专利名称：冷却结晶器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于由盐水生产固体的系统，尤其是通过利用蒸汽压缩冷却。
背景技术：
通过曝晒蒸发由它们天然产生的溶液(盐水)生产具有商业价值的盐和矿物已在世界各地实施数千年。对于曝晒蒸发应用的最常见的实例是由海水生产食盐(NaCl)将海水供入较大的浅水池并通过自然蒸发来除去水，其便于沉淀及随后收集盐。另一个更近的实例是由通过例如在死海周围的曝晒蒸发而结晶的矿物来生产钾盐。在浅水池中的曝晒蒸发，其有时与在池中的冬季冷却结合，是非常经济的，但除了适当的气候条件至少一年的一部分时间中干燥和炎热的天气以及全年缺少降水(下雨等)以外，它还需要可获得具有不渗透性土壤的较大平坦表面。在没有这些条件的情况下， 已经实施使用燃料(例如泥炭、木材等)，但这种资源是浪费、昂贵且不容易再生的。在死海操作中，在太阳能水池中由死海水产生光卤石(KClMgCl26· (H2O))。在已收集沉淀光卤石以后，保留在池中的母液被称作老卤(End Brine) (EB)。EB是死海的矿物的饱和溶液，因此是相对高度浓缩的。EB(或母液)的实际浓度会取决于原水源的类型并通常在22 %至35 %的范围内。EB包含有价值的矿物，然而其不能通过曝晒蒸发的通常实施来进一步提取，这是由于盐水的低蒸汽压而引起的。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了用于从具有初始温度T1的盐水中分离至少部分溶质的系统。该系统包括-结晶器，该结晶器包括用于在其中接收盐水的结晶器入口，用于排出由至少部分盐水蒸发的具有第一压力P1的蒸汽的结晶器第一出口，以及用于排出具有低于初始温度T1 的最终温度T2的淤浆的结晶器第二出口 ；-分离器，该分离器包括用于在其中接收淤浆的分离器入口，用于从其中排出由淤浆分离的部分固体的分离器第一出口，以及用于从其中排出具有基本上等于T2温度的剩余液体的分离器第二出口；-压缩机，该压缩机包括用于在其中接收蒸汽的压缩机入口，以及用于从其中排出具有高于压力P1的第二压力P2的压缩蒸汽的压缩机出口 ；以及-冷凝器，该冷凝器包括用于在其中接收压缩蒸汽的冷凝器第一入口，用于在其中接收从分离器排出的剩余液体的冷凝器第二入口，以及用于从其中排出具有基本上等于 T1温度的出口液体的冷凝器出口，从分离器排出的剩余液体用于吸收从压缩蒸汽释放的潜热，从而冷凝压缩蒸汽。每个结晶器可以包括串联排列在结晶器入口和结晶器第二出口之间的多个结晶器单元。每个结晶器单元可以适于使以其接收的盐水的温度降低温差Δ T。除了第一结晶器单元以外每个结晶器单元可以适于在其中接收温度低于在前面的结晶器单元中接收的盐水温度的盐水以及从其中排出压力低于从前面的结晶器单元排出的蒸汽压力的蒸汽。可选地，一个或多个结晶器单元可以包括多个并联排列的单独的结晶器。压缩机可以包括多个压缩机单元。一个或多个压缩机单元可以包括多个并联排列的单独的压缩机，每个压缩机单元流体连通于它相应的结晶器单元。每个冷凝器可以包括串联排列的多个冷凝器单元。然而，每个冷凝器单元可以包括串联排列在冷凝器第一入口和冷凝器出口之间的多个单独的冷凝器，每个冷凝器流体连通于它相应的压缩机单元，每个冷凝器单元适于使以其接收的液体的温度升高温差ΔΤ，除了最后的冷凝器单元以外的每个冷凝器单元适于在其中接收温度高于在前面的冷凝器单元中接收的液体温度的液体以及压力高于在前面的冷凝器单元中接收的压缩蒸汽压力的压缩蒸汽，压缩蒸汽从相应的压缩机单元排出。确定冷凝器尺寸以适合相应的压缩机和结晶器单元。在所有多个结晶器单元中，温差可以相同，或者可替换地温差可以在多个结晶器单元之间变化。在多个压缩机单元中，在从每个压缩机单元排出的压缩蒸汽的压力和在每个压缩机单元中接收的蒸汽压力之间的压缩压力比可以基本上相等。系统可以包括使得在系统中产生和保持真空的装置。系统可以包括这样的装置，所述装置可以使得将辅助的可溶性固体加入到所述冷凝器中以降低相对于它在没有加入情况下的数值所需要的压缩压力比P2AV根据本发明的另一个方面，提供了从具有初始温度T1的盐水分离至少部分固体的方法，该方法包括-蒸发至少部分盐水，从而产生具有第一压力P1的蒸汽流以及具有低于第一温度 T1的第二温度T2的淤浆；-从淤浆中分离部分固体，从而产生具有基本上等于T2温度的剩余液体；-压缩蒸汽，从而将它的压力从P1提高到P2；-通过使剩余液体吸收从压缩蒸汽释放的潜热并排出温度基本上等于T1的出口液体，来冷凝压缩蒸汽。
