再生吸附蒸馏系统的制作方法

再生吸附蒸馏系统的制作方法
【专利摘要】提供一种再生吸附蒸馏系统，其包括彼此流体连通的蒸馏效列。所述蒸馏效列包括在所述列的第一蒸馏效和最后蒸馏效之间的至少一个中间效，每个效包括用于流体在其内流动的容器和冷凝管。所述系统还包括与所述最后效和至少一个中间效蒸汽连通的一对吸附-解吸床，其中所述床含有吸附剂，所述吸附剂吸附来自所述最后效的蒸汽并将解吸的蒸汽传送到至少一个中间效中。
【专利说明】再生吸附蒸馏系统
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及再生吸附蒸馏系统。本发明还涉及再生吸附蒸馏方法。
[0002]背景
[0003]在全世界的许多地区，对淡水或饮用水的寻找仍然是一个迫切的问题。对于人类所有日常活动如农业需要、工业需要以及对于家庭消耗而言，饮用水是基本且必不可少的资源，并涉及饮用水的直接或间接使用。
[0004]淡水的常规供应来自于天然水循环，在世界的许多地方天然水循环在很大程度上受到气候条件变化的影响，气候条件的变化可导致局部降雨量的分配不均匀。再加上家庭、工业和农业部门对水的需求不断增加，这样的需求和天然淡水供应量之间的差距在近几年已经扩大。世界健康组织(WHO)报道至少十亿人被剥夺了使用清洁淡水的权利，并且超过41%的地球人口生活在缺水地区。根据WHO和联合国的报告，到2025年，被剥夺使用清洁淡水权利的受影响的人数可攀升至35亿或更多。特别地，在干旱和半干旱地区如阿拉伯湾或海湾合作理事会(GCC)的国家中，饮用水短缺尤其严重。随着在这些GCC国家中的人口增长，水短缺问题到2020年可能达到危机程度。
[0005]为了解决水短缺危机，海水淡化已成为一种切实可行的解决方案。海水淡化是通过输入能量将海水或苦咸水中溶解的盐去除的方法。在2010年，源自这样的人造方法的饮用水的总量超过六千一百万立方米每年。
[0006]这些方法分为三组，即:(I)热激活系统，其通过蒸发和浓缩过程而利用热能；(2)压力激活系统，其通过半渗透膜技术利用高于渗透压过程的某一压力；以及(3)化学激活海水淡化系统，其利用化学过程生产饮用水。
[0007]在上述方法组中，多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(MED)、机械蒸汽压缩(MVC)和反渗透(RO)方法产生超过80%的全球海水淡化能力。特别是，由于在多效或级中的反复沸腾和冷凝过程，MED系统在热海水淡化技术中是最节能的。
[0008]近十年中，吸附脱盐(AD)循环是一种热学海水淡化技术，其作为利用低温废热或可再生的太阳能的新型热动力循环而出现。为了给间歇操作的AD循环提供能量，在50°C至85°C变化的热输入温度足以从海水或苦咸水中产生饮用水。在AD循环中使用的吸附剂-被吸附物对是硅胶和水对，其是惰性且环境友好的吸附剂。在AD循环期间，脱盐作为发生在亚大气压力下的蒸发器室内的简单且强烈的蒸发沸腾而进行。AD工厂除了水泵和阀门之外几乎没有主要的移动部件，因此，运行AD循环所需的单位能量(电力)固有为低的，通常为1.38kWh/m3。除了低的单位能量消耗，AD循环的蒸发过程发生在低溶液温度下，通常为5°C至20°C，因此，蒸发器管道的外表面上的污垢可显著地减少。
[0009]由于AD循环的热输入温度低，因而输入热源被视为无偿能量，因为它易于从废热或可再生能源获得。然而，如果不使用这样的无偿能量，它将被清除到大气中，从而造成无偿能量的损耗。这样的用于海水淡化的无偿能源类似于将海水从海洋蒸发的来自太阳的能量输入，这本质上是天然水循环。对于天然水循环，无偿的太阳能输入估计为475kWh/m3。因此，与设计的海水淡化工艺相比，无偿的太阳能的使用是非常低效的，因为未使用的太阳能将损失到大气中。
[0010]关于MED技术，现今的目前可获得的MED循环在效或级的数目方面受限于由冷凝器的冷却介质决定的冷凝温度。此外，在没有额外的工作输入的情况下，冷凝器的最低温度为用于冷凝最后效的蒸汽的海水的最低温度。冷凝热也用于预热引入的进料水。因此，由于所获得的最低温度是海水的最低温度，因而所产生的冷凝热不利地为低的。因此，还需要额外的能量来预热引入的进料水。
