[发明专利]正向渗透分离工艺

说明书

相关申请的交叉引用

本申请为2010年10月28日提交的国际（PCT）专利申请 PCT/US2010/054512的国家阶段，本申请要求2009年10月28日提交的 美国临时专利申请61/255,734的优先权，将其公开整体引入本文作为参 考。

技术领域

本发明的一个或多个方面大体涉及渗透分离。更具体地，本发明的 一个或多个方面涉及利用设计的渗透工艺（例如正向渗透）将溶质从水 溶液中分离出来的用途。

背景技术

正向渗透已被用于脱盐。通常，正向渗透脱盐工艺涉及具有被半透 膜分隔开的两个室的容器。一个室包含海水，另一个室包含浓溶液，由 此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 入到浓溶液中，所述膜选择性地允许水通过而不允许盐通过。逐渐地， 进入浓溶液中的水将该溶液稀释。然后将溶质从该稀释的溶液中移除， 以产生适饮水（potablewater）。

发明内容

本发明的数个方面大体上涉及设计的渗透系统和方法，包括正向渗 透分离、直接渗透浓缩、压力辅助正向渗透（pressureassistedforward osmosis）和压力延缓渗透（pressureretardedosmosis）。

根据一种或多种实施方式，正向渗透分离工艺可包括：在半透膜的 第一侧上引入第一溶液；检测所述第一溶液的至少一种特性；基于所检 测的至少一种特性，为包含氨和二氧化碳的浓驱动溶液选择摩尔比；在 所述半透膜的第二侧上引入以所选择的摩尔比包含氨和二氧化碳的所述 浓驱动溶液，以维持穿过所述半透膜所需的渗透浓度梯度；促使所述第 一溶液的至少一部分的流（flow）穿过所述半透膜，以在该半透膜的第 一侧上形成第二溶液，并在该半透膜的第二侧上形成稀驱动溶液；将至 少一部分所述稀驱动溶液引入分离操作装置，以回收驱动溶质和溶剂流 （stream）；将所述驱动溶质再引入所述半透膜的第二侧，以维持所述浓 驱动溶液中所选择的氨对二氧化碳的摩尔比；以及收集所述溶剂流。

在一些实施方式中，所述分离操作装置包括采用吸收器，该吸收器 被设置为使所述驱动溶质凝结到所述浓驱动溶液中。溶剂流、稀驱动溶 液或浓驱动溶液可用作该吸收器中的吸收剂。冷却可与所述吸收器一起 使用。在一些实施方式中，所述工艺可进一步包括采用气体压缩机或蒸 汽喷射器（steameductor）压缩气流（该气流由从所述稀驱动溶液中分离 所述驱动溶质形成），从而促使驱动溶质被再吸收到所述浓驱动溶液中。 所述工艺可进一步包括对第一溶液施加压力，以提高或引起穿过半透膜 进入浓驱动溶液的通量。所述工艺可进一步包括选择包含驱动溶质的浓 驱动溶液，所述驱动溶质的特征在于，能够通过使用催化剂增强所述溶 质从溶液中的除去或向溶液中的引入；所述驱动溶质的特征在于，能够 通过可重复使用的物理因素或化学因素（physicalorchemicalagent）增 强所述溶质从溶液中的除去或向溶液中的引入；或者所述驱动溶质的特 征在于，能够通过电能场、磁能场或环境的其它改变增强所述溶质从溶 液中的除去或向溶液中的引入，如此使所述驱动溶质被分离的倾向增加， 从而增强驱动溶质的除去和再使用。

在一些实施方式中，所述工艺可进一步包括检测所述第一溶液和所 述浓驱动溶液中至少一种的体积变化，以及针对所检测到的变化更改 （modifying）与所述半透膜有关的流道，从而维持所需的流特性。在其 它实施方式中，所述工艺可进一步包括使用催化剂、试剂、可消耗的物 质、可重复使用的物质、电能场或磁能场来增强驱动溶质的除去或吸收。 在其它实施方式中，所述工艺可进一步包括采用机械蒸气再压缩、热蒸 气再压缩、真空蒸馏、气扫式蒸馏（sweepgasdistillation）、渗透蒸发 （pervaporation）和封闭循环热泵中的至少一种来降低工艺能（process energy）。所述工艺可进一步包括采用二氧化碳沉淀所述驱动溶质和采用 氨再吸收沉淀物用于压力延缓渗透。所述工艺可进一步包括向所述第一 溶液引入种浆料（seededslurry）。在至少一种实施方式中，所述工艺可 进一步包括在第一操作过程中，在所述第一溶液中使盐过饱和；以及在 送回所述第一操作使盐再饱和前，在第二操作过程中进行盐的去饱和。