충하는 것(buffering)은 상기 용액의 평형을 상기 용질의 보다 가용성이 높은 화학종인 카르밤산 암모늄을 향해 이동시킬 수 있다. 상기 암모니아는 수중에서 보다 가용성이 높고, 상기 용액에 의해 우선적으로 흡수된다. 카르밤산 암모늄은 상기 제2 용액의 용매에 의해 보다 용이하게 흡수되기 때문에, 그 농도는 상기 용매가 상기 용질을 더 이상 흡수할 수 없는 지점, 즉 포화 지점을 향해 증가될 수 있다. 몇몇 비제한적 실시예에서, 이러한 조작에 의해 달성되는 이러한 제2 용액 내의 용질들의 농도는 약 2몰랄(molal)보다 훨씬 크거나, 약 6몰랄보다 크거나, 약 6몰랄 내지 12몰랄의 범위에 있다.
암모니아는 상기 용질인 카르밤산 암모늄이 분해될 때, 결과적으로 얻어지는 화학 요소들(구성 요소(constituent element)라고 불림) 중 하나이므로, 암모니아는 카르밤산 암모늄에 대한 바람직한 제1 시약이 될 수 있다. 상기 용매가 제거되고, 바람직한 실시예에 있어서, 상기 구성요소가 상기 제1 시약으로서 재생될 수 있을 때, 어떠한 과잉 시약도 상기 용액으로부터 쉽게 제거될 수 있기 때문에, 일반적으로, 상기 용매에 대한 시약은 상기 용질의 구성 요소가 되는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 시약이 상기 용액으로부터 쉽게 제거되고, 상기 시약의 미량 요소들이 상기 최종 용매 내에 존재하더라도 상기 시약이 아무런 건강 위험을 야기하지 않는 한, 용액 내의 용질의 평형을 조작할 수 있는 다른 시약들이 고려될 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 유도 용액은 일반적으로 삼투압을 생성하여야 하고, 재생성(regeneration) 및 재생(recycle)을 위해 제거 가능하여야 한다. 몇몇 실시예에서, 유도 용질이 촉매를 이용하여 수용액으로부터 침전될 수 있는 가스 또는 고체로 변경되는 촉매 상변화(catalyzed phase change)를 겪는 능력에 의해 특징 지워질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 메커니즘은 가열, 냉각, 반응물(reactant)의 추가 또는 전기장 내지 자기장의 도입과 같은 몇몇 다른 수단들과 결합될 수 있다. 다른 실시예들에서, 그 농도를 감소시키고 상기 멤브레인에 의한 그 배제 특성(rejection characteristics)을 변경하거나, 다른 방식으로 제거를 용이하게 하기 위하여, 화학물질이 유도 용질과 가역적으로 또는 비가역적으로 반응하도록 유도될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 전기장의 도입은 상변화, 이온화 정도의 변화, 또는 상기 용질이 제거되기 쉽도록 만드는 다른 전기적으로 유도된 변화들과 같은, 상기 유도 용질 내의 변화를 유발할 수 있다. 몇몇 실시예에서, pH 수준을 조절하거나, 용질의 이온 속성을 조절하거나, 용질의 물리적 크기를 수정하거나, 상기 유도 용질이 이전에 배제되었던 멤브레인을 쉽게 통과할 수 있도록 유발하는 다른 변경을 촉진하는 등에 의해, 용질 통과 및/또는 배제가 조작될 수 있다. 예를 들면, 이온 화학종은 비이온화될 수 있고, 큰 화학종은 상대적으로 작게 만들어질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전기 투석(electrodialysis, ED), 냉각, 진공화 또는 가압과 같이, 열을 사용하지 않는 분리 기술이 구현될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 전기적 기울기는 하나 이상의 알려진 분리 기술들에 따라 구현될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, ED와 같은 어떤 분리 기술들은, 더 낮은 전기적 요구조건과 갖도록 분리하기 위해, 화학종들을 제거하는 데에 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 유기 화학종의 용해도는 온도, 압력, pH 또는 상기 용액의 다른 특성을 변경하는 등과 같이 조작될 수 있다. 적어도 몇몇 실시예에서, 예컨대 암모늄염을 포함하는 유도 용질들을 재생하기 위하여, 나트륨 재충전(recharge) 이온 교환 기술 또는 산 및 염기 재충전 이온 교환과 같은 이온 교환 분리가 구현될 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 개시된 유도 용액들은 어떠한 삼투압 구동 멤브레인 공정, 예를 들면, 항압 삼투, 정삼투, 또는 압력 도움 정삼투(pressure assisted forward osmosis)를 포함하는 응용들에 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 개시된 유도 용액들은, 본 발명에 참조로서 병합되는 PCT 공개 W02008/060435에 설명된 바와 같은, 삼투 열 엔진(osmotic heat engine)에 사용될 수 있다. 삼투 열 엔진은, 삼투압을 전기적 전력으로 변환하기 위해, 반투성 멤브레인을 사용하여 열 에너지를 기계적 일로 변환할 수 있다. 농축된 암모니아-이산화탄소 유도 용액은 유압 기울기에 대항하여, 반투성 멤브레인을 통해 물의 플럭스를 생성하는 높은 삼투압을 생성할 수 있다. 터빈 내에서 상기 증가된 유도 용액 체적의 감압은 전기적 전력을 생성할 수 있다. 희석 유도 용액(diluted draw solution)을 재농축된 유도 용액 및 탈이온화된 물 작동 유체(deionized water working fluid)(양자는 상기 삼투 열 엔진에서 재사용됨)로 분리함을 통해, 상기 공정은 정상 상태(steady state)로 유지될 수 있다. 삼투압 열 엔진 내에서 개시된 유도 용액을 사용하는 것을 포함하는 몇몇 실시예에서, 상기 유도 물질을 침전시킴에 의해 효율이 향상될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 개시된 유도 용액은, 삼투압 기울기 내지 두 개의 용액들 간의 차이를 포함하는 염분 기울기의 사용은 전력의 생성을 가능하게 하면서, 농축된 용액 내에 유압(hydraulic pressure)을 생성하는 데에 사용될 수 있다. 본 발명에 참조로서 병합되는 PCT 공개 W02007/1146094에 설명된 다단식 증류탑과 같은 증류탑들을 포함하는 하나 이상의 실시예에 따르면, 희석 유도 용액은 각각의 단계에서 열전달을 위해 열교환기 또는 흡수기 내의 흡수 유체로서 사용될 수 있다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 개시된 유도 용액들은 다양한 직접 삼투 농축(DOC) 응용들에서 사용될 수도 있다.
도 2-3을 다시 참조하면, 하나 이상의 실시예에서, 상기 삼투압 구동 멤브레인 공정은 상기 제1 용액 및 상기 제2 용액을 상기 반투성 멤브레인(12)의 제1 및 제2 측면과 각각 접촉하게 함에 의하여 시작될 수 있다. 상기 제1 및 제2 용액은 정체된 채로 남아 있을 수 있지만, 제1 및 제2 용액들은 직교류(cross flow), 즉, 반투성 멤브레인(12)의 표면과 평행한 유동에 의해 도입된다. 이것은, 주어진 양의 용액들이 접촉하게 되는 상기 반투성 멤브레인(12)의 표면 영역의 양을 증가시키고 이에 따라 상기 정삼투의 효율을 증가시킨다. 상기 제2 챔버(11) 내의 제2 용액이 제1 챔버(9) 내의 제1 용액보다 높은 용질 농도를 가지므로, 상기 제1 용액 내의 용매는 정삼투에 의해 상기 제2 용액으로 확산된다. 몇몇 실시예에서, 상기 두 개의 용액들 간의 농도 차이는, 상기 제1 용액에 대한 압력의 추가 없이, 상기 용매가 상기 반투성 멤브레인(12)을 통과할 정도로 크다. 전체적으로, 이러한 공정은 상기 제1 용액 내에 포함된 용매의 약 50% 내지 99.9%의 제거로 귀결될 수 있다. 상기 분리 공정 동안, 상기 제1 용액은 용매를 잃으면서 보다 농축되고, 상기 제2 용액은 용매를 획득하면서 더욱 희석된다. 이러한 발생에도 불구하고, 상기 두 개의 용액들 간의 농도 기울기는 여전히 중요하다. 상기 멤브레인의 제1 측면 상의 고갈된 용액과, 상기 멤브레인의 제2 측면 상의 희석된 용액은, 하나 이상의 희망하는 산물의 복구를 위해 각각 추가적으로 처리될 수 있다. 예를 들면, 상기 멤브레인의 제1 측면 상의 고갈된 용액은 농도 및 복구가 필요한 대상 화학종인 용질들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 멤브레인의 제1 측면 상의 고갈된 용약은 폐기물로 버려질 수 있다. 마찬가지로, 상기 멤브레인의 제2 측면 상의 희석된 용액은 희망하는 산물이 될 수 있는 용매에서 농후화될 수 있다.
상기 방출물(18), 즉 상기 농축된 제1 용액은, 더 큰 농도의 용질들을 갖는다. 따라서, 상기 과잉 용질들은, 상기 제1 용액을 그 소스로 반환하기 전에 또는 상기 현재 방법을 통해 상기 제1 용액을 재순환 시키기 전에, 상기 농축된 제1 용액으로부터 제거될 수 있다. 이것은, 예를 들면, 상기 농축된 제1 용액을 태양 증발기(solar evaporator)와 접촉하게 함에 의해 또는, 단순 스크린 여과(simple screen filtration)의 메커니즘, 액체 사이클론(hydrocyclone), 침전 질량(precipitation mass) 또는 용질을 침전시키기 위한 다른 핵생성(nucleation) 포인트에 의해 수행될 수 있다. 이러한 침전된 용질은 소비자 또는 산업적 목적에 적합하도록 추가적으로 처리될 수 있다.
정삼투에 의해 상기 제1 용액의 용매를 제1 용액으로 추출함에 의해, 용매가 농후한 제2 용액을 형성한 후, 상기 용매를 격리시키기 위하여 상기 용매가 농후한 제2 용액으로부터 상기 용질들을 제거하는 것이 바람직할 수 있다. 몇몇 비제한적 실시예에서 이것은, 상기 용액들 밖으로 용질들을 침전시키고, 상기 용질들을 용액 밖으로 증발되는 그 성분 가스들 내로 분해하고, 상기 용액의 밖으로 용매를 증류하거나 상기 흡수된 용질들을 표면 상에 흡수함에 의해, 달성될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 상기 용질들의 일부를 침전에 의해 제거하는 것은, 상기 잔존 용질들을 분해하기 위한, 상기 용액을 가열하는 데에 필요한 에너지량을 감소시키므로, 분해는 결국 상기 용질들의 완전한 제거로 귀결된다. 잠재적 침전 및 분해 단계들은 각각 제3 및 제4 챔버(13, 15)를 참조하여 설명된다.