[0011]存在结合使用AD和MED循环的已知技术，其中从AD循环的蒸发过程获得的蒸汽供给到MED循环的第一效中。然而，在该结合技术中MED循环的效数还是有限的。此外，该结合循环只能在约200°C的高温下运行，增加了运行成本。
[0012]因此，需要提供一种克服或至少改善上述一个或多个缺点的高效海水淡化技术。
[0013]概述
[0014]根据第一方面，提供了再生吸附蒸馏系统，其包括:
[0015]彼此流体连通的蒸馏效(effects)列，所述蒸馏效列包括在该列的第一蒸馏效和最后蒸馏效之间的至少一个中间效，每个效包括用于流体在其内流动的容器和冷凝管；以及
[0016]与最后效和至少一个中间效蒸汽连通的一对吸附-解吸床，其中所述床含有吸附齐U，吸附剂吸附来自最后效的蒸汽并将解吸的蒸汽传送到至少一个中间效中。
[0017]根据第二方面，提供了用于从进料液相流产生冷凝物的再生吸附蒸馏方法，其包括以下步骤:
[0018](a)提供彼此流体连通的蒸馏效列，所述蒸馏效列包括在该列的第一蒸馏效和最后蒸馏效之间的至少一个中间效，其中每个效包括用于流体在其内流动的容器和冷凝管，其中冷凝管内存在的蒸汽冷凝以形成冷凝物，而冷凝管外存在的液体至少部分地蒸发以形成蒸汽；
[0019](b)将在最后效中产生的蒸汽传送到一对吸附-解吸床内的吸附剂；以及
[0020](C)将从吸附剂解吸的蒸汽传送到至少一个中间效。
[0021]有利地，与没有吸附-解吸床的常规多效蒸馏系统相比，所公开的系统和方法可导致高的产水量而消耗较少的能量。
[0022]有利地，将解吸的蒸汽引入至中间效可导致能在系统中使用的效的数目增加，并允许大量的效在低于环境温度下工作。由于降低的效温度，从这些效排出的液体流可被用作用于其他过程或室内空调的冷却能量。
[0023]定义
[0024]本文使用的以下词语和术语具有所指明的含义:
[0025]词语“基本上”不排除“完全地”，例如“基本上不含” Y的组合物可以完全不含Y。必要时，词语“基本上”可以从本发明的定义中省略。
[0026]除非另有规定，术语“包括(comprising) ”和“包括(comprise) ”及其语法变体旨在表示“开放式”或“涵括式”的语言，使得它们包括所列举的元素，还允许包括其他未列举的元素。
[0027]如本文中使用的，在配方组分的浓度的语境中，术语“约”通常表示所述值的+/-5%，更通常表示所述值的+/_4%，更通常表示所述值的+/_3%，更通常表示所述值的+/-2%，甚至更通常表示所述值的+/-1%，以及甚至更通常表示所述值的+/-0.5%。
[0028]在本公开全文中，某些实施方案可以以范围格式公开。应该理解，范围格式的描述仅仅是为了方便和简洁，而不应解释为对所公开的范围的不可变的限制。因此，范围的描述应被视为具有具体公开的所有可能的子范围以及在该范围内的单独数值。例如，如I至6的范围描述应被视为具有具体公开的子范围，如I至3、1至4、1至5、2至4、2至6、3至6等，以及该范围内的单独的数，例如，1、2、3、4、5和6。无论范围的广度如何，这都适用。
[0029]本文中还可以广义且上位地描述某些实施方案。落入上位公开的每一较窄种类和亚属组也构成公开的一部分。这包括具有从种类中去除任何主题的附加条件或负面限定的实施方案的上位描述，无论所删除的物质是否在本文中明确引述。
[0030]实施方案的详细公开
[0031]现在将公开再生吸附蒸馏系统的示例性非限制性实施方案。再生吸附蒸馏系统包括彼此流体连通的蒸馏效列，并且该蒸馏效列包括在该列的第一蒸馏效和最后蒸馏效之间的至少一个中间效，每个效包括用于流体在其内流动的容器和冷凝管；以及与最后效和至少一个中间效蒸汽连通的一对吸附-解吸床，其中该床包含吸附剂，所述吸附剂吸附来自最后效的蒸汽并将解吸的蒸汽传送到至少一个中间效中。
[0032]通常，蒸馏效与该列的每个相邻的蒸馏效处于串联流体流动。
[0033]所述系统还可以包括设置为与该蒸馏效列流体连通的蒸汽相产生源。该蒸汽相产生源可与第一效流体连通。该蒸汽相产生源可包括蒸发器，该蒸发器将蒸汽流供给入第一效中，并且从第一效、中间效和最后效中的至少一个接收液体流。
