TW202406855A - 製造氧耗盡、乾燥蒸汽的水處理系統及製造該蒸汽之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明關於一種用於製造適合用於高溫固態氧化物電解之氧耗盡、乾燥製程蒸汽之經改良水處理系統及水處理方法。與先前技術系統及方法相比，該系統及該方法已簡化。
Description
本發明關於一種用於製造適合用於高溫固態氧化物電解之氧耗盡、乾燥製程蒸汽之經改良水處理系統及水處理方法。
氣候變化加速了從化石燃料至可再生能源之全球轉變。典型地，可再生能源來自風能及太陽能發電。關於可再生能源之挑戰為其間歇性性質。
電力至X（Power-to-X；PTX）為用於電力轉換、能量儲存及使用電力之再轉換路徑的術語。電力至X轉換技術允許自電力部門解耦電力以供在其他部門（諸如輸送或化學品）中使用，且具有消除關於可再生能源發電波動之問題的能力。
目前，電解為PtX解決方案之核心技術，其中X典型地為氫、合成氣、化學品或合成燃料。當電解與可再生電力組合時，燃料及化學品之產生可從化石資源解耦。
固態氧化物電解（solid oxide electrolysis；SOE）技術對此尤其有吸引力，此係因為由於在較高操作溫度下具有有利熱力學及動力學，其比低溫電解具有更高之轉換效率。
SOEC可用於分別將蒸汽（H
2O）、二氧化碳（CO
2）或兩者直接電化學轉換成氫氣（H
2）、一氧化碳（CO）或合成氣（H
2+CO）。
SOEC可與一系列化學合成熱整合，使得所捕獲之CO
2及H
2O能夠回收至合成天然氣、汽油、甲醇或氨氣中，從而與低溫電解技術相比，效率進一步改良。
H
2O或CO
2之分裂發生在固態氧化物電解電池（solid oxide electrolysis cell；SOEC）電極處。將多個電池組合成SOEC堆疊，且繼而將多個堆疊組合成SOEC設備。
燃料（H
2O及/或CO
2）進入SOEC之製程側，在此處，其（部分）轉換成產物（H
2、CO或合成氣）。經由電化學電池將在燃料側上進行轉換時製造之氧氣轉移至SOEC之氧基側，其中該氧氣以氣態氧之形式重新組合。其典型地藉由沖洗流體輸送遠離SOEC。
固態氧化物電池（solid oxide cell；SOC）為具有兩個隔室（陽極側及陰極側）之電化學轉換裝置，該等隔室由固態氧化物或陶瓷電解質製成之電解質材料分隔。其可用作固態氧化物電解電池（SOEC）或固態氧化物燃料電池（solid oxide fuel cell；SOFC）。此類電池例如對於組分H
2O＜-＞H
2及CO2＜-＞CO及對於其混合物為完全可逆的。
當在SOEC模式下操作時，目標是製造H
2、CO或H
2與CO之混合物（亦稱為合成氣體），且經轉換氣體（亦稱作產物氣體（或產物流體））之品質對於下游應用可為關鍵的。因此需要最小化產物流體中非所要組分（例如空氣）之存在以獲得高純度產物流體。
SOEC設備通常包含以滿足所需生產需求之量並聯及/或串聯連接之多個堆疊。在SOEC模式中，陰極側亦可稱為燃料側，且陽極側亦可稱為氧基側或沖洗側。
藉由提高電解堆疊之效率而使SOEC技術之效能最佳化受到大量關注。然而，支援SOEC堆疊之製程設備之最佳化同樣重要。使基於SOEC之設備的設計最佳化為製程複雜性、每單位產物氣體之能耗與製造設備之成本之間的平衡。