제2 챔버(11) 내의 용매가 농후한 제2 용액은, 화살표 D로 도시된 바와 같이 제3 챔버(13) 내로 회수될 수 있다. 상기 용매가 농후한 제2 용액은 그 후, 침전에 의해 상기 용매가 농후한 용액으로부터 상기 용질들의 일부가 제거하도록 처리된다. 제2 시약은, 상기 저가용성 용질 화학종에 유리하게, 상기 가용성 및 저가용성 용질 화학종의 평형을 조절하기 위하여 도입될 수 있다. 상기 제1 시약과 함께, 상기 용매가 농후한 제2 용액로부터 쉽게 제거되고 건강 위험을 야기하지 않는 한, 상기 평형을 조절할 수 있는 어떠한 화학물질도 적합하다. 바람직하게는, 상기 시약은 상기 용질의 구성 요소이고, 바람직한 용질로 카르밤산 암모늄이 사용되는 경우에는 이산화탄소 가스이다. 비제한적인 실시예에서, 상기 용매가 농후한 제2 용액이 이산화탄소와 함께 확산될 때, 용액 내에서 이산화탄소에 비한 암모니아의 비율은 1 및 1.5 사이 정도로 감소될 수 있고, 상기 용매가 농후한 제2 용액 내의 평형은 상기 용질의 저가용성 화학종인, 탄화수소 암모늄을 향해 역으로 이동한다. 그 후, 상기 용질의 저가용성 화학종은 용액 밖으로 침전될 수 있다. 상기 탄화수소 암모늄의 침전은 상기 용매가 농후한 제2 용액 내에서 용질들의 용도의 실질적인 감소로(약 2 내지 3 몰로) 귀결될 수 있다. 바람직하게는, 상기 용질의 침전을 돕기 위해, 상기 제3 챔버(13) 내의 상기 용매가 농후한 제2 용액의 온도는 섭씨 약 18도 내지 25도로, 바람직하게는 섭씨 약 20도 내지 25도로 저하된다. 상기 침전된 용질은 그 후, 상기 용액으로부터 여과된다.
몇몇 실시예에서, 상기 침전된 용질은 상기 제3 챔버(13) 내에서 여과될 수 있다. 그러나, 도 3에 도시된 실시예와 같이, 상기 용액은 화살표 I에 나타난 바와 같이, 여과 챔버(filtration chamber, 17)로 인도된다. 액체 사이클론, 침전 탱크(sedimentation tank), 탑 여과(column filtration), 단순 스크린 여과(simple screen filtration)와 같은 잘 알려진 방법들을 사용하여, 상기 침전된 용질은 상기 용매가 농후한 용액으로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 상기 침전물은 상기 잔존 용액이 사이펀으로 추출될(siphoned off) 수 있는 시간에, 중력에 의해 용액으로부터 가라앉도록 허용될 수 있다. 상기 잔존하는, 용매가 농후한 제2 용액은 화살표 F에 의해 도시되는 바와 같이, 상기 여과 챔버(17)로부터 제1 챔버(15)로 전달될 수 있다. 여기서, 상기 용질들을 그 성분 가스들로 분해하기 위해, 상기 용매가 농후한 제2 용액이 가열된다. 일 실시예에서, 이러한 성분 가스들은 암모니아 및 이산화탄소일 수 있다. 상기 분리 공정을 위한 에너지는 상기 용액의 온도를 상기 카르밤산 암모늄 용질의 완전한 제거로 귀결되는 온도로 올리는 데에 필요한 열이다. 상기 공정들 내에서 재생되는 용질들의 증발 및 용해의 엔탈피의 열전달에 있어 비효율성을 보상하기 위해서도 추가적인 가열이 필요하다. 특히, 가열은 상기 용매가 농후한 제2 용액 내의 잔존 용질들이 그 성분 가스들로 분해되어 상기 용액을 이탈하도록 유발한다. 몇몇 실시예에서, 효율을 향상시키고 상기 분해 가스들이 용액 밖으로 증발되는 온도를 낮추기 위해 상기 용매가 농후한 제2 용액이 가열되는 동안, 진공 또는 공기 유동은 상기 용매가 농후한 제2 용액에 걸쳐 유지될 수 있다. 상기 공기 유동을 제4 챔버에 걸쳐 생성함에 의해, 일반적으로 사용되는 것보다 낮은 온도에서 상기 용질들 모두를 제거하는 것이 가능할 수 있다. 이러한 분해는, 최종 사용을 위해 추가로 처리될 수 있는, 마실 수 있는 물과 같은 용매 산물로 귀결될 수 있다. 일반적으로, 마실 수 있는 물은 pH가 약 7 정도되어야 하고, 상기 물을 그 의도된 목적에 적합하게 만들기 위해서는 추가적인 pH 조절 및 바람직한 성분들(염분 및/또는 잔류 살균제(disinfectants))의 추가가 필요할 수 있다.
상기 용매가 농후한 제2 용액은 외부의 열 소스들(19)과, 상기 가스들 및 용질들의 발열성 투입(화살표 J 및 K)으로부터 열 교환기(38)를 통과하여 펌핑되는 열의 조합을 사용하여 가열될 수 있다. 상기 외부의 열 소스(19)는 태양 및 지열 에너지를 포함하는 열적 소스에 의해 제공될 수 있다. 상기 소스들은 증류와 유사할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 소스들은 전력 생성 또는 산업 공정들로부터 폐열을 사용하는, 열병합 환경으로부터 주로 얻어질 수 있다. 또한, 상기 공정 효율은 담수화 방법에서 이전 단계들 동안 방출된 열을 포착하기 위한 열 교환기(38)를 사용함에 의하여 유지될 수 있다. 도 3에서 화살표 J 및 K에 의해 도시된 바와 같이, 상기 제2 및 제3 챔버들(11, 13) 내의 화학 반응으로부터 방출되는 열은 열 교환기(38)로 펌핑될 수 있고, 그 후 상기 열교환기(38)는 상기 용매가 농후한 제2 용액을 가열하는 것을 돕기 위하여, 화살표 L에 의해 도시된 바와 같이, 이 열을 제4 챔버(15)로 펌핑한다. 대안적인 실시예에서, 상기 용매가 농후한 제2 용액이 가열되는 챔버(15)의 외부에서 상기 성분 가스들이 배출되어 응축되도록 허용함에 의해 추가적인 열이 생성될 수 있다. 따라서, 이러한 발열 반응으로부터 온 에너지는 상기 제4 챔버(15)로 전달된다. 일 실시예에서 카르밤삼 암모늄인 상기 응축물은 그 후, 상기 제2 챔버(11) 내의 제2 용액으로 재생될 수 있다.
환경적 영향과 정삼투 분리 방법의 비용을 제한하기 위하여, 상기 제2 용액으로부터 제거된 상기 용질들 및 용질 성분들을 재생하는 것이 또한 바람직하다. 여과 챔버로부터 버려진 상기 침전된 용질은, 상기 제2 챔버(11)로 재생될 수 있다. 여과 챔버로부터 버려지는 침전된 용질은 상기 제2 챔버(11)로 재생될 수 있다. 여기서, 화살표 E로 도시된 바와 같이, 그것은 상기 제2 용액 내에서 용해되고 따라서 상기 제2 용액의 높은 농도를 유지할 수 있다. 추가적으로, 상기 제4 챔버(15) 내의 상기 용매가 농후한 제2 용액으로부터 제거된 성분 가스들은 화살표 H 및 M에 의해 각각 도시된 바와 같이, 그것들이 시약으로 작용하는 상기 제2 또는 제3 챔버(11, 13)으로 되돌려 재생될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 용질은 그 성분 가스들, 즉 암모니아와 이산화탄소로 분해되는 카르밤산 암모늄이다. 그 후, 이러한 가스들은 화살표 H로 도시된 바와 같이, 상기 제2 챔버(11)로 재생된다. 상기 암모니아는 상기 이산화탄소보다 가용성이 높으므로, 상기 암모니아는 상기 제2 용액에 의해 바람직하게 흡수되고, 카르밤산 암모니아에 유리하도록 상기 용질 화학종의 평형을 조절함에 의해 시약으로서 작용한다. 상기 잔존 이산화탄소는 화살표 M에 의해 도시된 바와 같이, 상기 제2 챔버(11)로부터 회수되고, 상기 제3 챔버(13)로 전달된다. 여기서, 그것은 시약으로서 작용하고 탄화수소 암모늄에 유리하도록 상기 제2 용액의 평형을 변경한다. 몇몇 실시예는 상기 용질들의 분해로부터 유도되는 성분 가스들을 재생하는 것을 고려하므로, 본 공정의 효율을 유지하기 위해 충분한 가스가 재생되는 것을 보장하기 위해 상기 용질들의 최적의 양보다 적게 침전되는 것이 바람직할 수 있다. 일반적으로, 침전에 의해 용액으로부터 상기 용질들의 대략 절반을 제거하는 것은, 상기 성분 가스들의 충분한 양이 본 공정을 유지하기 위하여 생성될 것을 보장하여야 한다. 상기 공정 전체에서 용매로부터 상기 용질들을 더 잘 격리하기 위해, 여기에 설명된 공정은 연속적으로 또는 일괄적으로 수행될 수 있다.
본 방법을 수행하는 장치의 비제한적인 실시예가 도 4에 도시된다. 상기 장치는 주입구(21) 및 배출구(23)를 갖는 제2 챔버(9)를 갖는다. 상기 제1 챔버(9)에 대한 주입구(21)는, 전처리를 거친 용액, 상류 과정으로부터 도입되거나 상기 제1 용액에 대한 천연 소스(예: 바다, 호수, 하천 또는 물 및 물길의 다른 표현들)에 도입되는 용액을 위한 보유 탱크와 같은, 상기 제1 용액에 대한 소스와 연결된다. 상기 제1 용액을 그 소스 및/또는 미립자(particulates)를 제거하기 위한 스크린 또는 필터로부터 뽑아내기 위해(siphon), 상기 제1 챔버(9)에 대한 주입구(21)는 펌프를 포함할 수 있다. 상기 제1 용액의 온도를 조절하기 위해 그것은 또한 선택적으로 가열 또는 냉각 기기들을 포함할 수 있다. 유사하게, 상기 제1 용액을 상기 제1 챔버(9)로부터 추출하기 위하여, 상기 제1 챔버(9)에 대한 배출구는 펌프를 포함할 수 있다. 비록 바람직하게는, 상기 제1 용액은 상기 제1 용액의 소스로 복귀하기 전에, 침전 기기 내로 또는 이를 가로질러 펌핑될 것이지만, 상기 배출구(23)는 상기 제1 용액을 직접 상기 제1 용액에 대한 소스로 재순환시키는 데에 사용될 수 있다. 이러한 침전 기기는 태양 증발 베드(solar evaporation bed), 단순 스크린 여과의 메커니즘, 액체 사이클론 또는 침전 질량이나 다른 핵생성 포인트 과정(nucleation point operation) 또는 당업자에게 알려진 다른 종류들을 포함할 수 있다. 상기 제1 챔버(9)는 반투성 멤브레인(12)에 의해 제2 챔버(11)로부터 분리된다.
