KR102068530B1 - Combination of Multiple Effect Distillation and Multistage Flash Evaporation Systems - Google Patents
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Abstract
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템의 컴비네이션(10)은 다단계 플래시(MSF) 증발 시스템(200)을 다중 효과 증류(MED) 시스템(100)과 통합하여 MSF 공정은 온도 범위에서 위쪽으로 이동하고 MED 증류 공정은 낮은 온도 범위에서 작동한다. 다단계 플래시 증발 시스템(200)은 복수의 플래시 증발/응축 단계를 포함하여, 다단계 플래시 증발 시스템(200)은 외부 공급원으로부터 많은 양의 해수 또는 염수를 수용하고 증류수를 생성한다. 다중 효과 증류 시스템(100)은 복수의 응축/증발 효과(18)를 포함하며, 다중 효과 증류 시스템(100)은 다단계 플래시 탈염 시스템(200)으로부터 농축 염수를 수용하고 증류수를 생성한다.The combination of the multi-effect distillation and multi-stage flash evaporation system 10 integrates the multi-stage flash (MSF) evaporation system 200 with the multi-effect distillation (MED) system 100 so that the MSF process moves upward in the temperature range and the MED distillation The process operates in the low temperature range. The multistage flash evaporation system 200 includes a plurality of flash evaporation / condensation stages, where the multistage flash evaporation system 200 receives a large amount of seawater or brine from an external source and generates distilled water. The multiple effect distillation system 100 includes a plurality of condensation / evaporation effects 18, which receive the concentrated brine from the multistage flash desalination system 200 and produce distilled water.
Description
본 발명은 담수화와 관련된 것으로서, 특히 다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발을 모두 사용하여 해수와 같은 염수로부터 담수화된 물을 생산하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to desalination, and more particularly to a system for producing desalted water from brine such as seawater using both multi-effect distillation and multi-stage flash evaporation.
강하막 증발기는 특히 열에 민감한 부품으로 용액을 농축시키는 산업용 장치이다. 증발기는 특별한 유형의 열 교환기이다. 일반적으로, 증발은 수평 또는 수직 튜브의 외부 표면상에서 발생하나, 수지 튜브 내부에서 공정 유체가 증발하는 경우도 있다. 모든 경우에 있어, 증발될 공정 유체는 연속적인 막으로서 중력에 의해 아래로 흐른다. 유체는 튜브 벽을 따라 아래쪽으로 진행하며, "강하막"이라고 불리운다.Falling film evaporators are industrial devices that concentrate solutions, especially with heat-sensitive components. Evaporators are a special type of heat exchanger. Generally, evaporation occurs on the outer surface of the horizontal or vertical tube, but in some cases the process fluid evaporates inside the resin tube. In all cases, the process fluid to be evaporated flows down by gravity as a continuous membrane. The fluid runs downward along the tube wall and is called the "falling film."
강하막 증발기에서, 유체 분배기는 용액이 떨어지는 모든 튜브에 균일한 액체 분배를 유지하기 위해 조심스럽게 설계되어야 한다. 대부분의 기구들에서, 열 매체는 튜브 내부에 배치됨으로, 높은 열 전달 계수를 얻을 수 있다. 이 요구사항을 충족시키기 위해, 일반적으로 열 매체로서 응축 증기가 사용된다. In falling film evaporators, the fluid distributor must be carefully designed to maintain a uniform liquid distribution across all tubes in which the solution falls. In most instruments, the heat medium is disposed inside the tube, so that a high heat transfer coefficient can be obtained. To meet this requirement, condensation vapor is generally used as the heat medium.
내부 증발 유체의 경우, 액체 상(즉, 용액)과 기체상 사이의 분리가 튜브 내부에서 발생된다. 이 과정이 진행됨에 따라 질량 보존을 유지하기 위해 하향 증기 속도가 증가하여, 액체막에 작용하는 전단력이 증가하고 이에 따라 용액의 속도가 증가한다. 그 결과 점점 더 얇은 막의 높은 막 속도가 생겨 난류가 점차 증가할 수 있다. 이러한 효과의 조합은 매우 높은 열전달 계수를 허용한다.In the case of internal evaporative fluids, the separation between the liquid phase (ie solution) and the gas phase takes place inside the tube. As this process proceeds, the downward vapor velocity increases to maintain mass preservation, thereby increasing the shear force acting on the liquid membrane and thus the velocity of the solution. As a result, higher membrane velocities of thinner and thinner membranes can lead to a gradual increase in turbulence. This combination of effects allows for a very high heat transfer coefficient.
튜브의 증발 측상의 열전달 계수는 막의 유체 역학 유동 조건에 의해 대부분 결정된다. 낮은 질량 흐름 또는 높은 점도의 경우, 막 흐름은 층류일 수 있으며, 이경우 열전달은 막을 통한 전도에 의해 제어된다. 따라서, 이 조건에서 열전달 계수는 질량 흐름이 증가함에 따라 감소한다. 증가된 질량흐름으로, 막은 물결모양의 층류가 되고 난류가 된다. 난류 조건 하에, 열전달 계수는 증가된 유량으로 증가한다. 증발은 전형적으로 3 K 와 6 K 사이의 열매체(즉, 공정 스트림)와 막 액체 사이의 매우 낮은 평균 온도 차이에서 발생되므로, 이러한 장치는 다중 효과 공정에서의 열 회수에 이상적이다.The heat transfer coefficient on the evaporation side of the tube is largely determined by the hydrodynamic flow conditions of the membrane. For low mass flows or high viscosities, the membrane flow can be laminar, where heat transfer is controlled by conduction through the membrane. Thus, in this condition, the heat transfer coefficient decreases with increasing mass flow. With increased mass flow, the membrane becomes wavy laminar and turbulent. Under turbulent conditions, the heat transfer coefficient increases with increased flow rate. Evaporation typically occurs at very low average temperature differences between the heat medium (ie, process stream) between 3 K and 6 K and the membrane liquid, making such devices ideal for heat recovery in multiple effect processes.
강하막 증발기의 또 다른 이점은 액체의 체류 시간이 매우 짧고, 액체의 과열이 없다. 튜브 내부의 체류 시간은 일반적으로 초 단위로 측정되므로 우유, 과일주스, 의약품, 및 기타 대량 생산된 액체 제품과 같이 열에 민감한 제품에 이상적이다. 강하막 증발기는 또한 매우 낮은 압력 강하를 특징으로 하므로 심층 진공 기구 분야에서도 종종 사용된다.Another advantage of the falling film evaporator is that the residence time of the liquid is very short and there is no overheating of the liquid. The residence time inside the tube is usually measured in seconds, making it ideal for heat sensitive products such as milk, fruit juices, pharmaceuticals, and other mass produced liquid products. Falling film evaporators are also often used in deep vacuum instrumentation as they feature a very low pressure drop.
그러나, 막 액체가 가열면과 밀접하게 접촉하기 때문에, 이러한 증발기는 침전 고형물로부터 오염되기 쉽다; 일반적으로 수평 튜브 뱅크의 상단열에서 낮은 액체 속도는 통상 튜브의 효과적인 자가 세척을 수행하기에 충분하지 않다. 따라서 강하막 증발기는 일반적으로 깨끗하고 침전되지 않는 액체에서만 사용된다.However, since the membrane liquid is in intimate contact with the heating surface, such an evaporator is susceptible to contamination from the settling solids; In general, low liquid velocities in the top row of horizontal tube banks are usually not sufficient to effect effective self cleaning of the tubes. Thus falling film evaporators are generally used only in clean, non-sedimenting liquids.
강하막 증발기는 다중-효과 증류(MED) 시스템(때때로 "다중-효과 증류 시스템"이라고도 함)에서 사용되는 주요 원리이다. 다중-효과 증류는 해수 담수화에 종종 사용되는 증류 공정이다. 이는 다단계 또는 "효과"로 구성된다. 각 효과에서 공급된 해수는 튜브의 외부 표면 위에 막처럼 떨어지며 튜브 내부의 스팀으로 가열된다. 강하하는 물 막이 증발하고, 이 증기는 다음 효과의 튜브로 흘러 들어가서 더 많은 물을 가열하고 증발시킨다. 각 효과는 기본적으로 이전 효과의 에너지를 재사용한다. 튜브가 공급 물에 잠길 수 있으나, 공급된 해수는 수평 튜브 뱅크 위에 뿌려지고 그 다음에 튜브에서 튜브로 물방울이 흘러 들어가 효과의 바닥에서 수집된다.Falling film evaporators are the main principle used in multi-effect distillation (MED) systems (sometimes referred to as "multi-effect distillation systems"). Multi-effect distillation is a distillation process often used for seawater desalination. It consists of multiple stages or "effects". In each effect, the seawater supplied is filmed on the outer surface of the tube and heated by the steam inside the tube. The falling water film evaporates, and this steam flows into the tube of the next effect, heating and evaporating more water. Each effect basically reuses the energy of the previous effect. The tube may be submerged in the feed, but the supplied sea water is sprayed onto the horizontal tube bank and then water droplets flow from the tube to the tube and collect at the bottom of the effect.
