SE530855C2 - Förfarande och anordning för membrandestillering av vatten innefattande värmeanordning - Google Patents

Description

25 30 5313 B55 Det svenska patentet nummer SE 507728 visar ett system för till- förselledning som är avsedd att leda en värmebärande fluid i värmetransport innefattande en första värmeväxlare, en två parallella fluidpelare till den första värmeväxlaren för att där upptaga värme. Vidare visar SE 507728 en andra värme- växlare som är inrättad att förànga fluid i ett partialflöde från den första fluidpelaren till den andra fluidpelaren, varvid gasbubblor strömmar upp genom den första fluidpelaren och åstadkommer strömning av fluiden.

MD kan användas inom många områden. Till exempel kan havsvat- ten. låtas strömma längs med xnembranet och föràngat vatten passera genom membranet och tas om hand på andra sidan mem- branet för att användas som rent vatten. Därmed stannar alla ämnen, förutom rent vatten, kvar i det vatten som ska renas.

Det finns flera användningsområden för membrandestillering.

Det kan vara rening av avloppsvatten, såväl som rening' av vatten för användning inom industrier som kräver rent vatten, eller rening av vatten så att en väsentligen fast biprodukt blir kvar med oönskade ämnen.

I de ovan beskrivna anordningarna används vanligtvis en pump för att pumpa runt vattnet.

Ett problem med att använda pumpar för att förflytta vattnet i anordningarna är för det första att det erfordras elenergi för att låta pumpen vara i bruk. Exempelvis behövs rening av vatten i länder där elnätet inte är utbyggt eller där elekt- ricitet är dyrbart. För det andra utgör pumpen en riskfaktor i ett reningssystem. Om pumpen går sönder står reningssyste- met stilla varvid färskvatten inte kan produceras. Därmed erfordras en återkommande service av pumpen för att undvika 10 15 20 25 30 530 355 långa onödiga stopp. Service utgör också en utgift i syste- met.

Föreliggande uppfinning löser dessa problem.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till ett förfaran- de för rening av vatten innefattande membrandestillering, s.k. MD, vilken destillering bringas att nyttja partialtryck- differenser med hjälp av ett hydrofobiskt membran genom vil- ket membran endast gasformigt rent vatten bringas att passe- ra, varvid en vattenrest, med en förhöjd halt föroreningar, inte passerar membranet och utmärkes av att vattnet bringas att strömma i en första krets innefattande en membrandestil- lationsanordning, av att vattnet i den första kretsen bringas att passera en första värmeanordning, vilken första värmean- ordning bringas att värma vattnet i den första kretsen, av att åtminstone en del av den första kretsen är utsträckt i vertikalt led (VL), av att till den första kretsens vertikala del är en sluten ytterligare andra krets innefattande en separat andra värmeanordning ansluten nedanför den första kretsens övre del och av att vattnet i den ytterligare andra kretsen bringas att värmas till en högre temperatur än vatt- net i den första kretsen, varigenom vattnet i den första kretsen bringas att cirkulera och av att den första värmean- ordningen och/eller den andra värmeanordningen är en sol- fångare.

”Vertikal” såsom nämnts ovan och framöver nedan innebär att en vinkel mot lodlinjen kan finnas.

Vidare hänför sig uppfinningen till en anordning av det slag och med de huvudsakliga särdrag som anges i kravet 7. 10 15 20 25 30 EBÜ 8-55 Nedan beskrivs uppfinningen närmare, delvis i samband med på bifogade ritningar visade utföringsexempel av uppfinningen, där - figur l visar en membrandestillationsanordning och en vär- meanordning genom vilka en första krets med vatten är anord- nad och visar vidare en andra värmeanordning genom vilken en andra krets med vatten är anordnad; - figur 2 visar schematiskt en membrandestillationsanordning, avkokningsanordning, värmeväxlare och hur värme från värme- växlaren bringas att föras till vattnet som ska renas i mem- brandestillationsanordningen; - figur 3 visar den andra kretsen ansluten till den första kretsen i detalj; - figur 4 visar en membrandestillationsanordning och en vär- meanordning genom vilka en första krets med vatten är anord- nad, samt vidare en andra värmeanordning genom vilken en andra krets med vatten är anordnad, och en avkokningsanord- ning från vilken ånga tillförs den första och/eller den andra kretsen; - figur 5 visar en membrandestillationsanordning och en vär- meanordning genom vilka en första krets med vatten är anord- nad, samt vidare en andra värmeanordning genom vilken en andra krets med vatten är anordnad, vilken andra krets inne- fattar en värmeväxlare placerad så att rent vatten och ånga från en avkokningsanordning kan passera värmeväxlaren, från vilken värmeväxlare värme kan tillföras membrandestillations- anordningen, den första värmeanordningen och/eller den andra värmeanordningen.

