專利名稱：：受多級閃蒸餾出物驅動的脫鹽方法和裝置的制作方法
技術領域：
：本發明主要涉及多級閃蒸法(MSF)的改進方法，特別是涉及Xt海水的多級閃蒸蒸餾法(MSFdistillation),即對海7爐行脫鹽從而生產飲用水，本發明還有利地涉及包括獸嫩超嗽高的頂端鹽7j^鵬(可達到12(TC或12(TC以上)的MSF蒸餾法的一些方法。
背景技術：
：已公知的對海水進行脫鹽從而生產飲用水的傳統方法例如包括多級閃蒸法(MSF)，多效蒸餾法(MED)，反滲透法(RO)和蒸汽壓縮(VC)蒸餾法。戰每一種方法都是非常成熟的技術，各自具有其獨特的特點和限制。然而，上述每一種技術都需要獨立的能量輸入流。到目前為止，還沒有進行與MSF和MED之間，或MSF和RO之間的育遣工藝流的相互作用相關的研究，也沒有提出或研究相關工藝配置，以便利用不同的操作皿制度從而使得在給定的育遣輸入^j牛下總產量iilij最大化。當海水餾出物流在低壓下運行的蒸發器中被傳輸到后面一個梯級時，在MSF管束中濃縮的海7K餾出物流部分受壓從而進行二次閃蒸。M餾出物閃蒸產生的蒸汽與ffl31鹽水閃蒸產生的蒸汽相混合，因此可以利用部分已裝設的熱傳遞表面，所述部，面不能用于閃蒸&7jCia《亍M。隨著梯級數的增加，收集在蒸餾7K槽中的餾出物的流速增加，由此二次閃蒸的餾出物量也隨之增加。通過減少由鹽水閃蒸得到的餾出物的有效量，即二次閃蒸餾出物相對于閃蒸fe7K的比率增加，這種現象降低了梯級熱傳遞機制的效率。另外應注意的是已公知的用于收集和傳遞從MSF高、溫梯級到低溫梯級的餾出物的蒸餾7jC槽的布置變得越來越復雜，而且越來越遠離除霧器和閃蒸鹽7j^放區域。典型MSF設備中的"散熱"段利用外部海7乂進行冷卻從而保持底部M^梯級處于低溫。在該散熱段中，己裝設的熱傳遞表面既被用于通過濃縮閃蒸鹽水以產生新的餾出物，又被用于濃縮經過閃蒸的餾出物。因此，設備中該散熱段的效率低于熱回收率，典型地，皿18%的熱傳遞區域被用于濃縮經過二次閃蒸的餾出物。多級閃蒸蒸餾器被廣泛用于大型脫鹽項目。它們的性能取決于在工藝過程中可使用的最大鹽7K溫度(頂端鹽7_^，或者TBT)和最小鹽7K溫度(底端鹽7jC鵬或者BBT)。TBT與BBT的差值(閃蒸區域)越大，設備的產率越高。現代常規的MSF設備在105'C至112"C之間的頂端鹽7jC皿下運行，在熱回收段的底端梯級中的鹽水和餾出物的溫度在65'C至5(TC之間變化，并且取決于y襯P海水的自和溫度。一種先進的MSF設備將MSF與納皿斜目結合使得TBT可以^1120。C(參見Awerbuch的EP1206414(WO0114256))，這將會提供更大的閃蒸范圍。，提出的發明涉及對MSF設備設計的改進，所述改進允許來自MSF設備的更多的鹽水在蒸發器的散熱段中被閃蒸，并且被濃縮在更大的用于濃縮鹽水的熱傳遞表面上。結果是，底端鹽7j^m更低。所述的發明皿依靠i^兩種^m使得工藝產率得至鵬高。MED技術的應用范圍相對較窄，并且在相對劍氐的溫度下運行。適用于MED工藝的頂端設計皿在60'C至70'C之間變化。在海水反滲透(SWRO)再生工藝中，反滲透率和倉遣消耗量取決于給水溫度。最佳的溫度在3(TC至35"的范圍內，對于標準膜來講，4(TC為技術上的極限值。在中東，冬水的溫度在18'C至28'C的范圍內。