[发明专利]多级鼓泡塔增湿器

说明书

背景

在本世纪，由于全球对人道主义的关注，淡水的短缺可能远超过能量的短缺；并且这两项挑战紧密关联，例如在《经济学家》(The Economist)的2010年5月20日发布的“关于水的专题报告(Special Report on Water)”中解释的。淡水是人类和其他生物的最根本的需求之一；每个人每天需要消耗最少约两升水。世界还面临着农业和工业过程中更大的淡水需求。

水供应不足导致的危害是特别尖锐的。淡水的短缺可能导致各种危机，包括饥荒、疾病、死亡、被迫大规模迁徙、地区之间的冲突/战争、以及崩溃的生态系统。尽管对淡水的需要是危急的并且短缺的后果是重大的，淡水的供应仍是特别受限制的。地球上97.5％的水是咸水，并且剩余部分中约70％作为冰被锁住(大多数在冰冠和冰川中)，从而仅留下地球上所有水中的一小部分作为淡水(非咸水)而可供使用。

此外，地球上作为淡水且可用的水是不均匀分布的。例如，人口稠密的国家，像印度和中国，有许多地区遭遇了供应短缺。还进一步，淡水的供应通常是季节性不一致的。同时，对淡水的需求在全球正变得紧张。水库在干涸；含水层在下沉；河流在干枯；并且冰川和冰冠在消退。增长的人口增大了需求，农业的转变和增大的工业化也是如此。气候变化在许多地区提出了甚至更多威胁。因此，面临水短缺的人口数量在增加。然而，天然存在的淡水总体上被限制在区域性流域中；并且水的运输是昂贵且耗能的。尽管如此，许多现有的用于由海水(或盐味水或污染的废水流)生产淡水的工艺要求大量的能量。反渗透(RO)是当前领先的除盐技术。在大规模工厂中，所要求的比电量可以低至30％的回收率4kWh/m³，相比之下理论最小值是约1kWh/m³；较小规模的RO系统(例如，船上的)是效率较低的。

其他现有的海水粗盐系统包括基于热能的多级闪蒸(MSF)、以及多效蒸馏(MED)，二者均是能量密集且资本密集的工艺。然而在MSF和MED系统中，最大盐水温度和输入热量的最大温度是受到限制的以避免硫酸钙、氢氧化镁、以及碳酸钙沉淀，这会导致在热传递设备上形成软垢和硬垢。

增湿-除湿(HDH)除盐系统包括增湿器和除湿器作为其主要部件并且使用载气(例如，空气)来在热源与盐水之间流通能量。这种技术的一种简单形式包括增湿器、除湿器、以及用来加热海水流的加热器。在增湿器中，热的海水与干燥空气直接接触，并且此空气变成加热和增湿的。在除湿器中，使加热和增湿的空气与冷的海水(间接)接触并且变得被除湿，从而产生纯水和除湿的空气。如同MSF和MED系统，如果温度升高到太高，则在该系统内可能发生结垢组分的沉淀，这具有后续损害。

在美国专利号8,119,007 B2(A.Bajpayee等人)中描述的另一种途径使用了定向溶解水但不溶解盐的定向溶剂。定向溶剂被加热来从盐溶液中将水溶解到该定向溶剂中。剩余的高度浓缩的盐水被去除，并且定向溶剂与水的这个溶液被冷却来使基本上纯的水从该溶液中脱溶出来。

本申请的发明人中的以下发明人也是以下包括对HDH和用于纯化水的其他工艺的额外讨论的专利申请的发明人：美国专利号8,465,006 B2；美国专利号8,252,092 B2；US 2012/0205236 A1；US 2013/0074694 A1；以及美国专利号8,496,234 B1。

发明内容

本文描述了以有成本效益的方式从原料液体(例如，海水、盐味水、废水、或回流水或生产水)中分离出液体(例如，纯水)的方法和设备。这些方法和设备的不同实施例可以包括下文描述的一些或全部要素、特征和步骤。

在一种用于使得来自原料液体的可气化组分的增湿的方法中，这种包括可气化组分的原料液体流入第二级增湿器室中以便形成处于第二增湿温度的第二级增湿器液浴。然后该原料液体的第一残余部分从该第二级增湿器室流入第一级增湿器室中以形成处于第一增湿温度的第一级增湿器液浴，其中该第一增湿温度低于该第二增湿温度。该原料液体的第二残余部分接着被从该第一级增湿器室中去除。

同时，该载气被注入该第一级室中的第一级增湿器液浴中并且鼓泡穿过该第一级增湿器液浴，其中该载气从该原料液体的第一残余部分中收集呈蒸气形式的可气化组分来用该可气化组分至少部分地增湿该载气。该部分增湿的载气接着从该第一增湿器室被引导到该第二级增湿器室中的第二级增湿器液浴中并且鼓泡穿过该第二级增湿器液浴，其中该载气从该原料液体中收集更多的呈蒸气形式的可气化组分以便用该可气化组分进一步增湿该载气；经增湿的载气接着被从该第二级增湿器室中去除。