为了理解本发明和明了它如何可以在实践中实施，现将参照附图仅通过非限制性实例来描述实施方式，其中图1是根据本发明的系统的示意图；以及图2是图1所示系统的第一阶段的示意图。
具体实施例方式图1和2示出了用于从源盐水B分离至少部分固体的系统10。系统10包括四个主要子系统，即，结晶器子系统20、压缩机子系统30、冷凝器子系统40以及分离器子系统 50。结晶器子系统20包括串联排列的连续N个结晶器单元20a、20b....至20η，使得每个结晶器单元20a至20η流体连通于与其相邻的结晶器单元。第一单元20a包括用于在其中接收源盐水B的源入口 21a，用于从其中排出第一水蒸汽流Va的第一蒸汽出口 23a以及用于从其中排出第一淤浆流&的第一淤浆出口 25a。单元20b至20η包括分别用于在其中接收淤浆&至Slri的淤浆入口 21b至21η，分别用于从其中排出水蒸汽Vb至Vn的蒸汽出口 2 至23η，以及分别用于从其中排出淤浆&至&的淤浆出口 2 至25η。每个结晶器单元20a至20η适于使在其中接收的淤浆溶液的温度降低了温度降 ΔΤ，其可以是固定的，以及尤其可以达到约若干程度。然而，可以设计系统10，使得每个结晶器单元将对在其中接收的溶液施加不同的温度梯度，在这种情况下，它们将具有温度降 (温降)八！；至ΔΤη。结晶器单元20a至20η适于分别在其中保持恒定压力Pla至Pln，其由单元20a至 20η中的蒸汽Va至Vn的压力来确定。由于从单元到单元的淤浆的温度降低，所以沿着结晶器单元20a至20η，蒸汽的压力逐步减小，使得在第一单元20a中的压力Pla为最高以及最后单元20η的压力Pln为最低。分离器子系统50包括流体连通于最后结晶器单元20η的淤浆入口 51，用于在其中接收从其排出的淤浆&。分离器50进一步包括固体出口 53，用于从其中排出一定量的从淤浆&分离的固体S ；以及液体出口 55，用于从其中排出剩余液体L。压缩机子系统30包括N个压缩机单元30a至30η以及蒸汽入口 31a至31n，用于在其中接收分别从结晶器单元20a至20η的蒸汽出口 23a至23η排出的水蒸汽Va至\。压缩机单元30a至30η进一步包括压缩蒸汽出口 33a至33η，分别用于从其中排出压缩蒸汽流
ν 。每个压缩机单元30a至30η用来在由每个效果中占优势的不同条件(如温度和压力)控制的特定工作条件下进行操作。压缩机单元进一步用来接收蒸汽的相对高的体积流速。例如，压缩机单元可以具有这样的类型，其能够接收高于100m3/S的流速，以及更特别地在150-320m7s的范围内。在这方面，压缩机单元30a至30η可以具有在申请人的专利申请号PCT/IL2006/000M8中所描述的类型，上述专利申请号的内容以引用方式结合于本文。压缩机单元30a至30η适于压缩在其中接收的具有相对低压缩压力比R(在压缩机单元之间其可以相同或不同)的蒸汽。例如，压缩比可以低于2，以及更特别地在1. 3 < R < 1.5的范围内。冷凝器子系统40包括串联排列的N个冷凝器单元40a至40η，使得冷凝器单元40a 至40η中的每一个流体连通于与其相邻的冷凝器单元并且最后单元40a还流体连通于分离器单元50。冷凝器单元40a至40η分别包括液体入口 41a至41η，用于在其中接收液体Lb 至L ；液体出口 43a至43η，用于从其中排出液体La至Ln ；以及蒸汽入口 4 至45η，用于在其中接收从压缩机单元30a至30η排出的压缩蒸汽V'η。