[发明专利]用于高级真空隔膜蒸馏的方法和设备

说明书

实施方案提供了通过高级真空蒸馏方法(AVMD)用于盐水的净化或者体积减少的方法和结构，其中通过将蒸气送过AVMD蒸馏单元来实现更高的通量。在一个实例中，盐水在槽中循环。该槽可以包括一个或多个浸没在循环盐水中或者置于热循环盐水的水平面之上的膜袋。在其他实施方案中，该膜袋在包括热循环盐水的槽外部，但是仍然与之连通。将该循环盐水加热，使得能够产生水蒸汽。使用真空，吸引该水蒸汽通过所述膜，在这里水蒸汽可以被冷凝和进行进一步的有益的应用。该方法可以浓缩到一定水平来产生可以分离和利用的晶体或者固体。

交叉参考的相关申请

本申请要求2015年7月13日提交的美国临时专利申请No.62/191720的权益。本申请还要求2015年4月23日提交的印度申请No.1129/DEL/2015的外国优先权。那些申请在此通过参考引入。

发明背景

发明领域

实施方案涉及用于使用膜蒸馏从盐水中回收水的方法和设备。

相关领域背景

由于缺水和严格的环境法规，因此重点强调了从反渗透废弃流、热脱盐设备和零液体排出设备所用的蒸发器所产生的盐水中回收水。由于法规的施行，典型地不能将这些设备所产生的浓缩物排放或者与新鲜水流混合。因此需要处理这些盐水到零液体排放阶段。一旦达到ZLD，则可以将盐回收来用于有益用途或者送去处置，通常通过垃圾场处理(在获得环境许可之后)。

世界上在数个国家中在页岩气生产方面已经激增。这是应开发其他替代能源和规避油价攀升所需要的。页岩气的生产还导致产生水力压裂水(“frac”)和采出水。压裂水和采出水倾向于总溶解盐非常高。例如，范围可以是30000ppm-250000ppm。天然气生产商寻求不太昂贵的方式来管理这种环境挑战。现行方法之一是将部分去处置的水送到深井的远位。这种技术运输强度高，并且长期来看是不可持续的，因为对于深井仅存在着有限的可利用能力。

现行的处理方法不是非常全面的。它们也非常昂贵，并且利益相关者正在寻求更廉价的替代，其实施简单并易于操作和维护。

通过膜蒸馏是公知的。膜蒸馏已经被广泛开发，这至少部分地是因为该方法能够处理这样的水：由于渗透压力和结垢、盐浓度和沉淀而在其他膜系统受限之处的水。反渗透(RO)被用于海水脱盐，并且需要高运行压力和良好的预处理方法，否则膜会结垢，有效生产率降低和效率下降。改进的方法已经用于RO，来为了更高的回收率和处理具有更高溶解盐的水，但是所述方法要求更苛刻的预处理条件，并且这些会是更成本密集的。

通过常规蒸馏方法对高盐度水脱盐要求采用了特种冶金术的昂贵装置，而疏水性聚合物膜和塑性部件被用于膜蒸馏。疏水膜具有高接触角并因此具有保持液体而允许蒸气穿过膜表面的能力。温度或者蒸气压梯度是蒸气转移的驱动力，并且这在非常低的压力发生。由于该膜仅允许蒸气转移,因此纯度非常高。所以液体盐水当用作供料时，产生了经蒸馏的水产物。在温度是驱动力的情况下，所述方法在其中可利用废热的那些情况中变得特别引人关注。水中的蒸气含量随着水温升高和水达到它的沸点而保持不断增加。在50-90℃使用膜蒸馏方法来使得它们有效。

通常用于膜蒸馏的疏水膜是PP(聚丙烯)、PEEK(聚醚醚酮)PTFE(聚四氟乙烯)和PVDF(聚偏氟乙烯)等的膜。它们是平坦片或者中空纤维膜。准备用于操作的典型的膜蒸馏设备是平板和框架构造的。这产生了两个隔室；一个用于热水供应(供料室)和另一个用于收集蒸气(冷室)并将它冷凝为产物。

膜蒸馏基于疏水性膜。它们是微滤膜，并且具有蒸气渗透性和较高的水突破压力。由于具有高的液体接触角，因此它们不会变湿。在常规的膜蒸馏种类中使用了多种方法。膜蒸馏是基于温度或者蒸气压梯度来工作的，作为温度或者蒸气压梯度的结果，存在着穿过膜的蒸气转移。这进一步冷凝成纯水。盐水的水或者盐不能通过该膜屏障，这归因于较高的水突破压力。