상기 제2 챔버(11)는 주입구(25)와 제1 및 제2 배출구들(27, 29)을 갖는다. 상기 주입구(25)는 상기 제2 용액을 위한 소스를 제공하고, 가열 기기와 더불어 펌프를 포함할 수 있다. 상기 제2 챔버(11)에 대한 제1 배출구는 제3 챔버(13)와 연결되고, 상기 용매가 농후한 제2 용액을 상기 제3 챔버(13)로 전달하기 위한 도관을 제공한다. 상기 제2 챔버(11)에 대한 이러한 제1 배출구(27)는 상기 제2 챔버(11)로부터 상기 물이 농후한 제2 용액을 회수하기 위한 펌프를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 제2 챔버(11)에 대한 제1 배출구(27)는 전술한 바와 같이, 상기 용매가 농후한 제2 용액을 냉각하기 위한 냉각 기기를 포함할 수 있다. 상기 제2 챔버(11)에 대한 제2 배출구(29)는, 제4 챔버(15)로부터 온 가스가 주입구(25)를 통해 상기 제2 용액으로 도입될 때 잔존하는 어떠한 가스를 위한 도관을 제공한다. 암모니아는 이러한 용액에 우선적으로 흡수되어 제3 챔버(13)로 전달될 것으로 예상되므로, 상기 가스는 일 실시예에서, 주로 이산화탄소 가스일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 제3 챔버(13)는 상기 용질의 일부가 상기 용매가 농후한 제2 용액의 밖으로 침전되는 곳이다. 상기 제3 챔버(13)는 배출구들(27, 29)과의 연결을 위한 주입구들에 더하여, 상기 용매가 농후한 제2 용액으로부터 상기 침전물을 분리하기 위한 여과 기기(17)와 연결되는 배출구(31)를 가진다. 상기 여과 기기(17)는 전술한 종류들 중 하나이고 일 실시예에서 침전 탱크(sedimentation tank)이다. 상기 여과 기기(17)는 두 개의 배출구들(33, 35)을 갖는다. 상기 제1 배출구(33)는 상기 침전된 용질을 배치하거나 그것을 상기 제2 챔버 주입구(25)를 통해 상기 제2 챔버(11)로 반환하기 위하여 사용될 수 있고, 상기 제2 배출구(35)는 상기 잔존하는, 용매가 농후한 제2 용액을 상기 제4 챔버(15)로 전달하는 데에 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 상기 여과 기기(17)는 상기 제3 챔버(13)로 통합될 수 있다. 이 경우, 상기 제3 챔버(13)는 추가적인 배출구들을 갖는데, 하나의 배출구는 잔존하는 용매가 농후한 제2 용액을 제4 챔버(15)로 전달하기 위한 것이고, 다른 배출구는 상기 침전된 용질을 처리하기 위한 것이다. 다른 실시예에서, 상기 다른 배출구는 상기 제2 챔버 주입구(25)를 통해 상기 침전된 용질을 상기 제2 챔버로 반환하기 위한 것이다.
상기 제4 챔버(15)는 상기 잔존하는 용매가 농후한 제2 용액을 가열하기 위한 가열 기기를 포함할 수 있다. 상기 제4 챔버(15)는 또한, 제1 배출구(37)를 포함하는데, 상기 제1 배출구(37)는 진공, 팬(fan) 또는 상기 성분 가스들을 분출하는 공기 유동을 생성하기 위한 다른 기기를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제4 챔버(15)에 대한 제1 배출구는 상기 성분 가스들을 상기 제2 용질로서 재생하기 위하여, 상기 제2 챔버(11)에 대한 상기 주입구(25)와 연결된다. 상기 제2 배출구(39)는 마실수 있거나 정화된 물과 같은 최종 용매 산물을 회수하기 위한 도관으로서 동작한다.
상기 용액들의 무게를 지탱하고 상기 용액 내의 어떠한 용질들과도 반응성을 갖지 않기만 한다면, 어떠한 물질이라도 다양한 보유 및/또는 저장 기기들(챔버들, 용기들, 리셉터클들), 도관들, 파이프들 및 관련 장비들을 구성하는 데에 사용될 수 있다. 전형적인 물질들은, 스테인리스 강, 플라스틱, 폴리염화비닐(PVC), 유리 섬유 등과 같은 비부식성, 비반응성 물질들이다. 상기 용기들은 어떠한 적합한 구성을 취할 수 있지만, 일반적으로 원통형 탱크들, 컨투어(contoured) 탱크들 또는 맞춤(fitted) 탱크들 등이다. 상기 리셉터클들은 일반적으로 물 타워들, 원통형 탱크들, 컨투어 탱크들 또는 맞춤 탱크들 등이다. 전술한 바와 같이, 상기 챔버들은 분리된 유닛들로 도시된다는 것을 주지하는 것이 중요하지만, 본 발명은 그러한 구성에 한정되지 않으며, 적합하다면 어떠한 수의 챔버들도 단일의 용기 내에 포함되고, 예를 들어, 상기 반투성 멤브레인(12)에 의해 분리된 두 개의 챔버들 내에서 분할될 수 있다.
상기 가열 및 냉각 기기들은 전기적 히터, 냉장 유닛, 태양광 수집기와, 당업계에 잘 알려진 스트림 응축기들, 순환기들 등과 같은 열 교환기일 수 있지만, 바람직하게는 열 교환기이다. 상기 가열 및 냉각 기기들은, 전력 요구조건들을 가질 수 있는 공정 내에서 사용되는 어떠한 다른 장비와 함께, 예컨대, 폐기물 스트림, 태양 에너지, 바람 또는 지열 에너지 및 통상의 소스들을 포함하는 일반적으로 사용되는 다양한 소스들로부터 에너지를 얻을 수 있다.
도 5를 참조하면, 하나 이상의 실시예에 따른 농축 공정이 개시된다. 제1 용액(14)은 정삼투 멤브레인(12)의 하나의 측면에 노출된다. 제1 용액(14)이 처리되어야 하는 폐기물 스트림을 포함하는 실시예에서, 제1 용액(14)은 일반적으로 수성(aqueous)이며, 염분, 단백질, 촉매, 미생물, 유기물 또는 무기물, 화학 전구체 또는 제품, 콜리이드 또는 다른 성분들과 같은 화학종의 용액을 포함한다. 상기 제1 용액(14)이, 농축되고 복구되어야 하는 원하는 대상 화학종(target species)을 포함하는 실시예에서, 상기 제1 용액은 의약품, 염분, 효소, 단백질, 촉매, 미생물, 유기 화합물, 무기 화합물, 화학 전구체, 화학 제품, 콜로이드, 음식물 또는 오염물을 포함할 수 있다. 상기 제1 용액(14)을 상기 멤브레인(12)의 일 측면에 노출하는 것은, 많은 구성들에 의해 달성될 수 있는데, 그 중 2개는, 상기 용액 내에 상기 멤브레인(12)을 담그는 것 또는 상기 용액이 상기 멤브레인(12)을 지나도록 인도하는 것이다. 이러한 용액은 용기 또는 인도 수단(direction means )에 연속적으로, 일괄적으로, 한번 또는 여러 번 도입될 수 있다. 상기 제1 용액(14)의 이러한 입력 스트림은 도면에는 도시되지 않는다.
예를 들면, 상기 제1 용액(14)보다 높은 삼투압을 생성할 수 있는, 물, 암모니아 및 이산화탄소를 포함하는 화학종을 포함하는 제2 용액(16)은, 상기 제1 용액(14)에 노출되는 반대 쪽 멤브레인의 일 측면에 노출된다. 이러한 노출은 많은 기술들에 의해 달성될 수 있지만, 제2 용액 내에 멤브레인(12)을 담그는 것(상기 제2 용액에 대해 담금이 사용된다면 필요 없지만) 또는 상기 제2 용액을 상기 멤브레인 표면을 지나도록 유도하는 것을 포함할 수 있다.
염분, 차지된 및/또는 큰 분자들, 미생물들 및 미립 물질과 같은, 제1 용액(14)의 전부 또는 일부의 화학종들에 대해 침투성이 없지만, 물과 같은 용매의 통과를 허용하는 상기 멤브레인(12)은, 상기 제1 내지 제2 용액으로부터 상기 멤브레인을 통해 물의 플럭스를 유도하기 위하여, 상기 제1 및 제2 용액 사이에 삼투압의 차이를 부여한다. 이러한 플럭스는, 상당히, 부분적으로 또는 전체적으로, 상기 제2 용액(16)을 희석하거나 상기 제1 용액(14)을 농축하지 않도록 허용될 수 있다. 상기 제1 용액의 대상 화학종은 또한 상기 멤브레인 종류 및/또는 상기 공정 용도의 의도에 의존하여, 상기 멤브레인(12)을 통과할 것으로 예상될 수 있다.
용매가 농후한 제2 용액의 일부는, 스트림(20)으로서 증류탑, 멤브레인 증류 과정 또는 투석증발(pervaporation) 과정과 같은 유도 용질 분리 과정(22)으로 인도된다. 이것은, 상기 유도 용질 분리 과정(22)에 열을 부가함에 의하여, 및/또는 상기 가스들 및/또는 상기 유도 용질 분리 과정에 의해 생성되는 가스들에 압력 차이를 적용함에 의하여, 상기 용매가 농후한 제2 용액 내의 용질들, 예컨대, 암모니아 염의 화학종을 포함하는 암모니아 및 이산화탄소 용질들이 제거될 수 있도록 한다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 투석증발과 같은 멤브레인 분리 방법은, 상기 분리 과정의 효율을 증가시킬 수 있는 수증기의 유동에 대한 상당한 제약을 갖는 상기 희석 유도 용액으로부터, 유도 용액 가스들의 분리를 허용할 수 있다. 투석증발 물질은 폴리우레탄이나 천연 고무와 같은 천연 또는 합성 폴리머, 또는 수증기에 비한 암모니아 및 이산화탄소에 대해 수동 또는 능동 선택적 멤브레인들로 동작하는 부유 액체 멤브레인들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 투석증발 또는 유사한 멤브레인 분리 방법은 증류탑을 대신하여 또는 증류탑과 함께 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 흡수탑이 구현될 수도 있다. 다른 실시예에서, 스트림의 가스들(26)은 상기 유도 용액 내로 완전히 또는 거의 완전히 재흡수될 수 있는 온도를 상승시키도록 압축된다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 흡수기는 유도 용질들의 재흡수 이전에 또는 상기 재흡수 동안 냉각과 함께 사용될 수 있다. 적어도 몇몇 실시예에서, 상기 희석 유도 스트림의 일부는 흡수제 유동으로서, 상기 흡수기로 우회될 수 있다.