도 2는 전형적인 종래 기술의 다중-효과 증류 증발기(100)를 도시한다.2 illustrates a typical prior art
제1효과(102)에서, 해수는 입구(108)를 통해 제1효과(102)내에 위치된 하나 이상의 스프레이 또는 노즐(110)로 공급된다. 외부 보일러 등에 의해 생성된 가열된 증기는 튜브(112)를 통해 공급된다. 분사된 해수가 튜브(112)의 외부 표면상에 떨어지고 그 위에 얇은 액체막을 형성함에 따라, 가열 증기로부터 전달된 열은 해수를 증발시켜 수증기(V)를 형성한다. 열 전달은 증기를 냉각시키고, 튜브(112)에서 응축된 물을 생성하고, 이어서 응축된 물을 재가열을 위해 보일러로 되돌려 보낸다. 증발하지 않은 (도 2에서 S로 표시되는) 해수는 제1효과의 바닥(114)에서 수집될 때까지 튜브(11)의 일부로부터 다른부분으로(또는 복수의 그러한 튜브가 사용되는 경우 튜브에서 튜브로) 물방울을 떨어뜨린다. 펌프(116)는 이 수집된 해수를 제1효과(102)에서의 스프레이와 유사하게 스프레이 또는 노즐(120)에 의해 스프레이되는 제2효과(104)로 전달한다.In the
제1효과에서 수증기(V)는 제2튜브(118)에 의해 제2효과로 전달되고 제1효과에서 튜브(112)를 통과하는 증기와 유사한 방식으로 작용하지만, 제2튜브(118)의 응축 물은 반환되지 않고 보일러로 공급되는 물은 증류가 수집되는 생성물 도관(124)을 통해 인출된다. 제2효과(104)에서 수증기(V)로 증발하지 않는 해수(S)는 제2효과(104)의 바닥(122)상에 수집되도록 튜브 부분(또는 튜브에서 튜브)에서 튜브 부분으로 다시 떨어진다. 펌프(126)는 이 수집된 해수를 제1 및 제2효과(102, 104)에서의 스프레이와 유사하게 스프레이 또는 노즐(128)에 의해 스프레이되는 제3효과(106)로 전달한다.Water vapor (V) in the first effect acts in a similar manner to the vapor delivered by the second tube (118) to the second effect and passes through the tube (112) in the first effect, but condensation of the second tube (118) No water is returned and the water supplied to the boiler is withdrawn through the product conduit 124 where distillation is collected. Seawater S that does not evaporate into water vapor V in the
제2효과(104)로부터 수증기(V)는 제3튜브(130)에 의해 제3효과(106)로 전달되고 제1효과(102)에서 튜브(112)를 통과하는 증기와 유사한 방식으로 작용하고, 제2효과(104)에서 제2튜브(118)를 통과하는 열증기와 유사한 방식으로 작용한다. 제3효과(106)에서, 제3튜브(130)내의 응축물은 생성물 도관(124)을 통해 인출되어, 수집될 제2효과(104)로부터 담수화된 물과 혼합된다. 제3효과(106)에서 수증기(V)로 증발하지 않는 해수(S)는 제3효과(106)의 바닥(132)에 수집되도록 튜브 부분(또는 튜브에서 튜브)에서 튜브 부분으로 다시 떨어지며, 펌프(134)에 의해 다음 효과로 펌핑된다. 단지 3개의 효과들(102, 104, 106)만이 도 2에 도시되어 있지만, 이는 예시적인 목적으로 도시된 것으로 이해되어야 한다. 종래의 다중-효과 증류 시스템의 예가 미국 특허 제 3,481,835호에 개시되어 있으며, 이는 본원의 참고 문헌으로 포함된다.Water vapor (V) from the second effect (104) is acted in a similar manner to the vapor delivered by the third tube (130) to the third effect (106) and passing through the tube (112) at the first effect (102). , In a
상기와 같이, 일반적인 강하막 증발에 의존하는 종래의 다중-효과 증류 시스템은, 다수의 단점이 있으며, 이들 각각은 일반적으로 유닛의 디자인 용량 및 최대 허용 가능한 작동 온도를 제한한다. 넓은 레벨에서, 많은 MED 디자인은 펌프 사용을 최소화하고, 스케일링을 피하기 위해 튜브의 젖음성을 유지하며, 플래싱 염수 및 증류액으로부터 에너지 회수를 최대화하기위해 가열된 해수 및 증기를 위해 복잡하고 종종 회로적인 경로를 포함한다. 펌프, 용기, 수로 및 증기 경로가 최소 경로에서 최적화될수록 디자인은 과도한 손실을 겪는다. As mentioned above, conventional multi-effect distillation systems that rely on general falling film evaporation have a number of disadvantages, each of which generally limits the design capacity and the maximum allowable operating temperature of the unit. At large levels, many MED designs minimize the use of pumps, maintain tube wettability to avoid scaling, and complex and often circuitry paths for heated seawater and steam to maximize energy recovery from flashing brine and distillate. It includes. As pumps, vessels, waterways and steam paths are optimized at the minimum path, the design suffers from excessive losses.
다중-효과 증류시스템 외에, 다단계 플래시 (MSF) 증발도 비교적 일반적으로 사용되어 해수와 같은 해수 공급원으로부터 탈염수를 생성한다. 도 3은 공급 해수 또는 염수가 압력하에 시스템으로 유입되어 펌프(228) 등을 통해 플랜트(200)로 유입되는 종래 기술의 MSF 시스템 또는 플랜트(200)를 도시한다. 해수 또는 염수는 압력하에 도관 또는 파이프(232)를 통해 염수 히터(214)로 이송된 후 가열된 염수를 플래시 챔버(216)로 전달한다. MSF 시스템 외부의 별도의 단순 증기 발전소인 스팀 발생기(212)는 염수를 가열하는데 필요한 가열 증기를 염수 히터(214)에 공급한다. 증기 발생기(212)는 단순한 증기 발전소(바람직하게는 랭킨 사이클 발전소)이고, 응축기(214) 외에 펌프(240), 보일러(242) 및 증기 터빈(244)으로 구성되어 있으며, 염수 히터 역할도 한다. 도 3에 도시된 증기 터빈(244)은 통상의 MSF 공정의 구성요소가 아니며, MSF를 이용하는 예시적인 설비의 일부로서로 단지 도시됨을 이해되어야 한다. 염수 히터(214)로 통과하는 증기는 증기 터빈(244)과 같은 터빈으로부터 추출되거나 보일러(242)로부터 직접 공급될 수 있다. 도 3의 단순화 된 설명은 종래의 MSF 공정 및 시스템을 설명하기 위해 제공된 것으로 이해되어야 한다. 전형적으로, 과열기는 또한 염수 히터(214)에 들어가기 전에 터빈으로부터 추출되거나 보일러로부터 직접 통과하는지에 관계없이 증기를 조절하여 증기가 포화되고 과열되지 않도록 사용될 수 있다. 종래의 MSF 시스템을 잘 알려져 있다. 전체가 본원발명에 참고로 인용된 US 특허 제3, 966,562호 및 제8,277,614호는 종래의 MSF 시스템을 나타낸다.In addition to multi-effect distillation systems, multistage flash (MSF) evaporation is also relatively commonly used to produce demineralized water from seawater sources such as seawater. FIG. 3 shows a prior art MSF system or
도시된 바와 같이, 해수 또는 염수는 먼저 최종 단계의 피드(feed) 온도를 낮추기 위해 냉각기(230)를 통해 토출될 수 있다. 염수는 공급 히터 도관(232)을 통과한다. 공급 히터는 응축기형 열교환기이며, 여기서 각 단계에서 플래쉬된 증기를 응축하여 방출된 열에 의해 피드가 가열된다. 공급된 염수는 고온에서 첫번째 단계에 도달하나 플래싱이 시작할 정도로 높지 않으므로, 염수에 추가 열을 공급해야 한다. 염수 히터(214)는 외부 증기 발생기(212)로부터 증기를 받고, 염수 온도의 플래싱을 시작하기에 적합한 수준으로 상승시킨다. 이어서, 염수는 플래시 챔버(216) 내로 주입된다. 도 3에 도시된 플래시 챔버(216)의 수는 단지 예시의 목적으로 도시된 것이며, 플래시 단계의 수는 단순화 된 것으로 이해되어야 한다. 전형적인 MSF 설비는 15 내지 40 단계 또는 플래시 챔버를 갖는다. 히터(214)에 의해 전달된 염수는 일반적으로 사용된 화학적 처리 또는 스케일 방지 기술, 가열 증기의 품질 및 각 단계에서의 압력을 유지하는 배출 시스템에 따라 대략 90 ℃ 내지 120 ℃의 온도를 갖는다.As shown, seawater or brine may first be discharged through the cooler 230 to lower the feed temperature of the final stage. The brine passes through
플래시 챔버(216)의 작동 압력은 히터의 작동 압력보다 낮아서 가열된 염수가 증기로 빠르게 끓거나 "플래시"되게 한다. 전형적으로, 이 물은 적은 비율만이 증기로 전환된다. 결과적으로, 남아있는 물은 도시된 바와 같이 각각의 이전 챔버보다 낮은 작동 압력을 갖는 일련의 추가 단계 또는 플래시 챔버(216)를 통해 보내질 것이다. 염수는 각각의 연속적인 플래시 챔버(216)를 통해 또는 임의의 종래의 방법을 통해 단계로 전달된다. 증기가 생성될 때, 증기는 각 챔버를 관통하는 파이프(232)상의 동일한 단계 또는 플래시 챔버에서 응축된다. 응축수는 수집 트레이(218)에 의해 수집되고 펌프(220)에 의해 제거되어 담수화 스트림(222)을 생성한다. 파이프(232) 및 트레이(218)는 각각의 플래시 단계에 대한 응축기를 형성한다. 고염수 농도를 갖는 잔류 염수는 별도의 펌프(224)에 의해 토출되어 226에서 폐기물로서 제거될 수 있다.The operating pressure of the
MSF 공정에서, 염수측에 있는 열전달 표면은 절대 상 변화를 겪지 않으며, 일반적으로 공급수의 화학적 처리와 온라인 기계 세척을 수반하는 효과적인 스케일 제어 기법에 의해 항상 습하고 상대적으로 스케일이 없는 상태로 유지된다. 염수의 플래싱은 열전달튜브로부터 안전한 거리에서 발생한다. 이 절차는 MSF 공정이 스케일 형성 및 침전으로부터 설페이트 기반의 스케일이 형성되기 시작하는 온도까지(즉 121 ℃ 이상) 상당히 보호된다.In the MSF process, the heat transfer surface on the brine side never undergoes a phase change and is always kept wet and relatively unscaled by effective scale control techniques involving chemical treatment of feed water and online machine cleaning. Flashing of brine occurs at a safe distance from the heat transfer tube. This procedure significantly protects the MSF process from the scale formation and precipitation to the temperature at which the sulfate based scale begins to form (ie, above 121 ° C.).
