專利名稱：海水脫鹽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海水或微咸水脫鹽的方法。
背景技術(shù)：
城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)和工業(yè)對(duì)水的需求越來(lái)越大，而在世界許多地區(qū)水資源匱乏。海水不可用的原因是含有鹽，現(xiàn)有除鹽方法又慢又難且成本昂貴，需要大量能量。世界范圍的能耗正在不斷增加，這些能量是通過(guò)燃燒油、煤氣、木頭和其它有機(jī)物質(zhì)來(lái)生產(chǎn)的，這樣就會(huì)污染環(huán)境。
世界各地的環(huán)境科學(xué)家正在建議減少二氧化碳(CO2)現(xiàn)有的產(chǎn)生量和向大氣的排放量，以保護(hù)環(huán)境免受CO2所造成的溫室效應(yīng)的破壞。許多國(guó)家都以法規(guī)的形式強(qiáng)制降低本國(guó)的CO2的排放量。
因此本發(fā)明確實(shí)非常重要，提供一種實(shí)用的方法，以較低成本來(lái)生產(chǎn)大量脫鹽海水，將來(lái)自燃燒廢氣污染環(huán)境二氧化碳用于處理過(guò)程。盡管有一些其它技術(shù)采用類似的化學(xué)藥品，但目前還沒(méi)有經(jīng)濟(jì)的方法能同時(shí)達(dá)到兩種效果。特別是Ernest Solvay 1865年改進(jìn)的氨蘇打灰方法，是用氨飽和氯化鈉濃縮溶液，和將二氧化碳從中通過(guò)得到蘇打灰。

發(fā)明內(nèi)容
按照包括下述過(guò)程的本發(fā)明可達(dá)到上述和其它目標(biāo)和利益海水脫鹽的化學(xué)過(guò)程和從廢氣中脫除二氧化碳的過(guò)程。鹽分子(NaCl)的Na原子和Cl原子間有很強(qiáng)的內(nèi)結(jié)合力，將分兩步離解。
本發(fā)明第一步中，先計(jì)量催化劑氨NH3并與含約3％要移出鹽的海水混合。氨很容易與水混合形成NH4OH，含有非?；顫姷姆磻?yīng)物分子。它們具有很強(qiáng)的吸力，將海水中鹽分子的Cl原子拉過(guò)來(lái)。這樣就減小了內(nèi)結(jié)合力，使鹽更易受攻擊。
所述過(guò)程的第二步是在一個(gè)位于澄清池上的封閉處理腔內(nèi)進(jìn)行。富含CO2且通常排入空氣而危害環(huán)境的燃燒廢氣將用于此過(guò)程。氣體通過(guò)一側(cè)的入口進(jìn)入并留在腔內(nèi)用于處理過(guò)程。其余氣體自另一側(cè)的出口離開(kāi)。將海水自靠近頂部的若干進(jìn)料口泵入處理腔，并以不會(huì)堵塞的薄霧形式分散。
CO2氣體分子被吸引向鹽的Na原子，進(jìn)一步減弱了霧狀海水中鹽分子的內(nèi)結(jié)合力并使其離解。形成兩種重質(zhì)固體，它們?cè)诔吻宄貎?nèi)沉降并在底流出口移出。
每噸鹽會(huì)有大量脫鹽海水溢流出澄清池，因?yàn)楹Ｋ袃H存在3％的鹽。然后可將該脫鹽海水作為商用水、工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水。該脫鹽海水中還含有一些溶解的氨和浮游生物及其它有機(jī)體，是海洋中其它海洋生物的營(yíng)養(yǎng)物。這些營(yíng)養(yǎng)物還可用作為農(nóng)業(yè)土壤的肥料。或者，需要時(shí)，可通過(guò)強(qiáng)曝氣法或生物處理過(guò)程、或用不堵塞過(guò)濾器將它們從水中移出。將膠體物質(zhì)絮凝并以淤泥或?yàn)V餅形式回收。