在北非地區，冬天海水盼皿更低，超ij14。C到12°C，且從不超過28匸。膜再生率被定義為膜滲透量與給7jC流量的比率。再生率越高，膜的成本和運行成本京M低。現今，存在于標準海水膜技術中的限制因素防礙了反滲透設備在03i39°C的溫度下運行。然而，最佳的膜給7K溫度范圍在28"C至32'C之間。在低溫下，膜的再生率低，因此，低滲透量可以由具有高能量消耗量的膜獲得。迫切需要一禾中將MSF的優點與其它兩種技術MED和SWRO的優點結合在一起的工藝，以便利用各種類型的脫鹽系統的操作溫度曲線的差異來改善運行條件，提高效率和產量。本發明利用在足夠高溫度下從提取MSF餾出物的流中可獲得的顯熱預熱海水RO供給和/或MED給水。
發明內容本發明涉及一種經過改進的對海zKii行脫鹽的工藝方法，所述工藝方法通過將MED、RO或者其它工藝方法與MSF相匹配在最優的工藝條件下運行。本發明提供了一種用于生產tOT水的lffi方法，所述方,括以下步驟a)提取來自MSF分離工藝的至少一個更高溫度級中的至少一個餾出物流，并且b)將所,少一W留出物流供應至分離工藝中的至少一個在比所述更高溫度低的更低鵬下運行的梯級，從而ffi31在所腿少一個梯級中進行熱交換，得以最大禾號地利用所述餾出物流的顯熱，并且M^、所超少一個梯級的以及總工藝過程的外部熱量輸入。根據本發明，與從MSF熱回收段的最后一個梯級提取出的餾出物相關聯的能量可在另外一種在更低溫度下運行的動力循環或者脫鹽循環(例如MED或者RO)中進行回收。特別地，由于散熱段熱傳遞表面的餾出物負荷較小從而可以處理大體積的閃蒸鹽水，因此，從位于MSF熱回收段的最后梯級的餾出物槽中提取餾出物致使MSF的整體性能得到改善。地，在所述至少一個梯級中，MSF分離工藝的供給水受到所述至少一個流的預熱。戶M望的是，所述至少一個梯級為第二分離工藝的梯級。有利地，第二分離工藝為在更低，下運行的MED，所述MED，至少部分地，受到所述從MSF至少一^H留出物流中提取出的熱量的熱驅動。所述至少一M留出物流可在一系列的閃蒸工藝過程中被閃蒸，從而Mil將鹽7Ki:接轉移到MED工藝過程而提供熱量。當所述第二離工藝為MED時，所腿少一^H留出物流可被閃蒸以7賴卩餾出物，并且流體蒸氣被噴射器熱壓縮達到高溫，然后輸入到MED工藝過程的更高的效組。另外，當所述第二分離工藝為MED時，所魅少一，出物流可以進行一系列的熱^^步驟，在上述步驟中，熱量從餾出物流傳遞至MED的餾出物。另一種可選方式是，第二分離工藝可以是反滲透(RO)過程，在該過程中，來自MSF的餾出物流被用于預熱RO過程的供給海水。同時，從MSF中提取出的以餾出物的形式存在的熱量可被用作低溫工藝過程例如MED工藝的能量源。特別是，餾出物或者以液體的形式注入MED，或者被閃蒸并且被重新壓繊入MED的第一梯級。本發明在MSF/RO混合工藝中的應用預見到例如在冬天將提取出的餾出物用于加熱注入RO設備中的海水，肖,獲得更高的RO膜再生率。直接的結果是，可以實現很多的優點，所述優點包括禾,由MSF級聯產生的能量流既可以實現更具成本效率的MSF脫鹽操作工藝，又可以降低MED或者RO設備的肖遣消耗量。應該注意到本發明使得從MSF設備得到能量成為可能，并且同時提高了MSF設備的性能。