Föreliggande uppfinning avser således ett förfarande qför s.k. MD.

Destilleringen bringas att nyttja partialtryckdifferenser med rening av vatten innefattande membrandestillering, 10 15 20 25 30 5313 855 hjälp av ett hydrofobiskt membran genom vilket membran endast gasformigt rent vatten 16 bringas att passera. En vattenrest 15, med en förhöjd halt föroreningar, passerar inte membranet (ej visat).

Figur 1 visar enligt uppfinningen att vattnet bringas att strömma i en första krets 2 innefattande en membrandestilla- tionsanordning 1. Vattnet i den första kretsen 2 bringas att passera en första värmeanordning 4 vilken första värmeanord- ning 4 bringas att värma vattnet i den första kretsen 2. Åtminstone en del av den första kretsen 2 är utsträckt i vertikalt led VL. Till den första kretsens 2 vertikala del är en sluten ytterligare andra krets 3 ansluten och vattnet i den ytterligare, andra, kretsen 3 bringas att värmas till en högre temperatur än vattnet i den första kretsen 2.

Enligt en föredragen utföringsform innefattar den ytterligare andra kretsen 3 en separat andra värmeanordning 5.

Enligt en annan föredragen utföringsform är den första värme- anordningen 4 och/eller den andra värmeanordningen 5 en sol- fàngare.

Figur 2 visar, enligt en annan föredragen utföringsform, att den första värmeanordningen 4 och/eller den andra värmeanord- ningen 5, i fig. 1, bringas att värmas upp av värme bildad i en värmeväxlare 6, i vilken värmeväxlare 6 ånga 8 från en avkokningsanordning 9 är anordnad att kondensera. I det i figur 2 visade utförandet är syftet med avkokningsanordningen 9, vilken kan vara av vilket som helst lämpligt känt slag, att förånga vattnet varvid föroreningarnas koncentration ökar i det kvarvarande vattnet. Det förångade vattnet 8 bringas att kondensera i en värmeväxlare 6 skild från avkokningsan- 10 15 20 25 30 ordningen 9. Det kondenserade vattnet kan bringas att tillfö- ras det icke rena vattnet 10 eller alternativt direkt till det renade vattnet 16. Således är den första värmeanordningen 4 och/eller den andra värmeanordningen 5, visade i fig. 1, anordningar anordnade att värmas upp av värme bildad i värme- växlaren 6, se fig. 2.

Enligt ytterligare en annan föredragen utföringsform bringas två eller flera kretsar 2, 3 att kopplas i serie mellan två eller flera membrandestillationsanordningar 1. Två eller flera värmeanordningar 4, 5 bringas vara placerade längs med kretsarna 2, 3. Således är kretsarna 2, 3 anordnade kopplade i serie mellan två eller flera membrandestillationsanordning- ar' 1 med två eller flera värmeanordningar 4, 5 placerade längs med kretsarna 2, 3.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform pringas icke rent vatten. 10 att strömma in i. membrandestillationsanord- ningen 1. i vilken rent vatten utan föroreningar 16 bringas att föras ut ur membrandestillationsanordningen 1. Vattenres- ten 15 bringas istället att strömma i den första kretsen 2.

Längs den första kretsens 2 vertikala del VL förefinns en första värmeanordning 4 placerad genom vilken varmeanordning 4 en del av den första kretsen 2 bringas att finnas placerad.

Den första kretsen 2 bringas att utsträckas i vertikalt led VL. Från en del av den första kretsens 2 vertikala del VL förefinns en andra värmeanordning 5 placerad genom vilken värmeanordning 5 en andra krets 3 finns placerad. Vattnet i den första kretsen 2 bringas att strömma in i den andra kret- sen 3 på grund av täthetsskillnad vid ett in- och utlopp för den andra kretsen 3 till den första kretsen 2. Vatten bringas därmed att strömma in i. den andra kretsen 3 vilket vatten bringas att värmas i den andra värmeanordningen 5 till en 10 15 20 25 30 ESC! B55 temperatur som överstiger temperaturen hos vattnet i den första kretsen 2 så att vatten eller en blandning av gas 12 och vatten i flytande form 11 åstadkommes, se figur 1 och 3.