상기 유도 용질 분리 과정은 용매 스트림과, 스트림(20)의 화학종의 농도가 일부 또는 실질적으로 또는 완전히 감소되는 지정 스트림(designated stream, 32)과, 가스 스트림과, 스트림(20)으로부터 제거된 화학종을 포함하는 지정 스트림(26)을 생성한다. 스트림(26)은 상기 제2 용액(16)을 재구성하기 위하여 지정된 과정(14)으로 인도되는데, 이것은 체적 또는 농도와 같은 상기 제2 용액(16)의 특성을 증강, 교체 또는 유지하는 데에 사용된다. 이러한 과정은, 상기 제2 용액의 일부인 물 내의 화학종을 용해하는 단계와, 상기 제2 용액을 침전시키고 혼합하는 단계, 또는 상기 과정(22)에서 제거된 화학종이 상기 제2 용액으로 재도입되게 하는 몇몇 다른 방법을 포함할 수 있다. 이러한 재도입은 점선의 스트림(45)으로 도시된다. 용액(14)의 배제된 요소들은, 물이 이러한 용액으로부터 제거될 때, 용액(14)으로부터 주기적으로 또는 연속적으로 제거될 수 있다. 이러한 과정은 가라앉음(settling), 액체 사이클론 분리, 침전, 강제 기울기(전기적 또는 자기적), 블로 다운(blowdown) 또는 다른 단위 공정을 포함할 수 있다. 용액(14)으루보터 제거된 이러한 요소들의 스트림은 스트림(18)으로 도시된다. 몇몇 실시예에서, 스트림(18)은 원하는 산물 스트림(product stream)으로 사용되거나 폐기물로서 버려질 수 있다. 이러한 기술들에 의하여, 반투성 멤브레인을 통한 삼투압 구동 플럭스에 의해, 삼투압은 용액으로부터 용매를 제거하는 데에 사용된다. 예를 들면, 의약 화합물, 식품 또는 다른 원하는 용액 내의 화학종으로부터 용매를 분리하는 것 또는 정화된 산물 스트림을 생성하기 위하여 원하지 않는 용질들의 제거에 의해 공정 스트림을 처리하는 것이다. 상기 멤브레인을 통하여 상기 제1 용액(14)으로 이동하는, 제2 용액(16)으로부터 온 유도 용질들을 제거하도록, 스트림(18)이 추가적으로 처리될 수 있다. 이러한 처리는 증류, 공기 박탈(air stripping), 투석증발, 불연속점 염소소독(breakpoint chlorination), 이온 교환 또는 다른 수단을 포함할 수 있다. 스트림(18)으로부터 제거되는 상기 유도 용질들은 스트림(45)와 혼합함을 통하여 또는 다른 수단에 의해, 상기 제2 용액(16)으로 재도입될 수 있다.
도 6-18은 위에서 설명된 바와 같이, 상기 삼투압 구동 멤브레인 시스템들과 함께 사용될 수 있는, 다양한 유도 용질 복구 시스템(22)을 도시한다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 상기 복구 시스템(22)은 예컨대 도 6-10과 관련하여 설명된 바와 같이, 멤브레인 접촉기의 사용을 포함할 수 있다. 상기 액체 및 가스 스트림 사이의 질량 및 에너지의 교환을 위한 멤브레인의 사용은 일반적으로, 멤브레인 기기 내의 탑증류의 기능을 수행한다. 이러한 접근법의 하나의 장점은, 플러딩(flooding), 비말동반, 포밍(foaming) 등이 발생하지 않는 한, 액체 및 가스 체적이 유동하게 되고 속도들이 대개 독립적으로 된다. 액체가 다공성 멤브레인을 거쳐 상기 가스 스트림으로 침투하는 드문 경우에서는, 이것은 실질적으로 발생되지 않는다. 또한, 종래의 증류탑들에서와 달리, 두 개의 스트림이 상호작용을 하도록 유발하기 위하여 밀도 차이는 사용되지 않는다. 대신에, 액체 또는 가스만을 갖는 파이프들 내에서 이루어지는 것과 같이, 상기 액체 및 가스 스트림이 유동하도록 유발하기 위하여 압력이 사용된다. 이러한 이유로, 멤브레인에 기초한 증류 기기들은 종래의 증류탑에서 필요한 직각 배치가 필요 없다. 따라서, 직경이 크고 높은 종래의 증류탑의 기능을 제공하기 위하여, 소형화된, 수평의 멤브레인 배열(예: 트레인(trains) 내의 병렬 모듈들)이 사용된다. 이것은 면적 및 높이 요구조건에 대한 상당한 감소를 허용한다.
또한, 증류탑의 내부로의 패킹을 위해 종래에 제공되는, 가스 및 액체상의 혼합은, 이제는 멤브레인 영역에 의해 제공될 수 있다. 액체 스트림은 상기 멤브레인의 일 측면 상에서 유동할 수 있고, 가스 스트림은 상기 멤브레인 내의 구멍들을 통한 두 개의 상들 간에 자유로운 가스 교환과 함께 다른 측면 상에서 유동할 수 있다. 코팅에 의해 제공되는 이점에 의해 보상되지 않는 정도로 가스 전달이 방해되지 않는다면, 상기 구멍들을 코팅하는 것이 가능하다. 상기 멤브레인은 건식 또는 습식으로 지정될 수 있다. 건식 멤브레인 설계에서, 상기 멤브레인의 구멍들 및 상기 멤브레인의 물질은, 물이 상기 구멍들을 통과하여 상기 가스 스트림으로 침투하는 것을 표면 장력이 방지하는 정도로 선택될 수 있다. 습식 설계에서, 물은 구멍들을 채울 수 있지만, 상당한 양의 물이 이러한 구멍들을 넘어서 상기 가스 스트림으로 유동하지는 않을 수 있다. 두 경우에 있어서, 가스 교환은 실질적으로 방해되지 않는다.
증류에 대해 개시된 멤브레인 접촉기를 사용하는 추가적인 이점은, 금속이 불필요하다는 것이며, 이는 매우 비싸고 시간 경과시 부식되는 합금에 비해, 접촉기에 대한 우수한 수명을 제공한다. 예를 들어, 섭씨 100도에서 비등하는 스트림 내에, NaCl의 수천 ppm이 존재하는 것은, 티타늄 또는 Hastelloy 합금(인도의 코코모의 Haynes International 사와 같은 곳으로부터 얻을 수 있음)을 필요로 할 것이지만, 폴리머(예: 폴리에테르에테르케톤, polyetheretherketone) 접촉기 모듈을 사용하여 쉽게 동작할 것이다. 유도 용액 복구를 위해 개시된 멤브레인 접촉기를 사용하는 추가적 이점은, 이러한 복구를 위해 필요한 온도가 이러한 접촉기들에 사용될 수 있는 폴리머들의 온도 공차 내에 잘 존재한다는 것이다. 추가적인 이점은 HETP(이론적 평형 상태에 대한 유동 경로 길이)는 종래의 패킹과 비교할 때 다소 작을 수 있다는 것이다. 이것은 훨씬 큰 탑(column)과 동일한 기능에 대해, 소형화되고 덜 비싼 접촉기 배열이 사용될 수 있음을 의미한다. 또 다른 이점은, 비말동반화 같은 문제를 유발하지 않고, 상기 개시된 멤브레인 접촉기 내에서 훨씬 높은 액체 유동율이 가능하다는 것이다. 이것은 액체 부하율(loading rate)에 관하여 탑의 직경들에 개념적으로 등가인, 멤브레인 영역의 보다 효과적인 사용을 가능하게 한다. 또 다른 이점은, 종래의 탑들은 액체 및 가스 상들을 서로 간에 분리하기 위해 위아래로 추가적인 높이가 필요하였지만, 개시된 멤브레인 접촉기들에서는 이것이 필요하지 않다. 왜냐하면, 두 개의 상들은 동일한 채널에서 결코 혼합되지 않기 때문에 유리될 필요가 없기 때문이다.
도 6은, 증발된 유도 용질들을 상기 유도 용질 복구 과정으로부터 흡수 용액(28)과 접촉하도록 만들기 위해 멤브레인 기기(24)를 사용하는 유도 용질 복구 시스템(22)의 일 실시예를 도시한다. 몇몇 실시예에서, 상기 멤브레인 기기(24)는 멤브레인 접촉기일 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 증발된 유도 용질들(26)은 상기 멤브레인 접촉기(24)의 제1 측면 상을 통과하는 반면(화살표 27로 도시됨), 상기 흡수 용액(28)은 상기 멤브레인 접촉기의 제2 측면 상을 통과한다(화살표 29로 도시됨). 상기 증발된 유도 용질들은 상기 멤브레인 접촉기(24)을 통과할 수 있고(화살표 25로 도시됨), 상기 흡수 용액(28)에 의하여 흡수될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 상기 흡수 용액(28)은 희석 유도 용액 또는 농축된 유도 용액이다. 여기서, 상기 증발된 유도 용질들은 상기 삼투압 구동 멤브레인 시스템/공정 내에서의 사용/재사용을 위해, 보다 많은 유도 용액의 농축된 소스를 생성하도록 재흡수된다.
적어도 하나의 실시예에서, 유도 용질 복구 시스템(122)은 도 7에 도시된 바와 같이, 희석 유도 용액으로부터 모든 유도 용질들을 실질적으로 제거하기 위하여, 박탈기의 사용을 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 희석 유도 용액(120)(예컨대, 삼투압 구동 멤브레인 시스템으로부터 옴)은 멤브레인 접촉기(124)의 일 측면 상을 통과하는 반면, 스트림의 소스(130)(즉, 열적 에너지)는 상기 멤브레인 접촉기(124)의 제2 측면 상으로 도입된다. 상기 희석 유도 용액(120)은 상기 스트림(130)으로부터 열을 흡수하고 상기 유도 용질들은 그 곳에서 박탈된다. 특히, 상기 스트림(130)으로부터의 열은, 상기 희석 유도 용액(120)을 가열하고 상기 유도 물질들을 그 안에서 증발시키면서, 상기 멤브레인 접촉기(124)(화살표 131)를 통과한다. 상기 증발된 유도 용질들(126)은 상기 멤브레인 접촉기(124)(화살표 127)를 통과하고 상기 스트림(130)에 의해 흡수되는데, 이에 따라 농축된 유도 용액(116)(실질적으로 증기 형태임)은 상기 시스템(122)을 이탈하게 된다. 상기 유도 용질들을 상기 희석 유도 용액(120)으로부터 박탈하는 것은, 물의 소스(132)가 상기 시스템(122)을 벗어나도록 만든다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 증기들 전부 또는 일부를 응축하기 위하여 응축기가 사용될 수 있다(예컨대, 도 9). 제2 멤브레인 기기는 상기 멤브레인 접촉기의 제1 측면 상에서 잔존 증기와 함께 사용될 수 있고, 그 제2 측면 상에 흡수기가 구비될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 멤브레인 기기를 통과함에 의해 증기들이 응축될 수 있도록, 추가적 흡수 용액을 갖거나 갖지 않는 증류가 상기 제2 측면 상에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 응축기는 상기 멤브레인 기기의 상류에 위치할 수 있다. 다른 실시예에서, 다양한 스트림들이 중간 유닛 과정 없이 접촉하도록 만들어 질 수 있다. 또한, 멤브레인 흡수기는 박탈기 또는 다른 유도 용질 복구 과정으로부터 증기들을 완전히 응축시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 용질들을 더 많은 농축된 유도 용액 내로 재흡수할 수 있도록, 상기 멤브레인 흡수기는 응축기와 함께 사용될 수 있다. 이것은 상기 용질 복구 시스템의 크기를 감소시키는 데에 특히 유용할 수 있다. 이것은 또한 저온 및 저압에서 특히 유용할 수 있다.
