溶剂净化系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于净化溶剂(诸如工业生产用水)的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 在处理污染溶剂(诸如污水）的领域中已知的是使用多种系统和方法的采用蒸发 和冷凝步骤以致力于去除溶质。然而，传统的溶剂处理系统通常缺乏处理由普通工业实践 产生的大范围的工业废水的能力。例如，由有机聚合物或化合物制成的隔膜容易受到腐蚀， 因此，限制了它们处理来自油类、气体或采矿作业或化学废弃物的残渣的能力。用于蒸馏水 的系统(诸如大锅炉)会遇到结垢和维护问题是众所周知的，并且此外，需要大量的额外能 量使溶剂变成气相。真空或高压系统必须设计成安全地包含过程，并且需要额外的涡轮机 械，这显著增加了成本。最后，结合结晶器的零废液排放系统通常使用高成本的钛来防止在 采用的高压、高温环境下的腐蚀。
[0003] 已研发了许多现有技术系统来处理污染的溶剂。例如，在梅里特(Merritt)的美国 专利No.7，121，101中公开了一种饮用水生产装置，该饮用水生产装置使用具有蒸汽压缩制 冷的封闭回路空气循环;然而，冷凝系统在冰点（freezing)或低于冰点运行，从而引起复杂 性和额外成本。
[0004] 因此，需要的是一种相对简单的处理系统，该处理系统可在大气压力下或接近大 气压力下并在用于处理水或多种其他非共沸混合物溶剂(nonazeotrope solvent)的温度 条件下运行，并且优选地，以比大部分传统系统较低的成本获得了期望的效率。
【发明内容】
[0005] 因此，本发明旨在提供一种封闭回路蒸发和冷凝系统，该封闭回路蒸发和冷凝系 统在大气压力下或接近大气压力运行，并且通过在蒸发和冷凝区域和状态之间的气体循环 来利用气体作为传播介质，以用于将多种蒸汽压力的非共沸混合物液体与胶体、悬浮物、溶 质、微粒和其他污染物的化学凝聚物分离。输入和输出溶剂流在大气压力下或接近大气压 力时在气体温度在污染的溶剂的熔点和沸点之间是液体形式。由于焓湿作用的化学浓缩梯 度而出现蒸发，使得(a)到蒸发器的输入气体包含低浓度的溶剂蒸汽，并且(b)来自蒸发器 的输出气体包含比输入较高浓度的溶剂蒸汽。由于气体的饱和蒸汽压力减小到气体-蒸汽 混合物的蒸汽压力的饱和压力以下而出现冷凝。通过蒸汽在冷凝室中释放的能量被转移到 蒸发室。输出流具有比输入流较低浓度的污染物，并且系统优选地通过使冷凝的废弃流再 循环回到系统而产生零废液排放。输入的污染溶剂可使用系统中的和来自输出的废热来预 热。优于现有技术的能量效率和溶剂回收效率的改进源自于热栗的使用，热栗便于在冷凝 器内的重新获得能量并便于插入蒸发器内。过程流体（以污染流体的一部分的形式或净化 流体的一部分的形式)使用热栗冷却，并且去除的热用于蒸发室以使输送气体能够饱和，而 现在冷却过程流体被直接(对于净化流体)或间接(对于污染流体或净化流体）用于冷却溶 剂饱和的输送气体，并且促进在冷凝室内的冷凝。
[0006] 根据本发明的第一广泛的方面，提供了一种用于至少部分净化污染流体以产生净 化流体的系统，该系统包括：
[0007] 过程流体容纳装置，该过程流体容纳装置用于容纳污染流体和净化流体；
[0008] 蒸发区域，该蒸发区域用于至少部分地蒸发污染流体以形成蒸发流体；
[0009] 冷凝区域，该冷凝区域用于冷凝净化流体；
[0010]蒸发区域和冷凝区域流体连通；
[0011]蒸发区域和冷凝区域保持有输送气体以用于将蒸发流体输送到冷凝区域，输送气 体变为通过蒸发区域中的蒸发流体而至少部分地饱和，输送气体在冷凝区域释放净化流 体；
[0012]入口装置，该入口装置用于将污染流体引入到蒸发区域；
[0013] 净化流体出口装置，该净化流体出口装置用于将净化流体从冷凝区域回收；
[0014] 过程流体供应装置，该过程流体供应装置用于从过程流体容纳装置供应污染流体 或净化流体形式的过程流体，以冷却输送气体，从而促进冷凝区域中的冷凝;以及