每个冷凝器单元40a至40η适于使在其中接收的液体溶液的温度升高若干程度 Δ Τ，这与由每个结晶器单元20a至20η提供的温度降Δ T相一致。类似于结晶器单元20a 至20η的温度降，每个冷凝器单元可以对在其中接收的溶液施加不同的温度升高。然而，这种差异必须实际上等于相应的结晶器单元的差异。冷凝器单元40a至40η中的每一个适于在其中保持各自的恒定压力P2a至Ρ2η。压力由单元40a至40η中的蒸汽V'⑷‘η的压力确定并且沿着冷凝器单元40η至40a的路线逐步升高，使得最后单元40η的压力I52n最低以及第一单元40a中的压力P2a最高，这是由于从冷凝器单元到下一个冷凝器单元的液体的温度升高而引起的。因此，系统10事实上是多级系统，包括N个级1至N (不包括分离器单元，其是独立的分开实体)，其加以排列使得每级包括三个单元，即，一个结晶器单元、一个压缩机单元以及一个冷凝器单元。例如，第一级包括第一结晶器单元20a、第一压缩机单元30a以及第一冷凝器单元40a。在这方面，每级可以包括结晶器、压缩机或冷凝器的多于一个的单元。系统10进一步包括用于在结晶器20、压缩机30、以及冷凝器40子系统中产生和保持真空的装置。尤其是，系统10可以包括具有任何适宜种类的外部真空泵(未示出)，用于从系统中连续去除空气和不可冷凝的气体。系统10可以进一步包括用于将辅助的可溶性固体加入到所有或一些冷凝器单元 40a至40η中的装置。这些固体的加入会增加在冷凝器单元中的溶液的浓度(以及升高它的沸点)，由此从而降低单元中的蒸汽压。降低的蒸汽压会减少所需要的相应的压缩机单元必须提供的压缩功。在操作中，将具有溶质浓度C1和温度T1的源盐水B引入到第一结晶器单元20a的源入口 21a中。在此单元内，溶液被冷却到温度Tla，盐水B的一些溶质含量会沉淀以及淤 ISa从其中排出(如将进一步所说明的)。在冷却期间放出的并具有压力Pla的蒸汽Va通过蒸汽出口 23a排出并进入第一压缩机单元30a。在压缩机单元30a中，这种蒸汽Va被压缩成V' a，该V' 3具有压力P2a，其通过满足条件= Pla ·R的单元30a的压缩压力比R 确定。压缩蒸汽V' 3进入冷凝器单元40a的蒸汽入口 45a。在此冷凝器单元中，在压缩蒸汽V' a的冷凝(吸收)期间，它的潜热被释放到液体Lb中，从而将它的温度1^升高到基本上等于或稍高于温度T1的数值。返回来提及淤浆&，在温度Tla和高于盐水B的浓度C1的总盐浓度Cla下，淤浆& 从第一结晶器单元20a释放。然后淤浆&进入相邻结晶器单元20b。从最后结晶器单元 20η释放的淤浆&具有温度Tln，其显著低于供入第一结晶器单元20a的盐水B的温度1\。 这种温差是通过沿着结晶器单元级联20a至20η流动的淤浆的逐渐温度降低来实现。温度 Tln的下限通过淤浆溶液的BPE限定并且通过防止水蒸汽达到对应于纯水凝固点的压力的需要来确定。温度Tln便于至少部分溶质沉淀以便通过分离器子系统50来进一步分离。类似于上述的描述适用于系统10的每个级2至N，其中过程发生在相应的结晶器、 压缩机以及冷凝器单元中。从最后结晶器单元20η释放的淤浆&进入分离器单元50的淤浆入口 51。在分离器单元50内，沉淀的固体从淤浆中分离以及具有基本上等于Tln的温度T2的剩余液体L 相进入最后冷凝器单元40η以用作通过冷凝蒸汽V' 所释放的潜热的吸收剂(如以前详细描述的)。沿着冷凝器单元40η到40a，液体L至La的温度从T2逐步升高到T2a (如已经说明的)。液体的浓度沿着冷凝器单元40η至40a降低，这是由于在其中发生的冷凝过程而引起的。因此，出口液体La具有类似于盐水B的参数，其中盐水B不包括通过分离器50分离的固体。相对于在淤浆中溶质的总量，分离固体的量较低。因此，液体La的浓度仅稍低于供入系统的盐水B的浓度。上文描述的系统10可以例如用于从死海EB溶液回收光卤石。具有T1 = 35°C温度以及总溶质浓度C1 = 35%的EB进入6级系统10 (N = 6)。沿着结晶器子系统20，EB的温度逐步降低，使得从第六结晶器单元20η排出的淤浆&的温度Tln为约14°C。因此，每个结晶器单元会使EB的温度降低了 ΔΤ = 3.5 。淤浆&进入分离器子系统50，其中少量固体被分离，以及剩余液体进入冷凝器子系统40。从第一冷凝器单元40a排出的液体La具有基本上等于35°C的温度T2a。表1以非限制性方式总结了根据上述实例系统10可以具有的参数。