한편, MED 공정에서, 염수막이 상 변화가 발생하는 데 필요한 액체 과열온도에 도달함에 따라 열전달 튜브의 외부 표면에서 직접 증발이 발생한다. 이러한 증발 매커니즘은 열전달 표면을 스케일 형성 및 침전에 매우 취약하게 만들며, 특히 온라인 기계적 세척이 불가능한 동안 화학적 처리만을 사용하여 스케일 형성을 지연시킬 수 있기 때문이다. 이 상황은 MED 공정에서 최대 실제 작동 온도에 대한 엄격한 제한을 부과하며, 안전한 범위(즉, 70 °C 미만) 내로 유지되어야 한다.On the other hand, in the MED process, evaporation occurs directly on the outer surface of the heat transfer tube as the brine film reaches the liquid superheat temperature required for phase change to occur. This evaporation mechanism makes the heat transfer surface very susceptible to scale formation and precipitation, especially because only chemical treatment can be used to delay scale formation while online mechanical cleaning is not possible. This situation imposes strict limits on the maximum actual operating temperature in the MED process and must be kept within a safe range (ie below 70 ° C).
종래의 MSF 공정은 열역학 손실의 3가지 주요 원인, 즉 끓는점 상승 손실, 압력 강하 손실 및 비평형 손실로 어려움을 겪는다. 끓는점 상승 손실은 염수에 고농도의 염이 존재하기 때문에 발생하며, 이는 끓는점 또는 상 변화를 포함하는 모든ㄷ 공정에 존재해야하는 손실이고, 그 값은 염수 용액의 온도와 농도 측면에서 염수의 상태에 따라 달라진다. 끓는점 상승 손실은 온도와 농도에 따라 증가한다. MSF 공정에서는 염수가 저온 단계로 흐를 때 염수 온도가 감소하면서 농도가 증가하므로 끓는점 상승의 두 가지 추진력이 반대로 작용한다. 결과적으로, 이 결과로 인해 MSF 단계에서의 끓는점 상승이 최소화된다.Conventional MSF processes suffer from three major causes of thermodynamic losses: loss of boiling point rise, loss of pressure drop and loss of equilibrium. Boiling point rise loss is caused by the presence of high concentrations of salt in the brine, which is a loss that must be present in all processes, including boiling points or phase changes, the value of which depends on the state of the brine in terms of temperature and concentration of the brine solution. . Loss of boiling point rise increases with temperature and concentration. In the MSF process, when the brine flows into the cold phase, the concentration increases as the brine temperature decreases, so the two driving forces of boiling point rise are reversed. As a result, this result minimizes the boiling point rise in the MSF step.
데미스터(demisters)를 통과하고 튜브 다발을 통과하는 증기 흐름에 의해 야기된 압력 강하는 증기 팽창을 초래하며, 이는 대응하는 포화 온도의 저하를 동반한다. 이를 압력 강하 손실이라고 하며 끊는점 상승 또는 비평형 손실과 비교할 때 크기가 훨씬 적고 염수가 낮은 온도 단계로 흐를수록 증가한다. 비평형 손실은 이전의 두 손실과 달리 MSF 공정으로부터 유래된 특성이다. 이 손실의 양은 단계 열 레벨에 반비례하고 플래싱 염수 뎁스(depth)에 직접 비례한다. 이러한 특성을 설명하기 위해 표면 아래의 주어진 뎁스에서 염수 풀(pool)의 증기 평형 온도를 로 정의할 수 있으며, 여기서 는 단계 압력에서 증기 평형온도, 는 증기 포화 온도의 변화 속도를 나타낸다. 는 표면 아래의 주어진 뎁스 에서 염수 풀의 정수압을 나타낸다. The pressure drop caused by the steam flow through the demisters and through the tube bundle results in vapor expansion, which is accompanied by a drop in the corresponding saturation temperature. This is called the pressure drop loss, which is much smaller in size and increases as the brine flows to a lower temperature level compared to the break point rise or non-equilibrium loss. Non-equilibrium loss is a characteristic derived from the MSF process, unlike the previous two losses. The amount of this loss is inversely proportional to the step heat level and directly proportional to the flashing brine depth. To account for this characteristic, the steam equilibrium temperature of the brine pool at a given depth below the surface is measured. Can be defined as Steam equilibrium temperature, Represents the rate of change of the steam saturation temperature. Is the given depth below the surface Represents the hydrostatic pressure of the brine pool.
도 4는 일반적인 MSF 공정의 전형적인 플래싱 범위에 대한 다른 값에서의 에 대한 플롯을 도시한다. 도 4는 염수 풀의 증기 평형온도에 대한 염수 뎁스의 영향이 높은 열 수준 단계에서는 크게 중요하지 않으며 낮은 열 수준 단계에서는 급격히 중요해진다는 것을 나타낸다. 다시 말하면, 단계 입구 및 출구에서의 염수 벌크 온도가 끓는점 상승보다 작은 및 를 취하면, 는 염수 표면상의 임의의 지점에서 증발이 최대 의 뎁스까지의 필요한 조건이다. 높은 열 수준 단계의 경우, 이 조건은 보통 염수 저장고에서의 최대 침수에 대해서도 제공된다. 그러나, 염수가 스테이지를 통해 출구를 향해 이동할 때 증발이 효과적으로 유지되러면 염수 풀에서 상당한 뎁스를 유지하기 위한 조건 이 유지되어야 한다. 염수가 낮은 열 수준 단계로 흐르면 조건 가4 is another for typical flashing range of a typical MSF process. In value Show the plot for. 4 shows that the effect of the brine depth on the steam equilibrium temperature of the brine pool is not very important at high heat level stages and rapidly at low heat level stages. In other words, the brine bulk temperature at the step inlet and outlet is less than the boiling point rise. And If you take Is the maximum evaporation at any point on the brine surface It is a necessary condition until the depth of. For high heat level stages, this condition is usually provided for maximum submersion in the brine reservoir. However, the conditions for maintaining significant depth in the brine pool if evaporation is effectively maintained as the brine moves through the stage towards the outlet This should be maintained. Conditions when brine flows to a low heat level stage end
최소 염수 농도에서도 보급되며, 이는 증발이 스테이지 입구에서 표면 근처에서만 일어날 수 있고, 염수가 스테이지 출구로 접근함에 따라 감소할 ?까지 줄어들며, 이에 따라 스테이지의 상당 부분을 비생산적인 것으로 만든다.It is also spread at the minimum brine concentration, which can cause evaporation to occur only near the surface at the stage inlet and diminish as the brine approaches the stage outlet, thus making much of the stage unproductive.
