[发明专利]多效浓度交换除垢系统

说明书

技术领域

本发明提供了一种提高多效蒸发或闪蒸脱盐过程的可靠性的方法。更具体地，该方法定期交换以每种效果处理的盐水的浓度以使得在运行期间实现除垢。

背景技术

处理废盐水以减小体积变得日益重要，尤其对于采矿、油气和内陆脱盐系统而言。矿山会产生通常被筑塘的尾矿水。油气开采操作会在油气储层内或在处理期间产生盐水。脱盐越来越多地用于两种行业中，因为规章要求处理受损的水。脱盐还在沿海地区用来由海水产生淡水，其中更多的废盐水返回海洋。内陆淡盐水可被脱盐；然而，常常没有方便的处理废盐水的方式。

常见的废盐水管理选择包括向下水道或环境排出、筑塘、深井注入或在浓缩器和结晶器中处理以产生固体盐。前面两种方法的使用由于越来越严格的环境管制和相关的成本而变得更加具有挑战性。这使得将重心转移到所谓的零液体排出(ZLD)工艺。在这样的工艺中，浓缩器和结晶器被用来蒸馏提取水和产生固体，该固体然后可被填埋或投入二次使用。由于对在超过反渗透系统的渗透压力极限的高浓度下操作的需求，这样的ZLD工艺包含蒸发-冷凝循环。在这样的蒸发-冷凝循环中，含盐的废盐水中的水被蒸发至接近纯蒸气并冷凝以回收接近纯的液态水。尽管它们被普及，但ZLD工艺是昂贵的，成本为采用传统深井的约5倍之多。ZLD工艺还由于固有的饱和点操作而经历相当大的可靠性挑战。

ZLD工艺的投资成本高，因为大量使用了在操作温度和压力下所需的合金钢和钛。能源成本高，因为使用了大型压缩机，其每处理一立方米平均消耗20至60kWh的电-机械功率。

相当大一部分精力已集中在多效热脱盐过程上。这些过程包括蒸发-冷凝过程的串级(cascade)，该串级中的每个后续过程在比该串级的前一过程低的温度下操作。该串级中的特定蒸发-冷凝过程从前一个较高温度的蒸发-冷凝过程引起的冷凝热获得其所需的蒸发潜热。

加湿除湿(HDH)是加拿大专利申请2,816,746中描述的多效热脱盐的一种形式，该申请的全部内容在此通过引用并入本文中。简言之，通过温盐水对空气流加湿，所述温盐水滴落通过加湿区域以促进从温盐水到空气流的传热和传质，其中所述空气流具有比温盐水的温度低的湿球温度。然后通过比加湿空气的湿球温度冷的散热器表面来冷却加湿空气流。随着空气冷却，空气保持蒸气的能力下降且水分在冷却器管上冷凝，同时将其冷凝热传递到散热器管内部的较冷盐水，所述盐水然后被引导到后述较低温度效果的加湿器。

加拿大专利申请2,816,746中所述的系统的操作可处于或高于饱和点。然而，饱和操作增加了固体和垢体积累在内表面上的倾向，从而降低了传热效力并且堵塞流动路径而导致性能下降和可靠性挑战。事实上，任何加湿驱动的盐水浓缩系统中所需的最常见的重复发生的维护是对系统构件的除垢。因此，还需要设计一种在多效脱盐过程中高效并定期除垢的系统。

加拿大专利申请2,821,453——其全部内容在此通用引用并入本文中——描述了一种这样的方法：基于预定操作标准通过一系列淡水或化学增强的洗涤循环定期清洁内表面。用于除垢脱盐系统的另外的方法、系统和技术持续被研发。

发明内容

根据第一方面，提供了一种多级脱盐系统。该系统包括：较高级脱盐子系统，其包括用于使第一盐水在第一温度下蒸发的第一蒸发级和用于使来自在第一蒸发级中从盐水蒸发的蒸气的产物水冷凝的、与第一蒸发级流体联接的第一冷凝级；较低级脱盐子系统，其包括用于使第二盐水在第二温度下蒸发的第二蒸发级和用于使来自在第二蒸发级中从盐水蒸发的蒸气的产物水冷凝的、与第二蒸发级流体联接的第二冷凝级，其中第二温度比第一温度低；第一泵和第二泵，其分别与较高级脱盐子系统和较低级脱盐子系统流体联接，用于泵送盐水通过所述脱盐子系统；至少一个传送管道，其将较高级脱盐系统和较低级脱盐系统流体联接；和阀，其至少与至少一个传送管道流体联接。该阀可配置成使多级脱盐系统在通常模式与交换模式下操作，在所述通常模式下，第一和第二盐水分别在较高级脱盐子系统和较低级脱盐子系统中蒸发和冷凝，在所述交换模式下，第一和第二盐水被交换并随后分别在较低级脱盐子系统和较高级脱盐子系统中蒸发和冷凝。

该系统还可包括热交换器，该热交换器将第一冷凝级与第二蒸发级热联接以从第一冷凝级向第二蒸发级传热。

较高级脱盐系统和较低级脱盐系统中的每一者都可包括多效蒸馏系统或多级闪蒸系统。