[发明专利]用于改善正向渗透系统的性能的系统和方法

说明书

系统进料入口连接到正向渗透(FO)元件组。系统进料传输器通过系统进料入口将流体流从FO元件组引导通过系统进料出口到达第二FO元件组。系统汲取传输器引导从第二FO元件组到第一FO元件组的间接流体流动。

相关申请的交叉引用

本申请作为PCT国际专利申请于2017年8月3日提交，并要求于2016年8月4日提交的序列号为62/371,122的美国临时专利申请的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文中。

引言

正向渗透用于脱盐、废水处理和其他工业过程。通常，正向渗透脱盐过程涉及具有由半透膜分离的两个腔室的容器。一个腔室容纳海水或其他被破坏的水源。另一个腔室容纳浓缩溶液，该浓缩溶液生成跨膜的浓度梯度。该梯度跨膜从海水中汲取水，其选择性地准许水而不是盐进入浓缩溶液。逐渐地，进入浓缩溶液的水稀释该溶液。然后从稀释的溶液中移除溶质以生成饮用水。

发明内容

一方面，本发明涉及正向渗透系统，该正向渗透系统具有：系统进料(feed，供给、加工原料)入口；连接到该系统进料入口的第一正向渗透(FO)元件组，具有多个第一级FO元件；第二FO元件组，具有多个第二级FO元件；系统进料传输器，被配置成将流体流从第一FO元件组引导到第二FO元件组；系统汲取入口，连接到该第二FO元件组；系统汲取出口，连接到该第一FO元件组；以及系统汲取传输器，被配置用于从第二FO元件组到第一FO元件组的间接流体流动。

在本发明的各种实施方式中，第一组和第二组中的FO元件的数量可以相同，可以分成子组，并且可以在每个组和/或子组中包括不同数量的元件以适合于特定应用。例如，第二组与第一组相比可以存在更多数量的膜元件。通常，系统汲取传输器包括一个或多个阀、传感器或控制器，以将汲取溶液引导至各膜组。在一些实施方式中，系统汲取传输器还包括旁路罐，该旁路罐可以与分离系统流体连通，用于将汲取溶质和/或产物溶剂与汲取溶液分离。在一些实施方式中，多个第一级FO元件包括第一子组第一级FO元件和第二子组第一级FO元件，该第二子组第一级FO元件具有的数量大于第一子组第一级FO元件的数量。正向渗透系统还可以包括进料系统歧管，该进料系统歧管连接第一子组第一级FO元件和第二子组第一级FO元件。多个第二级FO元件还可以包括第一子组第二级FO元件和第二子组第二级FO元件。在一些实施方式中，子组中的元件的数量可以相等。系统进料传输器可以将第二子组第一级FO元件连接到第二FO元件组，并且可以包括歧管。在一些情况下，第一子组第二级FO元件中的单个FO元件的进料出口连接到第二子组第二级FO元件中的单个FO元件的进料入口。

另一方面，本发明涉及一种正向渗透系统，具有：多个FO元件组，该FO元件组包括具有第一侧和相反的第二侧的正向渗透膜；进料溶液入口；进料溶液出口；进料溶液流动路径，该进料溶液流动路径被配置用于从进料溶液入口、经由正向渗透膜的第一侧通过多个FO元件组、到进料溶液出口的直接流体连通；汲取溶液入口；汲取溶液出口；以及汲取溶液流动路径，该汲取溶液流动路径被配置用于从汲取溶液入口、经由正向渗透膜的第二侧通过多个FO元件组、并且到汲取溶液出口的间接流体连通。

在本发明前述方面的各种实施方式中，汲取溶液流动路径包括旁路罐，该旁路罐用于临时保留在汲取溶液流动路径中的汲取溶液的至少第一部分。该旁路罐可以包括旁路管线，该旁路管线用于将旁路罐中的汲取溶液的至少第二部分转移到例如分离系统。在各种实施方式中，正向渗透膜具有不同的物理配置，诸如不同的叶片长度和/或间隔物厚度。

在另一方面，本发明涉及用于经由正向渗透使进料流浓缩的方法。该方法包括下述步骤：提供第一FO膜元件组；提供第二FO膜元件组，将进料流引入第一FO膜元件组、然后引入第二FO膜元件组，将汲取溶液引入第二FO膜元件组中，将离开第二FO膜元件组的汲取溶液引入旁路罐中，将汲取溶液的至少一部分从旁路罐引入第一FO膜元件组中，以及使溶剂的一部分从进料流跨过膜元件流出到汲取溶液中。