도 5는 통상적인 종래 기술인 MSF 유닛의 스테이지에 따른 3가지 손실 및 결과적인 총 열역학 손실의 플롯이다. 도 5는 이러한 손실의 상대적인 크기 변화를 MSF 장치의 단계를 다라 플래싱 염수와 리사이클링 염수 사이의 총 평균 온도 차이의 일부를 나타낸 것이다. MSF와 달리, 비평형 열역학 손실은 MED 과정에서는 존재하지 않는다. 이것은 증발이 액체 풀의 플래시가 아닌 과열 액체막에서 발생하기 때문이다. 한편, 끓는점 상승과 압력 강하 손실은 MSF 프로세스와 비슷한 수준까지 존재한다. 그러나, 이러한 손실은 MED 과정의 열성능에 관한한 훨씬 덜 중요하며, 주된 이유는 증발 온도 범위가 이미 좁은 저온 스트레칭으로 제한되어 있기 때문이며, 또한 이러한 낮은 열 수준의 전체 열전달계수가 MSF 공정의 거의 두배가 되기 때문이다.5 is a plot of three losses and the resulting total thermodynamic losses along the stage of a conventional prior art MSF unit. FIG. 5 shows the relative magnitude change of this loss as part of the total mean temperature difference between flashing brine and recycling brine along the stages of the MSF apparatus. Unlike MSF, non-equilibrium thermodynamic losses do not exist in the MED process. This is because evaporation occurs in the superheated liquid film and not in the flash of the liquid pool. On the other hand, boiling point rise and pressure drop losses are present at levels similar to those of the MSF process. However, this loss is much less important when it comes to the thermal performance of the MED process, and the main reason is that the evaporation temperature range is already limited to narrow cold stretching, and this low heat level overall heat transfer coefficient is almost twice that of the MSF process. Because it becomes.
이러한 손실의 결합된 효과는 전형적인 종래기술 MSF 유닛에 대해 도시한 도 6의 생성물 증류의 단계별 및 누적 질량 유량으로 설명된다. 도 6은 단계 생산성이 단계 열 수준에 직접적으로 의존한다는 것과 MSF 프로세스의 저온 영역 단계에서 낮은 단계 생산성이 본질적인 특성이라는 것을 분명히 보여준다.The combined effect of this loss is illustrated by the stepwise and cumulative mass flow rates of the product distillation of FIG. 6 shown for a typical prior art MSF unit. 6 clearly shows that step productivity depends directly on the step heat level and that low step productivity is an essential characteristic in the low temperature region step of the MSF process.
MSF 또는 MED 플랜트를 고려할때는 두 가지 기본 수량, 즉 플랜트의 생산 능력과 원하는 출력을 생성하기 위해 이러한 플랜트를 구동하는데 필요한 저급 증기 형태의 가용 열 에너지를 먼저 설정해야한다. MSF 및 MED 플랜트 효율성 또는 공정 잠재력을 측정하기 위한 지침은 일반적으로 이 두 가지 양을 기준으로 하며 이득 출력 비율(GOR) 또는 성능 비율(PR)로 알려져 있다. GOR은 생성물 유출물(단위 시간당 킬로그램)과 공정에 공급되는 증기(단위 시간당 킬로그램)의 질량 비율로 정의된다. PR은 가열 스팀의 응축으로 인한 잠열의 사전정의된 양당 킬로그램 단위로 측정한 양 또는 증류량 1킬로그램을 생산하기 위해 공급된 열량(킬로그램단위)로 정의 된다. 이러한 비율은 몇 가지 매개변수에 따라 달라지는데, 그 중 일부는 최고 염수 온도(TBT), 증발 단계 또는 효과의수, 사용 플래시 온도 범위, 증발할 염수의 질량 비율 및 생성물 증류액, 염수 농도 및 증발 단계 또는 효과의 효율성에 따라 달라진다. 그러나, GOR 또는 PR의 상한 수치에는 기술적 및 경제적인 제약이 있다. 그러나 가열 증기 조건과 각 공정에 공급되는 에너지 등급이 일반적으로 다르기 때문에 MSF에 대한 이러한 양(GOR 또는 PR)과 MED의 양을 비교할 때는 주의하여야 한다. 비교적 높은 작동 온도에서 MSF의 성능을 향상시키기 위해 MSF 공정의 플래싱 온도 범위가 온도 스케일에서 위로 이동하도록 MSF를 MED와 통합할 수 있는 것이 바람직하지만, MED 서브 유닛은 MSF 시스템에 통합된 이 범위에서 더 나은 성능을 위해 더 낮은 온도 범위에서 작동한다. 따라서, 전술한 문제점을 해결하는 조합 다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템이 요구된다.When considering an MSF or MED plant, the first two basic quantities must be established: the available thermal energy in the form of lower steam required to run these plants in order to produce the plant's production capacity and desired output. Guidance for measuring MSF and MED plant efficiency or process potential is generally based on these two quantities and is known as gain output ratio (GOR) or performance ratio (PR). GOR is defined as the mass ratio of product effluent (kg per unit time) and steam supplied to the process (kg per unit time). PR is defined as the quantity measured in kilograms per predefined amount of latent heat due to condensation of heated steam, or the amount of heat supplied in kilograms to produce one kilogram of distillate. These ratios depend on several parameters, some of which include the highest brine temperature (TBT), the number of evaporation steps or effects, the range of flash temperatures used, the mass ratio of the brine to be evaporated, and the product distillate, brine concentration and evaporation step. Or the effectiveness of the effect. However, there are technical and economic constraints on the upper limit of the GOR or PR. However, care must be taken when comparing these amounts (GOR or PR) to the amount of MED for MSF, as the heating steam conditions and the energy ratings supplied to each process are generally different. It is desirable to be able to integrate the MSF with the MED so that the flashing temperature range of the MSF process moves up on the temperature scale to improve the performance of the MSF at relatively high operating temperatures, but the MED subunit is further integrated in this range integrated into the MSF system. It operates in a lower temperature range for better performance. Therefore, there is a need for a combination multi-effect distillation and multi-stage flash evaporation system that solves the above problems.
컴비네이션 다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템은 다단계 플래시(MSF) 증발 시스템과 다중 효과 증류(MED) 시스템을 통합하여 MED 증류 공정은 낮은 온도 범위(예: 70 °C 미만)에서 작동하는 반면 MSF 공정의 플래싱 온도 범위가 온도 스케일(예: 70-120 °C)에서 위로 이동되도록 한다. 다단계 플래시 증발 시스템은 다단계 플래시 증발 시스템이 다기능 증류 시스템의 공급 히터에 의해 예열된 후 소금물(예:해수 또는 염수)의 흐름을 수용하고 순수한 증류수를 생성하도록 복수의 플래시 증발/응축 단계를 포함한다. 다중 효과 증류 시스템은 다중 효과 증류 시스템이 추가 증류를 위해 다단계 플래시 증발 시스템에서 가열된 농축 염수를 수용하고 순수 증류수를 생성하도록 복수의 응축/증발 효과를 포함한다.The combination multi-effect distillation and multi-stage flash evaporation system incorporates a multi-stage flash (MSF) evaporation system and a multi-effect distillation (MED) system so that the MED distillation process operates at a lower temperature range (eg below 70 ° C), Allow the flashing temperature range to move up on the temperature scale (eg 70-120 ° C). The multistage flash evaporation system includes a plurality of flash evaporation / condensation steps to receive a stream of brine (eg seawater or brine) and produce pure distilled water after the multistage flash evaporation system is preheated by the feed heater of the multifunctional distillation system. The multiple effect distillation system includes a plurality of condensation / evaporation effects such that the multiple effect distillation system receives concentrated brine heated in a multistage flash evaporation system for further distillation and produces pure distilled water.
염수 히터는 다단계 플래시 증발 단계와 유체 연통하고, 염수 스트림이 다중 효과 증류 시스템 및 증발 다단계 플래시 증발 시스템의 증발 단계의 공급 히터에 의해 예열된 후 염수 스트림을 추가 가열하기 위해 염수 히터로 제1가열 스팀을 전달하기 위한 보일러가 제공된다. 제1감온기는 염수 히터에 주입하기 전에 가열 스팀의 제1스트림을 선택적으로 냉각 및 컨디셔닝하기 위해 제공될 수 있다. 바람직하게는, 염수 히터에 의해 생성된 응축 스팀의 제1부분은 제1감온기에서 사용하기 위해 재순환된다. 염수 히터에 의해 생성된 응축 스팀의 제2부분은 보일러에서 사용하기 위해 재순환될 수 있다.The brine heater is in fluid communication with the multi-stage flash evaporation stage and the first heating steam with the brine heater to further heat the brine stream after the brine stream is preheated by the multi-effect distillation system and the feed heater of the evaporation stage of the evaporation multi-stage flash evaporation system. A boiler is provided for conveying this. The first desuperheater may be provided for selectively cooling and conditioning the first stream of heated steam prior to injecting the brine heater. Preferably, the first portion of the condensation steam produced by the brine heater is recycled for use in the first desuperheater. The second portion of the condensation steam produced by the brine heater can be recycled for use in the boiler.
