專利名稱：用于海水脫鹽的系統(tǒng)及方法
用于海水脫鹽的系統(tǒng)及方法本發(fā)明涉及一種包括海水脫鹽單元和海水基煙氣脫硫單元的海水脫鹽系統(tǒng)，以及，涉及一種通過將海水脫鹽單元與海水基煙氣脫硫單元互連使海水脫鹽的方法。從DE 3105550A1中得知一種用于淡水和工廠用水的多級凈化方法。DE2943468C2披露了將脫鹽設(shè)備的廢水用于煙氣脫硫。DE 19815207C1描述了一種用于從尾氣中分離二氧化硫的方法以及用于實現(xiàn)上述方法的設(shè)備。眾所周知，影響脫鹽處理的主要問題之一是結(jié)垢的形成降低了設(shè)備性能。在多級閃急(MSF)脫鹽處理中以及在多效脫鹽(MED)處理中，都存在結(jié)垢形成的問題。研究了許多方法來防止或減少脫鹽設(shè)備中的結(jié)垢形成，而且，這些方法中有一部分方法解決了此問題。最普遍的方法，大部分加熱脫鹽單元中目前所應(yīng)用的方法，周知為“閾處理(極限處理)”，并且，這種方法基于妨礙結(jié)晶過程的防垢添加劑。添加劑可以在脫鹽單元的補充(make-up)過程中給藥，或者在鹽水再循環(huán)流中給藥。添加劑的劑量率通常關(guān)于補充流，并且范圍在L 5ppm至3ppm之間，取決于最高鹽水溫度以及鹽水濃度比。然而，加入添加劑使該處理花費昂貴。所以，本發(fā)明的目的是，提高脫鹽處理的總體性能，同時減少添加劑的量。就用于海水脫鹽的系統(tǒng)而言，由具有權(quán)利要求1前序中所指定特征的系統(tǒng)解決了本發(fā)明的目的，特征在于:使脫鹽單元的鹽水泄放出口與脫硫單元的海水入口處于流體連通；和/或，使脫硫單元的海水排放出口與脫鹽單元的補充水入口處于流體連通；和/或，使脫鹽單元的海水排放出口與脫硫單元的海水入口處于流體連通。根據(jù)本發(fā)明的又一教導(dǎo)，經(jīng)由管道、管材或任何其它導(dǎo)管，使脫鹽單元的鹽水泄放出口與脫硫單元的海水入口直接連接。根據(jù)另一優(yōu)選實施 例，經(jīng)由管道、管材或任何其它導(dǎo)管，使脫硫單元的海水排放出口與脫鹽單元的補充水入口直接連接。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的另一有利教導(dǎo)，經(jīng)由管道、管材或任何其它導(dǎo)管，使脫鹽單元的海水排放出口與脫硫單元的海水入口直接連接。根據(jù)本發(fā)明的又一教導(dǎo)，本系統(tǒng)進一步包括發(fā)電廠(power plant)?？衫冒l(fā)電廠的廢熱用蒸汽將其供給脫鹽單元的鹽水加熱器。根據(jù)另一優(yōu)選實施例，脫鹽單元是多級閃急蒸餾單元、多效蒸餾單元、蒸汽壓縮蒸懼單元、或者其任意組合。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的另一有利教導(dǎo)，脫硫單元包括組合在單個容器中的吸收器和曝氣器。關(guān)于用于海水脫鹽的方法，由具有權(quán)利要求8前序中所指定特征的方法解決了本發(fā)明的目的，包括下述步驟:在脫鹽單元的鹽水泄放出口與脫硫單元的海水入口之間設(shè)置流體連通；以及，在煙氣脫硫單元中再利用從脫鹽單元排放的鹽水；和/或，在脫硫單元的海水排放出口與脫鹽單元的補充水入口之間設(shè)置流體連通；以及，在脫鹽單元中再利用從煙氣脫硫單元排放的海水；和/或，在脫鹽單元的海水排放出口與脫硫單元的海水入口之間設(shè)置流體連通；以及，在煙氣脫硫單元中再利用從脫鹽單元排放的海水。
根據(jù)本發(fā)明的又一教導(dǎo)，本方法進一步包括下述步驟:經(jīng)由管道、管材或任何其它導(dǎo)管，在脫鹽單元的鹽水泄放出口與脫硫單元的海水入口之間設(shè)置直接連接。根據(jù)另一優(yōu)選實施例，本方法進一步包括下述步驟:經(jīng)由管道、管材或任何其它導(dǎo)管，在脫硫單元的海水排放出口與脫鹽單元的補充水入口之間設(shè)置直接連接。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的另一有利教導(dǎo)，本方法進一步包括下述步驟，經(jīng)由管道、管材或任何其它導(dǎo)管，在脫鹽單元的海水排放出口與脫硫單元的海水入口之間設(shè)置直接連接。