用于水回收的方法和系统的利记博彩app
【专利说明】用于水回收的方法和系统
[0001]相关申请
[0002]本申请从以下的美国临时专利申请获得优先权:
[0003]由 Aharon Eyal 于 2012 年5 月 21 日提交并且题为 “METHODS AND SYSTEMSFORffATERRECOVERY^ 的 US 61/649，728 ；
[0004]由 Aharon Eyal 于 2013 年 I 月 22 日提交并且题为 “METHODS AND SYSTEMSFORffATERRECOVERY^ 的 US 61/754，980 ;和
[0005]由 Aharon Eyal 于 2013 年4 月 24 日提交并且题为 “METHODS 和 SYSTEMSFORffATERRECOVERY^的US 61/815，283 ;其中的每个通过引用全部被并入本文。
[0006]发明领域和背景
[0007]本发明在水处理领域中。
[0008]水，如多种其他自然资源一样，以有限量存在于地球上。地球上多于95%的水作为含有致使其不适用于多种目的的盐浓度的微咸水或海水存在。
[0009]据估计，多于三分之二的剩下的非盐水作为冰、主要是极地冰冠和冰川存在。
[0010]这意味着地球上少于I %的水可用作淡水。
[0011]这小部分的淡水必须不仅维持生活，而且维持工业。虽然对食用水的需求随着世界人口而增加，由人直接消耗的水(即饮用水)和由人间接消耗的水(例如，洗浴、洗衣部、卫生设备中)构成世界上总水消耗的相对小的百分比。
[0012]世界上总水消耗的大部分是工业过程，包括用作冷却介质。
[0013]例如，加拿大国家能源局(TheNat1nal Energy Board of Canada) (2006)估计使用约2桶至4.5桶淡水生产I桶合成原油。计划用于生产合成原油的总水消耗达到5亿2900万立方米/年。来自合成原油生产的废水是碱性的且含盐的。
[0014]用于从页岩生产天然气和其他石油化学品的诱发性水力压裂(inducedhydraulic fracturing) (A.K.A.压裂(fracking))也消耗大量的水。据估计，20%至多于70%的压裂用水作为回流水或作为采出水被回收。
[0015]仅在宾夕法尼亚州，在2011年由天然气工业计划通过压裂和必要处理产生的高TDS(总溶解固体)废水的量将达到73亿加仑每年。压裂用水中的盐的水平可以是海水中的六倍多。
[0016]发明概述
[0017]本发明的广泛方面涉及从含有亲水性的、或水溶性的污染物的水流中分离可用水。在本发明的某些示例性实施方案中，该流是来自工业过程的流出物并且可用水被充分纯化以被再用于相同的工业过程。
[0018]本发明的某些实施方案的一个方面涉及双向溶剂(b1-direct1nal solvent)和废水流之间接触以回收可用水。
[0019]本发明的某些实施方案的另一个方面涉及在所述双向溶剂和所述废水流之间的所述接触之后回收并且再使用双向溶剂以及在处理废水流中再使用回收的溶剂。
[0020]本发明的某些实施方案的另一个方面涉及将膜分离整合至净水工艺内和/或整合至溶剂再循环工艺内。
[0021]如在本说明书和所附权利要求中使用的术语“双向溶剂”指示在水中溶解至少2%且少于50% (W/W)并且在相同的温度下水在其中溶解至少10%且少于50% (W/W)的有机溶剂和/或胺或两种或更多种这类溶剂的混合物。
[0022]双向溶剂的实例包括但不限于3个至6个碳的醇和/或3个至6个碳的酮和/或3个至6个碳的酯和/或3个至6个碳的有机酸以及胺类。在某些实施方案中，双向溶剂包括丁醇。在某些实施方案中，丁醇在双向溶剂的混合物中是主要活性组分。在某些实施方案中，丁醇充当唯一的活性双向溶剂。可选择地或此外，在某些实施方案中，提供一种或更多种双向溶剂作为提取剂。任选地，提取剂包含不是双向溶剂的组分。根据实施方案，提取剂包含水。
