用于在高回收率脱盐系统中防结垢的离子螯合的制作方法

文档序号:9251868
用于在高回收率脱盐系统中防结垢的离子螯合的制作方法
【专利说明】用于在高回收率脱盐系统中防结垢的离子螯合
[0001] 背景
[0002] 在本世纪,淡水的短缺将超过作为人类全球关注的能量的短缺;并且这两个挑战 有着密不可分的联系,例如,正如2010年5月20日一期的《经济学家》(TheEconomist)中 "关于水的特别报道(SpecialReportonWater)"中所解释的。淡水是人和其他生物体的 最基本的需求之一;每个人每天需要消耗最少约两升。全世界还面临来自农业和工业过程 的更大的淡水需求。
[0003] 供水不足造成的危害是极其紧迫的。淡水的短缺可能导致多种危机,包括饥荒、疾 病、死亡、被迫大规模迀移、跨地区冲突/战争以及崩溃的生态系统。尽管有对淡水需求的 紧急程度和短缺的深远影响,淡水供应仍受到格外限制。地球上97. 5 %的水是咸水,并且其 余部分中有约70%作为冰冻结(主要在冰盖和冰川中),使得只剩下地球上所有水中的一 小部分呈可供使用的淡(非咸)水形式。
[0004] 此外,地球上作为淡水并可供使用的水是不均匀分布的。例如,人口众多的国家, 如印度和中国,有很多受稀缺供应源影响的地区。再进一步,淡水供应往往季节性地不一 致。同时,对淡水的需求在全球范围内逐渐紧张。水库干涸;蓄水层下降;河流枯竭;并且 冰川和冰盖收缩。不断增长的人口使需求增加,正如在农业中的转变和增长的工业化所造 成的。气候变化在许多地区造成甚至更大的威胁。因此,面临水短缺的人数越来越多。然 而,天然存在的淡水典型地被局限于区域性流域;并且水运输是昂贵并且能量密集的。
[0005] 此外,可以有利地从污染的废物流(例如,来自油气生产)提取水以便同时生产淡 水和浓缩并且减少这些废物流的体积,由此减少污染和污染物并且减少成本。
[0006] 然而,用于从海水(或从半咸水或污染的废物流)生产淡水的许多现有方法需要 大量的能量。反渗透(R0)是目前领先的脱盐技术。在大型工厂中,与理论最小值约IkWh/ m3相比,在30%回收率下所要求的比电量(specificelectricity)可以低到4kWh/m3;规 模更小的R0系统(例如,船载的)效率更低。
[0007] 其他现有的海水脱盐系统包括基于热能的多级闪蒸(MSF)蒸馏和多效蒸馏 (MED),两者均是能量和资本密集型方法。然而,在MSF和MED系统中,最高盐水温度和热量 输入的最高温度受到限制以便避免硫酸钙、氢氧化镁以及碳酸钙沉淀,该沉淀会导致在传 热设备上形成软垢和硬垢。
[0008] 增湿-除湿(HDH)脱盐系统包括一个增湿器和一个除湿器作为其主要部件并且使 用一种载气(例如空气)在热源与盐水之间传送能量。这种技术的一种简单型式包括一个 增湿器、一个除湿器及一个用于加热海水流的加热器。在增湿器中,热海水与干燥空气直接 接触,并且该空气被加热并增湿。在除湿器中,使加热并增湿的空气与冷海水(间接)接触 并且得到除湿,从而产生纯水和除湿的空气。就MSF和MED系统来说,如果温度上升太高结 垢组分的沉淀伴随后续损坏在该系统内可能发生。
[0009] 在美国专利号8, 119, 007B2 (A.Bajpayee等人)中描述的另一种方法使用定向溶 剂,该定向溶剂定向地溶解水但是不溶解盐。加热这种定向溶剂以将来自盐溶液中的水溶 解于该定向溶剂中。将剩余的高度浓缩的盐水去除,并且将定向溶剂和水的溶液冷却以使 基本纯净的水从该溶液中沉淀出来。
[0010] 本发明人中有一些也被指定为以下专利申请的发明人,这些专利申请包括对 HDH和用于纯化水的其他方法的另外的讨论:2009年9月4日提交的美国申请序列号 12/554, 726 (公开为US2011/0056822A1 ;代理人案号mit-13607) ;2009 年 10 月 5 日提交 的美国申请序列号12/573, 221 (公开为US20110079504A1;代理人案号mit-13622) ;2011 年2月15日提交的美国申请序列号13/028, 170 (代理人案号mit-14295);以及2011年9 月23日提交的美国申请序列号13/241,907 (代理人案号mit-14889);以及2012年7月16 日提交的美国申请序列号13/550, 094 (代理人案号mit-15410)。