本發(fā)明基于使脫鹽處理與煙氣脫硫(FGD)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的構(gòu)想，以便降低作為補充供至蒸餾器的海水的堿性，并因此減少添加劑消耗和污泥形成，并且改善傳熱系數(shù)。在本申請中，術(shù)語海水描述含有溶解鹽的水。這種水不必一定來自大?；蚝Ｑ蟆?由于許多脫鹽單元在硫含量高的重燃油或燃氣或其它燃料狀態(tài)下操作，放出的煙氣不得不經(jīng)過脫硫，以便滿足法令限制。然而，本發(fā)明使用脫硫單元不僅用于其本來目的以凈化煙氣，而且巧妙地將脫鹽單元與脫硫單元連接。本發(fā)明的主要目的尤其是提高現(xiàn)有防結(jié)垢方法的性能，減少添加劑消耗以及傳熱面上和/或破沫網(wǎng)墊中的污泥形成。本發(fā)明覆蓋但并不局限于全部現(xiàn)有多級閃急(MSF)脫鹽單元、錯流或長管設(shè)計、單層、雙層或多層式。本發(fā)明的應(yīng)用也覆蓋現(xiàn)有多效脫鹽(MED脫鹽)設(shè)備、以及新設(shè)備(多級閃急(MSF)和多效脫鹽(MED)類型)，在這些設(shè)備中應(yīng)用時會表現(xiàn)出大量不同的附加益處。即使煙氣的含硫量很好地低于實際環(huán)境法令規(guī)章要求，應(yīng)用本發(fā)明也可以因節(jié)約添加劑的效果而使有關(guān)投資的決策更加容易。為了提供對本發(fā)明的更好理解，在描述根據(jù)本發(fā)明的關(guān)聯(lián)處理之前，單獨描述煙氣脫硫處理以及脫鹽處理。A)煙氣脫硫處理眾所周知的是關(guān)于煙氣脫硫(FGD)有許多不同的可用技術(shù)。關(guān)于煙氣脫硫的一個概念是海水基煙氣脫硫處(SWFGD)。由于海水是可用來吸收SO2的天然堿性介質(zhì)這一事實，對于位置靠近海水脫鹽設(shè)備的那些系統(tǒng)，通常是位于海洋環(huán)境中的那些系統(tǒng)而言，海水基煙氣脫硫處理是最好的選擇之一。在海水基煙氣脫硫處理處理中，在水中吸收SO2,以及，在加入氧氣時，SO2反應(yīng)以形成硫酸根離子SO42-和游離H+，如反應(yīng)[I]中所示。S02+H20+l/2.02 — S042>2.H+ [I]然后，由海水中的碳酸根抵消多余的H+，促使碳酸根平衡，以釋放CO2氣體，參見反應(yīng)[2]。HCO3IH+ — H2CHCO2 [2]如果在含低O2的環(huán)境中發(fā)生SO2吸收，取代反應(yīng)[I]，如根據(jù)下列反應(yīng)[3]，通過形成亞硫酸根離子SO/—進行吸收。S02+H20 — SO廣+2.H+ [3]然后，在提供強制曝氣的獨立容器中，可以發(fā)生硫酸根離子S042_的形成:SO32-+1/2.02 — SO廣 [4]B)脫鹽處理本領(lǐng)域已知許多不同的蒸發(fā)脫鹽處理尤其是多級閃急(MSF)、多效脫鹽(MED)、蒸汽壓縮、以及與蒸汽壓縮組合的多效脫鹽(MED)。所有上述處理都可以應(yīng)用于本發(fā)明。蒸發(fā)脫鹽處理基于下述事實，當海水達到與其沸點對應(yīng)的溫度并且如果供給額外熱量時，海水將開始產(chǎn)生純蒸汽；收集這種蒸汽的冷凝液作為脫鹽產(chǎn)物。在工業(yè)設(shè)備中，蒸發(fā)脫鹽處理接受來自外源的蒸汽形式的能量，并且使這種蒸汽的冷凝液返回至外源。利用由外部蒸汽的冷凝所釋放的熱量，得到海水的蒸發(fā)并且產(chǎn)生蒸餾液。蒸發(fā)脫鹽設(shè)備可以包括一個或多個海水蒸發(fā)室，這些海水蒸發(fā)室處于不同的蒸發(fā)溫度及壓力，以使處理的能量消耗最小化。蒸發(fā)脫鹽設(shè)備的特征在于下述事實，設(shè)置濃縮海水(鹽水)的泄放和新鮮海水補充流，以便維持設(shè)備內(nèi)水量相同，并且控制鹽水濃度，以避免結(jié)垢形成以及鹽沉積。C)關(guān)聯(lián)的脫鹽/煙氣脫硫處理根據(jù)本發(fā)明的第一方面，脫鹽單元的海水排放出口與脫硫單元的海水入口處于流體連通。