TW201545972A - 生產低氘水的系統和方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種生產低氘水的系統和方法，主要係透過氯鹼工業所產生之氫氣副產品與氧氣進行燃燒反應，並經由冷凝與過濾之後而產生價值極高的低氘水；其中，本發明具有能耗低、成本低廉、且能夠實現工業化大量生成低氘水的優點，進而提高人們的飲用水的質量，解決廣大民眾對低氘水大量需求，社會效益和經濟效益均佳。

Description

生產低氘水的系統和方法
本發明涉及穩定同位素(Stable isotope)的技術領域，具體為透過氯鹼工業所產生之氫氣副產品而生產之一種生產低氘水的系統及生產低氘水的方法。
低氘水又稱超輕水，它是採用高科技同位素分離技術以降低水中氘含量而生產的高級飲用水，國際標準名為Deuterium Depleted Water，且其英文縮寫則為DDW。目前，歐美、日本等發達國家，己廣泛地將低氘水應用於癌症防治、保健養生、美容護理等相關領域，其中，低氘水更被譽為細胞營養水與生命之水。
自然界裡存在的水係由二個氫原子與一個氧原子組成，而氫元素具有質量不同的三種穩定同位素，即原子量分別為一、二以及三的氫(H)、氘(D，重氫)以及氟(超重氫)。進一步地，普通水中的氘含量約為150ppm，而氘含量低於150ppm的水則被稱為低氘水。研究顯示，氘對生命體的生存發展和繁衍是有害的，而氘含量低的水對人體健康則有諸多好處，對人類的健康具有重要意義，且氘含量越低則效果越佳。
傳統的低氘水來源之一係為冰川水，冰川水是天然的低氘水且其氘含量約為135ppm左右，然而，冰川水與普通水中的氘含量相比卻並未有明顯的差距；此外，冰川在遠離人煙的高原之上，開採和運輸成本巨大，且其氘含量和普通水相差不大，因而導致至今沒有大規模的開採與利用。另一方面，低氘水也可以通過水精餾的方法生產，其中，由於水和重水的沸點不同，而得以透過水精餾的方法生產低氘水；然而，於上述方式中，由於水和重水的沸點差異很小，因而導致水精餾的方法需耗費非常大的能源，所以並不適用於大量生產低氘水，其只是在生產氧-18(18O)的裝置中所產生之副產低氘水，而且產量也非常有限。
有鑑於此，如何提供一種能耗低，生成成本低廉，且能夠實現工業化大量生產低氘水的方法，已經是一個值得研究的問題。
為了克服上述現有技術中的不足，本發明係利用氯鹼工業中所產生之氫氣副產品以生產高質量的低氘水。其中，在燃氫鍋爐內所產生的煙道氣體主要成分是水蒸汽，而這種水蒸汽它的氘含量較低，約為40ppm至60ppm之氘含量範圍內，因而，將所述煙道氣體引入冷卻冷凝系統中， 再將廢氣放空使得水汽凝結成水滴，透過上述方式所生產之水滴即為寶貴的低氘水。本工藝及其生產方法具有耗能較低且生產成本低廉等優點，且係為能夠具體實現工業化大量生產之生產低氘水方法與系統。
本發明所提出的一種生產低氘水的系統係包括：氯鹼電解槽、與氯鹼電解槽連接的氫氣壓縮機、與氫氣壓縮機連接的水洗冷卻塔、與水洗冷卻塔通過管道連接的氫氣燃燒器、與氫氣燃燒器連接的燃氫鍋爐、與燃氫鍋爐連接的冷卻冷凝系統、與冷卻冷凝系統連接的半成品低氘水貯槽、與半成品低氘水貯槽連接的水淨化系統以及與水淨化系統連接的罐裝機。
其中，該冷卻冷凝系統係包括有冷卻-冷凝-再冷凝器或冷卻-冷凝器，並且，該水淨化系統包括有還原系統-沙濾-碳濾-微濾-超濾-反滲透-精濾-EDI設備-殺菌系統。