[0023]在本发明的某些示例性实施方案中，接触在第一温度(T1)下发生并且然后进行调节至第二温度(T2)。在本发明的某些示例性实施方案中,T1XT2。在本发明的其他示例性实施方案中，T2XTp在本发明的某些示例性实施方案中，!\在双向溶剂和水的临界温度的20°C、25°C、30°C、35°C或 40°C之内。
[0024]如在本说明书和所附权利要求中使用的术语“溶剂-水临界溶解温度”或“溶剂-水临界温度”或“临界溶解温度”或“临界温度”每个都指示特定的溶剂和水在不存在第三组分下彼此完全能混溶的点。在本发明的某些示例性实施方案中，溶剂-水临界溶解温度低于临界溶解温度。在本发明的其他示例性实施方案中，溶剂-水临界溶解温度高于临界溶解温度。
[0025]本发明的某些实施方案的另一个方面涉及在不发生污染物的固化(例如，沉淀和/或结晶化)的情况下从污染的废水流中回收可用水。
[0026]根据本发明的多种示例性实施方案，待处理的水流包含一种或更多种亲水性溶质并且任选地包含一种或更多种原油相关的疏水性溶质。
[0027]根据本发明的多种示例性实施方案，术语“疏水性溶质”指示具有大于3的C:0原子比的有机化合物。
[0028]本发明的某些实施方案的一个方面涉及处理含有亲水性溶质和疏水性溶质两者的废水流。在本发明的某些示例性实施方案中，疏水性溶质是原油相关的。
[0029]如在本说明书和所附权利要求中使用的术语“废水流”可以指示包括来自工业过程的流出物的流。在某些实施方案中，废水流包括混合一种或更多种其他流(例如，补给水)的来自工业过程的流出物。在某些实施方案中，补给水包括微咸水或海水。
[0030]如在本说明书和所附权利要求中使用的术语“原油相关的”指示存在于原油中的材料(例如，未精制的石油)、在原油的精制或原油的化学转化期间产生的材料、存在于采出气(produced gas)中的材料、在采出气的精制或采出气的化学转化期间产生的材料。根据本发明的多种示例性实施方案，术语原油包括化石油、热解产物和/或植物油(例如，棕榈油工厂流出物-POME)。在某些实施方案中，原油相关的疏水性溶质以10PPM、25PPM、50PPM、100PPM、200PPM、300PPM、400PPM或500PPM或中间的浓度或更高的浓度存在于废水流中。
[0031 ] 如在本说明书和所附权利要求中使用的术语“蒸馏”和“蒸发”可交换地使用。
[0032]如在本说明书和所附权利要求中使用的术语“水贫化的”和“水富集的”分别意指与接触之前的含量相比，在量或通量方面(而不是在浓度方面)含有更少的水和更多的水。
[0033]在本发明的某些示例性实施方案中，提供了包括以下的方法:(a)使包含一种或更多种亲水性溶质和一种或更多种原油相关的疏水性溶质的废水流的至少一部分与包含双向溶剂的提取剂在溶剂-水临界温度的40°C内的第一温度(T1)下第一接触以形成水贫化的第一水溶液和水富集的第一有机相；(b)将第一有机相的温度调节至第二温度(T2)，以形成第二有机相和第二水溶液，其中(T2-T1)的绝对值是至少20 ; (c)使一种或更多种原油相关的疏水性溶质的至少一部分从第二有机相分离；和(d)使双向溶剂从第二有机相再循环至第一接触。在某些实施方案中，方法包括从第二水溶液分离水以形成浓缩的水溶液和分离的水。可选择地或此外，在某些实施方案中分离水包括使第二水溶液与膜接触以形成渗透物和渗余物，并且其中渗余物包含浓缩的水溶液。可选择地或此外，在某些实施方案中，膜是反渗透膜。可选择地或此外，在某些实施方案中，将渗余物分离成浓缩的水溶液和第三有机相。可选择地或此外，在某些实施方案中，方法包括使第三有机相的至少一部分再循环至第一接触。可选择地或此外，在某些实施方案中，渗透物包含废水流中的水的至少60%。