해수는 외부 공급원으로부터 전달되고, 전처리 시스템은 다중 효과 증류 시스템의 상기 공급 가열기로의 해수를 전달하기 전에 해수를 여과하기 위해 제공된다. 전처리 시스템은 예를 들어, 저압 미세여과 또는 한외 여과막 시스템 및 나노여과막 시스템을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 제2감온기는 다중 효과 증류 시스템의 복수의 증류 효과 중 제1스팀으로의 주입 전에 제2가열 스팀을 선택적으로 냉각 및 컨디셔닝 하기 위해 제공될 수 있다. 제2 가열 스팀은 보일러에 의해 생성될 수 있다. 또한, 다단계 플래시 증발 시스템과 다중 효과 증류 시스템 사이에 염수 순환 펌프가 제공되어, 펌프에 의해 전달된 증발되지 않은 농축 염수의 제1부분이 전처리된 것과 혼합한 후 다단계 플래시 증발 시스템으로 다시 순환되도록하며, 즉 예열된 해수에 의해 다단계 플래시 증발 시스템에서 추가 가열, 플래싱 및 응축을 위한 연속적인 염수 스트림을 형성한다. 증발되지 않은 농축 염수의 제2부분은 추가 증류를 위해 다중 효과 증류 시스템의 복수의 증류 효과 중 제1부분으로 전달된다. 또한, 다단계 플래시 증발 시스템의 마지막 단계에서 순수 증류 스트림이 배출되어 다단계 증류 시스템에서 복수의 리셉터클(receptacles) 중 제1부분으로 전달하여 순수 증류수의 가용 잠열을 추가적으로 플래싱하고 회수한다. Seawater is delivered from an external source, and a pretreatment system is provided to filter the seawater before delivering the seawater to the feed heater of a multiple effect distillation system. The pretreatment system can optionally include, for example, low pressure microfiltration or ultrafiltration membrane systems and nanofiltration membrane systems. In addition, a second desuperheater may be provided for selectively cooling and conditioning the second heated steam prior to injection into the first steam of the plurality of distillation effects of the multi-effect distillation system. The second heating steam may be produced by the boiler. A brine circulation pump is also provided between the multi-stage flash evaporation system and the multi-effect distillation system such that the first portion of the unevaporated concentrated brine delivered by the pump is mixed with the pretreated and then circulated back to the multistage flash evaporation system. Preheated seawater forms a continuous brine stream for further heating, flashing and condensation in a multistage flash evaporation system. The second portion of concentrated brine not evaporated is passed to the first portion of the plurality of distillation effects of the multiple effect distillation system for further distillation. In addition, in the last stage of the multi-stage flash evaporation system, the pure distillation stream is withdrawn and delivered to the first portion of the plurality of receptacles in the multi-stage distillation system to further flash and recover the available latent heat of the pure distilled water.
일실시예에서, 열 증기 컴프레셔는 열 증기 컴프레셔가 제2가열 스팀을 생성하도록 다중 효과 증류 시스템의 복수의 증발 효과 중 마지막 하나와 유체 연통한다. 열 증기 컴프레셔는 보일러에 의해 제공되는 비교적 중간/낮은 압력의 스팀에 의해 작동된다. 또 다른 일실시예에서, 기계적 증기 컴프레셔는 보일러로부터 가열 스팀을 사용하기보다는 염수 히터로 가열 스팀을 주입하기 위해 마지막 플래시 증발 단계 중 적어도 하나와 유체 연통된다. 본 발명의 상기와 같은 특징들은 이하 명세서 및 도면에 따라 보다 명확해질 수 있다. In one embodiment, the thermal vapor compressor is in fluid communication with the last one of the plurality of evaporation effects of the multiple effect distillation system such that the thermal vapor compressor produces a second heated steam. Thermal steam compressors are operated by relatively medium / low pressure steam provided by the boiler. In another embodiment, the mechanical vapor compressor is in fluid communication with at least one of the last flash evaporation steps to inject heating steam into the brine heater rather than using heating steam from the boiler. Such features of the invention may become more apparent according to the following specification and drawings.
도 1은 본 발명에 따른 다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템의 컴비네이션을 개략적으로 도시한다.
도 2는 종래의 다중 효과 증류 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3은 종래의 다단계 플래시 증발 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 4는 종래의 다단계 플래시 증발 공정에 대한 전형적인 플래싱 범위를 넘는 다양한 뎁스에 대해 표면 아래 주어진 뎁스에서 염수 풀의 증기 평형 온도에 대한 플롯을 나타내는 그래프이다.
도 5는 종래의 다단계 플래시 시스템의 단계에 걸쳐, 결과적인 총 열역학적 손실과 함께 끓는점 상승 손실, 압력 강하 손실 및 비평형 손실의 플롯을 나타내는 그래프이다.
도 6은 종래의 다단계 플래시 증발 시스템에 대한 생성물 증류액의 단계별 및 누적 질량 유량으로 도시된 도 5의 손실의 결합 효과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템의 컴비네이션의 대안적인 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 8은 다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템의 컴비네이션의 다른 대안적인 실시예를 개략적으로 도시한다.
유사한 도면 부호는 첨부된 도면 전체에서 일관되게 대응하는 특징을 나타낸다.1 schematically shows a combination of a multi-effect distillation and multistage flash evaporation system according to the present invention.
2 schematically illustrates a conventional multiple effect distillation system.
3 schematically illustrates a conventional multi-stage flash evaporation system.
4 is a graph showing a plot of steam equilibrium temperature of a brine pool at a given depth below the surface for various depths beyond the typical flashing range for a conventional multi-step flash evaporation process.
FIG. 5 is a graph showing plots of boiling point rise loss, pressure drop loss and non-equilibrium loss with the resulting total thermodynamic loss over the stages of a conventional multi-stage flash system.
FIG. 6 is a graph showing the combined effects of the losses of FIG. 5 shown in staged and cumulative mass flow rates of product distillate for a conventional multistage flash evaporation system.
7 schematically illustrates an alternative embodiment of a combination of a multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
8 schematically illustrates another alternative embodiment of a combination of a multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
Like reference numerals denote corresponding features consistently throughout the accompanying drawings.
도 1에 도시된 다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템의 컴비네이션(10)은 도 2의 MED 시스템(100)과 유사한 다중 효과 증류(MED) 시스템을 도 3의 MSF 증발 시스템(200)과 유사한 다단계 플래시(MSF) 증발 시스템과 결합한다. 도 1에 도시된 시스템(10)의 다단계 플래시 증발 부분은 압력하에 시스템으로 들어가는 해수 공급물 및 재순환 농축 염수의 혼합물은 믹서(68) 등을 통해 도관 또는 파이프(32)로 유입되는 것으로 시작한다. 해수 공급물은 펌프(28)에 의해 외부 공급원으로부터 유입되어 하기 상세히 설명한 바와 같이 시스템(10)의 다중 효과 증류 부분의 최종 응축기(24)를 통과한다. MSF 공정으로의 주입에 앞서, 해수 공급물의 총 부피(또는 대안적으로 단지 제1부분)는 나노여과(NF)막 등을 사용하여 여과 시스템(40)을 통과함으로써 전처리되는 것이 바람직하다. 여과 시스템(40)으로 통과하는 해수 공급물의 제1부분의 선택적 흐름 제어는 임의의 적합한 유형의 밸브(46)에 의해 제공될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 해수 공급의 제2부분은 임의의 적합한 유형의 밸브(42)를 통해 여과 시스템(40)을 우회한다. 여과 시스템(40)은 2차 저압 미세 여과(MF) 또는 한외여과(UF) 막 여과 시스템(44)과 선택적으로 결합될 수 있다. 여과 시스템(40)으로부터의 처리되지 않은 해수 또는 리젝트(reject) 염수는 배출구(48)를 통해 시스템으로 배출될 수 있다. 하기 상세히 설명한 바와 같이 그 후, 전 처리된 해수가 시스템(10)의 다중 효과 증류 부분의 공급 히터(20)를 통해 시스템(10)의 MSF 부분으로 통과된다. 본 명세서에 있어 해수는, 다른 종류의 해수, 예를 들어 염수는 다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템에 의해 처리될 수 있는 것으로 이해되어 야 한다.The
전처리되고, 예열된 해수 스트림은 도관 또는 파이프(64)로부터 재순환된 농축 염수 스트림의 제1부분에 합류한 다음, 2개의 스트림은 혼합기(68) 등에서 함께 혼합된다. 해수와 염수의 혼합물은 압력하에서 도관 또는 파이프(32)를 통해 염수 히터(14)로 이송된 다음, 가열된 염수를 플래시 챔버(16)로 전달한다. 추가 보충수와 함께 연료를 열 재생 응축수로 연소시키는 보일러(12)는 증기 발생기로서 작용하여 염수 히터(14)에 염수를 가열하는 데 필요한 가열 스팀을 공급한다. 염수로의 열 전달 후, 스팀은 응축되고, 이 응축수는 도관 또는 파이프(52)를 따라 스팀으로 재순환하기 위해 보일러(12)로 되돌아간다. 응축수는 펌프(50)에 의해 가압된다. 또한, 도시된 바와 같이 감온기(54)가 제공될 수 있다. 감온기(54)는 제어된 양의 냉각수(즉, 파이프 또는 도관(56)을 통해 펌프(50)에 의해 선택적으로 응축된 응축수)를 과열 된 스팀 흐름에 주입하여 스팀 온도를 감소시키거나 제어하는데 사용된다.The pretreated, preheated seawater stream is joined to the first portion of the concentrated brine stream recycled from conduits or
플래시 챔버(16)는 도 3의 종래의 MSF 시스템(200)의 것과 유사한 방식으로 작용하여 탈염된 증류수를 생성하며, 이는 파이프 또는 도관(58)에 의해 MSF 부분으로부터 배출된다. 재순환 펌프(60)는 밸브(62)의 제어하에 농축된 염수의 제1부분을 재순환 파이프 또는 도관(64)을 통해 통과시켜 68 에서 전처리된 예열된 해수와 혼합한다. 농축 염수의 나머지는 밸브(66)의 제어하에 시스템(10)의 MED 부분의 공급수 입구(36)로 유입된다.