此外，本發明所提出的生產低氘水方法，具體步驟為：利用氯鹼工業副產的氫氣經過水洗、低溫冷卻後通過管道進入氫氣燃燒器並與氧氣進行混合後，在燃氫鍋爐內進行燃燒，並放出的熱量用於生產蒸汽，接著，燃燒產生的水(氣相)，進入冷卻冷凝系統進行冷卻冷凝，將得到的低氘水(半成品)存入半成品低氘水貯槽內，其中，半成品低氘水貯槽內的半成品低氘水透過水淨化系統內的還原系統-沙濾-碳濾-微濾-超濾-反滲透-精濾-EDI設備-殺菌系統 進程出來後即得到飲用低氘水並在罐裝機內實現罐裝包裝後，外運上市。
其中，於上述方法中，該氫氣來源於電解食鹽水生產氯鹼裝置副產的氫氣，並且，該氫氣和氧氣在氫氣燃燒器內的反應包括和純氧燃燒、空氣燃燒或催化反應的氫和氧兩者生產水的反應，且該冷卻冷凝系統包括冷卻-冷凝-再冷凝器或冷卻-冷凝器。
此外，該水淨化系統包括還原系統-沙濾-碳濾-微濾-超濾-反滲透-精濾-EDI設備-殺菌系統中的至少一種工序系統，其中，還原系統係用於加入還原劑並與剩餘氯氣進行反應進而消除剩餘氯氣；另一方面，EDI設備為深度脫鹽設備用以脫除水中的陰陽離子。
<本發明>
1‧‧‧氯鹼電解槽
2‧‧‧氫氣壓縮機
3‧‧‧水洗冷卻塔
4‧‧‧氫氣燃燒器
5‧‧‧燃氫鍋爐
6‧‧‧冷卻冷凝系統
7‧‧‧半成品低氘水貯槽
8‧‧‧水淨化系統
9‧‧‧罐裝機
S101~S107‧‧‧方法步驟
第一圖係本發明之一種生產低氘水的系統架構圖；以及第二圖係本發明之一種生產低氘水的方法流程圖。
下面將詳細地參考如附圖所示的本發明的示意實施例。在可能的情況下，附圖中的各個部分提到的相同或相 似的部分將採用相同的參考標記。應當理解是，這裡描述的示範性實施例僅用於說明和解釋本發明而不是限制本發明。
請參閱第一圖，係本發明之一種生產低氘水的系統架構圖，如第一圖所示，本發明之一種生產低氘水的系統係包括有：氯鹼電解槽1、與氯鹼電解槽1連接的氫氣壓縮機2、與氫氣壓縮機2連接的水洗冷卻塔3、與水洗冷卻塔3通過管道連接的氫氣燃燒器4、與氫氣燃燒器4連接的燃氫鍋爐5、與燃氫鍋爐5連接的冷卻冷凝系統6、與冷卻冷凝系統6連接的半成品低氘水貯槽7、與半成品低氘水貯槽7連接的水淨化系統8以及與水淨化系統8連接的罐裝機9。
其中，於本發明之中，該氯鹼電解槽1係用於產生氯鹼工業副產的氫氣，且氫氣壓縮機2則用於提高氫氣的壓力，以為氫氣的輸送提供動力；並且，該水洗冷卻塔3係用於去除氫氣中的雜質並降低氫氣的溫度，而該氫氣燃燒器4與水洗冷卻塔3通過管道連接，進而用於將產生氫氣與純氧或空氣中的氧氣混合。
此外，該燃氫鍋爐5與氫氣燃燒器4連接，用於燃燒混合的氫氣和氧氣並收集放出的熱量，且該冷卻冷凝系統6與燃氫鍋爐5連接，用以冷卻冷凝氫氣和氧氣燃燒後產生的水汽從而產生半成品低氘水，並將產生的廢氣排 出。並且，該半成品低氘水貯槽7與冷卻冷凝系統6連接，用以存儲半成品低氘水。
進一步地，該水淨化系統8與半成品低氘水貯槽7連接，用以過濾淨化半成品低氘水從而產生飲用低氘水，並且，罐裝機9與水淨化系統8連接，用以將飲用低氘水罐裝包裝後外運上市。
請參閱第二圖，係本發明之一種生產低氘水的方法流程圖；如第圖二所示，本發明所提出之生產低氘水的方法具體步驟為：首先，係進行步驟S101與S102，利用氯鹼工業中所產生之氫氣副產品，經氫氣壓縮機，然後在水洗冷卻塔中通過水洗、低溫冷卻後通過管道進入氫氣燃燒器並與氧氣進行混合。在完成上述步驟後，係接著執行步驟S103與S104，在燃氫鍋爐內燃燒混合的氫氣和氧氣，並將放出的熱量用於生產蒸汽，並且，燃燒產生的水(氣相)進入冷卻冷凝系統內進行冷卻冷凝並產生半成品低氘水。
接著，係依序地執行步驟S105、步驟S106以及步驟S107，將得到的半成品低氘水存入半成品低氘水貯槽內，其中，半成品低氘水貯槽內的半成品低氘水通過水淨化系統內的還原系統-沙濾-碳濾-微濾-超濾-反滲透-精濾-EDI設備-殺菌系統進程出來後得到飲用低氘水，最後，在罐裝機內實現罐裝包裝後外運上市。