[0011] 概述
[0012] 在此描述了用于在脱盐和其他工艺中防止结垢的装置和方法。该装置和方法的不 同实施例可能包括以下描述的部分或全部的元素、特征以及步骤。
[0013] 根据这些方法的实施例,可以从一种水性组合物中沉淀以便产生结垢的阳离子通 过将一种多齿配体添加至该水性组合物中螯合。该多齿配体与该阳离子结合以便形成一 种不结垢离子络合物;并且在一个涉及从该水性组合物中生产基本纯净的水的工艺中使用 该水性组合物(其中该离子络合物存在或已去除)的至少一部分,在该工艺中在不存在该 离子络合物形成的情况下该阳离子经受结垢。然后降低该包含该离子络合物的水性组合物 (或包含该水性组合物的组分的盐水)的pH以便从该多齿配体中释放该阳离子;并且在释 放该阳离子之后然后在一个主要是闭合环路(predominantlyclosedloop)中再使用该多 齿配体(其中该多齿配体的大部分(尽管不一定是所有的)在该工艺的每次重复中被再循 环并且再使用)。
[0014] 该装置的实施例包括一个水性组合物源,该水性组合物包含至少一种类型的阳离 子,该阳离子可以从该水性组合物中沉淀以便产生结垢。一个第一导管被配置成将来自该 水性组合物源的该水性组合物进料至一个脱盐系统中;并且一个第二导管被配置成将来自 多齿配体源的多齿配体进料至该第一导管中以使该多齿配体与在该水性组合物中的阳离 子结合以便形成一种不结垢离子络合物。一个pH降低装置与pH降低试剂源联接并且被配 置成在低pH水平下从该多齿配体中分离这些阳离子。此外,一个第三导管被配置成将在该 水性组合物中的或在由该水性组合物产生的盐水中的不结垢离子络合物进料至该pH降低 装置中。
[0015] 通过螯合否则可能在高温操作(如脱盐(包括多种形式的水性废物处理))中生 产结垢的阳离子,在此描述的这些方法和装置可以改进该操作的效力(例如,更高的回收 率)并且防止该装置的损坏。此外,这些方法和装置可以在较高的温度下操作而不存在高 温下结垢(以及后续伤害)的风险。再进一步,这些方法可以将水性原料的预处理的成本降 低至在脱盐之前使用碱石灰来软化该水性原料以由此减少结垢的以前技术成本的约1/10。
[0016] 附图简要说明
[0017] 图1是Na4EDTA多齿配体的分子图。
[0018] 图2是螯合阳离子的Na4EDTA多齿配体的分子图。
[0019] 图3是用于防结垢脱盐的装置的第一个实施例的示意图。
[0020] 图4是用于防结垢脱盐的装置的第二个实施例的示意图。
[0021] 图5是可以用于图3、4或6的装置中的高回收率脱盐系统的示意图。
[0022] 图6是用于防结垢脱盐的装置的第三个实施例的示意图。
[0023] 在这些附图中,相同的参考符号遍及不同视图指代相同或相似的零件;并且撇号 用于区别共用相同参考号的相同或相似项目的多个例子。这些附图不一定是按比例的,重 点反而在于阐明如下讨论的详细原理。
[0024] 详细说明
[0025] 从这项或这些发明在更广泛的范围内的不同概念和具体实施例的以下更详细的 描述中,这项或这些发明的不同方面的上述的和其他的特征和优点将是明显的。上文介绍 的和下文更详细讨论的本主题的不同方面可以按多种方式中的任一种实施,因为本主题并 不局限于任何特定的实施方式。主要是为了说明的目的提供具体实施和应用的实例。
[0026] 除非在此另外定义、使用或表征,否则在此使用的术语(包括技术和科学术语)应 被解释为具有与它们在相关领域背景下所接受的含义一致的含义,并且不应以理想化或过 于正式的意义进行解释,除非在此明确如此定义。举例来说,如果提及一种特定组合物,那
再多了解一些
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1