對於SOEC之一些用途，需要蒸汽作為饋料中之一者。通常已知在將水流用於工業系統中之前將其暴露於某種水處理中（該水流可稱為製程蒸汽）。未處理之水可含有造成對系統損壞或磨損之雜質。此類雜質可導致水垢、腐蝕、沉積物等之形成。此外，氧氣在製程蒸汽中可為非所要的，因為其可引起例如管道及熱交換器之腐蝕。此外，液滴/霧沫歸因於鍋爐水中之高濃度雜質而為非所要的。此為在例如SOEC中使用之情況。通常，首先在離子交換器中處理生水以移除礦物質。接著使除礦質水傳遞通過除氧器以製造除氧水，接著將該除氧水傳遞至具有製造乾燥蒸汽之蒸汽鼓的鍋爐中，該乾燥蒸汽接著準備好用作製程蒸汽。在除氧器中，從水汽提氧氣，且將汽提水收集於沖放（surge）容器中。在鍋爐中，在熱交換器中加熱除氧水且接著在蒸汽鼓中分離水與蒸汽之加熱混合物以製造用作饋料之乾燥蒸汽。此類代表性先前技術水處理系統已在圖6及圖7中說明。
仍需要使SOEC設備之效能最佳化以改良在製造氫氣、一氧化碳及合成氣方面之產業可利用性及營利性此兩者。
本發明人現已研發出一種用於處理水或除礦質水以製造適合用於例如固態氧化物電解之氧耗盡、乾燥製程蒸汽的簡化水處理系統。
在本發明之一個態樣中，提供一種用於製備氧耗盡、乾燥製程蒸汽（35）之水處理系統，其包含：
• 汽提塔（21），其用於從水汽提氧氣；
• 流體收集器容器，其用於從汽提塔收集氧耗盡液態水；
• 流體分離器容器，其用於收集液態水-蒸汽混合物且用於將水與蒸汽分離；
• 加熱配置，其用於將液態水汽化成蒸汽；且
其中該流體收集器及該流體分離器經提供為用於從汽提塔（21）收集氧耗盡液態水且用於分離水及蒸汽之組合容器（22）；且
其中該汽提塔（21）配置於該組合容器（22）上方且與該組合容器直接流體連通；且
其中該加熱配置經配置以將蒸汽提供至組合容器（22）之下部部分。
加熱配置包含可配置於該組合容器（22）下方且與該組合容器直接流體連通之加熱元件及/或可配置於組合容器（22）之下部部分內及中之加熱元件。
在本發明之一個態樣中，提供一種用於製造氧耗盡、乾燥製程蒸汽之水處理方法，其包含以下步驟：
- 藉由使除礦質水流在填充床上方傳遞且使氧汽提蒸汽在逆流方向上傳遞來從該除礦質水流汽提氧氣以製造氧耗盡水；
- 將氧耗盡水收集於組合容器中以在組合容器內獲得氧耗盡水-蒸汽混合物；
- 間接地加熱水-蒸汽混合物之液態部分以製造濕蒸汽；
- 藉由使蒸汽鼓泡通過水-蒸汽混合物之液態部分來從該濕蒸汽移除水滴以製造乾燥蒸汽；
其中組合容器內之氧耗盡水-蒸汽混合物用以向汽提塔供應氧汽提蒸汽，以緩衝每製造乾燥蒸汽時除礦質水流之變化、以吸收組合容器之上游與下游之壓力差且從濕蒸汽移除水滴；
以製造氧耗盡、乾燥製程蒸汽。
在一個態樣中，提供一種根據本發明之裝置的用途，其用於使用蒸汽作為饋料之設備中。
在一個態樣中，提供一種用於製造氫氣之方法，其包含：
• 根據用於製造根據本發明之氧耗盡、乾燥製程蒸汽之水處理方法來製造氧耗盡、乾燥製程蒸汽；
• 將氧耗盡、乾燥製程蒸汽饋入至固態氧化物電解電池且在電池內進行高溫電解以製造富含氫氣之產物氣體。