[0034]蒸汽相产生源可由热源、例如废热或太阳能热水提供动力，其中热源的温度范围可以选自约55°C至约150°C，约55°C至约130°C，约55°C至约110°C，约55°C至约90°C，约55°C至约 85°C，约 55°C至约 800°C，约 55°C至约 70°C，约 55°C至约 60 V，约 60°C至约 150 V，约70°C至约150°C，约80°C至约150°C，约85°C至约150°C，约90°C至约150°C，约110°C至约150°C以及约130°C至约150°C。在一个实施方案中，热源的温度可以为约55°C至约85°C。
[0035]在第一效中，来自蒸汽相产生源的蒸汽相进入冷凝管并在其内至少部分地冷凝以形成冷凝物液相。同时，在逆流流动布置中，从中间效(第二效)流入第一效的液相以降膜形式在冷凝管外部至少部分蒸发，以在冷凝管外部形成蒸汽相。在该布置中，进料液相流可被引入最后效，使得效之间的液相和蒸汽相的流动处于逆流流体流动。来自管内部的蒸汽冷凝的潜热使管外部的液体蒸发。来自液体蒸发的蒸汽可与在冷凝管内部没有冷凝的剩余蒸汽(如果有的话)结合，并被引入第二效中，并在第二效和随后效中重复上述冷凝-蒸发过程。
[0036]在效中产生的冷凝物液相可收集在储液器中。在第一效中没有蒸发的第一效中的剩余液体(即，浓缩的进料液体)流入蒸汽相产生源以用作产生蒸汽的液体源。从中间效和最后效产生的冷凝物液相可收集在储液器中或者被收集以预热引入的进料液相流。
[0037]冷却能量可使用热交换器从来自各效的冷凝物液相提取并引导至冷却过程或室内空调。冷却能量还可从处于低于环境温度的温度下的效提取。对于工艺冷却，可使用相对高温的冷冻水(温度为约10°C至约20°C )，而对于住宅空调，可使用相对低温的冷冻水(温度为约5°C至约10°C)。冷却能量可使用热交换器从较低温的效提取，以提供冷却能量。浓缩的进料液体在进入下一个效或从效流出之前可流经热交换器。[0038]在中间效中，在吸附-解吸床中从吸附剂排除或解吸的蒸汽可以与来自前一个效的蒸汽结合。解吸的蒸汽可引入由阀门控制的蒸汽管道内的中间效中。这些阀门的操作取决于解吸的蒸汽的温度，从而确保从效中用于蒸发的蒸汽中有效地回收热能。蒸汽管道可以是单一管道或多个管道。为了简单，可以使用单一管道，而多个管道可用于通过对解吸的蒸汽的更好重复利用而改善产水率。
[0039]解吸的蒸汽的温度可以基本与中间效的温度相似或高于中间效的温度。解吸的蒸汽与中间效之间的温度差(Tim -T效)可以小于约:TC。因此，温度差可以小于约2.9°C，小于约2.8°C，小于约2.7°C，小于约2.6°C，小于约2.5°C，小于约2.4°C，小于约2.3°C，小于约2.2°C，小于约2.1°C，小于约2.(TC，小于约1.9°C，小于约1.8°C，小于约1.7°C，小于约1.6°C，小于约1.5°C，小于约1.4°C，小于约1.3°C，小于约1.2°C，小于约1.TC，小于约1.(TC，小于约0.9°C，小于约0.8°C，小于约0.7°C，小于约0.6°C，小于约0.5°C，小于约
0.4°C，小于约0.3°C，小于约0.2 °C以及小于约0.1°C。温度差可以为0°C。
[0040]解吸的蒸汽的压力也可以与中间效的压力基本相似。
[0041]在可供选择的实施方案中，效之间的蒸汽相和液相的流动为并流流体流动。此处，除了来自蒸汽相产生源的蒸汽外，进料液相流也可被供给至第一效。由于蒸汽和液体从第一效行进至最后效，如上所述的那样进行上述冷凝-蒸发过程以及将解吸的蒸汽输入中间效中。在流经效后，由于水的去除，进料液相流被浓缩。浓缩的进料液体流可以循环返回至蒸发器或可以被丢弃。如果该浓缩的进料液体流的温度显著低于环境温度，那么浓缩的进料液体流可以流经热交换器，以从该流中提取冷却能量。
[0042]再生吸附蒸馏系统可以包括垂直堆叠的逆流蒸汽和进料供应。在该布置中，具有最低级温度的效可以放置在最顶部位置而最底部效具有最高温度。进料液相流体可以由从顶至底(top-to-bottom)的级来供给,使用用于预热进料液相流的重力辅助流动。
[0043]再生吸附蒸馏系统可包括带有吸附-解吸床的水平的向前送料、向后送料或平行送料的多效蒸馏循环。
[0044]应该理解，再生吸附蒸馏系统的结构以及蒸汽和液体的流动方向并不特别限于公开的实施方案，而是可以具有在这种系统的范围内工作的本领域技术人员可构想到的任何结构。