從脫鹽處理排放的海水能經(jīng)濟地再利用于煙氣脫硫(FGD)處理。海水再利用的主要優(yōu)點是，降低了用于海水進給和機械設(shè)備(泵、電動機、管路、以及閥門)的土建成本、節(jié)省了用于海水泵站的能源消耗、以及更低的安裝維護成本。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，脫鹽單元的鹽水泄放出口與脫硫單元的海水入口處于流體連通。這種方法在SO2吸收效率方面具有非常有趣的優(yōu)點，尤其是煙氣中的SO2濃度較低以及煙氣脫硫(FGD)單元要求較低水流用于吸收處理時。這種關(guān)聯(lián)方法的主要優(yōu)點是，由于鹽水泄放流的更高堿性而提高了煙氣脫硫(FGD)系統(tǒng)的效率、以及節(jié)省了安裝和運行成本。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，脫硫單元的海水排放出口與脫鹽單元的補充水入口處于流體連通。由于在蒸發(fā)脫鹽處理中表現(xiàn)出較高益處，這種關(guān)聯(lián)方法是一種非常有意義的關(guān)聯(lián)方法。事實上，在通過煙氣脫硫(FGD)系統(tǒng)之后，海水的堿性遠低于天然海水堿性，并因此使脫鹽設(shè)備中的結(jié)垢問題最小化。這種關(guān)聯(lián)方法的主要優(yōu)點是:用于脫鹽設(shè)備的添加劑消耗更低，由于傳熱面上污垢減少而導(dǎo)致更高的脫`鹽效率，減少了酸洗停產(chǎn)(用以去除結(jié)垢)，以及降低了運行維護成本。在脫鹽設(shè)備中，當加熱海水超過75°C時，如根據(jù)下列反應(yīng)[5]，溶解的碳酸氫鈣分解成碳酸鈣和二氧化碳。Ca (HCO3) 2 — CaC03+H20+C02 [5]由于碳酸鈣是不可溶性鹽這一事實，碳酸鈣在傳熱管上產(chǎn)生結(jié)垢。再升高海水溫度，如根據(jù)下列反應(yīng)[6]，還使溶解的碳酸鎂分解成氫氧化鎂和二氧化碳。MgC03+H20 — Mg (OH) 2+C02 [6]氫氧化鎂也是不可溶的，并且在傳熱面上產(chǎn)生結(jié)垢。通常，通過注入適當?shù)目菇Y(jié)垢產(chǎn)品來避免CaCO3和Mg(OH)2的沉積，這些抗結(jié)垢產(chǎn)品妨礙結(jié)晶過程，并且，取決于上述添加劑的分解溫度，允許多級閃急(MSF)脫鹽設(shè)備在高達90°C (低溫添加劑)或者高達112°C_115°C (高溫添加劑)的溫度下運行。具有低溫添加劑(LTA)或高溫添加劑(HTA)的處理也周知為閾處理。添加劑的與補充流有關(guān)的最佳用量范圍在1.5ppm至3ppm之間，并且取決于所使用的添加劑、鹽水濃度和PH值、海水堿性、以及最高鹽水溫度?？紤]到關(guān)聯(lián)脫鹽單元與煙氣脫硫(FGD)單元的新構(gòu)想，SO2的吸收產(chǎn)生硫酸H2S04。由于硫酸強于碳酸的事實，硫酸會與溶解在海水中的碳酸鹽及碳酸氫鹽反應(yīng)，如根據(jù)下列反應(yīng)形成碳酸(H2CO3)。
Ca (HCO3) 2+H2S04 — CaS04+2.H2CO3 [7]MgC03+H2S04 — MgS04+H2C03 [8]由于平衡所致，如下列反應(yīng)[9]中所示，可以容易地從處理中除去碳酸，而0)2溶解在水中。
權(quán)利要求
1.一種用于海水脫鹽的系統(tǒng)，包括海水脫鹽單元和海水基煙氣脫硫單元， 其特征在于: -所述脫鹽單元的鹽水泄放出口(19)與所述脫硫單元的海水入口(23)處于流體連通；和/或 -所述脫硫單元的海水排放出口(25)與所述脫鹽單元的補充水入口(8)處于流體連通；和/或 -所述脫鹽單元的海水排放出口(9)與所述脫硫單元的海水入口(23)處于流體連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)， 其特征在于: 經(jīng)由管道、管材或任何其它導(dǎo)管，使所述脫鹽單元的所述鹽水泄放出口(19)與所述脫硫單元的所述海水入口(23)直接連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)， 