根據本發明之水處理系統簡化用於操作高溫固態氧化物電解設備以製造例如氫氣或組合的氫氣及一氧化碳氣體之設備設置。特定言之，本發明實現系統之建構成本。因為兩個容器組合成單一組合容器，所以反應器需要較少金屬，且控制系統之操作需要較少儀器。若電解系統在中等壓力下操作以使得在操作期間高溫電解設備內之任何壓力波動通常並不過大，則將除氧器之沖放容器與鍋爐之蒸汽鼓組合成一個組合容器是特別方便的。
本文中揭示一種如上文所定義之水處理系統。
本發明人出乎意料地發現：在高溫、固態氧化物電解中，與先前技術水處理系統相比，有可能簡化用於製造製程蒸汽之水處理系統。特定言之，本發明人發現：替代首先使除礦質水傳遞通過包含汽提塔及沖放容器之除氧器，且接著通過包含蒸汽鼓及加熱配置之鍋爐，有可能將沖放容器之功能與蒸汽鼓之功能組合至一個組合容器中。因此本發明人發現，汽提塔可連接至組合容器之上部部分，且加熱配置可連接至組合容器之下部部分以使得在操作期間，組合容器內部之液相（鍋爐水）可由加熱配置加熱以製造到達組合容器之底部的蒸汽，且因此上升通過組合容器內之鍋爐水以自蒸汽移除所夾帶水滴之蒸汽可用作供應至汽提塔之蒸汽且用於離開組合容器之上部部分的乾燥製程蒸汽。本發明人亦發現此類簡化具有許多益處。舉例而言，可省去整個容器。此不僅減少用於建構設備之金屬量，且亦減少管道要求、製程控制要求、加熱要求等。
當參考組合容器之下部部分或底部時，此意謂指代在處於操作中時容器之由液相佔據的部分。
當參考組合容器之上部部分或頂部時，此意謂指代在處於操作中時容器之由氣相佔據的部分。液體表面之此準確高度可在系統處於操作中時略微變化。
在本發明之上下文中，製程蒸汽稱為乾燥蒸汽，此意謂已移除蒸汽中所夾帶之液態水滴。實務上，此類乾燥蒸汽稱為「乾燥」蒸汽。水滴是潛在有害的，因為其可能含有高濃度雜質，該等雜質已積聚於液體鼓之液相中。
在先前技術中，已理解：用於製造製程蒸汽之水處理係藉由首先在除礦質器中移除礦物質、接著在除氧器中移除氧氣且最終在鍋爐中製造乾燥蒸汽來進行。除氧器通常包含汽提塔及用於收集除氧液體以及用於吸收沖放壓力之沖放容器。鍋爐通常包含加熱元件及用於將液態水滴與蒸汽分離以及用於吸收沖放壓力之蒸汽鼓。
因此，「沖放容器」為流體收集器容器，其在本上下文中應理解為經配置以容納流體（在本上下文中為液態水）之緩衝體積的容器。緩衝體積用以涵蓋到達容器之饋料流量及離開容器之產物流量的變化。緩衝體積應較佳地既用以涵蓋由對容器中之液位的慢作用製程控制引起的流量變化，又用以提供液體體積以允許操作壓力之差異以及防止沖放容器之上游與下游的操作壓力之任何波動，因此允許製程之安全操作。換言之，沖放容器充當水緩衝器且吸收沖放容器之上游或下游的沖放壓力。具有填充床之汽提塔可與沖放容器整合，且可接著稱為「除氧器」。
「蒸汽鼓」為流體分離器容器，其在本上下文中應理解為經配置以儲存蒸汽且從蒸汽-水混合物分離乾燥（亦即飽和）蒸汽之容器。蒸汽-水混合物與提供用於產生蒸汽之間接加熱的加熱配置流體連接。通常，加熱配置包括呈熱交換器形式之加熱元件，但加熱元件亦可包含在蒸汽鼓內將熱量提供至水之加熱線圈。由加熱配置產生之蒸汽傳遞通過蒸汽鼓中所含有之流體（在本上下文中為液態水）的緩衝體積，其用以冷凝存在於所產生蒸汽中之液態水滴以產生乾燥蒸汽，且亦用以涵蓋到達容器之饋料流量及離開容器之產物流量的變化。緩衝體積應較佳地既用以涵蓋由對容器中之液位的慢作用製程控制引起的流量變化，又用以提供液體體積以允許操作壓力之差異以及防止蒸汽鼓之上游與下游的操作壓力之任何波動，因此允許製程之安全操作。緩衝體積亦應足以確保加熱配置之熱表面在系統啟動及停機（諸如歸因於給水之缺乏）期間亦始終被水覆蓋。較熱水與較冷水之間的密度差異有助於「較熱」水及乾燥蒸汽在蒸汽鼓之頂部中積聚，且較冷水將下沉至容器之下部部分。換言之，蒸汽鼓用以將水滴與蒸汽分離，其充當涵蓋流量變化之水緩衝器，從而確保覆蓋加熱表面，且其用以吸收沖放壓力以及儲存所產生之蒸汽。