MED 부분은 도 2의 종래의 다중 효과 증류 증발기(100)과 유사한 방식으로 작동하는 다중 효과(18)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 보일러(12)에 의해 생성된 스팀의 일부는 파이프 또는 도관(70)을 따라 전환되어, 가열된 스팀을 제1효과의 스팀 체스트에 공급할 수 있다. 감온기(54)와 유사한 감온기(72)가 파이프 또는 도관(70)에 제공될 수 있으며, 응축수의 일부는 파이프 또는 도관(74)을 통해 전달되고 펌프(76)에 의해 가압된다.The MED portion includes
MED 부분의 각각의 추가 효과에 대한 가열 증기는 공급 히터(20)를 통과한 후 이전 효과에서 발생된 증기로부터 제공되어 공급수 입구(36)로부터 유입된 염수의 일부를 가열하여 증기로 전환시킨다. 탈염수인 각 효과(18)로부터 응축된 증기는 파이프 또는 도관(26)을 통해 각각의 리셉터클(22)에 수집되며, 제1리셉터클은 파이프 또는 도관(58)을 통해 시스템(10)의 MSF 부분으로부터 증류물을 수용한다. 최종 효과로부터 증기는 최종 응축기(24)를 통과한다. 최종 응축기에서 응축한 후, 응축수는 파이프 또는 도관(34)을 통해 마지막 리셉터클(22)로부터 증류물 스트림과 혼합되어 최종 증류물 생성물(즉, 탈염수)을 형성하며, 이는 증류물 펌프(80)에 의해 제거된다. 펌프(78)에 의해 최종 효과(18)로부터 리젝트 염수(Reject brine)는 제거된다. 리셉터클(22)에는 바람직하게 MED 부분의 각각의 후속 효과로부터의 증류물와 함께 MSF 부분으로부터의 증류물와 같은 특정 효과와 관련된 각각의 플래싱 포트에 공급되며, 여기서 플래싱 포트 내의 압력은 특정 진공에서 유지되어 증류물의 플래싱이 원하는 속도로 발생하게 한다. 예를 들어, 복수의 플래시 포트 중 제1플래스 포트 중 제1포트의 압력은 파이프 또는 도관(30)을 통한 제1효과의 압력과 동일해지고, 제1플래시 포트는 파이프 또는 도관(58)을 통해 시스템(10)의 MSF 부분으로부터 증류물를 수용한다. 제2플래시 포트의 압력은 파이프 또는 도관(30)을 통한 제2효과의 압력과 동일하게 되고, 제2플래시 포트는 제1플래시 포트로부터의 증발되지 않은 증류물과 함께 파이프 또는 도관(26)을 통해 제1효과로부터 증류물을 수용한다. 이과 정은 마지막 플래시 포트의 압력이 파이프 또는 도관(30)을 통해 최종 응축기(24)의 압력과 동일해질 때까지 계속된다. 마지막 플래시 포트는 파이프 또는 도관(26)을 통해 마지막 효과로부터 이전 플래시 포트로부터 남은 증발되지 않은 증류물을 증류한다. The heated steam for each additional effect of the MED portion is provided from steam generated in the previous effect after passing through
시스템(10)은 낮은 온도 범위에서 MED 서브유닛을 MSF 시스템에 통합시키면서 온도 스케일상에서 MSF 프로세스의 플래싱 온도 범위를 위로 이동시킨다. 일반적인 MSF 설비는 약 40 °C 내지 90 °C 의 온도 범위의 플래싱 조건에서 작동한다. 그러나, 시스템(10)에서, 50 °C와 유사한 플래싱 스팬을 유지하면서, 시스템(10)의 동일한 MSF 부분은 60 °C 내지 110 °C 사이의 플래싱 온도 범위에서 작동될 수 있으며, 추가된 MED 부분에 대한40 °C 내지 60 °C 사이의 저온 범위는 남겨둔다. 효과적으로, 이것은 일부 MSF 설비의 고온 작동과 유사한 플래싱 온도 범위의 확장이지만, 플래시 온도 범위, 특허 더 낮은 온도 범위의 이용이 훨씬더 우수하다.
도 1에서 MED 부분은 시스템(10)의 저온 측에서 작동한다. 전술한 바와 같이, MSF로부터의 농축 염수의 일부 및 전체 MSF 생성 증류물은 MED 부분을 통해 계속적으로 끓고 플래싱하여 증기를 발생시키고, 농축 염수의 나머지 부분은 계속 생성하는 한편, 농축된 염수 중 나머지 부분은 메이크업(makeup) 공급 해수와 혼합한 후 MSF 부분에서 다시 재생된다. 공정 온도 및 압력 구배의 필요한 변화와는 별도로, 시스템(10)의 MSF 공정은 시스템(10)에서 더 이상 필요하지 않은 종래 시스템의 열 제거 섹션을 제외하고는 종래의 MSF 시스템과 상대적으로 변경되지 않는 상태로 유지된다는 점을 유의해야한다. 대신에, 열 제거 단계가 열 회수 섹션에 추가된다.In FIG. 1, the MED portion operates on the cold side of the
도 7의 실시예에서, 열은 MED 부분 내에서 재순환된다. 도 7에서 최저 온도 효과(18)의 증기 및 마지막 리셉터클(22)에서 플래시된 증기는 열 증기 압축기(TVC)(84)에 의해 재순환되어 제1효과를 유도하는 가열 스팀으로서 사용된다. 도 8의 실시예에서, 열은 MED 및 MSF 부분 모두에서 재순환된다. 도 8에서 시스템은 도 7의 시스템과 유사한 방식으로 작동하지만, MSF의 마지막 몇 단계에서 생성된 추가 양의 증기가 염수 히터(14)에 공급된 가열 스팀을 대체하기 위해 사용된다. 도 8에서, 이것은 기계적 증기 압축기(MVC)(82)에 의해 수행되는 것으로 도시되어 있지만, TVC를 포함하는 임의의 적합한 유형의 압축기가 이 재활용 공정에 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. In the embodiment of Figure 7, heat is recycled in the MED portion. In FIG. 7 the vapor of the
도 7 및 도 8의 실시예에서, MSF 부분은 재순환 유형이나, 열 제거 단계는 열 회수 단계와 결합된다. MED 부분은 여전히 종래의 방식으로 작동하는데, 여기서 공급수는 MED 공급 히터(20)에서 가열된 다음 재순환 염수와 혼합되어 MSF 단계(16)에서 염수 히터(14)에 도달할 때까지 추가 가열된다. MSF 부분으로부터 배출된 농축 염수의 부분은 추가의 끓음, 플래싱, 및 증발을 위해 제1MED 효과에 공급된다.In the embodiment of Figures 7 and 8, the MSF portion is of recycle type, but the heat removal step is combined with a heat recovery step. The MED portion still operates in a conventional manner, where the feed water is heated in the
MSF 부분으로부터의 증류물은 제1플래싱 포트(22)로 공급되고, 여기서 그 내부의 압력은 제1효과의 진공에서 유지되어, 증류물의 플래싱이 원하는 속도로 발생하게 한다. 증류물의 플래싱에 의해 방출된 증기는 각 공급 히터(20)에서 공급물을 가열하는 증기를 합류시키기 위해 통과된다. 시스템의 고온 측에서 작동하는 각각의 효과(18)로부터의 염수 제거는 추가적인 끓음, 플래싱 및 증기 발생을 허용하기 위해 후속 효과로 전달된다. 유사하게, 각각의 효과(18)의 생성 증류물은 다음 저온 플래시 포트(22)로 전달되어 부분 플래싱에 의해 과잉 열을 회수할 수 있다. 마지막 효과(18)에서 배출된 증기는 최종 응축기(24)로 전달될 수 있으며, 여기서 그것은 응축되며, 이에 따라 가장 낮은 압력은 도 7 및 도 8의 실시예처럼 열 증기 압축기(TVC)(84)에 의해 압축되거나 또는 이와 유사한 방식으로 재사용할 수 있다.Distillate from the MSF portion is fed to the
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템(10)의 컴비네이션을 나타내기 위해, 아래의 표 1 및 2는 열로 작동하는 MED-MSF 컴비네이션 시스템(즉, 도 1의 실시예)과 비교하여 종래의 MED 및 MSF 시스템의 샘플 성능 특성을 나타낸다; 컴비네이션 MED-MSF 담수화 시스템의 TVC 구동 MED 부 및 열 구동 MSF 부 (즉, 도 7의 실시예); 및 컴비네이션 MED-MSF 담수화 시스템의 TVC 구동 MED 부 및 MVC 구동 MSF 부(즉, 도 8의 실시예). 공정 성능 지표에는 동등한 양의 가열 스팀(예:증류물kg/등가 가열스팀kg)의 단위 질량 당 증류물의 단위 질량 당 등가 게인(gain) 출력 비율(GOR), 증류물 톤당 kWh의 총 에너지 입력량(열 및 전기), 증류물 톤당 kWh의 총 에너지 입력량(열역학 제2법칙에 근거한 모든 실제 유용한 에너지의 합 포함) 및 생성물 회수율(증류물/해수 보충 공급물 또는 증류물/냉각을 포함하는 총 해수 공급물)이 포함된다. 표 1 및 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, GOR은 종래의 MED 공정 및 종래의 MSF 공정과 비교하여 MED-MSF 담수화 시스템의 실시예의 컴비네이션의 경우 훨씬 더 높다. 또한, 에너지 입력 및 엑서지(exergy) 입력은 종래의 MED 공정 및 종래의 MSF 공정에 비해 MED-MSF 컴비네이션 담수화 시스템이 훨씬 더 낮다. 이들 지표 중 가장 중요한 것은 엑서지 입력이며, 이는 열 구동 MED- MSF 컴피네이션이 3 가지 실시예 모두에서 가장 효율적이라는 것을 보여준다. 또한, 물 회수율 측면에서, MED-MSF 컴비네이션은 종래의 MED 공정 및 종래의 MSF 공정에 비해 분명히 우수하다. 열 구동 MED-MSF 컴비네이션 시스템에 대한 생성물 회수율은 MED-MSF 컴비네이션 시스템의 3가지 실시예 모두에서 가장 높다. 이러한 우수한 성능과 높은 물 회수율로 인해 MED-MSF 담수화 시스템은 운영 및 전체 제품 용수 단가 측면에서 다른 시스템과 기술을 능가한다. To illustrate the combination of a multi-effect distillation and multistage
마지막 단계 또는 효과 온도Last stage or effect temperature
oo
CC
(도 2)Conventional MED System
(Figure 2)
(도 3)Conventional MSF System
(Figure 3)
(도 3)Conventional MSF System
(Figure 3)
스템 (도 8)Combination MED-MSF
Stem (Figure 8)
GORGOR
))
((
증류물Distillate
Kg/ Kg /
스팀 Kg)Steam Kg)
Performance Ratio) (Performance Ratio) (
증류물Distillate
kWh / ton) kWh / ton)
ExergyExergy
Input) (열 + 펌프, Input) (heat + pump,
증류물Distillate
kWh / ton) kWh / ton)
((
증류물Distillate
ton / 해수 ton) ton / seawater ton)
(도 2)Conventional MED System
(Figure 2)
(도 3)Conventional MSF System
(Figure 3)
(도 3)Conventional MSF System
(Figure 3)
스템 (도 8)Combination MED-MSF
Stem (Figure 8)
본 발명은 전술한 실시에로 제한되지 않으며, 다음의 청구범위에 범주 내의 임의의 모든 실시예를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that the present invention is not limited to the foregoing embodiments, and that the following claims include any and all embodiments within the scope.