鹽離解和二氧化碳脫除過(guò)程的兩種固體是比重為2.53的碳酸鈉Na2CO3和比重為1.53的氯化銨NH4Cl。
兩種固體可通過(guò)水力旋風(fēng)分離器、氣流輸送機(jī)和噴霧法或其它手段進(jìn)行分離。碳酸鈉的市場(chǎng)需求正在增長(zhǎng)且價(jià)格很好。所獲利潤(rùn)可支付整個(gè)過(guò)程的費(fèi)用，而且可能綽綽有余，使海水脫鹽的的費(fèi)用為零。NH4Cl中的銨可通過(guò)用氧化鈣熱處理方法再循環(huán)，或轉(zhuǎn)化為NH3和HCl。
含載體和3％鹽的海水每移出1噸鹽所發(fā)生的鹽離解反應(yīng)的化學(xué)式(或反應(yīng)方程式)是32.3T 1.0T 0.45T 0.38T0.91T 0.91T 32.3T18116 5244 106 106 18符號(hào)T的意思重量噸數(shù)。
最后一行代表方程式中各化合物的分子量。
按本發(fā)明的方法可用一個(gè)包括頂板和圓筒壁的處理腔實(shí)施，其下方是有一個(gè)與帶集存槽的錐形底部相連的圓筒壁的澄清池。帶有若干分散噴霧出口的進(jìn)料管提供與氨混合的海水。進(jìn)氣管將含CO2的燃燒廢氣提供給處理腔。出氣管將其余廢氣移出。
溢流堰和溢流管將已除鹽的海水移出。防濺板和環(huán)形溢流蓋將捕集和飛濺要繼續(xù)除鹽過(guò)程的水。管式輸送機(jī)通過(guò)空氣噴射將底流從集存槽中移出，噴射的空氣與集存槽的物料混合并使其變輕并噴出進(jìn)入分離器，空氣自分離器頂部移出。
具體實(shí)施例方式
按照本發(fā)明，在一或多個(gè)位于澄清池上的前后串聯(lián)或并聯(lián)布置的封閉處理腔內(nèi)，按連續(xù)化學(xué)過(guò)程操作方式，可獲得一種使分子離解并有利于就地減少海水或其它鹽水中鹽的改進(jìn)方法或裝置。
在燃燒氣、油或煤時(shí)，通常會(huì)有富含CO2的燃燒廢氣從發(fā)電裝置、燃燒爐或其它燃燒裝置排出，當(dāng)其到達(dá)高層大氣時(shí)會(huì)有害于環(huán)境。
將廢氣轉(zhuǎn)送到處理腔內(nèi)，CO2用于該處理過(guò)程，使其從廢氣中移出。在海水中按與鹽平衡量加入并混入催化劑氨來(lái)削弱鹽的內(nèi)結(jié)合力，之后將海水泵入處理腔并在靠近頂部的若干點(diǎn)處分散成細(xì)霧狀。細(xì)霧撞擊到一或多個(gè)防濺板上，CO2在該處作為一個(gè)強(qiáng)反應(yīng)試劑，連接到已被消弱的鹽分子上并將鹽分子離解。
由鹽、氨、CO2和水的原子形成兩種重質(zhì)固體并移出，即化合物碳酸鈉和氯化銨。
在下方的澄清池中，脫鹽海水以溢流形式排出澄清池，重質(zhì)固體沉降并作為底流移出，然后可回收。
可按不同方式使用數(shù)個(gè)處理腔。若兩、三或多個(gè)處理腔并聯(lián)布置，則要按比例減小每平方米處理腔面積的海水、鹽、氨和CO2流量，并提高海水脫鹽量。
另一個(gè)實(shí)例是，若三個(gè)類似處理腔前后串聯(lián)布置，廢氣從第一處理腔流到第二處理腔再流到第三處理腔，然后殘余廢氣自此排出，混合氨的海水可泵入第二處理腔，并在其中進(jìn)行處理。
但若處理后的海水仍含大量鹽，則檢測(cè)氨是否足量并泵入第一處理腔進(jìn)行深度處理，以滿足脫鹽要求。
需要時(shí)，可將少部分泵入的混合海水轉(zhuǎn)移并噴入到第三處理腔進(jìn)行深度處理，以將余留的CO2氣體脫除。