상기 용질 복구 시스템의 다양한 실시예들에 사용되는 멤브레인들은, 그 의도된 목적에 적합한 실질적으로 모든 물질로 만들어질 수 있다. 그것들은 예를 들면, PTFE(polytetrafluoroethylene), PVDF(polyvinylidene fluoride), 폴리에테르에테르 케톤(PEEK) 및 폴리프로필렌(PP)을 포함한다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 멤브레인은 다공성 또는 조밀성을 지닐 수 있다. 다공성 멤브레인 내의 구멍들은 액체(예: 물)는 통과하지 못하지만 가스는 통과하도록 그 크기가 정해질 수 있다. 상기 멤브레인은 중공 섬유 또는 평 시트(flat sheet)의 형태로 이루어질 수 있다. 중공 섬유의 경우에, 멤브레인 시스템을 냉각하고 가스들을 응축하는 능력을 향상시키기 위해, 열전달을 위해 의도된 다른 섬유들이 이러한 섬유들과 함께 혼합될 수 있다. 예를 들면, 몇몇 섬유들은 비침투성이지만, 열전달을 통해 상기 섬유 벽(fiber wall)에서 상기 유도 용액의 가열 또는 냉각을 허용할 수 있다. 반면에, 다른 섬유들은 선택적일 수 있으며, 유도 용질을 분리하고 재생하는 데에 사용될 수 있다. 각각의 종류의 퍼센티지는 변경될 수 있고, 다양한 섬유들의 수평 또는 수직 방향은 가변화될 수 있으며, 몇몇 실시예에서 상기 섬유들은 영역별로 나뉘어질 수 있다. 이러한 배치들은 삼투 열 엔진을 포함하는 것과 같은 응용들에서 에너지 요구조건의 감소를 촉진할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상대적으로 작은 크기의 응용들과 같이, 통합된 메커니즘을 갖는 접을 수 있는 이동식 구성이 구현될 수 있다. 평 시트 구성들에서, 냉각 특징들은 하우징 내에 통합될 수 있다. 멤브레인 구성에 있어서, 멤브레인 단계들 사이에 냉각이 사용될 수 있다. 또한, 상기 멤브레인들은 특정 응용에 적합하도록 코팅되거나 코팅이 제거될 수 있고, 대칭형 또는 비대칭형일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 중공 섬유, 나권형(spiral wound) 또는 판형 및 상기 멤브레인들을 포함하는 프레임 멤브레인 모듈들이 사용될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 중곡 섬유, 나권형 또는 판형 및 코팅되거나 코팅되지 않은 다공성 멤브레인들을 포함하는 프레임 멤브레인 모듈들이, 전력 생성 및/또는 에너지 저장을 포함하는 삼투압 구동 멤브레인 공정들에 사용되는 열적으로 분리 가능한 유도 용액들의 증류를 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 질량 및 열을 전달하는 능력을 향상시키고 용질 가스들을 응축하기 위해, 상기 섬유들, 멤브레인 시트들 또는 다른 열전달 물질들로 된 열 교환 영역은, 멤브레인 모듈들 내로 통합되거나, 이러한 모듈들과 교번될(alternated) 수 있다. 상기 박탈 및 흡수 기능들은 단일의 모듈로 통합되거나 다중 멤브레인 유닛들 사이에 분산될 수 있다. 상기 박탈 및 흡수 기능은 단일의 멤브레인을 가로질러 수행될 수 있다. 이러한 실시예에서, 투석증발 또는 멤브레인 증류에 의한 희석 유도 용액으로부터의 박탈은, 제1 측면 상에서 발생될 수 있고, 상기 멤브레인 시스템의 반대쪽 측면은 상기 가스들을 용액 내로 수용할 수 있다. 이것은 예컨대, 희석 유도 용액 또는 농축된 유도 용액과 같은 흡수 유체일 수 있다.
도 8은 단일의 모듈 또는 기기(224) 내에 통합된 박탈 및 흡수 기능을 갖는 복구 시스템(222)의 예를 도시한다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 유도 용질들의 박탈이 하나의 멤브레인 시스템을 이용하여 수행되고, 재사용을 위한 농도를 상승시키기 위해 유도 용액 내로의 가스들의 흡수는 응축기 및/또는 제2 멤브레인 시스템을 이용하여 수행되도록, 상기 멤브레인 모듈(224)이 설계될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 박탈은 멤브레인 증류, 투석증발 또는 다른 유사한 공정에 의해 수행될 수 있고, 상기 흡수는 멤브레인 접촉기, 투석증발 공정 또는 다른 유사한 기술에 의해 수행될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 용질 복구 시스템(222)은 적어도 하나의 흡수 멤브레인(224a) 및 적어도 하나의 박탈 멤브레인(224b)을 포함하는 멤브레인 모듈(224)을 포함한다. 상기 모듈(224)은 도 6 및 7에 관하여 설명된 상기 멤브레인들과 유사하게 동작한다. 특히, 스트림(230)은 상기 박탈 멤브레인(224b)의 일 측면에 도입되고, 희석 유도 용액(220)은 상기 박탈 멤브레인(224b)의 다른 측면에 도입된다. 열은 상기 유도 용질들을 증발시키면서, 상기 희석 유도 용액(220)으로 전달된다(화살표 231). 상기 증발된 유도 용질들은 상기 멤브레인(224b)을 통과하면서 물(232)이 상기 모듈(224)로부터 배출되게 한다. 이제 상기 증발된 유도 용질들(226)을 포함하는 상기 스트림(230)은 상기 흡수 멤브레인(224a)의 일 측면에 도입되고, 희석 유도 용액(220)은 상기 흡수 멤브레인(224a)의 다른 측면에 도입된다. 여기서, 그것은 흡수 용액으로 동작하고, 상기 멤브레인(224a)를 통과하는(화살표 225) 증발된 유도 용질들(226)을 흡수한다. 이것을 결국, 농축된 유도 용액(216)이 상기 모듈(224)을 이탈하는 결과가 된다. 하나의 실시예에서, 상기 모듈(224)은 물질(234)의 블랭크 시트(blank sheet), 예를 들면, 2개의 스트림으로부터 온 질량 및/또는 열이 서로 간에 상호작용하지 않도록 하기 위한 절연기(insulator)를 포함한다.
추가적인 실시예에 따르면, 상기 멤브레인에 기초한 용질 복구 시스템들은, 도 9에 도시된 바와 같이, 열 펌프와 함께 통합되면서, 상당한 에너지 효율 향상을 제공한다. 특히, 도 9는 재비기(reboiler, 342) 및 응축기(344)와 함께 폐쇄 사이클 열 펌프(340)에 결합된 멤브레인 모듈(324)를 포함하는 용질 복구 시스템(322)을 도시한다. 증기(330)가 두 개의 멤브레인 접촉기(324a, 324b) 사이의 상기 모듈(324) 에 도입되는 한편(상기 재비기(342)로부터 온 경우), 회석 유도 용액(320)이 상기 멤브레인 접촉기(324a, 324b)의 반대쪽 측면에 도입되는 한, 상기 멤브레인 모듈(324)의 동작은 전술한 바와 유사하다. 멤브레인 접촉기들의 수 및 배치는 특정 응용에 적합하도록 사용될 수 있다.
이제 상기 증발된 용질들(326)을 포함하는 상기 증기는 상기 모듈(324)에서 배출되고, 상기 증기 및 증발된 유도 용질들(326)의 적어도 일부가 농축된 유도 용액(316)으로서 응축되고 방출되는 응축기(344)로 인도된다. 몇몇 실시예에서, 상기 응축기(344)는 흡수 용액과 함께 사용될 수 있다. 상기 열 펌프(340)는 상기 응축기(344)에서 제거된 열을 사용하여, 그 온도를 상승시키고 상기 증기(330)를 생성하기 위해 상기 열을 상기 재비기(342)에 인도한다. 상기 열 펌프(340)는 전기의 소스(346) 또는 다른 전력 수단에 결합될 수 있다. 상기 유도 용질들이 상기 희석 유도 용액(320)으로부터 박탈된 후에, 물(332)은 상기 멤브레인 모듈(324)에 의하여 방출된다. 적어도 물(332)의 일부는 추가적인 증기(330)를 생성하기 위하여 상기 재비기(342)에 의하여 사용될 수 있다.
도 10은 개방 사이클 열 펌프(440) 및 재비기(442)에 결합된 멤브레인 모듈(424)을 포함하는 용질 복구 시스템(422)의 대안적인 실시예를 도시한다. 상기 시스템(422)의 동작은 도 9에 관한 설명과 유사하다. 예를 들면, 희석 유도 용액(420)은 하나 이상의 멤브레인 접촉기(424a, 424b)의 일 측면 상에서 상기 모듈(424)에 도입되는 한편, 증기(430)는 하나 이상의 멤브레인 접촉기(424a, 424b)의 다른 측면 상에서 재비기(442)로부터 상기 모듈(424)에 도입된다. 또한, 멤브레인 접촉기의 수와 배치는 특정 응용에 적합하게 사용될 수 있다. 상기 증발된 유도 용질들(426)은 상기 모듈(424)로부터 배출되고, 온도가 상승되는 상기 열 펌프(440)으로 인도되며, 상기 박탈 과정을 위한 증기(430)을 생성하기 위해 재비기(442)로 인도된다. 상기 재비기(442)는 삽투압 구동 멤브레인 시스템으로 되돌려 재생될 수 있는 농축된 유도 용액을 방출한다. 상기 모듈(424)은 또한 그대로 사용되거나, 추가로 처리되거나, 적어도 일부가 상기 재비기(442)로 인도되는 물(432)을 방출한다.