可选择地或此外，在某些实施方案中，废水流包含以多价与单价的比率Rl的至少一种多价离子和至少一种单价离子，第一水溶液包含以多价与单价的比率R2的至少一种多价离子和至少一种单价离子，并且其中R2>R1。可选择地或此外，在某些实施方案中，方法包括使第一有机相和第二有机相中的至少一种的至少一小部分与疏水性溶剂接触，其中疏水性溶剂中的C:0比率是双向溶剂中的C:0比率的至少2倍。可选择地或此外，在某些实施方案中，一种或更多种原油相关的疏水性溶质包括由以下组成的组中的至少一个成员:环烷酸、包含至少5个碳的其他有机酸、1，4-二氧六环、丙酮、溴仿、二苯并(a，h)蒽、吡啶、酚和油。可选择地或此外，在某些实施方案中，方法包括使双向溶剂从第二水溶液分离并且使分离的溶剂再循环至第一接触。可选择地或此外，在某些实施方案中，第二有机相包含废水流中的一种或更多种原油相关的疏水性溶质的至少85%。可选择地或此外，在某些实施方案中，水贫化的第一水溶液包含废水流中的一种或更多种亲水性溶质的至少80%。可选择地或此外，在某些实施方案中，方法包括使来自废水流的水的至少50%再循环至产生废水流的工业过程。可选择地或此外，在某些实施方案中，废水流通过选自由以下组成的组的工业过程产生:诱发性水力压裂(压裂)、从油砂的原油生产、冷却塔、石油工业加工、提高原油采收率(EOR)、蒸汽辅助重力泄油(SAGD)、热解过程和植物油生产。可选择地或此外，在某些实施方案中，方法包括通过选自由采收原油和加工原油组成的组的工业过程产生废水流。可选择地或此外，在某些实施方案中，方法包括通过使原油与第二水溶液和分离的水中的至少一种接触来产生废水流。可选择地或此外，在某些实施方案中，双向溶剂包括具有3个至6个碳原子的一种或更多种有机分子。可选择地或此外，在某些实施方案中，有机分子包括由醇类、酮类、酯类和有机酸组成的组中的一个或更多个成员。可选择地或此外，在某些实施方案中，双向溶剂是丁醇。可选择地或此外，在某些实施方案中，双向溶剂是苯酚。可选择地或此外，在某些实施方案中，双向溶剂具有O V和200 0C之间的范围内的溶剂-水临界温度。可选择地或此外，在某些实施方案中，双向溶剂包括一种或更多种胺。可选择地或此外，在某些实施方案中，一种或更多种胺包括由以下组成的组中的一个或更多个成员:二乙胺、三乙胺、1-甲基哌啶、4-甲基哌啶、二异丙胺、N，N-二乙基甲胺、二甲基异丙胺、乙基异丙胺、甲基乙基异丙胺、甲基乙基正丙胺、二甲基仲丁胺、二甲基叔丁胺、二甲基异丁胺、二甲基正丁胺、甲基二乙胺、二甲基烯丙胺、二甲基正丙胺、二异丙胺、二正丙胺、二烯丙胺、N-甲基正戊胺、N-乙基正丁胺、N-乙基仲丁胺、N-乙基叔丁胺、N-乙基正丙胺、N-乙基异丙胺、N-甲基正丁胺、N-甲基仲丁胺、N-甲基异丁胺、N-甲基叔丁胺、1，1-二甲基丙基二甲基胺和1-甲基丁基二甲基胺。可选择地或此外，在某些实施方案中，水贫化的第一水溶液中的一种或更多种亲水性溶质与一种或更多种原油相关的疏水性溶质的比率是废水流中的所述比率的至少十倍。可选择地或此外，在某些实施方案中，恰在第一接触之前，提取剂中的一种或更多种原油相关的疏水性溶质中的至少一种的浓度是废水流中的一种或更多种原油相关的疏水性溶质中的至少一种的浓度的至少三倍。可选择地或此外，在某些实施方案中，使一种或更多种原油相关的疏水性溶质的至少一部分从第二有机相分离包括蒸发。可选择地或此外，在某些实施方案中，方法包括以逆流模式进行第一接触。可选择地或此外，在某些实施方案中，在第一接触时双向溶剂的量和废水流中水的量之间的比率在2:1和20:1之间的范围内。可选择地或此外，在某些实施方案中，在第一接触时双向溶剂的量和废水流中水的量之间的比率< 10:1。可选择地或此外，在某些实施方案中，一种或更多种原油相关的疏水性溶质包括一种或更多种酚。可选择地或此外，在某些实施方案中，一种或更多种原油相关的疏水性溶质包括一种或更多种油。可选择地或此外，在某些实施方案中，废水流包括来自至少两种来源的水流。可选择地或此外，在某些实