[发明专利]渗透驱动膜工艺和系统以及回收驱动溶质的方法

说明书

本发明涉及渗透驱动膜工艺和系统以及用于在渗透驱动膜工艺中回收驱动溶质的方法。渗透驱动膜工艺涉及通过使用第二浓溶液以驱动第一溶液中的溶剂穿过半透膜，从而从第一溶液中提取溶剂。驱动溶质的回收可以通过多种方式进行，以回收和再循环稀释的第二溶液中所包含的驱动溶质并获得产品溶剂。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年9月27日提交的美国临时专利申请No.62/400,196的优先权和权益，其全部公开在此通过引用整体并入本文。

技术领域

通常，本发明涉及渗透驱动膜工艺，且更具体地涉及用于渗透驱动膜工艺的驱动溶质回收技术。

背景技术

通常，渗透驱动膜工艺涉及由半透膜分隔的两种溶液。例如，一种溶液可以是海水，而另一种溶液是浓溶液，在海水和浓溶液之间产生浓度梯度。该梯度驱动海水中的水穿过膜进入浓溶液，膜选择性地允许水但不允许盐通过。逐渐地，进入浓溶液的水稀释了溶液。然后，需要从稀溶液中去除溶质以产生饮用水。传统上，饮用水是例如通过蒸馏得到的；然而，溶质通常不会被回收和再循环。

在利用蒸馏和低品位热能来回收驱动溶质的某些现有技术系统中，需要在真空下进行冷凝和吸收步骤，以力图最大限度地回收驱动溶质。例如，在冷凝和/或吸收工艺的下游设置分离罐(knock-out pot)和喷射器(使用空气作为驱动介质)，以力图改进驱动溶质的回收。然而，这种布置要求排放不凝性气体，这也可导致驱动溶质的损失和可能的环境问题。

发明内容

本发明通常涉及渗透驱动膜系统和方法，例如正向渗透(FO)、压力延缓渗透(PRO)、渗透稀释(OD)、直接渗透浓缩(DOC)等，还涉及用于在渗透驱动膜系统/工艺中回收驱动溶质(驱动溶质)的系统和方法。

在各种实施方式中，分离操作包括使用配置成将驱动溶质冷凝到浓驱动溶液(驱动溶液)的吸收器。溶剂流、稀驱动溶液或浓驱动溶液可以用作吸收器中的吸收剂。可以在使用吸收器的同时进行冷却。在一些实施方式中，工艺还可以包括压缩在从稀驱动溶液分离驱动溶质的过程中产生的气体流的步骤，使用由吸收液体流上的液压驱动的气体压缩机或蒸汽喷射器以促进将驱动溶质再吸收到浓驱动溶液中。在各种实施方式中，在将分离后的驱动溶质再浓缩到浓驱动溶液中之前，回收系统使用蒸馏设备(例如，填料塔或膜装置)将驱动溶质从稀驱动溶液中热分离出来。

在一方面，本发明涉及用于从稀驱动溶液中回收驱动溶液溶质的设备和相关方法。设备包括具有一个或多个正向渗透膜的渗透驱动膜系统，其中渗透驱动膜系统被配置成将进料溶液引入膜的第一侧，并将浓驱动溶液引入膜的第二侧，且从膜的第一侧输出浓进料溶液，并从膜的第二侧输出稀驱动溶液；以及与渗透驱动膜系统流体连通并被配置成接收浓进料溶液和稀驱动溶液的分离系统。分离系统包括与膜的第二侧流体连通的第一蒸馏设备，第一蒸馏设备被配置成接收稀驱动溶液并通过引入的热能源输出第一气化驱动溶质流和产品溶剂，与膜的第一侧流体连通的第二蒸馏设备，第二蒸馏设备被配置成接收浓进料溶液并通过引入的热能源输出第二气化驱动溶质流和进一步浓缩的浓进料溶液，设置在第一和第二蒸馏设备的下游并与它们流体连通的冷凝器，冷凝器被配置成接收第一和第二气化驱动溶质流和冷却流体并输出包括冷凝的和气化的驱动溶质的至少部分冷凝的驱动溶质流，以及设置在冷凝器下游并与冷凝器流体连通的封闭的吸收系统，封闭的吸收系统被配置成接收驱动溶质的气化部分和驱动溶质的冷凝部分并输出再浓缩的驱动溶液流用于返回渗透驱动膜系统，其中封闭的吸收系统包括具有塔和贮槽的吸收器和具有流体输送设备(例如泵)和换热器的再循环回路。

在各种实施方式中，第一和第二热能源可以是相同的能量源，并以串联或并联方式通过第一和第二蒸馏设备。在一些情况下，第二气化驱动溶质流可被引导至第一蒸馏设备，在其中它与第一气化驱动溶质流合并，然后被引导至冷凝器。