도 11은 선택적 멤브레인(524)의 일부를 부유 액체 멤브레인의 형태로 도시한다. 상기 부유 액체 멤브레인은 수증기의 전송을 실질적으로 억제하지만, 상기 액체 내의 담체(carrier)를 가지고 또는 상기 담체 없이 유도 용질들의 전송을 촉진한다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 선택적 물질 영역(536)은 액체가 아니라 겔(gel) 또는 고체일 수 있고, 다른 물질 내에 포함되기 보다 상기 멤브레인의 대부분 또는 전부를 포함할 수 있다. 일반적으로, 선택적 멤브레인들은 유도 용질 복구를 위하여 사용될 수 있다. 예컨대, 부유 액체 멤브레인이 유도 용액의 재생을 위해 사용될 수 있는데, 상기 유도 용액에서, 액체, 겔, 폴리머 또는 다른 물질은 대개 물에는 비침투성이지만, NH3 및 CO2에는 침투성이다. 다른 실시예에서, 그것은 NH3 및/또는 CO2를 전송하는 "담체들(carriers)"을 포함할 수 있다.
도 12는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라, 유도 용질들의 동시적 박탈 및 흡수를 촉진하기 위한 선택적 멤브레인(624)의 사용을 도시한다. 상기 멤브레인(624)의 일 측면에서, 희석 유도 용액 스트림(620a)은 열분해에 의해 분할되도록(예컨대, 암모늄염으로) 가열되고 NH3 및 CO2의 증기압을 증가시킬 수 있다. 상기 멤브레인(624)의 다른 측면 상에서, NH3 및 CO2 가스들(626)이 그 내부에서 흡수되고 암모늄염을 생성할 수 있도록 희석 유도 용액(620b)이 냉각된다. 이러한 방식으로, 희석 유도 용액은 두 개의 스트림(620a, 620b)으로 분할될 수 있는데, 상기 스트림 중 하나는 생산된 물(632)가 되도록 박탈되고, 상기 스트림 중 다른 하나는 농도가 증가되어 재사용을 위한 농축된 유도 용액(616)이 된다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 담체수송의(carrier-mediated), 부유 액체 멤브레인 접촉기의 이러한 종류는 유도 용질들을 재생하기 위하여 필요한 에너지량을 실질적으로 감소시킬 것이다. 왜냐하면, 종래의 증류에 의하여 사용되는 열 듀티(heat duty)의 물 구성요소의 증발 엔탈피를 절약하면서, 어떠한 물도 상기 분리의 일부로서 수증기로 전달되지 않을 것이기 때문이다. 보다 광범위하게, 이러한 접근법은 어떠한 열적으로 분리 가능한 유도 용질을, 예를 들면, FO, DO, DOC, PRO, OSG(osmotic grid storage) 또는 유사한 삼투압 구동 멤브레인 시스템들로부터 재생하는 데에 적용될 수 있고, 따라서 상기 부유 장벽(suspended barrier)은 상대적으로 물에 비침투성을 가지게 되고, 상기 유도 용질들을 전송하거나 상기 유도 용질들에 대한 담체들을 포함할 것이다(이 둘의 조합도 가능함).
도 13은 삼투압 구동 멤브레인 공정/시스템(710)과 함께 사용하기 위한, 유도 용질 복구 시스템(722)의 다른 실시예의 일부를 도시한다. 도시된 바와 같이, 희석 유도 용액(720a)의 제1 부분은 상기 시스템(710)의 챔버(711)로부터 증류탑(750)으로 인도될 수 있고, 희석 유도 용액(720b)의 제2 부분은 챔버(711)로부터 흡수기 모듈(727)로 인도될 수 있다. 상기 증류탑(750) 으로부터 배출된 스트림(729)은 상기 흡수기 모듈(727)로 도입될 수 있다. 여기서, 그것은 유도 용질들을 정삼투 멤브레인(712)의 유도 측면(draw side)으로 재유도하기 위하여, 챔버(71)로 복귀되도록 희석 유도 용액(720b)와 혼합된다.
몇몇 실시예에서, 상기 용질 복구 시스템들은, 예를 들어, 다단식 탑증류 또는 멤브레인 증류와 같은 다단식 용질 복구 시스템들을 사용한다. 다단식 탑증류에서, 2이상의 탑들은 희석 유도 용액의 병렬 스트림들을 받아들일 수 있다. 각각의 스트림은 잔존 유도 용질들(예컨대, 약 1ppm보다 낮은 NH3)의 원하는 농도로, 생산된 물을 생성하도록 완전히 처리된다. 상기 열은 상기 탑들 사이에서 직렬로 유동할 수 있지만, 상기 공정에 의해 소모되는 열은, 가장 높은 온도 및 압력을 갖는 탑의 재비기로 인도되며, 상기 이러한 탑으로부터 온 최상위 증기는 상기 온도 및 압력 내에서, 아래의 다음 탑의 재비기의 열전달 표면들의 외부 측면 상에서 완전히 또는 부분적으로 응축된다. 이러한 응축은 상기 제2 탑의 분리(완전히 또는 부분적인 분리)를 위해 필요한 열을 배급할 수 있다. 가장 낮은 온도와 압력을 갖는 상기 탑의 최상위 증기를 냉각하는 데에 배제된 열이 냉각 스트림에 대해 배제될 때까지, 이러한 과정은 직렬로 된 각각의 탑에 대해 반복된다. 최상위 및 최하위 온도 간에 사용될 수 있는 단계(stage)의 수는 일반적으로, 직렬로 연결된 서로 간에 근접한 탑들의 응축 온도 및 재비기 온도 간의 차이에 의해 설정되는데, 이것은 상기 희석 유도 용액의 합성과 관련된다. 상기 열 교환 장비의 원하는 온도 차(delta T)도 중요한 인자이다. 상기 설명은 다단식 멤브레인 증류에도 유사하게 적용될 수 있다.
도 14는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라, 직렬의 에너지 및 물질 유동을 갖는 다단식 용질 복구 공정을 사용하는 용질 복구 시스템(822)을 도시한다. 특히, 도 14는 다단식 탑증류를 사용하는 다단식 용질 복구 공정을 도시한다. 그러나, 다단식 멤브레인 증류도 본 발명의 범주 내에서 고려될 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 물질(예: 삼투압 구동 멤브레인 공정으로부터 온 희석 유도 용액(820)) 스트림 및 에너지 스트림(예: 스트림(830))은 모두 직렬로 유동할 수 있다. 상기 열적 에너지(830)가 상기 공급 스트림(820)의 농도를 감소시키기 위해 상대적으로 높은 온도 및 압력에서 제2 주입구(802a)를 통하여 도입될 때, 상기 희석 유도 용액(820)은 주입구(801a)를 통하여 제1 탑(850a)으로 도입된다. 상기 제1 탑(850a)으로부터 온 증기(830')는 배출구(803a)를 통해 배출되고, 상기 다음 탑(750b)에 열을 제공하는 데에 사용될 수 있다. 상기 다음 탑(750b)는 상기 제1 탑의 하부 산물(820')(낮은 온도 및 압력에 있음)을 그 공급으로서 받아들인다. 상기 가열된 증기(830')는 열전달 수단(842)(예: 재비기), 주입구(805), 배출구(806) 및 제2 주입구(802b)를 통해 상기 제2 탑(850b)에 도입될 수 있다. 상기 응축된 증기가 배출구(807)를 통해 농축된 유도 용액(816)으로서 배출되는 한편, 물(832)은 배출구(804b)를 통해 상기 마지막 탑(850b)로부터 배출된다. 이것은, 상기 원하는 최하위 구성이 얻어질 때까지, 모든 탑들에서 반복된다.
이것은 본 발명의 참조로서 병합되는 미국 특허 공개번호 2009/0297431(발명자는 McGinnis)에 개시된 실시예들과 유사하게 많은 열 효과를 효과적으로 생성할 수 있다. 여기서, 상기 물질 공급은 병렬로 이루어지고 상기 에너지 스트림들은 직렬로 이루어진다. 이러한 방법은 소형이고 효율적인 배치에서, 다른 압력을 구동하는 멤브레인 접촉기와 함께 사용될 수 있다. 이러한 대안적인 방법은 바람직하게는, 더 높은 농도 공급 스트림들 및/또는 더 높은 온도 열 소소들일 수 있다.
추가적인 실시예에 따르면, 상기 다단식 용질 복구 공정은, 상당한 에너지 효율 향상을 제공하는 열 펌프에 의해 도움을 받을 수 있다. 여기서, 상기 열 소스들에는 예를 들면, 대기 온도를 상회하는 섭씨 20도가 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 유도 용질 복구 공정에 열을 제공하기 위해, 연료 연소, 높은 온도 열 소스들, 또는 배압(back pressure) 터빈이 사용될 때, 열 펌프가 사용될 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 증기 스트림들이 부분적으로 또는 완전히 응축되는 온도를 상승시키기 위해, 열압축기(thermocompressor)(이젝터 제트라고도 알려져 있음)와 같은 열 펌프, 기계적 압축기(블로어라고도 알려져 있음), 흡수 열 펌프, 폐쇄 사이클 열 펌프, 냉장형 열 펌프, 또는 다른 유사한 유닛이, 상기 탑들(또는 멤브레인 모듈들)로부터 상기 증기 스트림들 중 하나 이상에 사용될 수 있다. 이렇게 함에 의해, 주어진 온도차 내에서 더 많은 단계들을 허용하거나, 더 낮은 최상위 압력 및 온도 및/또는 더 높은 최하위 온도 및 압력에서 주어진 수의 단계들을 허용하면서, 단계들(stages) 간의 온도차는 감소될 수 있다. 이것은 상기 제1 경우에서 에너지 효율을 증가시키거나, 제2 경우에서 캐피탈 효율(capital efficiency)을 증가시키기는 데에(또는 둘다에) 사용될 수 있다.