其中，於本發明之中，該氫氣來源係為於電解食鹽 水生產氯鹼裝置所產生的氫氣副產品；並且，所述的氫氣和氧氣在氫氣燃燒器內的反應包括和純氧燃燒、空氣燃燒或催化反應的氫和氧兩者生產水的反應，此外，該冷卻冷凝系統包括冷卻-冷凝-再冷凝器或冷卻-冷凝器，且所述的水淨化系統包括還原系統-沙濾-碳濾-微濾-超濾-反滲透-精濾-EDI設備-殺菌系統中的至少一種工序系統。
值得進一步說明的是，於本發明之步驟S101中，係採用在氯鹼電解槽中通過電解食鹽水生產氯鹼裝置所產生之氫氣副產品。並且，在步驟S102中，所述氫氣副產品經氫氣壓縮機以提高氫氣的壓力，然後在水洗冷卻塔中通過水洗、低溫冷卻後通過管道進入氫氣燃燒器，經過水洗、低溫冷卻後氫氣副產品通過管道進入氫氣燃燒器並與氧氣進行混合。
此外，於步驟S103之中，混合的氫氣和氧氣在燃氫鍋爐內燃燒並生成水汽，其中，所述的氧氣可以是空氣中的氧氣或純氧，且所述的氫氣和氧氣在氫氣燃燒器內的反應包括和純氧燃燒、空氣燃燒或催化反應的氫和氧兩者生產水的反應。並且，於步驟S104之中，氫氣和氧氣燃燒後放出的熱量用於生產蒸汽，且燃燒產生的水汽進入冷卻冷凝系統以進行冷卻冷凝。
並且，於步驟S105之中，將冷卻冷凝後得到的半成品低氘水存入半成品低氘水貯槽。而步驟S106之中，存儲 的半成品低氘水通過水淨化系統內的還原系統-沙濾-碳濾-微濾-超濾-反滲透-精濾-EDI設備-殺菌系統進程過濾淨化後得到飲用低氘水。最後，再透過步驟S107中，用罐裝機將飲用低氘水進行罐裝包裝後外運上市。
值得特別說明的是，本發明之上述系統與方法中，於實際執行時，係可透過下述兩種實施例而予以呈現：
實施例一：
從氯鹼電解槽1出來的氫氣，經氫氣壓縮機2以提高氫氣的壓力，然後在水洗冷卻塔3中經水洗低溫冷卻後通過管道進入氫氣燃燒器4並與空氣中氧氣進行混合後，在燃氫鍋爐內5內進行燃燒反應，放出的熱量用於生產加熱用的蒸汽；其中，氫氣燃燒產生的水汽和殘留空氣，經冷卻-冷凝-再冷後得到半成品低氘水，經水淨化系統淨化後得到飲用低氘水，灌瓶包裝，即得商品低氘水。
實施例二：
從氯鹼電解槽1出來的氫氣經氫氣壓縮機2以提高氫氣的壓力，然後在水洗冷卻塔3中經水洗低溫冷卻後通過管道進入氫氣燃燒器4並與純氧進行混合後，在燃氫鍋爐內5內進行燃燒反應，進而放出熱量用於生產加熱用蒸汽；其中，氫氣燃燒產生的水汽經冷卻-冷凝後得到半成品低氘水，再經由水淨化系統過濾淨化後得到飲用低氘水，灌瓶包裝，即得商品低氘水。
如此，上述係已完整且清楚地說明本發明之生產低氘水的系統和方法，並且，經由上述，吾人可以得知本發明係具有下列之工業實用性和優點：本發明所披露的系統和方法可用於生產高品質低氘水，且其系統具有能耗低、生產成本低廉且能夠實現工業化大量生成飲用低氘水等優勢，用以供應社會需求並提高人們的飲用水的質量，解決廣大民眾對飲用低氘水大量需求，社會效益和經濟效益均佳。
必須加以強調的是，在不限制任何權利要求項和/或說明書的保護範圍情況下，所披露之實施例的工業適用性和有益效果僅用於說明的目的。對於本領域技術人員顯而易見的各種替換，修改或等同於所公開的實施例的技術方案都可以包括在本申請的保護範圍內。
1‧‧‧氯鹼電解槽
2‧‧‧氫氣壓縮機
3‧‧‧水洗冷卻塔
4‧‧‧氫氣燃燒器
5‧‧‧燃氫鍋爐
6‧‧‧冷卻冷凝系統
7‧‧‧半成品低氘水貯槽
8‧‧‧水淨化系統
9‧‧‧罐裝機

Claims (10)