[0045]吸附-解吸床与多个蒸馏效的结合提供许多优点。由于将解吸的蒸汽输入中间效中，因而可在中间效内产生大量的冷凝物液相，导致产水率的增加。此外，可以重复使用由蒸汽相的冷凝产生的潜热。此外，与没有一对吸附-解吸床作为其结构和操作的一部分的常规多效蒸馏系统相比，将解吸的蒸汽输入中间效中可以允许更多个蒸馏效用于该系统中。此外，使用的额外的效可以在低于环境温度的温度下操作，这在常规多效蒸馏系统中是不可能的。渗漏入这些低温效的外部热量可以有助于在这些效内产生蒸汽。通过吸附-解吸床的吸附过程可以维持在低于环境温度下操作的这些效的低温蒸发和冷凝。
[0046]每个效内的温度可以从第一效至最后效逐步降低。最后效的温度可以与进料液相流的凝固点一样低，其可以为约-1°c。最后效的低温可以归因为从最后效至吸附-解吸床的持续的蒸汽提取。最后效的温度可以为约-1°C至约120°C，而第一效的温度为来自蒸汽相产生源的蒸汽的温度。因此，最后效的温度可以选自约_1°C至约120°C，约-1°C至约100°C，约-1°C至约 80°C，约-1 V至约 60°C，约-1 V至约 40°C，约-1 V至约 20°C，约-1°C至约 10°C，约-l°c至约 5°C，约 5°C至约 120°C，约 10°C至约 120°C，约 20°C至约 120°C，约 40°C至约120°C，约60°C至约120°C，约80°C至约120°C，约100°C至约120°C，约5°C至约20°C以及约5°C至约10°C。
[0047]蒸馏效列可以包括3至25个蒸馏效。因此，蒸馏效列可以包括3、4、5、6、7、8、9、
10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24 或 25 个效。
[0048]吸附-解吸床可以包括吸附剂。吸附剂可以为孔表面不小于200m2/g或者不小于500m2/g的亲水材料。吸附剂可以选自硅质岩、硅胶、活性碳、氧化铝、活性沸石和二氧化娃_氧化招。
[0049]吸附-解吸床可以与热交换器热连通。热交换器可以包括冷却水供应和热源如来自蒸汽相产生源的热源。在使用时，当一个吸附-解吸床暴露于来自蒸馏模块，尤其是来自最后效的蒸汽时，由于吸附剂的亲水性，吸附剂将蒸汽吸附入其孔内。当吸附剂饱和时，则加热吸附剂以使蒸汽从吸附剂的孔中排除或解吸。如前所述，被排除或解吸的蒸汽然后进入至少一个中间效。随后冷却吸附剂，以使吸附剂的吸附能力再生。独立地加热或冷却每一个床，使得当一个床处于冷却阶段时，另一个床处于加热阶段。这可以确保将解吸的蒸汽基本恒定地供给至中间效，并还可以有助于最小化与床的加热和冷却相关的关停时间。
[0050]该系统可以用于从进料液相流例如海水、处理过的海水(S卩，已去除至少一些原始盐含量的海水)、苦咸水或灰水生产饮用水。因此，系统中产生的蒸汽是水蒸汽，并且冷凝物液相是饮用水。
[0051]现在将公开用于从进料液相流产生冷凝物的再生吸附蒸馏方法的示例性非限制性实施方案。所述方法包括以下步骤:
[0052](a)提供彼此流体连通的蒸馏效列，该蒸馏效列包括在该列的第一蒸馏效和最后蒸馏效之间的至少一个中间效，其中每个效包括用于流体在其内流动的容器和冷凝管，其中冷凝管内存在的蒸汽冷凝以形成冷凝物，而冷凝管外存在的液体至少部分地蒸发以形成蒸汽；
[0053](b)将在最后效中产生的蒸汽传送至一对吸附-解吸床内的吸附剂；以及
[0054](C)将从吸附剂解吸的蒸汽传送到至少一个中间效中。
[0055]所述方法可以包括提供设置为与蒸汽效列流体连通的蒸汽相产生源的步骤。所述方法可以包括将来自蒸汽相产生源例如蒸发器的蒸汽供给入第一效中的步骤。
[0056]所述方法可以包括从选自下述的范围选择在蒸汽相产生源内的热源温度的步骤:约55°C至约150°C，约55°C至约130°C，约55°C至约110°C，约55°C至约90°C，约55°C至约85 °C，约 55 °C 至约 800 °C，约 55 °C 至约 70 °C，约 55 °C 至约 60 V，约 60 °C 至约 150 V，约 70 V至约 150°C，约 80°C至约 150°C，约 85°C至约 150°C，约 90°C至约 150°C，约 110°C至约 150°C以及约130°C至约150°C。在一个实施方案中，热源温度可以为约55°C至约85°C。
[0057]进料液相流可以被供给入最后效中，使得进料液相流可以至少部分蒸发以形成蒸汽。未蒸发的液体可流入前一个效。此时，液相和蒸汽相以逆流流体流动的方式流动。