도 15는 더 많은 단계들과 더 큰 전체 효율을 허용하면서, 각각의 탑(또는 멤브레인 모듈)의 압력들이 보다 더 근접하도록 하기 위하여, 폐쇄 또는 개방 사이클 열 펌프를 이용해, 최상위 스트림 상에서 작업이 수행되는, 열 펌프 도움의 다단식 용질 복구의 예시도를 나타난다. 도 15에 도시된 바와 같이, 도 14에 관하여 설명된 것과 유사한 상기 복구 시스템(822)은, 둘 이상의 증류탑(850)을 포함한다. 여기서, 상기 물질 스트림들(희석 유도 용액(820))은 주입구들(801)을 통해 상기 탑들(850)에 병렬로 도입된다. 열적 에너지의 소스(스트림 830)는 상기 공급 스트림(820a)의 농도를 감소시키기 위하여 상대적으로 높은 온도 및 압력으로 주입구(802a)를 통해 제1 탑(850a)으로 도입된다. 상기 제1 탑(850a)로부터의 증기(830')는 배출구(803a)를 통해, 그 온도가 상승하는 상기 열 펌프(840)로 인도되고, 그 후 상기 제2 공급 스트림(820b)의 농도를 감소시키기 위해 상기 다음 탑(850b)에 전달된다. 하나 이상의 실시예에서, 상기 가열된 증기(830')는, 도 14에 관하여 이전에 설명된 바와 같이, 열전달 수단(재비기(842))을 통해 도입될 수 있다. 상기 응축된 증기는 농축된 유도 용액(816)으로서 배출되거나 그렇지 않으면 삼투압 구동 멤브레인 시스템으로 재생될 수 있다. 각각의 탑(850)은 물(832)을 그대로 배출하거나, 상기 배출되는 물(83)의 품질에 따라 추가로 처리할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 설명된 종류의 열 펌프는, 소형이고 캐피탈 효율을 높인 구현에서, 잠재열(latent heat) 생성의 감소로 열 펌프의 열적 효율을 완전히 이용하기 위하여, 단일의 탑(또는 멤브레인)과 함께 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 잠재열을 재생함에 의해 상기 공정에 의해 요구되는 에너지를 감소시키기 위하여, 열 펌프가 상기 용질 복구 시스템에 사용될 수 있다. 이것은 단일의 탑/모듈 열 펌프 실시예로도 구현될 수 있다.
상기 용질 복구에 요구되는 온도차(delta T)를 감소시키기 위한 추가적인 기술들 및 재생 사이클이 구현될 수 있다. 예를 들면, 상기 유도 용액 가스들은, 더 낮은 온도 차(delta T)로 상기 농축된 용액을 형성하도록 허용하기 위해 압축될 수 있다. 어떠한 시스템에 대해 원하는 온도 차(delta T)는, 기계적 열 펌프 또는 흡수 열 펌프를 통합함에 의해서도 달성될 수 있다.
도 16은 반개방 또는 반폐쇄 열 펌프 구성을 갖는 탑증류를 사용하는 용질 복구 시스템(922)의 일 실시예를 도시한다. 여기서, 재비기를 갖거나 갖지 않는, 탑(950)의 상기 생산된 물(932)의 일부는, 그 압력을 감소시키는 감압 밸브(956)로 전체적으로 또는 부분적으로 인도될 수 있다. 따라서 상기 물(932)은 혼합된 흡수제를 사용하거나 사용하지 않고, 열 교환기(938) 내의 열전달에 의해, 상기 최상위 증기(930')의 응축으로부터 부분적으로 또는 완전히 증발될 수 있다. 생산된 물의 증발에 의해 생성되는 이러한 스트림(930")은 그 후, 유도 용질들의 박탈을 위하여, 기계적 또는 열제트 수단(952)에 의해, 상기 탑(950)(또는 이전에 설명된 멤브레인 접촉기 기기들 중 하나)의 바닥에 대한 공급으로서 직접 사용될 수 있는 지점으로까지 압축될 수 있다. 예를 들어, 230 토르(torr)에서 동작하는 탑(950)은, 상기 열 교환기(938)(압력이 대략 75-90 토르까지 감소됨)의 반대 측면 상에서 물(932)이 부분적으로 수증기(930")로 변환되도록 유발하면서, 대략 섭씨 35-50도에서 열 교환기(938)의 하나의 측면 상에서 응축되는 최상위 증기(930')을 생성할 수 있다. 이러한 수증기(930")는 그 후, 압축되고 230토르로 압력이 상승되며, 상기 탑 내지 멤브레인 모듈의 바닥으로 직접 주입될 수 있다. 이러한 배치는 반개방 또는 반폐쇄 열 펌프 구성이라고 명명될 수 있다.
장비 비용을 최소화하면서 단계들의 수를 감소시키기 위한 의도의 균형을 가장 잘 맞추기 위하여, 종래의 또는 멤브레인 기반의 다중 증류탑 단계들과 함께, 열적 및/또는 기계적 열 펌프들의 다른 조합이 채용될 수 있다. 이것들은 흡수 열 펌프 구현에 유익한 열 스트림들 간의 통합과 더불어, 예를 들면, 하나 이상의 탑 상의 열압축기, 하나 이상의 다른 탑 상의 기계적 압축기, 다른 탑 상의 다른 열 펌프 종류들을 필요에 따라 포함할 수 있다. 상기 흡수 열 펌프 구현에서, 낮은 온도로 흡수된 열은 더 높은 온도에서 더 작은 양의 열을 배급할 수 있다. 열적으로 재생성된, 삼투압 구동 멤브레인 시스템들이, 멤브레인 증류나 기계적 증기 재압축과 같은 종래의 시스템(모든 생산된 물의 상변화를 요구함)에 비해 갖는 열역학적 장점들은 더 넓은 범위로 이해될 수 있을 것이다.
도 17은 도 16과 유사한 대안적인 실시예를 도시한다. 여기서, 열압축기(954)가 사용되어, 상기 생산된 물(932)의 일부는 보일러(942)를 통해 수증기로 직접 변화될 수 있고, 하나 이상의 탑(950)으로부터 상기 증기 스트림(930')의 압력을 업그레이드 하기 위하여 사용되는 상대적으로 높은 온도의 스트림(930)으로서 도입될 수 있으며, 따라서 그 응축 온도를 상승시킨다. 일 실시예에서, 상기 시스템(922)은, 상기 열압축기(954)로 도입될 증기 스트림(930")을 생성하기 위하여, 도 16에 관하여 설명된 바와 유사하게, 선택적인 열 교환기(938) 및 밸브(956) 배치를 사용한다. 이러한 경우에, 특정 열 듀티(heat duty)의 순 감소가 달성될 수 있지만, 생산된 물의 더 낮은 양이 생성될 수 있다. 비제한적 예시에 의해, 생산된 물의 381MJ/m3을 요구하는2-3 단계 시스템은, 4-5 단계 설계를 허용함에 의하여 이러한 듀티를 잠재적으로 200-250MJ/m3 만큼 낮추기 위해, 열압축기를 사용할 수 있다.
다른 대안적인 실시예에서, 적어도 하나의 탑으로부터 증기를 압축하기 위하여 전기 또는 축일(shaft work)이 사용되므로, 더 많은 단계들이 사용되는 것을 허용하면서 이러한 스트림이 응축되는 온도를 상승시킬 수 있다. 이 경우에, 생산된 물의 양의 감소는 요구되지 않지만, 요구되는 열의 일부를 대신하기 위해 전기 에너지가 필요할 것이다. 비제한적인 예시에 의해, 생산된 물의 381MJ/m3를 요구하는 2-3 단계 시스템은, 4-5 단계 설계를 허용함에 의하여 이러한 듀티를 잠재적으로 150-200MJ/m3 만큼 낮추기 위해, 기계적 압축을 사용할 수 있다. 전기적 에너지의 추가적인 양도, 5의 COP(coefficient of performance)(열 펌프 효율의 일반적인 척도임)에 대해 12.8kW 만큼 요구될 것이다. 열적 에너지에 대신한, 전기적 에너지의 추가적 대체가 발명의 범주 내에서 고려될 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 도 18에 도시된 바와 같이, 진공 증류 및/또는 가스 흡수가 상기 개시된 삼투압 구동 멤브레인 시스템들과 함께 통합될 수 있다. 고압 수용액(펌프(1060)에 의해 도움을 받을 수 있음)에 의해 구동되는 이덕터(1058)는 증류탑(1050) 상에서 진공을 유발하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 이덕터(1058)로부터 배출되는 가스-물 혼합물은 상기 가스들이 상기 물 내에서 용해되는 것을 보장하기 위해, 정적 혼합기(static mixer, 1062)를 통해 유동할 수 있다. 상기 수용액은 그 후, 상기 가스가 포획되고 재생되는 가스-액체 분리기(1064)로 유동하고, 상기 용액(1066)의 일부는 상기 이덕터를 구동하기 위하여 재생된다.
지금까지 본 발명의 몇몇 도시적인 실시예들을 설명하였지만, 전술한 내용은 단지 도시적이며 제한적이 아니며 예제만에 의해 표현되었다는 점은 당업자에게는 분명할 것이다. 다양한 수정들 및 다른 실시예들은 당업자가 이해할 수 있는 범주 내에 있으며, 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 간주된다. 특히, 여기에 제시된 다수의 예시들은 방법의 동작들 및 시스템 요소들의 특정 조합을 포함하지만, 그러한 동작들 및 요소들은 상기 동일한 목적을 수행하기 위한 다른 방식으로 결합될 수 있다.
또한, 상기 발명은 각각의 특징, 시스템, 부시스템 또는 여기에 설명된 기술과, 2이상의 특징들, 시스템들, 부시스템들 또는 여기에 설명된 기술들의 조합과, 2이상의 특징들, 시스템들, 부시스템들 및/또는 방법들의 조합을 의도한 것으로 이해되어야 한다. 이러한 특징들, 시스템들, 부시스템들 및 기술들이 상호 모순되지 않는다면, 어떠한 청구항들에서 구현된 발명의 범주 내에 있는 것으로 간주된다. 또한, 하나의 실시예와 관련하여 설명된 동작들, 요소들 및 특징들은 다른 실시예들에서 유사한 역할로부터 배제되도록 의도된 것은 아니다.
또한, 여기에 설명된 파라미터들 및 구성들은 예시적이고, 실제 파라미터들 및/또는 구성들은 본 발명의 시스템들과 기술들이 사용되는 특정 응용에 의존할 것이라는 점은 당업자라면 이해하여야 할 것이다. 당업자는 또한 일상적인 실험만을 사용하여, 본 발명의 특정 실시예에 대한 균등물을 인식하거나 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 여기에 설명된 실시예들은, 첨부된 청구항들 및 그 균등물의 범주 내에서, 단지 예시를 통하여 제시된 것임이 이해되어야 한다. 본 발명은 특별히 설명된 것 이외에도 실시될 수 있다.