Denna blandning har en täthet vilken är lägre än den för vattnet i den första kretsen 2. Därmed uppstår en cirkula- tion. Blandningen strömmar ut ur den andra kretsen 3 och tillbaka till den första kretsen 2 i vilken krets 2 bland- ningen stiger. Gasen 12 kondenserar och omvandlas till vatten i flytande form 11 igen och följer med det cirkulerade vatt- net i flytande form ll. Gasen 12 lämnar således ej systemet.

Vidare bringas en strömning av vatten att ske från vänster 13 till höger 14 pelare i figur 1 och följaktligen nerifrån och upp i den vänstra pelaren 13 och uppifrån och ner i den högra pelaren 14. En i sammanhanget viktig parameter är volymande- len gas 12 då denna del väsentligen påverkar tätheten och därigenom täthetsskillnaden hos vattnet längs med den första kretsen 2. Dessutom avgörs den möjliga pumphöjden av täthets- skillnader i den första kretsen 2 längs med vattnet i den första kretsen 2.

Därutöver bringas vattnet i den första kretsen 2 att värmas i den första värmeanordningen 4 för att redan i det skedet dels förvärma vattnet inför den vidare strömningen av vatten i den andra kretsen 3, dels sänka tätheten 'tillräckligt för att vattnet som bringas att passera den första värmeanordningen 4 skall stiga i den vänstra pelaren 13.

Således bringas vattnet i den första kretsen 2 att pumpas runt med hjälp av täthetsskillnad hos vattnet utan att en pump erfordras. Således erfordras ingen tillförd elenergi för att pumpa runt vattnet. 10 15 20 25 30 UT 3G 85 Ü? Vatten som pumpas runt i den första kretsen 2 bringas att renas i membrandestillationsanordningen 1 en, två eller flera gånger. När destillering sker två eller flera gånger i anord- ningen 1 och när pumpning av vatten sker i den första kretsen 2 bringas lika stor andel rent vatten 16 som vattenrest 15 att lämna kretsarna 2 och 13 via næmbrandestillationsanord- ningen 1. Icke rent vatten 10 tillförs den första kretsen 2 företrädesvis till en ungefär lika stor andel som bringas att lämna kretsarna 2, 3 och membrandestillationsanordningen 1 i form av rent vatten 16 och vattenrest 15.

Figur 4 visar enligt ytterligare en föredragen utföringsform att ånga 8 från en avkokningsanordning 9 bringas att tillfö- ras vattnet i den första 2 och/eller den. andra kretsen 3.

Således erhålls vatten i kretsarna 2, 3 med lägre täthet även med det här alternativet.

Figur 5 visar enligt ytterligare en föredragen utföringsform att rent vatten 16 och/eller ånga 8 från avkokningsanordning- en 9 kan ledas till en värmeväxlare 63. Varmt vatten 59, 60, 61, 62 från värmeväxlaren_ 63 leds tillbaka till systemet.

Varmt vatten 59 kan. ledas till det icke rena vattnet 10, varmt vatten 60 kan ledas direkt in i kretsen 2, 61 kan ledas varmt vatten till den första värmeanordningen. 4 och/eller varmt vatten 62 kan ledas till den andra värmeanordningen 5.

Antalet ställen dit varmt vatten kan ledas kan variera. Dess- utom erhålls rent vatten 17 som är kallt, åtminstone i för- hållande till det rena vattnet 16.

Genom föreliggande uppfinning kan således exempelvis färsk- vatten framställas från havsvatten utan att någon annan ener- gi än värmeenergi från solen tillföres systemet. 10 EQÜ 355 Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är membrandes- tilleringen av typen membrandestillering med luftspalt, s.k. air gap membrane distillation (AGMD).

Ovan har ett antal utföringsförfaranden och användningar beskrivits. första 2 Emellertid kan membrandestilleringen l, och andra 3 kretsen och första 4 och andra 5 värmeanordningen vara utformade på annat lämpligt sätt utan att uppfinningens grundtanke fràngås.

Föreliggande uppfinning är således inte begränsad till ovan angivna utföringsförfaranden utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram.