汽提塔
在水處理之上下文中，汽提塔之目的通常為從液態水饋料（液相）汽提氧氣。汽提可藉由使蒸汽（氣相）向上傳遞通過汽提塔，同時液態水饋料向下傳遞通過汽提塔，從而允許氧氣從液相傳遞至氣相來獲得。如所屬技術領域中具有通常知識者將知曉，需要配置汽提塔之內部零件以獲得較大液體表面。如所屬技術領域中具有通常知識者亦將知曉，需要使汽提塔向上延伸以允許液相與氣相之間有合理接觸時間。
通常，汽提塔（21）包含填充床、擋板及/或其他內部零件以容納在汽提塔（21）內從液態水汽提氧氣。通常，汽提塔（21）包含配置於汽提塔之上部部分中的液態水入口。通常，汽提塔（21）包含配置於汽提塔之上部部分中的蒸汽出口。
組合容器
當處於操作中時，組合容器將包含在組合容器之下部部分中的液相及在組合容器之上部部分中的氣相。液相將形成液體之緩衝體積，其亦用以在蒸汽鼓泡通過液相時移除夾帶於該蒸汽內之水滴。在將蒸汽用於高溫固態氧化物電解中之前，需要從蒸汽移除該等水滴。夾帶於蒸汽內之任何液態水可在固態氧化物電解電池單元中引起腐蝕。另外，存在於生水饋料中之未在除礦質器中捕獲之任何雜質將積聚在組合容器之液相（鍋爐水，BW）中，且此類雜質亦可對固態氧化物電解單元有害。液相上方之氣相將包含乾燥蒸汽，其一部分將引導至汽提塔且一部分將離開組合容器以形成適用於各種製程且尤其適用於高溫固體電解之乾燥製程蒸汽。
在根據本發明之水處理系統之一個具體實例中，組合容器包含配置於組合容器（22）之上部部分中的製程蒸汽出口。組合容器（22）可進一步包含配置於組合容器（22）上方且與製程蒸汽出口流體連通之除霧器（36）。除霧器為通常裝配至蒸汽-液體分離器容器以促進移除產物蒸汽中所夾帶之液滴的裝置。
存在於生水饋料中之未在除礦質器中捕獲之任何雜質將積聚在組合容器之液相（鍋爐水，BW）中。因此，可能有必要反覆地或連續地捨棄組合容器內之小部分液相。在根據本發明之水處理系統之一個具體實例中，組合容器（22）包含在該容器之下部部分中的吹掃出口（37）。
在根據本發明之水處理系統的一個具體實例中，組合容器與汽提塔之間的直接流體連通容納組合容器（22）與汽提塔（21）之間的流體再循環（23，24）。
在根據本發明之水處理系統之一個具體實例中，加熱配置包含熱交換器（32），該等熱交換器配置於該組合容器（22）下方且與該組合容器直接流體連通（33，34）以用於將熱量間接轉移至流動至熱交換器（32）且從該等熱交換器流出之任何流體。在根據本發明之水處理系統之一個具體實例中，加熱配置包含加熱線圈（44），該加熱線圈配置於該組合容器（22）之下部部分內及中以用於將熱量間接轉移至組合容器（22）內之任何流體。加熱配置可包含兩個加熱元件：呈配置於該組合容器下方且與該組合容器直接流體連通（33，34）之熱交換器之形式的加熱元件；及呈配置於該組合容器（22）之下部部分內及中之加熱線圈之形式的加熱元件。