所述的來自MSF的餾出,取系統尤，，設備上還具有其他一，點，實際上是由于散熱段中的蒸餾7jC槽可以相當的小和/或可以給除霧器留出更大的空間。所述空間對于在高真空下運行的散熱段而言十分寶貴，處理大體積蒸氣，并且這將導致除霧器中產生高的蒸氣流速。當發生溢流時，，特征將會導致效率的損失和高的傳導率。在這一方面，如果考慮ffl31減小蒸餾7jC槽從而增大可獲得的除霧器空間的話，MSF的性育級可以得到進一步提高。從多級閃蒸(MSF)梯級中除去餾出物提供了增加脫鹽設備產量的手段。包含在餾出物中的能量取決于除去餾出物時所在的梯級，并^a0f述能量可以ffl31閃蒸到一個或者多個^i的多效蒸餾ai呈(MED)循環效組中或者預熱另一Iffi過程例如RO的供給物而得到回收。在從散熱段前面的熱回收段的最后一個梯級中除去餾出物的情況下，在最后一個梯級中閃蒸的熱量對于MSF蒸餾過程來說并不是都有益、必要或需要，但是可以被用于預熱所提出的膜工藝過程供給物。一般來說，二次閃蒸的餾出物的熱量被濃縮在熱傳遞表面(HTS)，并且需要用來進行濃縮的管狀區域，所述區域可被用于濃縮由閃蒸鹽水產生的額外的新蒸氣。未被餾出物收集通道所占據的額外的區域可以用于增加噴霧器的面積，特別是在MSF的更低的梯級中。M^人MSF提取出餾出物而從MSF梯級中除去的熱量可以被二次閃蒸達到MED效組的更低的溫度，既可以提供顯熱從而通過直接接觸的方式預熱供^t)，也可以通過MED的給水加皿預熱供纟^)。從MSF設備中的所有或者一些設置在關鍵部位處的梯級上除去餾出物將會增加現有的和將來的MSF設備的蒸餾水的輸出量。包含在餾出物中的熱量以及餾出物的熱51與MED，VC或RO工藝的結合而得到回收。這樣將使得產量最大化，不僅在MSF中，同時也提高了其他脫鹽工藝的效率。優選的工藝方法是在每隔幾個梯級去除餾出物，并且將可利用的熱量M31在MED閃蒸罐中進行閃蒸的方式轉移，這將產生蒸氣以直接接觸噴射過冷的供給物的方式預熱供，，或者向給水加熱供蒸~蒸氣。圖1是集成的混合式MSF-MEDim工藝^f呈的^f呈示意圖，在所虹藝過程中使用了來自MSF蒸餾高溫梯級的餾出物流作為MED工藝過程的直接注入物。圖2是第二種混合式MSF-MED脫鹽工藝過程的流禾呈示意圖，在所mi藝過程中，餾出物被閃蒸，蒸氣被注入到MED工藝過程中。圖3是第三種完錢成的MSF-MED脫鹽工藝過程的纟凝呈示意圖，^^f述工藝過程中利用了來自MSF工藝過程中的餾出物、再循環鹽水和不可冷凝的氣體以提高MED盼性能。圖4是第四種混合式MSF-RO脫鹽工藝逝呈的流程示意圖，在所虹藝過程中利用來自MSF設備的餾出物預熱RO工藝過程的給水。圖5是餾出物產量相對于餾出物提取量的增長百分比的曲線圖。具體實施例方式本發明顯著地改進了現有技術中的MSF脫鹽工藝過程。通過閱讀和理解前面所述以及在附圖中示出的本發明的特征和原理，設計、生產和操作本發明所預期的7乂脫鹽系統的有經驗的掛幣可以實踐本發明并認識到它的好處。根據本發明的一方面，其改進在于發現了MSF餾出物的提取物可以用于給其他在更低溫度下運行的工藝循環提供能量。另外也已經發現，所述提取物帶來了MSF脫鹽設備中性能的顯著提高，餾出物從所述MSF脫鹽設備中被提取出來。這些^it提高沒有被現有技術所公開。在圖1—4所示的每一個實施例中，MSF—般被表示為100，其包括散熱梯級110和熱回收梯級120。