Claims (10)

10 15 20 25 30 5313 855 10 Patentkrav

1. Förfarande för rening av vatten innefattande membrandes- tillering, s.k. MD, vilken destillering bringas att nyttja partialtryckdifferenser med hjälp av ett hydrofobiskt membran genom vilket membran (16) rent vatten (15), endast gasformigt bringas att passera, varvid en vattenrest med en för- höjd halt föroreningar, k ä n n e - inte passerar membranet, t e c k n a t krets (2) av att vattnet bringas att strömma i en första (l), bringas att passera innefattande en membrandestillationsanordning av att vattnet i den första kretsen (2) (4), (4) bringas att värma vattnet i den första kretsen en första värmeanordning vilken första värmeanordning (2), av att åtminstone en del av den första kretsen (2) (VL), är utsträckt i vertikalt led av att till den första kretsens (2) vertikala del är en sluten ytterligare andra krets (3) inne- fattande en separat andra värmeanordning (5) ansluten nedan- för den första kretsens övre del och av att vattnet i den ytterligare andra kretsen (3) att värmas till en (2), nom vattnet i den första kretsen bringas att cirkulera och av bringas högre temperatur än vattnet i den första kretsen varige- att den första värmeanordningen (4) och/eller den andra vär- meanordningen (5) är en solfångare. k ä n n e t e c k n a t

2. Förfarande enligt krav l, av att den första värmeanordningen (4) och/eller den andra värmean- ordningen (5) bringas att värmas upp av värme bildad i en (6), avkokningsanordning (9) värmeväxlare i vilken värmeväxlare (6) ånga (8) från en för vatten som ej passerat membranet vid membrandestilleringen bringats att kondensera.

3. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att ånga (8) från en avkokningsanordning (9) bringas att tillfö- ras vattnet i den första (2) och/eller den andra kretsen (3). 10 15 20 25 30 SSU E55 ll

4. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att tvâ eller flera kretsar (2, 3) bringas att kopplas i serie mellan två eller flera membrandestilla- tionsanordningar (l) och av att två eller flera värmeanord- ningar (4, 5) 3). bringas vara placerade längs med kretsarna (2,

5. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t (16) av att ånga (8) och/eller rent vatten bringas att tillföras en värmeväxlare (63) från vilken värme- växlare (63) varmt vatten (59, 60, 61, 62) bringas att till- föras membrandestillationsanordningen (1), den första värme- anordningen (4) och/eller den andra värmeanordningen (5).

6. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att membrandestilleringen är av typen mem- brandestillering med luftspalt, s.k. air gap membrane distil- lation.

7. Anordning för rening av vatten innefattande membrandestil- lering, s.k. MD, vilken destillering är anordnad att nyttja partialtryckdifferenser med hjälp av ett hydrofobiskt membran genom vilket membran endast gasformigt rent vatten (15), (l6) är anordnat att passera, varvid en vattenrest med en för- höjd halt föroreningar, inte är anordnad att passera membra- net, k ä n n e t e c k n a d av att en första krets (2) för vatten innefattande en membrandestillationsanordning (1) förefinns, av att den första kretsen (2) är ansluten till en första värmeanordning (4), är anordnad att värma vattnet i den första kretsen vilken första värmeanordning (4) (2), av att åtminstone en del av den första kretsen (2) i vertikalt led (VL), är utsträckt av att till den första kretsens (2) vertikala del är en sluten ytterligare andra krets (3) inne- 10 15 20 530 E55 12 fattande en separat andra värmeanordning (5) ansluten nedan- för den första kretsens övre del och av att vattnet i den ytterligare andra kretsen (3) är anordnat att värmas till en högre temperatur än vattnet i den första kretsen (2).

8. Anordning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att den första värmeanordningen (4) och/eller den andra värmean- ordningen (5) är anordnade att värmas upp av värme bildat i (6), en avkokningsanordning (9) en värmeväxlare i vilken värmeväxlare (6) ånga (8) från för vatten som ej passerat membra- net vid membrandestilleringen är anordnad att kondensera.

9. Anordning krav 7 k ä n n e t e c k - enligt eller 8, n a d av att två eller flera kretsar (2, 3) är anordnade att kopplas i serie mellan två eller flera membrandestillations- anordningar (l) (4, 5) 3). och av att två eller flera värmeanordningar är anordnade att vara placerade utmed kretsarna (2,

10. Anordning enligt något t e c k n a d av kraven 7 - 9, k ä n n e - av att membrandestilleringen är av typen mem- brandestillering med luftspalt, s.k. air gap membrane distil- lation.