[发明专利]蒸气压缩膜蒸馏系统和方法

说明书

技术领域

本公开大体上涉及脱盐系统和方法。更具体地，本公开涉及使用膜蒸馏和包括蒸气压缩、膜和热传递表面的新颖配置的脱盐系统和方法。

背景技术

地球表面上的水中不到百分之一适合作为用于在民用或工业应用中直接消耗的合格水源。考虑到合格水源有限，通常称为脱盐的、废水、海水或淡盐水的去离子化或除盐成为生产淡水的一种选择。

目前采用诸如蒸馏、汽化、反渗透和部分冷冻的不同的脱盐工艺来对水源去离子化或除盐。尤其受关注的是作为新兴技术的膜蒸馏。膜蒸馏(MD)具有与常规热脱盐方法竞争的潜力。迄今为止，膜蒸馏的的常见配置是直接接触MD、气隙MD和真空MD。为了使MD有效利用能量，蒸馏物(distillate)的冷凝的潜热必须被回收和再循环到工艺中。在这些MD配置的所有已知的实施方式中，冷凝潜热的回收一直是通过液体水流以显热形式吸收而进行。液体随后被暴露于MD膜以便进行汽化。由于需要相对于所产生的蒸馏物的较高的液体流率和高的能耗，这样的工艺可具有低效率和蒸馏物从给水中的低回收率的缺点，这会限制此类工艺的广泛实施。

因此，需要用于利用膜蒸馏进行脱盐的新的且改进的脱盐系统和方法。

发明内容

根据一个实施例提供了一种脱盐系统。该脱盐系统包括膜蒸馏模块和与膜蒸馏模块流体连通的蒸气压缩机。膜蒸馏模块设置在对象内且构造成接收用于脱盐的输入原料流并产生产品的输出流体流。蒸气压缩机与膜蒸馏模块流体连通且构造成将热蒸汽引入到膜蒸馏模块的高温侧并从膜蒸馏模块的低温侧提取具有小于该热蒸汽的温度的冷蒸汽，从而形成跨MD模块的温度梯度。在操作期间，由跨MD模块的温度梯度所产生的冷凝的潜热被直接传递到在输入原料流和输出流体流之间的液态流体流的脱盐期间的汽化的潜热。

根据另一个实施例提供了一种脱盐方法。该脱盐方法包括：在输入原料流中供应未净化的液体；提供膜蒸馏模块，该膜蒸馏模块设置在对象内且构造成接收用于脱盐的输入原料流并产生至少部分地净化的液体的输出流体流；提供与膜蒸馏模块流体连通的蒸气压缩机；使输入原料流作为流体流行进通过膜蒸馏模块，同时从膜蒸馏模块的低温侧抽出蒸汽；压缩所抽出的蒸汽以产生具有比所抽出的蒸汽更高的温度的热蒸汽；以及将热蒸汽引入到膜蒸馏模块的高温侧，从而形成跨MD模块的温度梯度，并且其中由跨MD模块的温度梯度产生的冷凝的潜热被直接传递到在脱盐工艺期间的汽化的潜热。

根据结合附图提供的本发明的优选实施例的以下详细描述，将更好地理解这些和其它优点及特征。

附图说明

图1是根据一个示例性实施例的脱盐系统的示意图；

图2是根据一个示例性实施例的包括热交换器的脱盐系统的示意图；

图3是根据一个示例性实施例的包括结晶器(crystallizer)的脱盐系统的示意图；以及

图4是根据一个示例性实施例的脱盐系统的能量效率vs压力比的图示。

具体实施方式

下面将结合附图描述本公开的优选实施例。在以下描述中，不详细描述熟知的功能或构造，以免以不必要的细节模糊了本公开。

图1是根据一个示例性实施例的利用蒸气压缩多效膜蒸馏的脱盐系统10的示意图。对于所示的示例来说，脱盐系统10包括膜蒸馏(MD)模块12，该模块包括布置成交替或交错配置的多个MD膜14和多个热传递薄膜16。脱盐系统10还包括与其流体连通的蒸气压缩机18。

在示例性实施例中，MD模块12设置在诸如板和框架组件等的对象20内，且构造成接收未净化的液体的输入原料流22，该液体具有不期望的物质，例如盐或其它溶质、溶解的气体、有机化合物或来自液体原料源(未示出)的其它杂质。当用于脱盐时，输入原料流22可以是海水或淡盐水。虽然本文中未示出液体原料源，但可以预料，该原料源可以是罐或任何其它合适的液体原料源，例如来自与诸如水体(诸如海洋或湖泊)的原料源连通的另一系统或入口的原料流。脱盐系统10且更具体地蒸气压缩多效膜蒸馏产生输出流体流(产品流)24，其可以是从MD模块12出来的稀释液体，可具有相比输入原料流22较低浓度的不期望物质。在一些示例中，输出流体流24可循环到附加的MD模块中以便进一步脱盐。