[发明专利]最大程度降低反渗透单元运行时的能耗的方法和系统

说明书

技术领域

本发明大体涉及用于基于最小化能耗率(SEC)来对单独反渗透系分配反渗透单元产物水流率的方法和系统。

背景技术

反渗透(RO)是在工业上用来净化水和其它液体的普通技术，其中，进料液体包括作为杂质的溶质。反渗透包括使用至少一个隔膜，典型地使用一系列隔膜，并且进一步使用多组一系列隔膜来留住溶质，以使液体纯净。各系列隔膜在本领域中一般被称为“RO压力容器”，而多个压力容器联合单元则被称为“RO系”。在诸如RO单元的典型液体净化设施中，若干个RO系并联地连接，它们一般同时运行，以从所有RO系中获得净化液体。水在压力下被迫通过一系列隔膜，以克服渗透压力。在各种行业中使用反渗透，诸如脱盐、废水处理和化学品制造。

在典型的RO装置中，在隔膜的进料侧上施加高压，以克服进料液体的渗透压力，以及使溶剂从进料侧传输到渗透侧，并且允许溶质在RO系中的隔膜表面附近积聚。进料液体的一部分还被排出，它们通常被称为废液流或废料流。RO装置的常见构件包括沿着进料管线提供进料液体的进料源、用以将进料液体推向RO系的供应泵、用以提供克服渗透压力所必需的压力的高压泵、用以从废液流中回收能量的能量回收装置，以及用以将此能量供应回进料管线中的增压泵。

由于RO系的运行，在隔膜表面附近的溶质的浓度在一段时间里逐渐提高，这也被称为结垢，结垢会不利地影响RO系的性能。结垢速率受到多个因素的影响，诸如进料浓度的变化、温度、压力等，而且装置操作者难以确定改变RO系中的结垢速率的根源。另外，特定的RO系中的结垢速率将不同于不同的RO系中的结垢速率，因为在不同的RO系处的因素可能不同。这些因素包括运行状况、隔膜清洗的时间和持续时间，以及更换的隔膜的百分比。结垢速率直接关系到RO装置的成品回收。

可进行RO系的清洗以移除现有的结垢，但将RO系保持为RO系性能最高的结垢水平是不可行的。非常典型的是将RO系的性能以及因此将整个RO装置保持为最优水平而非最高水平，以及计划仅在某些固定时间安排里清洗RO系。在一些情形中，仅在进料和废液之间的压降超过某个阈值时进行结垢的RO系的清洗。

克服产物回收由于RO系中的结垢而减少的一种普遍方法是提高进料压力，或增压器压力，或它们两者。显然，随着结垢程度随时间提高，迫使液体通过隔膜所需的压力量也提高。这导致RO系的运行中的能耗更大，能耗更大使得RO装置的能耗在整体上增加。在这样的情形中，一些RO系可经受比它们的运行需要的更高的压力，这可导致隔膜受损。因而，在标准使用案例情景中，当RO系结垢(这对其产物回收有显著影响)，而同时结垢不足以批准进行清洗和维护程序，不存在可用于优化各个RO系的能耗以便使得能够在更高效地运行的同时仍然在整体上保持RO装置的总输出的方法。

发明内容

一方面，本发明提供一种用于估计RO单元中的RO系的最优单独产物水流率的方法。RO单元包括多个RO系。方法包括提供反渗透单元的期望整体产物水流率，然后获得多个RO系中的各个RO系的一个或多个动态特性。各个RO系的动态特性包括与RO系的运行有关的各种普遍参数，诸如(但不限于)高压泵的压力、增压泵的压力、进料液体流率、通往增压泵的进料流率、结垢程度、结垢速率、RO系的温度等，以及它们的组合。然后方法包括使用一个或多个动态特性来估计各个RO系的最小能耗率值；以及后续获得各个RO系的最优单独产物水流率。基于所有RO系的对应的最小能耗率值来获得最优单独产物水流率，其中，各个RO系的最优单独产物水流率的总和产生期望整体产物水流率。

另一方面，本发明提供一种RO系统，包括：用于接收用以产生产物水的整体输入水的多个RO系，其中，产物水流率的特征在于期望整体产物水流率，以及其中，多个RO系的各个RO系联接到下者上：输入水的输入源；高压泵，其用于提高输入水的输入压力，以产生加压输入水流；产物出口；以及废料出口，其中，各个RO系产生通入产物出口中的最优产物水流率，以及通入废料出口中的废液流；以及计算各个RO系的最优单独产物水流率的优化器模块，其中，最优单独产物水流率基于所有系的对应的最小能耗率值，以及其中，各个RO系的最优单独产物水流率的总和产生期望整体产物水流率，优化器模块进一步基于最优单独产物水流率来产生各个RO系的一个或多个设定点。

又一方面，本发明提供一种使用本发明的方法的工具。

另一方面，本发明提供一种包括本发明的工具的系统。

另一方面，本发明提供一种包括本发明的系统的单元。

附图说明