权利要求
1.一种用于从具有初始温度T1的盐水中分离至少部分固体的系统，所述系统包括 -结晶器，所述结晶器包括用于在其中接收所述盐水的结晶器入口，用于排出由至少部分所述盐水蒸发的具有第一压力P1的蒸汽的结晶器第一出口，以及用于排出具有低于所述初始温度T1的最终温度T2的淤浆的结晶器第二出口 ；-分离器，所述分离器包括用于在其中接收所述淤浆的分离器入口，用于从其中排出由所述淤浆分离的所述部分固体的分离器第一出口，以及用于从其中排出具有基本上等于T2 温度的剩余液体的分离器第二出口；-压缩机，所述压缩机包括用于在其中接收所述蒸汽的压缩机入口，以及用于从其中排出具有高于所述压力P1的第二压力P2的压缩蒸汽的压缩机出口 ；以及-冷凝器，所述冷凝器包括用于在其中接收所述压缩蒸汽的冷凝器第一入口，用于在其中接收从所述分离器排出的所述剩余液体的冷凝器第二入口，以及用于从其中排出具有基本上等于T1温度的出口液体的冷凝器出口，从所述分离器排出的所述剩余液体用于吸收从所述压缩蒸汽释放的潜热，从而冷凝所述压缩蒸汽。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述结晶器包括串联排列在所述结晶器入口和所述结晶器第二出口之间的多个结晶器单元，每个结晶器单元适于使以其接收的盐水的温度降低温差ΔΤ，除了第一结晶器单元以外的每个结晶器单元适于在其中接收温度低于在前面的结晶器单元中接收的盐水温度的盐水，以及从其中排出压力低于从前面的结晶器单元排出的蒸汽压力的蒸汽。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述压缩机包括多个压缩机单元，每个压缩机单元流体连通于它相应的结晶器单元。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述冷凝器包括串联排列在所述冷凝器第一入口和冷凝器出口之间的多个冷凝器单元，每个冷凝器流体连通于它相应的压缩机单元，每个冷凝器单元适于使以其接收的液体的温度升高所述温差ΔΤ，除了最后的冷凝器单元以外的每个冷凝器单元适于在其中接收温度高于在前面的冷凝器单元中接收的液体温度的液体以及压力高于在前面的冷凝器单元中接收的压缩蒸汽压力的压缩蒸汽，所述压缩蒸汽从所述相应的压缩机单元排出。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，其中，所述温差ΔT在所有所述多个结晶器单元中是相同的。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的系统，其中，所述温差ΔT在所述多个结晶器单元之间变化。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的系统，其中，在从每个压缩机单元排出的压缩蒸汽的压力和在每个压缩机单元中接收的蒸汽的压力之间的压缩压力比在所述多个压缩机单元中基本上相等。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，进一步包括使得在所述系统中产生和保持真空的装置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，进一步包括使得将辅助的可溶性固体加入到所述冷凝器中以降低相对于它在没有所述加入情况下的数值所需要的压缩压力比P2/Pi。
