[发明专利]用于水净化的系统和方法

说明书

一种水净化系统包括高温水槽、无焰热源、筒形容器(水力旋流器巢)、第一泵、蒸汽产生计量仪、以及蒸汽冷凝器和热交换器。使用无焰热源对高温水槽中的污染水进行加热。加热的污染水使筒形容器和一组或多组水力旋流器受热。加热的污染水被泵送至筒形容器，使加热的污染水进入水力旋流器的切向进口，水力旋流器将加热的污染水分离为蒸汽和固体/浓缩物，蒸汽经水力旋流器的溢流口和筒形容器的第一出口离开，固体/浓缩物经水力旋流器的潜流口和筒形容器的第二出口离开。使用蒸汽冷凝器和热交换器将蒸汽冷凝为净化水。

技术领域

本发明总体涉及加热液体的领域，以及更具体地涉及用于净化水的系统和方法。

关于联邦政府资助研究的声明

没有。

背景技术

如美国专利No.7,866,380和7,959,814中所述，全世界最迫切的需求之一是饮用水。每年有数以千计的人由于其饮用水受到污染而死亡。在一些地区，人们被迫花费大量时间从远处水源人工运送至其家中和村落，而不会冒险饮用附近未检测的水。

存在很多净化水的方法。最常用的方法之一是反渗透(RO)。该工艺已使用很长时间，但它有它的缺陷。虽然RO系统可能较便宜，但对于过滤器的替换有着持续的维护需求。RO系统中的过滤器由于一直暴露于待净化的水源而变得堵塞和/或损坏。替换过滤器的成本和有效性以及执行该维护需求的技术水平可能成为问题。

水净化的另一种方法包括向水中添加化学药品以杀菌。一般而言，化学药品应用于需要净化少量水的场合。虽然使用适当化学药品浓度时是有效的，但很难一直测量适当的量。此外，该净化系统不能处理水中可能存在的重金属问题。

将水烧开是杀死水中病菌的另一方法。不幸地是，在污染水为主要问题的世界很多地方，没有用于加热水的可用材料，诸如木材等。

在一些特殊领域或行业中，可能需要热水和/或蒸汽，但关键是没有明火用于加热水。一种这样的行业是油田服务业。在很多地理区域发现原油储藏，包含高浓度石蜡、蜡晶体烃。这种物质虽然在生产涂层、密封剂、蜡烛、橡胶配方、药物和化妆品方面商业可用，但在原油生产方面可能存在问题。悬浮在原油中的石蜡易于堵塞油井生产管柱中的孔并减慢原油至表面的流动。

多年来已有几种技术用于将石蜡的不利影响最小化。这其中包括将热水、蒸汽或化学溶剂注射进井中，通过加热石蜡至其熔点之上或以化学方式改变其成分使石蜡液化来清洁井孔。虽然有效，但所有这些方法都存在其缺陷。

当使用热水方法时，必须将水输送至井场，然后在挂载于卡车底盘或拖车中的液化石油气或柴油锅炉中加热。水的获得在井场是常见问题，并且当用于在锅炉容器中加热水或原油的明火位于井口附近时，井口附近可能大气中具有高浓度天然气，这存在不安全的状况。

蒸汽方法通常需要电厂建设，其利用油田天然气发电并将废弃的蒸汽用管道输送至用于注射的各井口。虽然这消除了靠近井口的明火，但其涉及大量的资本支出，这使得其仅在相对较小区域具有高度集中的井时才变得经济上可行。用管道输送蒸汽至单独偏远的井有时是不可行的，由于在蒸汽到达井之前损失了太多热量。这可能导致仅蒸馏水被输送至井口。

化学溶剂方法将溶剂容器位于井口附近，并且然后通过井的泵送单元的各冲程将其注射至井下。虽然该方法消除井口附近的明火并且不需要大量资本支出，但其在操作方面增加了大量成本。化学药品较昂贵，与运输相关联的成本和危险化学药品的处理较昂贵，并且将这些化学药品添加至原油中使得提炼过程更加昂贵。

由于水力压裂所需大量水和公众对饮用水污染的关心，来自油气井的采出水和压裂水的处理和/或清理变成了越来越重要的另一问题。

发明内容