其特征在于: 經(jīng)由管道、管材或任何其它導(dǎo)管，使所述脫硫單元的所述海水排放出口(25)與所述脫鹽單元的補充水入口(8)直接連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中任一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)， 其特征在于: 經(jīng)由管道、管材或任何其它導(dǎo)管，使所述脫鹽單元的所述海水排放出口(9)與所述脫硫單元的所述海水入口(23)直接連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)， 其特征在于: 所述系統(tǒng)進一步包括發(fā)電廠。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求5中任一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)， 其特征在于: 所述脫鹽單元是多級閃急蒸餾單元、多效蒸餾單元、蒸汽壓縮蒸餾單元、或者其任意組口 ο
7.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求6中任一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)， 其特征在于: 所述脫硫單元包括組合在單個容器(28)中的吸收器和曝氣器。
8.一種通過將海水脫鹽單元與海水基煙氣脫硫單元互連使海水脫鹽的方法， 包括下述步驟: -在所述脫鹽單元的鹽水泄放出口(19)與所述脫硫單元的海水入口(23)之間設(shè)置流體連通；以及 -在所述煙氣脫硫單元中，再利用從所述脫鹽單元排放的鹽水；和/或-在所述脫硫單元的海水排放出口(25)與所述脫鹽單元的補充水入口(8)之間設(shè)置流體連通；以及 -在所述脫鹽單元中，再利用從所述煙氣脫硫單元排放的海水；和/或-在所述脫鹽單元的海水排放出口(9)與所述脫硫單元的海水入口(23)之間設(shè)置流體連通；以及-在所述煙氣脫硫單元中，再利用從所述脫鹽單元排放的海水。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進一步包括下述步驟:經(jīng)由管道、管材或任何其它導(dǎo)管，在所述脫鹽單元的所述鹽水泄放出口(19)與所述脫硫單元的所述海水入口(23)之間設(shè)置直接連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括下述步驟:經(jīng)由管道、管材或任何其它導(dǎo)管，在所述脫硫單元的所述海水排放出口(25)與所述脫鹽單元的所述補充水入口(8)之間設(shè)置直接連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至權(quán)利要求10中任一項權(quán)利要求所述的方法，進一步包括下述步驟:經(jīng)由管道、管材或任何其它導(dǎo)管，在所述脫鹽單元的所述海水排放出口(9)與所述脫硫單元的所述海水入口(23) 之間設(shè)置直接連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種包括海水脫鹽單元和海水基煙氣脫硫單元的海水脫鹽系統(tǒng)和方法，以及一種通過將海水脫鹽單元與海水基煙氣脫硫單元互連使海水脫鹽的方法。為了在降低添加劑量的同時提高脫鹽處理的總體性能，提出使脫鹽單元的鹽水泄放出口(19)與脫硫單元的海水入口(23)處于流體連通，和/或，使脫硫單元的海水排放出口(25)與脫鹽單元的補充水入口(8)處于流體連通，和/或，使脫鹽單元的海水排放出口(9)與脫硫單元的海水入口(23)處于流體連通。
文檔編號C02F1/04GK103097300SQ201180041429
公開日2013年5月8日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者穆赫辛·穆薩維, 克萊門斯·沃爾特斯 申請人:巴布科克·博西格·施泰因米勒有限公司