  1. 一種生產低氘水的系統，係包括：氯鹼電解槽，係用於產生氯鹼工業副產的氫氣；氫氣壓縮機，係連接於該氯鹼電解槽並用於提高所述氫氣的壓力，為氫氣的輸送提供動力；水洗冷卻塔，係連接於該氫氣壓縮機並用於去除所述氫氣中的雜質，以降低氫氣的溫度；氫氣燃燒器，係透過管道連接於該水洗冷卻塔，且該氫氣燃燒器係用於將產生氫氣與純氧或空氣中的氧氣混合；燃氫鍋爐，係連接於該氫氣燃燒器並用於燃燒混合的氫氣和氧氣；冷卻冷凝系統，係連接於該燃氫鍋爐並用於冷卻冷凝氫氣和氧氣燃燒後所產生的半成品低氘水；半成品低氘水貯槽，係連接於該冷卻冷凝系統並用於存儲所述半成品低氘水；水淨化系統，係連接於該半成品低氘水貯槽並用於過濾並淨化所述半成品低氘水進而產生飲用低氘水；以及罐裝機，係連接於該水淨化系統並用於將飲用低氘水罐裝包裝後外運上市。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之生產低氘水的系統，其中，該冷卻冷凝系統包括有冷卻-冷凝-再冷凝器或冷卻-冷凝 器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之生產低氘水的系統，其中，該水淨化系統包括有還原系統-沙濾-碳濾-微濾-超濾-反滲透-精濾-EDI設備-殺菌系統中的至少一種工序系統。
  4. 一種生產低氘水的方法，係包括下列步驟：(1)利用氯鹼工業所生之氫氣副產品；(2)將所述氫氣經由氫氣壓縮機，然後在水洗冷卻塔中通過水洗、低溫冷卻後通過管道進入氫氣燃燒器與氧氣進行混合；(3)將混合的氫氣和氧氣在燃氫鍋爐內進行燃燒，且燃燒時放出的熱量用於產生蒸汽；(4)使得燃燒產生的蒸汽進入冷卻冷凝系統內進行冷卻冷凝，進而將得到半成品低氘水；(5)將所述半成品低氘水存入半成品低氘水貯槽內；(6)將半成品低氘水貯槽內的半成品低氘水透過水淨化系統內的還原系統-沙濾-碳濾-微濾-超濾-反滲透-精濾-EDI設備-殺菌系統進程出來後得到飲用低氘水；以及(7)將上述飲用低氘水在罐裝機內實現罐裝包裝後外運上市。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之生產低氘水的方法，其中，所述的氫氣來自於電解食鹽水生產氯鹼裝置中所產生之氫氣副產品。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之生產低氘水的方法，其中，所述的氧氣是空氣中的氧氣或純氧。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之生產低氘水的方法，其中，所述的氫氣和氧氣在氫氣燃燒器內的反應包括和純氧燃燒、空氣燃燒或催化反應之氫和氧兩者產生水的反應。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之生產低氘水的方法，其中，該冷却冷凝系统可包括冷却-冷凝-再冷凝器。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之生產低氘水的方法，其中，該冷却冷凝系统可包括冷却-冷凝器。
  10. 如申請專利範圍第4項所述之生產低氘水的方法，其中，存入半成品低氘水貯槽的半成品低氘水經該水淨化系統過濾淨化後得到飲用低氘水，過程包括還原系統-沙濾-碳濾-微濾-超濾-反滲透-精濾-EDI設備-殺菌系統中的至少一種工序系統；其中，還原系統用於加入還原劑並與剩餘氯氣反應並以消除剩餘氯氣，且EDI設備為深度脫鹽設備 用以脫除水中的陰陽離子。
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