MSF蒸餾的原理比較簡單。海水注入(SW)被加壓并且被加熱達到最大設備鵬。當被加熱的液體被排放至瞎123中時，其中所述室123的壓力保持處于稍稍低于液體的飽和蒸氣壓，7jC含量的一部分閃蒸形成蒸汽。然后，在閃蒸蒸na過除霧器時除去了懸浮的鹽水液滴，并濃縮在熱傳遞管的外表面上。、M的液滴作為熱產物7jCiaA槽(105)。未進行閃蒸的鹽7jCiaA第二室或者梯級，在更低鵬下在其中閃蒸形麟汽，由此產生了額外數量的產物水。同時，來自第一梯級(101)的餾出物流至第二梯級中的餾出物槽，并且釋放了一部分熱量。所述閃蒸一一冷卻工藝過程一個梯級一個梯級重復進行，直到冷去啲鹽水和冷卻的餾出物最終分別以排出船JC和產物水的形式被排放出設備。流經濃縮每一梯級中的蒸氣的管子內部的再循環鹽水流(121)用于去除自的潛熱。這樣，再循環鹽7j^得到預熱，同時回收了冷凝蒸氣的能量。多級閃蒸設備中的這部分被稱為"熱回收"段。經過預熱的鹽水最終在鹽水加熱器(122)中升高到最大工作溫度，該鹽水加熱器(122)由外部源(S)提供蒸汽。被稱為"散熱"段的設備的y賴卩端，既承擔魏過外部y賴卩海水除去廢熱的任務，又承擔著M濃縮部分來自熱回收段的剩余部分的閃蒸鹽水來生產餾出物的任務。從散熱段下游分支出的冷卻流的一部分(111)受到預熱成為補給水。具體而言，本發明ffl31提取MSF蒸發器的最后一個熱回收梯級109(可選擇的是以虛線表示的108)的餾出物流150，MSF產量得到提高，而性能比沒有出現顯著的降低，因此也無需增加任何外部流。另外，在新粒工藝的體中，給除霧器留出了更大的空間，從而允許設備性能得到進一步提高。餾出物流的能量被用作獨立MED分離器的能量源，所述MED分離器用附圖標記200表示，其包括一系列的效組201，202，203。使用餾出物作為MED工藝過程的M使得MED可以在非常低的供給(外部)熱消耗量^i牛下運行，并且提高了系統的能量效率。值得注意的是除了性能的提高以外，本發明還提供了一些環境效益。如下面的表1中所示，以相同的海水^3IM:散熱段，最低鹽7W鵬(BBT)和散熱出口《鵬都降低了。另一種可選方式是，可以降低^^散熱段的^4詠的^il，或者可以實現J^兩種方式。，兩個方面都可以改善環境影響。表1總結了本發明可實現的優點，本發明既可以改裝現有部位的原理也可以將其作為設計弓IAf的設備。表l:發明優點總結列表現有設備(鵬)在不斷氏性能比,牛下增加了MSF餾出物,出量働[l了MSF餾出物,出ft^且働口了設鄉妣微可用于另一工鄉呈的鵷微可用于另一工鄉呈的繊^^內tP^餾器的設計布置，W^l，職i^/散熱面積^K留出鵬優化內fl^f驟的設計布置，^1會，鵬，/散熱面積^M留出頓曹斷氐除^^速率并增力鵬出物鵬。iiiiffii^S之前進行嫌MA而鵬主餾出^W離。敝附加損失。陶氐除^IM速率并增力的留出t^。；tasM^之前進行纖^a^而親主餾出物鵬鵬。陶氐船爐KSS舸能齡海水的消髓輛能參海水的消縫如果本發明在現有的MSF設備上進行改造，由于現有設計可能妨礙了增加除霧器的區域，^帶來不可避免的限制因素。在這種情況下，如表1中所示，設備的輸出量將會增加。設備增長的百分比如圖5和表2所示。