Claims (19)
상기 다중 효과 증류 시스템은 복수의 응축, 증발 효과 및 마지막 응축기를 포함하며, 상기 다중 효과 증류 시스템의 마지막 단계는 상기 다단계 플래시 증발 시스템으로부터 상기 염수를 수용하여 막 끓음에 의한 추가 증발을 수행하고, 탈염수 증류물을 생성하고; 및
주위 온도(ambient temperature)에서 상기 다단계 플래시 증발 시스템에 공급되는 해수는 설페이트 스케일(sulfate scale)의 형성 및 침전없이 121 oC 의 최대 허용 온도(maximum permissible temperature)로 가열되고 동시에 상기 염수 및 탈염수 증류물은 최소 온도 의존적 비평형 손실을 갖는 순차적 효율적인 플래싱 효과에 의해 냉각되고 주위 온도와 상기 최대 허용 온도 사이의 중간 지점의 온도에서 마지막 플래싱 단계를 빠져나가며; 및
상기 염수는 상기 다중 효과 증류 시스템의 제1효과에 들어가고 비평형 손실없이 효율적인 막 끓음에 의해 순차적으로 계속 증발하고;및
최종 효과로부터 증기는 상기 시스템에서 메인 열 싱크인 마지막 응축기에서 응축되고, 상기 염수는 주위 온도와 유사한 온도에서 상기 다중 효과 증류 시스템의 마지막 효과를 빠져나가며; 및
상기 다단계 플래시 증발 시스템의 상기 마지막 플래싱 단계에서 축적된 상기 탈염수 증류물은 주위 온도와 상기 최대 허용 온도 사이의 중간 지점의 온도에서 상기 다중 효과 증류 시스템의 상기 제1효과로 전달되며,
상기 다중 효과 증류 시스템에서 연속적인 플래싱에 의해 상기 증류수의 현열 (sensible heat) 및 주위 온도에 가까운 온도에서 상기 마지막 효과를 빠져나가는
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The multi-stage flash evaporation system includes a brine heater, a plurality of flashing and condensation stages, the multi-stage flash evaporation system receives a certain amount of seawater from an external source, generates distilled water by sequential flashing effect, and converts the brine and distilled water into Pass to the next step, and finally deliver the brine to the multiple effect distillation system for further evaporation in the last flashing step; And
The multi-effect distillation system includes a plurality of condensation, evaporation effects and a final condenser, the last stage of the multi-effect distillation system receives the brine from the multi-stage flash evaporation system to perform further evaporation by boiling the membrane, and demineralized water To produce a distillate; And
The seawater supplied to the multi-stage flash evaporation system at ambient temperature is heated to a maximum permissible temperature of 121 ° C. without the formation and precipitation of sulfate scales and at the same time the brine and demineralized distillate Is cooled by a sequential efficient flashing effect with a minimum temperature dependent unbalance loss and exits the last flashing step at a temperature midway between the ambient temperature and the maximum allowable temperature; And
The brine enters the first effect of the multi-effect distillation system and continues to evaporate sequentially by efficient membrane boiling without loss of equilibrium; and
From the final effect, steam condenses in the last condenser, which is the main heat sink in the system, and the brine exits the last effect of the multi-effect distillation system at a temperature similar to ambient temperature; And
The demineralized distillate accumulated in the last flashing step of the multistage flash evaporation system is transferred to the first effect of the multiple effect distillation system at a temperature midway between ambient temperature and the maximum allowable temperature,
Continuous flashing in the multi-effect distillation system to exit the last effect at sensible heat of the distilled water and at a temperature close to ambient temperature.
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
상기 플래싱 및 응축 단계 각각은 플래시 챔버 및 응축기를 포함하고, 상기 응축기는 입구 및 출구를 갖는 적어도 하나의 도관을 가지며, 상기 적어도 하나의 도관은 상기 복수의 플래시 챔버를 통과하는
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The method of claim 1,
Each of the flashing and condensing steps comprises a flash chamber and a condenser, the condenser having at least one conduit having an inlet and an outlet, the at least one conduit passing through the plurality of flash chambers.
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
외부 공급원으로부터 해수의 볼륨을 추출하고, 이를 상기 마지막 응축기를 통해 통과시키고, 적어도 하나의 도관을 통해 압력하에 해수의 볼륨을 공급하기 위한 수단을 더 포함하며, 상기 수단은 상기 적어도 하나의 도관의 입구와 유체 연통하는
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The method of claim 2,
Means for extracting a volume of seawater from an external source, passing it through the last condenser, and supplying the volume of seawater under pressure through at least one conduit, the means having an inlet to the at least one conduit In fluid communication with
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
상기 염수 히터는 상기 해수의 볼륨이 상기 적어도 하나의 도관을 통해 전달된 후 및 플래싱 및 응축 단계로의 주입 전에 해수의 볼륨을 가열하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The method of claim 3,
The brine heater further comprises means for heating the volume of seawater after the volume of seawater has been delivered through the at least one conduit and before injection into the flashing and condensation step
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
상기 다단계 플래시 증발 시스템의 마지막 단계로부터 탈염수 증류물을 추출하기 위한 수단을 더 포함하고, 상기 복수의 플래시 챔버로 주입된 가열된 해수의 볼륨은 상기 복수의 플래시 챔버 내의 증기로 플래쉬되고, 상기 증기는 상기 탈염수 증류물을 형성하기 위해 상기 적어도 하나의 도관의 외부 표면에서 응축되는
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The method of claim 4, wherein
Means for extracting demineralized distillate from the last stage of the multi-stage flash evaporation system, wherein the volume of heated seawater injected into the plurality of flash chambers is flashed with steam in the plurality of flash chambers, and the steam Condensation at the outer surface of the at least one conduit to form the demineralized distillate
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
외부 공급원으로부터 상기 해수의 볼륨을 추출하고 상기 적어도 하나의 도관을 통해 압력하에 상기 해수의 볼륨을 공급하기 위한 상기 수단은, 상기 적어도 하나의 도관의 입구와 유체 연통하는 적어도 하나의 펌프를 포함하는
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The method of claim 5,
The means for extracting the volume of seawater from an external source and supplying the volume of seawater under pressure through the at least one conduit comprises at least one pump in fluid communication with the inlet of the at least one conduit.