組合容器可視需要豎直地或水平地配置。
除礦質器
在水處理之上下文中，第一步驟將通常為使原料饋料流傳遞通過除礦質器以從生水饋料移除礦物質及其它雜質，因此製造除礦質水（可稱為DMW）。除礦質器通常包含一或多個離子交換管柱，因此藉由離子交換移除雜質。然而，可設想移除離子之其他方式。在根據本發明之水處理系統之一個具體實例中，該系統進一步包含在汽提塔（21）上游且與該汽提塔流體連通之除礦質器（11）。
製程控制配置
在根據本發明之水處理系統的一個具體實例中，該系統進一步包含用於控制水處理系統之操作的製程控制配置。為了以良好結果操作該系統，較佳地，該系統包括用於控制系統內之各種流量、壓力及溫度的構件。製程控制配置亦可包含電腦程式，其用於獲得水處理系統之操作參數、比較該等操作參數與預設值及根據電腦程式調整實際設定。
方法
本文中揭示一種如上文所定義之水處理方法。
在根據本發明之水處理方法之一個具體實例中，組合容器內之操作壓力在0.7至10 bar abs，諸如0.9至8或1至7 bar abs之範圍內。
在根據本發明之水處理方法之一個具體實例中，在根據本發明之水處理系統之一個具體實例中，氧耗盡、乾燥製程蒸汽暴露於後續除霧步驟。
在根據本發明之水處理方法之一個具體實例中，將來自外部源之額外氧耗盡蒸汽添加至組合容器內之水蒸氣混合物的液態部分中。若來自外部源之額外氧耗盡蒸汽具有高純度，則其可直接添加至組合容器中。否則，其可傳遞通過加熱線圈以提供間接加熱。
水處理系統之用途
在具體實例中，根據本發明之水處理系統用於使用蒸汽作為饋料之設備中。
在具體實例中，提供一種用於製造氫氣之方法，其包含：
• 製造根據本發明之氧耗盡、乾燥製程蒸汽；
• 將氧耗盡、乾燥製程蒸汽饋入至固態氧化物電解電池且在電池內進行高溫電解以製造富含氫氣之產物氣體。
除氧耗盡、乾燥製程蒸汽以外，包含二氧化碳及/或一氧化碳之乾燥處理蒸汽（饋料）亦可饋入至進行高溫電解之固態氧化物電解電池。
在圖1中，生水流（1）在離子交換器（11）中除礦質以獲得具有極低礦物質含量之除礦質水（12）。除礦質水可簡稱為DMW。除礦質水仍可能含有一些氧氣且傳送至包含填充床之豎直配置汽提塔（21），在該填充床中，使用蒸汽（23）從水汽提氧氣。氧氣及蒸汽在頂部（27）離開容器，且氧耗盡水在填充床下方的底部（24）離開容器。將除礦質、氧耗盡水收集於填充床下方之水平配置的組合容器（22）中。收集於組合容器中之除礦質、氧耗盡水可稱為鍋爐水（boiler water；BW）。鍋爐水循環（34）至配置於組合容器（22）下方之其中產生蒸汽之熱交換器（32），且蒸汽-水混合物再循環（33）至組合容器（22）。鍋爐水形成至少覆蓋組合容器（22）之底部及熱交換器（32）之加熱表面的液相。使再循環之蒸汽-水混合物鼓泡通過組合容器中之液相以從蒸汽-水混合物分離水，從而在組合容器（22）內之液相上方製造乾燥蒸汽相。乾燥蒸汽饋入（23）至汽提塔（21）及配置於組合容器（22）頂部中之除霧器（36）中。除霧器減少液態水滴至蒸汽之攜帶，且從除霧器（36）收集除礦質、氧耗盡、乾燥蒸汽（35），該蒸汽可用於任何需要除礦質、氧耗盡、乾燥蒸汽之製程中，諸如SOEC系統中。
為了避免其餘鹽在組合容器（22）之鍋爐水中累積，從鍋爐水之液相吹掃少量流（37）。此吹掃可稱為沖放（blowdown）。