[0058]在可供选择的实施方案中，进料液相流可以被供给入第一效，使得进料液相流可以至少部分蒸发以形成蒸汽。未蒸发的液体可流入下一个效。此时，液相和蒸汽相以并流流体流动的方式流动。
[0059]传送步骤(C)可以包括将解吸的蒸汽传送到至少一个中间效，中间效的温度基本与解吸的蒸汽的温度相似或低于解吸的蒸汽的温度。如前所述，温度差(Tim -Ta)可以小于约3°C。因此，温度差可以小于约2.9°C，小于约2.8°C，小于约2.7°C，小于约2.6°C，小于约2.5°C，小于约2.4°C，小于约2.3°C，小于约2.2°C，小于约2.1°C，小于约2.(TC，小于约1.9°C，小于约1.8°C，小于约1.7°C，小于约1.6°C，小于约1.5°C，小于约1.4°C，小于约1.3°C，小于约1.2°C，小于约1.1°C，小于约1.(TC，小于约0.9°C，小于约0.8°C，小于约
0.7°C，小于约0.6°C，小于约0.5°C，小于约0.4°C，小于约0.3°C，小于约0.2°C以及小于约
0.1°C。温度差可以为o°c。
[0060]解吸的蒸汽的压力也可以与中间效的压力基本相似。
[0061]在每个效中，发生上述冷凝-蒸发过程。所述方法可以包括将来自每个效的冷凝物液相收集入储液器中的步骤。
[0062]所述方法可以包括从由3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、
21、22、23、24和25个效组成的组中选择蒸馏效数目的步骤。
[0063]所述方法可以包括选择孔表面不小于200m2/g或者不小于500m2/g的亲水材料作为吸附剂的步骤。吸附剂可以选自硅质岩、硅胶、活性碳、氧化铝、活性沸石和二氧化硅-氧化招。
[0064]如前所述，吸附-解吸床可以与热交换器热连通。所述方法可以包括使用热交换器交替加热或冷却吸附-解吸床、由此使吸附剂在加热时排除蒸汽并允许吸附剂在冷却时吸附蒸汽的步骤。
[0065]所述方法可以用于从进料液相流如海水、处理过的海水(S卩，已去除至少一些原始盐含量的海水)、苦咸水或灰水生产饮用水。因此，系统中产生的蒸汽是水蒸气，并且冷凝物液相是饮用水。
[0066]与没有吸附-解吸床的常规多效蒸馏系统相比，所公开的系统和方法可以提高产水率至少1.5倍。可以提高产水率至少1.6倍、至少1.7倍、至少1.8倍、至少1.9倍、至少
2.0倍、至少2.1倍、至少2.2倍、至少2.3倍、至少2.4倍或至少2.5倍。
[0067]与常规多效蒸馏系统相比，所公开的系统和方法可需要较低的单位(初始)能量消耗。因此，所公开的系统和方法的能量消耗范围可选自约10至约20kWh/m3，约10至约19kWh/m3,约 10 至约 18kWh/m3,约 10 至约 17kWh/m3,约 10 至约 16kWh/m3,约 10 至约 15kWh/m3,约 10 至约 14kWh/m3,约 10 至约 13kWh/m3,约 10 至约 12kWh/m3,约 10 至约 llkWh/m3,11至约 20kWh/m3,约 12 至约 20kWh/m3,约 13 至约 20kWh/m3,约 14 至约 20kWh/m3,约 15 至约20kffh/m3,约 16 至约 20kWh/m3，约 17 至约 20kWh/m3，约 18 至约 20kWh/m3，约 19 至约 20kWh/m3以及约11至约13kWh/m3。在一个实施方案中，能量消耗为约12kWh/m3，而常规系统的能量消耗为约22kWh/m3。
[0068]附图简述
[0069]【专利附图】

【附图说明】所公开的实施方案，并用于阐明所公开的实施方案的原理。然而，应该理解，所述附图仅设计为示例目的，而不作为对发明限制的定义。
[0070]图1为一实施方案的再生吸附蒸馏系统的示意图。
[0071]图2a为公开的再生吸附蒸馏系统中中间效的横截面的示意图。图2b为图2a的中间效内的冷凝管的展开图。
[0072]图3为示出公开的再生吸附蒸馏系统中效的模拟温度-时间曲线的图。此处，在模拟中使用了八个效。
[0073]图4为示出公开的再生吸附蒸馏系统的模拟瞬态产水率的图。
[0074]图5为示出与具有五个级的常规多效蒸馏系统相比，具有八个级的公开的再生吸附蒸馏系统的模拟的瞬态产水率的图。