本發(fā)明方法主要用于鹽含量較為一致的海水。海水中約含3％(重)鹽，但該百分比將根據(jù)位置而變動(dòng)。在海灣和峽灣地區(qū)，可收集大體積的新鮮水，而鹽的百分比則小。在熱帶地區(qū)和淺水地區(qū)，鹽含量較高，但通常不超過(guò)4％(重)。
相對(duì)鈉鹽，海水中存在很少比例的鎂、鈣和鉀，大部分生物細(xì)胞中需要這些金屬，所述方法可移出一部分這些金屬。
海水中還含有浮游生物和其它微生物，它們是海洋中其它海洋生物的重要營(yíng)養(yǎng)物。
當(dāng)脫鹽海水用于干旱或半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)，這些微生物還可起肥料作用，在人口和取水量增加的地區(qū)脫鹽海水已成為一種極有價(jià)值的資源，如加利福尼亞、香港和中東地區(qū)。阿拉伯國(guó)家有很多油氣被燃燒，燃燒所產(chǎn)生的CO2可在本方法中捕集并移出，避免污染大氣。氣體可用作發(fā)電廠的燃料。
由此產(chǎn)生的廢氣可轉(zhuǎn)換，將有害環(huán)境的CO2移出并大量用于本發(fā)明的海水脫鹽過(guò)程，然后在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用來(lái)肥沃土地。目前氨可以低成本大量生產(chǎn)，因此不需要循環(huán)或計(jì)算成本效率。應(yīng)理解的一點(diǎn)是，在本發(fā)明中，可用其它非海水的鹽水來(lái)代替，所用的最高鹽濃度為22％，以避免堵塞并提供一個(gè)安全的過(guò)程。本發(fā)明已公開(kāi)了某些優(yōu)選實(shí)施方案的情況，應(yīng)理解的一點(diǎn)是，本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員顯見(jiàn)的各種改進(jìn)和變動(dòng)將包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種海水或微咸水脫鹽的方法，包括將氨(NH3)混入所述水中，形成一個(gè)能與所述水中存在的NaCl鹽分子反應(yīng)并減弱所述NaCl鹽分子結(jié)合力的有效量氫氧化銨NH4OH；將所述水在靠近封閉處理腔頂部處以細(xì)霧狀噴入；將噴入的水置于有效量的CO2燃燒廢氣中，其中CO2與所述結(jié)合力減弱的鹽分子反應(yīng)并形成碳酸鈉(Na2CO3)和氯化銨(NH4Cl)固體，在所述處理腔下方的沉降池中移出，固體沉降后通過(guò)底流管移出，脫鹽海水作為溢流從澄清池排出。
2.按權(quán)利要求1的方法，其中所述處理腔裝有防濺板來(lái)捕集和飛濺用于繼續(xù)脫鹽過(guò)程的水。
3.按權(quán)利要求1的方法，其中所述水的最高鹽濃度為22％，以避免處理過(guò)程中發(fā)生堵塞現(xiàn)象。
4.按權(quán)利要求1的方法，其中所述過(guò)程在兩或多個(gè)前后串聯(lián)或并聯(lián)的處理腔內(nèi)操作，以最大化脫除鹽。
全文摘要
本發(fā)明涉及海水和微咸水脫鹽過(guò)程和從來(lái)自燃燒裝置的廢氣中脫除二氧化碳的過(guò)程。富含CO
文檔編號(hào)B01J19/00GK1455757SQ00819996
公開(kāi)日2003年11月12日 申請(qǐng)日期2000年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月16日
發(fā)明者保羅·龍韋德 申請(qǐng)人:保羅·龍韋德