在1至8 bar abs範圍內之壓力下操作組合容器（22），且控制生水到達水處理系統（1）之流量、來自水處理系統之乾燥、氧耗盡蒸汽之流量以及供應至熱交換器之熱量，使得鍋爐水形成至少覆蓋組合容器之底部及熱交換器之加熱表面的液相。
在圖2中，說明類似於圖1之水處理系統的水處理系統，不同之處在於除霧器（36）配置於置放於沖放容器頂部上之單獨容器中。
在圖3中，說明類似於圖2之水處理系統的水處理系統，不同之處在於由外部製程（41）製造之蒸汽饋入至組合容器（22）中之鍋爐水的液相。
在圖4中，說明類似於圖2之水處理系統的水處理系統，不同之處在於來自外部製程（42）之熱製程氣體（諸如蒸汽）傳遞通過組合容器（22）內之鍋爐水的液相內之加熱線圈以藉由間接熱轉移將熱量從熱製程氣體轉移至鍋爐水。
在圖5中，說明類似於圖2之水處理系統的水處理系統，不同之處在於來自組合容器（22）之吹掃物（37）饋入至外部鍋爐（43），且所產生之蒸汽回收至組合容器（22）中之鍋爐水的液相。
在圖6中，展示代表性先前技術水處理系統，其中生水流（1）在離子交換器（11）中除礦質，且具有極低礦物質含量之純化水可稱為除礦質水DMW（12）。除礦質水仍可能含有一些氧氣且傳送至具有填充床之汽提塔（21）中，在該填充床中，使用蒸汽（23）從水汽提氧氣。氧氣及蒸汽在頂部離開容器，且除礦質、氧耗盡水在填充床下方的底部離開（24）容器汽提塔（21）。將現稱為鍋爐給水BFW之氧耗盡及除礦質水收集於填充床下方之沖放容器（28）中。沖放容器之主要目的是含有BFW之緩衝體積。為了使BFW在沖放容器（28）中保持在沸點且產生汽提塔21所需之蒸汽（23），接著藉由將來自外部源（26）之蒸汽注入至沖放容器（28）中來將熱量直接添加至沖放容器。蒸汽（23）可替代地藉由與沖放容器中之線圈熱交換而間接添加。
具有填充床之汽提塔（21）在此具體實例中與沖放容器整合，且可稱為「除氧器」。除氧器在1 bar abs至5 bar abs範圍內之壓力下操作。
BFW（25）從沖放容器（28）泵吸至鍋爐。鍋爐包含其中產生蒸汽之熱交換器（32）及用於將來自熱交換器之蒸汽與水之混合物分離的容器，該容器稱為「蒸汽鼓」（31）。蒸汽鼓（31）藉由水（34）及蒸汽/水混合物（33）之管道連接至熱交換器。替代地，蒸汽鼓及熱交換器可整合或為兩種替代方案之組合。除霧器（36）配置於蒸汽鼓（31）之頂部中，用以減少液態水滴至離開蒸汽鼓之蒸汽的攜帶，該蒸汽可供應至消費者。
為了避免其餘鹽在蒸汽鼓（31）及熱交換器（32）中之鍋爐水中累積，從蒸汽鼓（31）之液相吹掃少量流（37）。
在圖7中，說明類似於圖6之代表性先前技術水處理系統的代表性先前技術水處理系統，不同之處在於來自外部製程（42）之熱製程氣體（諸如蒸汽）傳遞通過組合容器（22）內之鍋爐水的液相內之加熱線圈以藉由間接熱轉移將熱量從熱製程氣體轉移至鍋爐水。
實施例
實施例 1：
具有包含組合容器之水處理系統的高溫固態氧化物電解系統