[0075]附图的详细描述
[0076]参照图1，其示出了一个实施方案的公开的再生吸附蒸馏系统(100)的示意图，其中水平的反向送料的多效蒸馏循环与两个床吸附-解吸循环合并。
[0077]再生吸附蒸馏系统(100)包括彼此流体连通的蒸馏效列。此处，示出了四个蒸馏效(35，12，34，11)，其中在第一效(35)和最后效(11)之间有两个中间效(12，34)。每个效(35,12,34,11)包括用于流体在其内流动的容器和冷凝管(24)。
[0078]再生吸附蒸馏系统(100)还包括与最后效(11)和中间效(12，34)蒸汽连通的一对吸附-解吸床(1，2)。床(1，2)包含吸附剂，例如硅胶(5，6)，其吸附来自最后效(11)的蒸汽并将解吸的蒸汽传送至中间效(34，12)中。硅胶(5，6)的表面积大于500m2/g，具有对吸附物如水蒸汽的较高的平衡摄取。
[0079]再生吸附蒸馏系统(100)还包括蒸发器(4)形式的蒸汽相产生源，其由诸如废热或太阳能热水的热源(3)加热。蒸发器(4)产生蒸汽，如箭头(23)所示，该蒸汽被供给入第一效(35)中，同时如箭头(39)所示，从第一效(35)取得浓缩的海水。
[0080]床(1，2)可以各自与热源(3)串联或并联操作。当床(1，2)串联操作时，热水首先被供给至蒸发器(4)，随后将其供给至床(1，2)。
[0081]在给定的间歇操作式半循环中，床(1，2)经蒸汽阀门(7，8)连接至最后效(11)，以从最后效(11)提取蒸汽。床(1，2)经蒸汽阀门(9，10，21，22)连接至中间效(34，12)，以将从床(1，2)解吸的蒸汽传送至中间效(34，12)。
[0082]冷却液阀门(13，14，15，16，17，18，19，20)将床(1，2)中含有硅胶(5，6)的热交换器连接至冷却水供应(36)或热源(3)，这取决于操作模式，如吸附和解吸。热源从热源出口(41)离开系统(100)。根据两个时间间隔，即，开关和半循环间隔，定时打开和关闭冷却液阀门(13，14，15，16，17，18，19，20)。此外，将蒸汽分配至预选的中间效(34，12)的蒸汽阀门(21，22)总是受控于解吸床(1，2)与中间效(34，12)的冷凝(蒸汽)温度之间的正温度差。蒸汽分配可以为各自的或同时的，这取决于温差和效压力。
[0083]进料液相流如海水进料(40)被供给至最后效(11)。
[0084]蒸发器(4)内的传热模式主要受控于池沸腾现象，即Rosenhow相关性，并且其的发生与热源(3)的温度关系密切。如箭头(23)所示，产生的蒸汽移动至第一效(35)，其中蒸汽进入冷凝管(24)并在内部管壁上冷凝，而冷凝热引起外部管壁上的蒸发效应，其中一薄层海水从第一效(35)的顶部流下。穿过降水膜的正温度梯度促进蒸汽的表面蒸发，其中系统饱和压力在腔室内稍低。管外部上的过量液体也在向下流动中被预热，导致当它横向向下(transverse down)被收集在第一效(35)的底部腔室(25)中时液体温度稍升高。
[0085]在逆流布置中，如箭头(37)所示，从第一效(35)产生的蒸汽进入下一个中间效
(12)，而如箭头(38)所示，来自中间效(12)的浓缩的海水流入第一效(35)。这在其他效(中间效(34)和最后效(11))中重复进行。
[0086]使用U型管装置(26，27，28，29)自动平衡各效之间的压力差。[0087]在冷凝腔室(30，31，32，33)的底部收集冷凝物液相，并可使用泵从腔室提取冷凝物液相。另一种提取冷凝物液相的可能手段是通过使用IOm的U型管(图1中未示出)。
[0088]在再生吸附蒸馏系统(100)中，效(11，34，12，35)在两组操作温度水平，即，温度
(i)高于环境温度和(ii)低于环境温度下操作。中间效(34)和最后效(11)在亚大气温度(低于30°C )下操作，而中间效(12)和第一效(35)在较高温度下操作。这些低温效(11，34)是由在最低温效(11)的末端的吸附-解吸循环的组合而造成的，床(1，2)从最低温度效(11)吸附水蒸气至硅胶(5，6)的表面。系统(100)的最后效(11)中的操作温度可低至
5。。。