Claims (26)
- 삼투압 구동 멤브레인 시스템으로부터 유도 용액 용질들(draw solution solutes)을 복구하는 장치로서, 상기 장치는:
제 1 용액과 유체적으로 연통되는 제1 측면과, 농축된 유도 용액(concentrated draw solution)의 소스와 유체적으로 연통되는 제2 측면을 갖는 반투성 멤브레인을 포함하되, 제1 용액과 농축된 유도 용액을 받아들이고, 농축된 제1 용액과 희석 유도 용액(dilute draw solution)을 배출하는 삼투압 구동 멤브레인 시스템;
상기 반투성 멤브레인의 제2 측면과 유체적으로 연통되는 제1 증류 장치로서, 상기 제1 증류 장치는,
상기 희석 유도 용액의 일부를 상기 제1 증류 장치의 제1 말단으로 도입하기 위해, 상기 희석 유도 용액의 제1 소스에 결합된 제1 주입구;
상기 제1 증류 장치의 제2 말단에 결합된 제1 열 전달 수단으로서, 열적 에너지의 제1 소스에 결합된 주입구와, 상기 제1 증류 장치 내의 희석 유도 용액 내의 유도 용액 용질들이 증발되도록 상기 제1 증류 장치에 열적 에너지를 인도하기 위해 제1 증류 장치에 결합된 배출구를 갖는 제1 열 전달 수단;
상기 제1 증류 장치로부터 상기 증발되는 유도 용액 용질들을 제거하기 위한 제1 배출구; 및
상기 제1 증류 장치로부터 하부 산물(bottoms product)을 제거하기 위한 제2 배출구를 포함하고,
상기 증발되는 유도 용액 용질들을 받아 들이기 위해, 상기 제1 증류 장치의 상기 제1 배출구에 결합된 압축기; 및
상기 반투성 멤브레인의 제1 측면과 유체적으로 연통하고, 상기 제1 증류 장치와 병렬 과정(parallel operation)을 하도록 구성된 제2 증류 장치로서, 상기 제2 증류 장치는,
상기 농축된 제1 용액의 일부를 상기 제2 증류 장치의 제1 말단으로 도입하기 위해, 상기 농축된 제1 용액의 소스에 결합된 제1 주입구;
상기 제2 증류 장치의 제2 말단에 결합된 제2 열 전달 수단으로서, 열적 에너지의 제2 소스로서의 사용을 위해 압축되고 증발되는 유도 용액 용질들(compressed vaporized draw solution solutes)을 받아 들이기 위해 압축기에 결합된 주입구, 상기 제2 증류 장치 내의 어떤 유도 용액 용질들도 증발되도록 상기 제2 증류 장치에 열적 에너지의 상기 제2 소스를 인도하기 위하여 상기 제2 증류 장치에 결합된 제1 배출구, 및 상기 제2 열 전달 수단 내에서 응축된, 제1 증류 장치로부터 온 상기 증발된 유도 용액 용질들을, 상기 삼투압 구동 멤브레인 시스템으로 반환하도록 구성된 제2 배출구를 갖는 제2 열 전달 수단;
상기 제2 증류 장치로부터 상기 증발된 유도 용액 용질들을 제거하는 제1 배출구; 및
상기 제2 증류 장치로부터 하부 산물을 제거하는 제2 배출구;를 포함하는 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2 증류 장치의 상기 제1 배출구와 결합된 제2 압축기; 및
상기 반투성 멤브레인의 제2 측면과 유체적으로 연통하는 제3 증류 장치를 더 포함하되,
상기 제3 증류 장치는,
희석 유도 용액의 일부를 상기 제3 증류 장치의 제1 말단으로 도입하기 위해, 상기 희석 유도 용액의 제2 소스에 결합된 제1 주입구;
상기 제3 증류 장치의 제2 말단에 결합된 제3 열 전달 수단으로서, 상기 제3 증류 장치와 함께 사용될 열적 에너지의 제3 소스로서의 사용을 위해, 상기 증발되는 유도 용액 용질들을 받아 들이기 위해 제2 압축기에 결합된 주입구, 상기 제3 증류 장치 내의 희석 유도 용액 내의 유도 용액 용질들이 증발되도록 상기 제3 증류 장치에 열적 에너지의 제3 소스를 인도하기 위하여 상기 제3 증류 장치에 결합된 제1 배출구, 및 상기 제3 열 전달 수단 내에서 응축된, 제2 증류 장치로부터 온 상기 증발된 희석 유도 용액 용질들을, 상기 삼투압 구동 멤브레인 시스템으로 반환하도록 구성된 제2 배출구를 갖는 제3 열 전달 수단;
상기 제3 증류 장치로부터 상기 증발된 유도 용액 용질들을 제거하기 위한 제1 배출구; 및
상기 제3 증류 장치로부터 하부 산물을 제거하기 위한 제2 배출구;를 포함하는, 장치. - 제2항에 있어서,
상기 제1 및 제3 증류 장치는 일련의 과정(series operation)을 위해 구성되고, 상기 희석 유도 용액의 제2 소스는 상기 제1 증류 장치의 상기 하부 산물인, 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제1 증류 장치 및 상기 제2 증류 장치 중 적어도 하나는, 멤브레인 증류 장치를 포함하는, 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제1 증류 장치 및 상기 제2 증류 장치 중 적어도 하나의 하류(downstream)에 위치하는 적어도 하나의 재생 시스템을 더 포함하는, 장치. - 제 5항에 있어서,
상기 적어도 하나의 재생 시스템은 압축기 및 이덕터(eductor) 중 적어도 하나를 포함하는, 장치. - 제 5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 재생 시스템은 흡수 시스템(absorbing system)을 포함하는, 장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 흡수 시스템은 멤브레인 접촉기 및 충진탑(packed column) 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 흡수 시스템은 희석 유도 용액 또는 산물 용매(product solvent) 중 적어도 하나를 포함하는 흡수제를 포함하는, 장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 흡수 시스템은 촉매를 포함하는, 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US38529610P | 2010-09-22 | 2010-09-22 | |
| US61/385,296 | 2010-09-22 | ||
| WOPCT/US2010/054512 | 2010-10-28 | ||
| 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 |
|---|---|
| KR20130101520A KR20130101520A (ko) | 2013-09-13 |
| KR101924531B1 true KR101924531B1 (ko) | 2018-12-04 |
Family
ID=45874354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020137008198A KR101924531B1 (ko) | 2010-09-22 | 2011-09-21 | 삼투압 구동 멤브레인 공정들, 시스템들 및 유도 용질 복구 방법들 |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2618917A4 (ko) |
| JP (1) | JP5943924B2 (ko) |
| KR (1) | KR101924531B1 (ko) |
| CN (2) | CN106823802A (ko) |
| AU (1) | AU2011305488B2 (ko) |
| BR (1) | BR112013006569A2 (ko) |
| CA (1) | CA2811925A1 (ko) |
| CL (1) | CL2017001631A1 (ko) |
| EA (1) | EA024894B1 (ko) |
| IL (1) | IL225359A (ko) |
| MX (1) | MX368886B (ko) |
| SG (1) | SG189035A1 (ko) |
| WO (1) | WO2012040335A2 (ko) |
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 |
| JP6599082B2 (ja) | 2010-12-15 | 2019-10-30 | クィーンズ ユニバーシティー アット キングストン | 半透膜を隔てた浸透圧勾配を調整するための切替可能水組成物および方法 |
| GB201220832D0 (en) * | 2012-11-20 | 2013-01-02 | Fujifilm Mfg Europe Bv | Electricity generation |
| EP2928586A1 (en) * | 2012-12-04 | 2015-10-14 | McGinnis, Robert | 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 |
| AU2017335668B2 (en) * | 2016-09-27 | 2020-02-06 | Oasys Water LLC | Osmotically driven membrane processes and systems and methods for draw solute recovery |
| 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 (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009539584A (ja) * | 2006-06-08 | 2009-11-19 | イェール ユニバーシティー | 浸透圧性溶質を回収するための多段式カラム蒸留（ｍｓｃｄ）法 |
Family Cites Families (18)
| 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 |
| WO2002060825A2 (en) * | 2001-02-01 | 2002-08-08 | Yale University | Osmotic desalination process |
| 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 |
| CN102512986A (zh) * | 2004-07-02 | 2012-06-27 | 西门子工业公司 | 气体可透膜 |
| US7799178B2 (en) * | 2005-01-07 | 2010-09-21 | Black & Veatch Holding Company | Distillation process |
| US7727400B2 (en) * | 2005-09-23 | 2010-06-01 | Michael Flynn | Low water recovery rate desalination system and method |
| CN101636354A (zh) * | 2006-10-10 | 2010-01-27 | 得克萨斯A&M大学系统 | 脱盐系统 |
| 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 |
| KR101577769B1 (ko) * | 2008-06-20 | 2015-12-15 | 예일 유니버시티 | 정삼투 분리 방법 |
| 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 |
| US8021553B2 (en) * | 2008-12-18 | 2011-09-20 | Nrgtek, Inc. | Systems and methods for forward osmosis fluid purification using cloud point extraction |
| 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 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 EA EA201390426A patent/EA024894B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2011-09-21 CN CN201611151269.5A patent/CN106823802A/zh active Pending
- 2011-09-21 CA CA2811925A patent/CA2811925A1/en not_active Abandoned
- 2011-09-21 JP JP2013530280A patent/JP5943924B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2011-09-21 KR KR1020137008198A patent/KR101924531B1/ko active IP Right Grant
- 2011-09-21 SG SG2013020839A patent/SG189035A1/en unknown
- 2011-09-21 AU AU2011305488A patent/AU2011305488B2/en not_active Ceased
- 2011-09-21 EP EP11827446.3A patent/EP2618917A4/en not_active Withdrawn
- 2011-09-21 WO PCT/US2011/052565 patent/WO2012040335A2/en active Application Filing
- 2011-09-21 CN CN2011800558915A patent/CN103221118A/zh active Pending
-
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 (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009539584A (ja) * | 2006-06-08 | 2009-11-19 | イェール ユニバーシティー | 浸透圧性溶質を回収するための多段式カラム蒸留（ｍｓｃｄ）法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IL225359A0 (en) | 2013-06-27 |
| CL2017001631A1 (es) | 2018-04-13 |
| KR20130101520A (ko) | 2013-09-13 |
| AU2011305488A1 (en) | 2013-04-11 |
| BR112013006569A2 (pt) | 2016-06-07 |
| IL225359A (en) | 2016-12-29 |
| SG189035A1 (en) | 2013-05-31 |
| JP2013537850A (ja) | 2013-10-07 |
| WO2012040335A2 (en) | 2012-03-29 |
| CN106823802A (zh) | 2017-06-13 |
| EA201390426A1 (ru) | 2014-01-30 |
| CN103221118A (zh) | 2013-07-24 |
| MX2013003271A (es) | 2013-09-02 |
| MX368886B (es) | 2019-10-21 |
| EA024894B1 (ru) | 2016-10-31 |
| AU2011305488B2 (en) | 2015-09-10 |
| EP2618917A4 (en) | 2014-08-27 |
| AU2011305488A2 (en) | 2013-05-02 |
| EP2618917A2 (en) | 2013-07-31 |
| JP5943924B2 (ja) | 2016-07-05 |
| CA2811925A1 (en) | 2012-03-29 |
| WO2012040335A3 (en) | 2012-07-05 |
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 | |
| KR101924531B1 (ko) | 삼투압 구동 멤브레인 공정들, 시스템들 및 유도 용질 복구 방법들 | |
| CN107614440B (zh) | 用于高级真空隔膜蒸馏的方法和设备 | |
| KR101577769B1 (ko) | 정삼투 분리 방법 | |
| US9822021B2 (en) | Forward osmosis separation processes | |
| AU2015255210B2 (en) | Osmotically driven membrane processes and systems and methods for draw solute recovery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| GRNT | Written decision to grant |