10.一种从具有初始温度T1的盐水分离至少部分固体的方法，所述方法包括-蒸发至少部分所述盐水，从而产生具有第一压力P1的蒸汽流和具有低于所述第一温度T1的第二温度T2的淤浆；-从所述淤浆中分离所述部分固体，从而产生具有基本上等于T2温度的剩余液体；-压缩所述蒸汽，从而将它的压力从P1提高到P2 ；-通过使所述剩余液体吸收从所述压缩蒸汽释放的潜热并排出温度基本上等于T1的出口液体，来冷凝所述压缩蒸汽。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括借助于串联排列的多个结晶器单元来蒸发所述盐水，每个结晶器单元适于使以其接收的盐水的温度降低温差ΔΤ，除了第一结晶器单元以外的每个结晶器单元适于在其中接收温度低于在前面的结晶器单元中接收的盐水温度的盐水以及从其中排出压力低于从前面的结晶器单元排出的蒸汽压力的蒸汽。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括借助于多个压缩机单元来压缩所述蒸汽，每个压缩机单元流体连通于它相应的结晶器单元。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括借助于串联排列的多个冷凝器单元来冷凝所述压缩蒸汽，每个冷凝器流体连通于它相应的压缩机单元，每个冷凝器单元适于使以其接收的液体的温度升高所述温差ΔΤ，除了最后的冷凝器单元以外的每个冷凝器单元适于在其中接收温度高于在前面的冷凝器单元中接收的液体温度的液体以及压力高于在前面的冷凝器单元中接收的压缩蒸汽压力的压缩蒸汽，所述压缩蒸汽从所述相应的压缩机单元排出。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，所述温差ΔΤ在所有所述多个结晶器单元中是相同的。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，所述温差ΔΤ在所述多个结晶器单元之间变化。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，在从每个压缩机单元排出的压缩蒸汽的压力和在每个压缩机单元中接收的蒸汽压力之间的压缩压力比在所述多个压缩机单元中基本上相等。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的方法，进一步包括在所述系统中产生和保持真空。
18.根据权利要求10至17中任一项所述的方法，将辅助的可溶性固体加入到所述冷凝器中，从而降低相对于它在没有所述加入情况下的数值所需要的压缩压力比P2AV
全文摘要
本发明提供了用于从具有初始温度T1的盐水中分离至少部分固体的系统和方法，所述系统包括结晶器，该结晶器包括用于在其中接收所述盐水的结晶器入口，用于排出由至少部分所述盐水蒸发的具有第一压力P1的蒸汽的结晶器第一出口，以及用于排出具有低于所述初始温度T1的最终温度T2的淤浆的结晶器第二出口；分离器，该分离器包括用于在其中接收所述淤浆的分离器入口，用于从其中排出由所述淤浆分离的所述部分固体的分离器第一出口，以及用于从其中排出具有基本上等于T2温度的剩余液体的分离器第二出口；压缩机，该压缩机包括用于在其中接收所述蒸汽的压缩机入口，以及用于从其中排出具有高于所述压力P1的第二压力P2的压缩蒸汽的压缩机出口；以及冷凝器，该冷凝器包括用于在其中接收所述压缩蒸汽的冷凝器第一入口，用于在其中接收从所述分离器排出的所述剩余液体的冷凝器第二入口，以及用于从其中排出具有基本上等于T1温度的出口液体的冷凝器出口，从所述分离器排出的所述剩余液体用于吸收从所述压缩蒸汽释放的潜热，从而冷凝所述压缩蒸汽。
文档编号B01D9/00GK102361672SQ200980158209
公开日2012年2月22日 申请日期2009年12月10日 优先权日2009年1月22日
发明者图维亚·齐斯纳, 约瑟夫·维恩伯格, 耶沙亚胡·罗特施泰恩, 阿夫拉汉姆·奥菲尔 申请人:I.D.E.技术有限公司