[0089]在将热源(3)供给至系统(100)的另一种布置中，床(1，2)先于蒸发器⑷接收热水。在这样的布置(图1中未示出)中，蒸发器(4)的压力可与间歇操作式床(1，2)串联地波动。尽管这是系统(100)可行的操作顺序，但是由于效(11，34，12，35)内波动的压力，所以其是不利的。
[0090]参照图2a，其示出了图1的再生吸附蒸馏系统(100)中的中间效(12’)的横截面示意图。相似的附图标记用于表示相似的特征，但带有附加的分角符号(’)。
[0091]在该中间效(12’ )中，来自第一效(42)的蒸汽以及从床(43)的解吸的蒸汽进入冷凝管(24’)。此时，结合的蒸汽冷凝以形成冷凝物液相(45)，同时将它的冷凝潜热释放至冷凝管(24’ )外部的降落薄层的海水(47)中。海水(47)被供给入中间效(12’ )的顶部，并因重力而从中间效(12’ )流下。海水(47)变热并蒸发，以形成行进至下一个效(图1的中间效(34))的水蒸汽(44)。收集剩余的海水(47)并送入第一效。
[0092]图2b是示出在冷凝管(24’)的壁(48)处发生的冷凝和蒸发过程的展开图。如图2b所见，蒸汽相在冷凝管(24’ )内部冷凝，以形成水蒸汽分子(49)，而冷凝管(24’ )外部的液相蒸发，以形成由箭头(50)所示的蒸汽。
[0093]实施例
[0094]将参照具体实施例更详细地进一步描述本发明的非限制性实施例，其不应以任何方式被解释为限制本发明的范围。
[0095]实施例1
[0096]基于下面表1所示的参数在MSL平台上进行再生吸附蒸馏系统中瞬态温度-时间曲线的模拟。模拟八个整体相连的效，其中四个能在低于环境温度下操作。这四个效可利用来自外部环境的热泄漏，以提高系统的水产量。当热源的温度设定为85°C并且环境温度设定为30°C时，可以看到常规多效蒸馏(没有复杂的热回收系统)能最好地给出三个效，而所公开的系统可容易地给出生产水的八个效。
[0097]表1
[0098]
【权利要求】
1.再生吸附蒸馏系统，其包括： 彼此流体连通的蒸馏效列，所述蒸馏效列包括在所述列的第一蒸馏效和最后蒸馏效之间的至少一个中间效，每个效包括用于流体在其内流动的容器和冷凝管；以及 与所述最后效和所述至少一个中间效蒸汽连通的一对吸附-解吸床，其中所述床含有吸附剂，所述吸附剂吸附来自所述最后效的蒸汽并将解吸的蒸汽传送入所述至少一个中间效中。
2.如权利要求1所述的系统，其包括设置为与所述蒸馏效列流体连通的蒸汽相产生源。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述蒸汽相产生源包括蒸发器，所述蒸发器将蒸汽流供给入所述第一效，并从所述第一效、中间效和最后效中的至少一个接收液体流。
4.如前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中每个效中的温度从所述第一效至所述最后效逐步降低。
5.如前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中将进料液相流引入所述最后效，并且效之间的蒸汽相和液相的流动为逆流流体流动。
6.如权利要求1至4中任一权利要求所述的系统，其中将进料液相流引入所述第一效中，并且效之间的蒸汽相和液相的流动为并流流体流动。
7.如前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中所述蒸汽相在所述冷凝管内冷凝，以形成冷凝物液相。
8.如权利要求7所述的系统，其中由所述蒸汽相冷凝而释放出的潜热蒸发所述冷凝管外部的所述液相，以形成所述冷凝管外部的蒸汽相。
9.如权利要求7所述的系统，其包括用于从每个效收集冷凝物的储液器。
10.如前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中所述解吸的蒸汽的温度基本与所述中间效的温度相似或者高于所述中间效的温度。
11.如前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中所述蒸馏效的数目选自3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24 和 25 个效。
12.如权利要求2至11中任一权利要求所述的系统，其中所述蒸汽相产生源的操作温度为 55°C至 150°C。