在圖2中，描述本發明之具體實例。每小時21.8 m3之生水流（1）在含有酸性及鹼性離子交換樹脂之離子交換器（11）中除礦質。將除礦質水（12）饋入至包含25 mm IMTP無規填料之填充床（21）之汽提塔（豎直容器）中，其中使用在填充床下方遞送之蒸汽（23）從水汽提氧氣。100 kg/h氧氣及蒸汽從汽提塔頂部（27）離開容器，且所製造之氧耗盡水在填充床下方之底部離開容器（24）。將氧耗盡水收集於填充床下方之組合容器（22）中。組合容器用以容納可稱為鍋爐水之氧耗盡水的緩衝體積。藉由從置放於組合容器下方之熱交換器（32）供應間接熱來使鍋爐水在組合容器（22）中保持在沸點。較冷及較重水下沉至組合容器之底部，且經由開口（34）傳遞至熱交換器。熱交換器以11.5 MW之速率將熱量遞送至鍋爐水。熱交換器（32）中所產生之蒸汽通過開口（33）傳遞至組合容器。組合容器用以將蒸汽遞送至汽提塔之底部，且移除配置於組合容器上方之除霧器（36）中之蒸汽內所捕獲之液態水滴。以21.5 t/h之速率從除霧器（35）抽取氧耗盡、乾燥製程蒸汽以製造20000 Nm3/h之H2。
為了避免其餘鹽在組合容器中累積，從液體表面吹掃200 kg/h之流量（37）。氧耗盡、乾燥製程蒸汽饋入至在2 bar g及750℃下操作之SOEC堆疊中。
此類系統具有使得能夠建構用於從蒸汽製造H
2之簡化系統，因此降低系統之建構成本的優點。反應器需要較少金屬，且控制系統之操作需要較少儀器。
[圖1]展示根據本發明之水處理系統的具體實例。
[圖2]展示根據本發明之水處理系統的具體實例。
[圖3]展示根據本發明之水處理系統的具體實例。
[圖4]展示根據本發明之水處理系統的具體實例。
[圖5]展示根據本發明之水處理系統的具體實例。
[圖6]展示先前技術水處理系統。
[圖7]展示先前技術水處理系統。
1:生水流
11:離子交換器/除礦質器
12:除礦質水
21:汽提塔/填充床
22:組合容器
23:再循環/蒸汽
24:再循環/填充床下方的底部
27:汽提塔頂部
32:熱交換器
33:流體連通/蒸汽/水混合物/再循環/開口
34:流體連通/循環/水/開口
35:乾燥蒸汽
36:除霧器
37:吹掃出口/少量流/吹掃物
Claims (22)
- 一種用於製備氧耗盡、乾燥製程蒸汽（35）之水處理系統，其包含： 汽提塔（21），其用於從水汽提氧氣； 流體收集器容器，其用於從該汽提塔收集氧耗盡液態水； 流體分離器容器，其用於收集液態水-蒸汽混合物且用於將水與蒸汽分離； 加熱配置，其用於將液態水汽化成蒸汽；且 其中該流體收集器及該流體分離器經提供為用於從該汽提塔（21）收集氧耗盡液態水且用於分離水及蒸汽之組合容器（22）；且 其中該汽提塔（21）配置於該組合容器（22）上方且與該組合容器直接流體連通；且 其中該加熱配置經配置以將蒸汽提供至該組合容器（22）之下部部分。
- 如請求項1之水處理系統，其中該加熱配置包含配置於該組合容器（22）下方且與該組合容器直接流體連通之加熱元件。
- 如請求項1或2中任一項之水處理系統，其中該加熱配置包含配置於該組合容器（22）之該下部部分內及該下部部分中之加熱元件。
- 如前述請求項中任一項之水處理系統，其中該組合容器包含配置於該組合容器（22）之上部部分中之製程蒸汽出口。
- 如請求項4之水處理系統，其中該組合容器（22）進一步包含配置於該組合容器（22）上方且與該製程蒸汽出口流體連通之除霧器（36）。
- 如前述請求項中任一項之水處理系統，其中該組合容器（22）包含該容器之下部部分中之吹掃出口（37）。