如果本發明應用于新的MSF設備，那么同樣意,重新設計位于散熱段最后一個梯級內的蒸發器內部布置，以盡可能給除霧供更多的空間，并且從而允許提高性能比。表2示出了對5MIGD(百萬英制加侖/天)17梯級的MSF設備進行的比較分析結果，所述設備在與第14梯級提取餾出物流的MSF(根據本發明)具有同樣的最高鹽7j^顯度、同樣的海zK溫度、同樣的鹽水再循環流速的條件下運行。表2:在提取餾出物和不提取餾出物的情況下的MSF性能<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>設想的脫鹽裝置包括從MSF中排出要閃蒸的餾出物到罐中，以y襯卩餾出物，并且閃蒸蒸氣被噴射器熱壓縮達到更高M^i3A到MSF中更高的梯級。本發明裝置的一個優點在于包括從MSF中排出要閃蒸的餾出物到罐中，以7賴卩餾出物，并且餾出物和閃蒸蒸氣在更低溫度下運行的工藝中被、M以獲得雙倍的蒸餾產量，其最高純度小于.01ppmTDS。圖1示出了MSF-MED集成系統的基本流程圖，其中MED第一效組是由從MSF中提取出的餾出物而不是由濃縮蒸niS行加熱的。所述MED設備在M方面都與常規MED設備相類似，其區別僅在于MED第一效組是由從MSF中提取出的餾出物不是由蒸汽供給的。通過將熱量傳遞給MED效組中的新,水，所述餾出物在第一效組得至IJ7賴卩。一個可替代的方式如圖2所示，其中MSF餾出物被傳送至閃蒸罐，M31餾出物閃蒸產生的蒸氣被熱壓縮至嚥發器的第一梯級。設想的脫鹽，包括在一系列產生閃蒸蒸氣的閃蒸罐中通過使餾出物與MED直雜角縱而進行熱傳遞。根據本發明的Kk體將從MSF中提取出的餾出物轉移到閃蒸罐中以便冷卻所述餾出物，同時閃蒸蒸氣在itAMED中的更高效組之前被噴射器熱壓縮達到更高的溫度。根據本發明的一個可替代的脫鹽裝置提供在MSF餾出物與MED餾出物之間的一系列熱効奐器中進行的熱傳遞(a)完，成的MED-MSF可選方案如圖3所示。根據本發明的一個實施例，從MSF中提取出的三條流傳輸到MED:餾出物，來自第一效組的不可冷凝的排氣口和鹽7K排出口。鹽水被用作MED的給水，并且熱的餾出物被用于代替蒸汽。發明步驟包括提取MSF鹽水流到MED工藝，該步驟fflii傳送鹽7k提取物到在更低溫度下運行的第二工藝以便利用鹽7K流的顯熱，在這種情況下，本發明的脫鹽裝置包括用于進行熱傳遞的裝置，該用于進行熱傳遞的裝置為ilil鹽水與MED直^觸以產生閃蒸蒸氣的一系列閃蒸罐。根據本發明的另外一個可替換的裝置包括從MSF提取鹽水，并在閃蒸槽中閃蒸以冷卻餾出物，閃蒸蒸氣被噴射器熱壓縮達至哽高的、鵬以i4AMED中的更高效組。本發明裝置的另外一個替換的方式是，該裝置提供在MSF鹽7ja卩MED供給物之間的一系列熱効奐器中進行的熱傳遞。在MED設備的運纟亍溫度下，從MSF梯級中注入(302將避免了產^氧化鎂沉淀的風險，從而有利的是MED設備將總能保持處于清潔的狀況下。如圖4所示的操作流程圖示出了混合型MSF/RO設備，所述設備的RO給水被前述所提取的MSF餾出物加熱。根據本發明的一個實施例，膜注入7K被餾出物的顯熱加熱到28—3(TC，優點在于保持了較高的膜滲透再生率，更低的比功率消耗量以及保持了膜入口端更加恒定的工作溫度，從而提高了膜的^。根據本發明的脫鹽^S提供了用于進行熱傳遞的裝置，該用于進行熱傳遞的裝置為一系列通過餾出物與RO供給物之間的直接接觸產生閃蒸蒸氣的閃蒸罐。