13.如前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中所述最后效的温度为-rc至20。。。
14.如前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中所述吸附剂为孔表面不小于200m2/g的亲水材料。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述吸附剂选自硅质岩、硅胶、活性碳、氧化铝、活性沸石和二氧化硅-氧化铝。
16.如前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其包括与所述吸附-解吸床热连通的热交换器，其中施用热以使所述吸附剂排除蒸汽并且其中去除热以使所述吸附剂吸附蒸汽。
17.如前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中所述进料液相流选自海水、已去除至少一些原始盐含量的海水、苦咸水和灰水。
18.如前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中所述蒸汽为水蒸汽，并且所述冷凝物为水。
19.用于从进料液相流产生冷凝物的再生吸附蒸馏方法，其包括以下步骤： (a)提供彼此流体连通的蒸馏效列，所述蒸馏效列包括在所述列的第一蒸馏效和最后蒸馏效之间的至少一个中间效，其中每个效包括用于流体在其内流动的容器和冷凝管，其中所述冷凝管内存在的蒸汽冷凝以形成冷凝物，而所述冷凝管外存在的液体至少部分地蒸发以形成蒸汽； (b)将在所述最后效中产生的蒸汽传送至一对吸附-解吸床内的吸附剂；以及 (c)将从所述吸附剂解吸的蒸汽传送入所述至少一个中间效中。
20.如权利要求19所述的方法，其包括下述步骤：将所述进料液相流供给入所述最后效，至少部分地蒸发所述进料液相流以形成蒸汽，并且使未蒸发的液体流入前一个效。
21.如权利要求19所述的方法，其包括下述步骤：将所述进料液相流供给入所述第一效，至少部分地蒸发所述进料液相流以形成蒸汽，并且使未蒸发的液体流入下一个效。
22.如权利要求19至21中任一权利要求所述的方法，其包括提供设置为与所述蒸汽效列流体连通的蒸汽相产生源的步骤。
23.如权利要求22所述的方法，其包括将来自所述蒸汽相产生源的蒸汽供给入所述第一效的步骤。
24.如权利要求19至23中任一权利要求所述的方法，其包括将来自每个效的冷凝物收集至储液器中的步骤。
25.如权利要求19至24中任一权利要求所述的方法，其中，在步骤（c)中，将所述解吸的蒸汽传送至所述至少一个中间效，所述中间效的温度基本与所述解吸的蒸汽的温度相似或低于所述解吸的蒸汽的温度。
26.如权利要求19至25中任一权利要求所述的方法，其包括从由3、4、5、6、7、8、9、10、.11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24和25个效组成的组中选择蒸馏效的数目的步骤。
27.如权利要求17至23中任一权利要求所述的方法，其包括将所述蒸汽相产生源的操作温度选择为55°C至150°C的步骤。
28.如权利要求19至27中任一权利要求所述的方法，其包括将所述吸附剂选择为孔表面不小于200m2/g的亲水材料的步骤。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述吸附剂选自硅质岩、硅胶、活性碳、氧化铝、活性沸石和二氧化硅-氧化铝。
30.如权利要求19至29中任一权利要求所述的方法，其包括使用与所述床热连通的热交换器交替加热或冷却所述吸附-解吸床、由此使所述吸附剂在加热时排除蒸汽并使所述吸附剂在冷却时吸附蒸汽的步骤。
31.如权利要求19至30中任一权利要求所述的方法，其中所述进料液相流为海水、已去除至少一些原始盐含量的海水、苦咸水或灰水，所述蒸汽为水蒸汽，并且所述冷凝物为水。
【文档编号】B01D3/10GK103501870SQ201280017765
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年3月7日 优先权日:2011年3月8日
【发明者】伍金泉, 杜·觉, 加里·埃米, 穆罕默德·重盖兹, 陶菲克·阿尔-加什海姆 申请人:新加坡国立大学, 阿卜杜拉国王科技大学