[00?5]热交换装置；
[0016] 其中，过程流体经过热交换装置将热从过程流体去除以形成冷却的过程流体，并 且冷却的过程流体随后从输送气体吸收热以促进冷凝室中的净化流体的冷凝;并且
[0017] 其中，从过程流体通过热交换装置去除的热被用于促进蒸发区域中的污染流体的 蒸发。
[0018] 在本发明的一些示例性实施方式中，蒸发区域和冷凝区域形成封闭回路，系统进 一步包括循环装置，该循环装置用于在蒸发区域与冷凝区域之间连续地循环输送气体。污 染物出口装置也可设置成从封闭回路回收污染物;可替代地，污染物可简单地再循环进入 污染流体内。过程流体可基本上包括净化流体的一部分或污染流体的一部分。在过程流体 基本上包括净化流体的一部分的情况下，过程流体可被冷却，并且随后被喷射进入冷凝区 域内，并且冷却的过程流体可通过喷射被雾化以形成成核位置(nucleation site)来促进 冷凝。在过程流体基本上包括尚未净化的污染水的情况下，过程流体可被冷却，并且用于随 后从输送气体间接吸收热以促进冷凝室中的净化流体的冷凝，并且然后冷却的(污染的)过 程流体在从输送气体吸收热之后，可返回过程流体容纳装置。
[0019] 根据本发明的第二广泛的方面，提供了一种用于至少部分地净化污染流体以产生 净化流体的方法，该方法包括如下步骤：
[0020] a.使污染流体的一部分经受蒸发环境；
[0021] b.蒸发污染流体的一部分以形成蒸发流体；
[0022] c.从蒸发流体冷凝净化流体；
[0023] d.将处于污染流体或净化流体的一部分的形式的过程流体提供至热交换器；
[0024] e .允许热交换器将热从过程流体去除以形成冷却的过程流体；
[0025] f.使用通过热交换器去除的热以用于污染流体的一部分的蒸发从而形成蒸发流 体；以及
[0026] g.使用冷却的过程流体将热从蒸发流体去除，以促进净化流体的冷凝。
[0027] 在该方法的一些示例性实施方式中，在步骤c.之后的另一步骤可包括保持净化流 体的至少一部分以用于随后提供给热交换器。方法可在步骤b.之后进一步包括将蒸发流体 输送到步骤C.的冷凝发生的区域的步骤;该输送优选地通过输送气体能够进行，在运动到 步骤C.的冷凝发生的区域之前，输送气体允许蒸发流体变为至少部分地饱和。在步骤g .之 后，该输送气体循环回到污染流体的部分优选地被蒸发以形成蒸发流体的区域。在方法的 一些示例性实施方式中，步骤b.可进一步包括通过污染流体的蒸发将污染物从污染流体去 除。
[0028] 在一些示例性方法中，冷却的过程流体源自净化流体，并且步骤g.可进一步包括 将冷却的过程流体喷射进入蒸发流体内。该喷射可包括使冷却的过程流体的雾化，从而形 成成核位置以促进冷凝。
[0029] 在过程流体是污染流体的一部分的情况下，一些示例性方法可在步骤g.之后包括 如下步骤
[0030] 将污染流体部分的至少一部分引入蒸发环境；
[0031] 蒸发污染流体部分的至少一部分以形成蒸发流体的一部分；以及 [0032 ]从蒸发流体的一部分冷凝净化流体。
[0033] 在过程流体是净化流体的一部分的情况下，示例性实施方式可在步骤g.之后进一 步包括保持净化流体部分的步骤。在过程流体是净化流体的一部分的情况下，示例性方法 可在步骤g.之后进一步包括再利用净化流体的部分以用于冷凝另外的净化的流体。
[0034] 在下面给出了本发明的示例性实施方式的详细说明。然而，应理解的是，本发明不 解释为局限于这些实施方式。
【附图说明】
[0035]在示出了本发明的示例性实施方式的附图中：
[0036]图1是示出了使用本发明处理水的示例性热力循环的：!：含湿图（psychrometric chart)；
[0037]图2是根据本发明的示例性系统的示意图；
[0038]图3是根据本发明的不例性系统的不意图；
[0039] 图4是示出了在测试期间收集的冷凝器空气温度和水温数据的图表；
[0040] 图5是示出