根據本發明的另外一個可替換的實施例包括從MSF中提取出要在閃蒸罐中閃蒸的餾出物，并冷卻所述餾出物，閃蒸蒸氣被噴射器熱壓縮超哽高的溫度溫以加熱RO供纟^tl。另外一個替換的Kk，用于傳導位于MSF餾出物和RO供纟，間的熱交換器之間的熱，。圖5所示的曲線圖是建立在名義日產量為5百萬英制加侖(MGD)上面的。當目前的產M31了15MGD時，因此輸出量將按比例增長。權利要求1、一種生產飲用水的脫鹽工藝方法，所述工藝方法包括以下步驟a)從MSF分離工藝(100)的至少一個更高溫度的梯級(109)中提取出至少一個餾出物流(150)；以及b)將所述至少一個餾出物流供應至在比所述更高溫度低的更低溫度下運行的分離工藝(200)的至少一個梯級(201)，以便通過在所述至少一個梯級中進行熱傳遞從而最大限度地利用所述餾出物流中的顯熱，并且降低了所述至少一個梯級的外部熱輸入或者整個工藝的外部熱輸入。2、如禾又利要求1所述的脫鹽工藝方法，其中所述至少一個梯級是這樣一個梯級，在該梯級中，MSF分離工藝的給7jC穀lj所蹈少一個流的預熱。3、如權利要求1或2所述的IM工藝方法，其中所述至少一個梯級(201)是指第二分離工藝(200)中的一個梯級。4、如豐又利要求3所述的脫鹽工藝方法，其中所述第二分離工藝為在更低；度下運纟亍的MED(200)，所述MED至少部分地受到從來自MSF的至少一M留出物流中提取出的熱量的熱驅動。5、如權利要求4所述的脫鹽工藝方法，其中所,少一個餾出物流在一系列的閃蒸工藝過程中(圖2)被閃蒸，以便由鹽水M直接熱傳遞的方式為MED工藝提供熱量。6、如權利要求4或5所述的im工藝方法，其中所超少一^H留出物流被閃蒸以冷卻餾出物，且流條氣被噴射器(圖2)熱壓縮達到高溫，然后輸入到MED工藝中的更高效組中。7、如I51利要求4或5所述的脫鹽工藝方法，其中所述至少一^t留出物tt行一系列的熱^^步驟，在所述熱交換步驟中，熱量從餾出物流轉移到了MED餾出物中。8、如權利要求3所述的脫鹽工藝方法，其中所述第二分離工藝為反滲透(RO)工藝，在所述RO工藝中，來自MSF的餾出物流被用于對供纟煞合RO工藝的海7爐行預熱。9、如前述權利要求中任一項所述的脫鹽工藝方法，其中以餾出物的形式存在的從MSF中提取出的熱量被用作更低^^工藝例如MED的能量源。10、如權利要求9所述的脫鹽工藝方法，其中所述餾出物以液體的形式被用于供給MED。11、如權利要求9所述的脫鹽工藝方法，其中所述餾出物被閃蒸，并且被重新壓縮并被輸A^JMED的第一梯級。全文摘要一種生產飲用水的脫鹽工藝方法包括以下步驟從MSF分離工藝(100)的至少一個更高溫度的梯級(109)中提取出至少一個餾出物流(150)；將所述至少一個餾出物流供應至在比所述更高溫度低的更低溫度下運行的分離工藝(200)的至少一個梯級，以便通過在所述至少一個梯級中進行熱傳遞從而最大限度地利用所述餾出物流中的顯熱，并且降低了所述至少一個梯級的外部熱輸入或者整個工藝的外部熱輸入。文檔編號C02F1/06GK101107051SQ200580028694公開日2008年1月16日申請日期2005年8月26日優先權日2004年8月27日發明者C·索馬里瓦,L·阿維布奇申請人:O.H.D.L.最佳混和脫鹽有限公司