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
상기 해수의 볼륨을 가열하기 위한 염수 히터는
상기 적어도 하나의 도관에 의해 상기 해수의 볼륨이 예열된 후 상기 염수 히터로 제1가열 스팀을 전달하기 위한 보일러;
상기 적어도 하나의 도관의 출구와 유체 연통하는 염수 히터를 더 포함하는
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The method of claim 6,
Brine heater for heating the volume of the sea water
A boiler for delivering a first heating steam to said brine heater after said volume of seawater is preheated by said at least one conduit;
And a salt water heater in fluid communication with the outlet of the at least one conduit.
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
상기 염수 히터로의 전달 전에 상기 제1가열 스팀을 선택적으로 냉각시키기 위해 상기 히터와 연통하는 제1감온기(desuperheater)를 더 포함하고, 상기 히터에 의해 생성된 응축 스팀의 제1부분은 상기 제1감온기에서 사용하기 위해 재순환되고 상기 히터에 의해 생성된 상기 응축 스팀의 제2부분은 상기 보일러에서 사용하기 위해 재순환되는
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The method of claim 7, wherein
And further comprising a first desuperheater in communication with the heater for selectively cooling the first heated steam prior to delivery to the brine heater, wherein the first portion of condensed steam generated by the heater is The second portion of the condensation steam produced by the heater and recycled for use in the desuperheater is recycled for use in the boiler.
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
상기 다중 효과 증류 시스템의 복수의 응축 및 증발 효과 중 제1스팀으로 전달하기 전에 상기 보일러에 의해 생성된 제2가열 스팀을 선택적으로 냉각시키기 위한 제2감온기(desuperheater)를 더 포함하는
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The method of claim 8,
And further comprising a second desuperheater for selectively cooling the second heating steam generated by the boiler prior to delivery to the first steam of the plurality of condensation and evaporation effects of the multi-effect distillation system.
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
복수의 공급 히터를 더 포함하고, 상기 각각의 공급 히터는 적어도 하나의 도관 및 각각의 효과와 연통하고; 및
복수의 플래시 포트(flash pots)를 더 포함하며, 상기 각각의 플래시 포트는 각각의 효과와 연통하고 압력 균등화를 위해 구성되는
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The method of claim 9,
Further comprising a plurality of supply heaters, each supply heater in communication with at least one conduit and each effect; And
Further comprising a plurality of flash pots, each flash port communicating with each effect and configured for pressure equalization
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
설페이트(sulfate) 이온의 농도를 상기 다단계 플래시 증발 시스템으로 전달하기 전에 최대 허용 온도와 일치하는 레벨로 하기 위해, 상기 해수에서 경도 이온(hardness ions)을 제거하기 위한 나노 여과막 전처리 시스템을 더 포함하는
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The method of claim 5,
And further comprising a nano filtration membrane pretreatment system for removing hardness ions from the seawater to bring the concentration of sulfate ions to a level consistent with the maximum allowable temperature prior to delivery to the multistage flash evaporation system.
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
상기 전처리 시스템은 저압 미세여과막 시스템, 한외여과막 여과 시스템 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 나노 여과막 시스템을 포함하는
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The method of claim 11,
The pretreatment system comprises a nanofiltration membrane system selected from the group consisting of low pressure microfiltration membrane systems, ultrafiltration membrane filtration systems, and combinations thereof.
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
상기 전처리 시스템은 상기 나노 여과막 전처리 시스템을 통과하는 상기 해수의 유량 및 상기 나노 여과막 전처리 시스템을 우회하는 나머지 해수의 유량을 조절하기 위한 하나 이상의 밸브를 더 포함하고;
상기 나노 여과 전처리 된 스트림 및 처리되지 않은 바이패싱(bypassing) 스트림은 최대 허용 온도와 일치하는 설페이트 이온의 최대 허용 농도를 충족시키기 위해 다시 혼합되는
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The method of claim 11,
The pretreatment system further comprises one or more valves for regulating the flow rate of the seawater through the nanofiltration membrane pretreatment system and the flow rate of the remaining seawater bypassing the nanofiltration membrane pretreatment system;
The nanofiltration pretreated stream and untreated bypassing stream are remixed to meet the maximum allowable concentration of sulfate ions that match the maximum allowable temperature.
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
상기 다중효과 증류 시스템의 복수의 응축 및 증발 효과 중 제1에 대한 하나 이상의 도관 및 입구와 유체 연통하는 펌프를 더 포함하고, 상기 펌프는 상기 다단계 플래시 증발의 마지막 단계의 플래시 챔버에서 염수를 추출하여 압력하에 두 부분으로 전달하도록 구성되며,
연속적인 탈염을 위한 상기 다단계 플래시 증발 시스템에서 순환하는 데 필요한 유량을 유지하기 위해 유입되는 해수와 혼합되는 제1부분, 및 추가 탈염을 위한 상기 다중 효과 증류 시스템의 제1효과를 통과하는 제2부분인
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The method of claim 5,
And further comprising a pump in fluid communication with at least one conduit and inlet to a first of the plurality of condensation and evaporation effects of said multi-effect distillation system, said pump extracting brine from the flash chamber of the last stage of said multi-stage flash evaporation. Configured to deliver in two parts under pressure,
A first portion mixed with the incoming seawater to maintain the flow rate necessary for circulation in the multistage flash evaporation system for continuous desalting, and a second portion passing through the first effect of the multi-effect distillation system for further desalting sign
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
상기 마지막 효과에서 상기 증기의 잠열을 재순환시켜 상기 다중 효과 증류 시스템의 상기 마지막 플래싱 단계에서 상기 다중 효과 증류 시스템의 상기 제1효과까지 전달된 상기 염수를 재가열하기 위한 상기 다중 효과 증류 시스템의 상기 복수의 응축 및 증발 효과 중 마지막 하나와의 유체 연통하는 열 증기 압축기을 더 포함하는
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The method of claim 5,
Said plurality of said plurality of distillation systems of said multiple effect distillation system for reheating said latent heat of said vapor in said last effect to reheat said brine delivered to said first effect of said multiple effect distillation system in said last flashing step of said multiple effect distillation system. Further comprising a thermal steam compressor in fluid communication with the last one of the condensation and evaporation effects
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
상기 염수의 볼륨을 가열하기 위한 상기 염수 히터는
복수의 플래시 증발 단계 중 마지막 하나에서 생성된 증기를 제1가열 스팀으로서 상기 염수 히터로 전달하기 위해 상기 복수의 플래시 증발 단계 중 마지막 하나와 유체 연통하는 기계식 증기 압축기로서, 상기 적어도 하나 이상의 도관에 의해 염수의 볼륨이 가열된 후 염수의 볼륨을 가열하기 위해 상기 증기의 잠열을 재순환시키며;
상기 염수 히터는 상기 적어도 하나의 도관의 출구와 유체 연통하는
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The method of claim 5,
The brine heater for heating the volume of brine
A mechanical steam compressor in fluid communication with a last one of said plurality of flash evaporation stages for delivering steam generated in the last one of a plurality of flash evaporation stages as first heating steam to said brine heater, said at least one conduit Recycling the latent heat of the steam to heat the volume of brine after the volume of brine is heated;
The brine heater is in fluid communication with the outlet of the at least one conduit.
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
상기 제1가열 스팀을 상기 염수 히터로 전달하기 전에 상기 제1가열 스팀을 선택적으로 냉각시키기 위한 감온기를 더 포함하는
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The method of claim 16,
And a desuperheater for selectively cooling the first heated steam before delivering the first heated steam to the brine heater.
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
상기 감온기(desuperheater)는 상기 염수 히터와 연통하고 상기 염수 히터에서 생성된 응축된 증기의 적어도 일부는 상기 감온기에 사용하기 위해 재순환되는
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The method of claim 17,
The desuperheater is in communication with the brine heater and at least a portion of the condensed vapor produced in the brine heater is recycled for use in the desuperheater.
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
상기 다단계 플래시 증발 시스템으로의 해수의 볼륨(volume)을 전달 전에 여과하기 위한 전처리 시스템을 더 포함하는
다중 효과 증류 및 다단계 플래시 증발 시스템.
The method of claim 18,
A pretreatment system for filtering the volume of seawater prior to delivery to said multi-stage flash evaporation system;
Multiple effect distillation and multistage flash evaporation system.
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