- 如前述請求項中任一項之水處理系統，其中該組合容器與該汽提塔之間的該直接流體連通容納該組合容器（22）與該汽提塔（21）之間的流體再循環（23，24）。
- 如前述請求項中任一項之水處理系統，其中該汽提塔（21）包含填充床、擋板及其他內部零件以容納在該汽提塔（21）內從液態水汽提氧氣。
- 如前述請求項中任一項之水處理系統，其中該汽提塔（21）進一步包含配置於該汽提塔之該上部部分中之液態水入口。
- 如前述請求項中任一項之水處理系統，其中該汽提塔（21）進一步包含配置於該汽提塔之該上部部分中之蒸汽出口。
- 如前述請求項中任一項之水處理系統，其中該加熱配置包含熱交換器（32），該等熱交換器配置於該組合容器（22）下方且與該組合容器直接流體連通（33，34）以用於將熱量間接轉移至流動至該等熱交換器（32）且從該等熱交換器流出之任何流體。
- 如前述請求項中任一項之水處理系統，其中該加熱配置包含加熱線圈（44），該加熱線圈配置於該組合容器（22）之該下部部分內及該組合容器（22）之該下部部分中以用於將熱量間接轉移至該組合容器（22）內之任何流體。
- 如前述請求項中任一項之水處理系統，其中使鍋爐水循環（34）至配置於該組合容器（22）下方之其中產生蒸汽的熱交換器（32），且使蒸汽-水混合物再循環（33）至該組合容器（22）。
- 如前述請求項中任一項之水處理系統，其進一步包含在該汽提塔（21）上游且與該汽提塔流體連通之除礦質器（11）。
- 如前述請求項中任一項之水處理系統，其進一步包含用於控制該水處理系統之操作的製程控制配置。
- 一種用於製造氧耗盡、乾燥製程蒸汽之水處理方法，其包含以下步驟： 藉由使除礦質水流在填充床上方傳遞且使氧汽提蒸汽在逆流方向上傳遞來從該除礦質水流汽提氧氣以製造氧耗盡水； 將該氧耗盡水收集於組合容器中以在該組合容器內獲得氧耗盡水-蒸汽混合物； 間接地加熱該水-蒸汽混合物之液態部分以製造濕蒸汽； 藉由使該蒸汽鼓泡通過該水-蒸汽混合物之該液態部分來從該濕蒸汽移除水滴以製造乾燥蒸汽； 其中該組合容器內之該氧耗盡水-蒸汽混合物用以向汽提塔供應該氧汽提蒸汽，以緩衝每製造乾燥蒸汽時該除礦質水流之變化、以吸收該組合容器之上游與下游之壓力差且從該濕蒸汽移除水滴； 以製造該氧耗盡、乾燥製程蒸汽。
- 如請求項16之方法，其中該組合容器內之操作壓力在0.7至10 bar abs，諸如0.9至8或1至7 bar abs之範圍內。
- 如請求項16至17中任一項之方法，其中氧耗盡、乾燥製程蒸汽暴露於後續除霧步驟。
- 如請求項16至18中任一項之方法，其中將來自外部源之氧耗盡蒸汽添加至該組合容器內之該水-蒸汽混合物之該液態部分中。
- 一種如請求項1至15中任一項之裝置的用途，其用於使用蒸汽作為饋料之設備中。
- 一種用於製造氫氣之方法，其包含： 製造如請求項16至19中任一項之氧耗盡、乾燥製程蒸汽； 將該氧耗盡、乾燥製程蒸汽饋入至固態氧化物電解電池且在該電池內進行高溫電解以製造富含氫氣之產物氣體。
- 如請求項21之方法，其中除該氧耗盡、乾燥製程蒸汽以外，包含二氧化碳及/或一氧化碳之饋料亦饋入至進行該高溫電解之該固態氧化物電解電池。
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