本发明专利技术涉及增加重化学品工厂的第一过程的第一水溶液中的第一无机化合物的浓度的方法，所述方法包括（ａ）以第一浓度和在第一水蒸汽压力下将含有所述第一化合物的所述第一溶液提供至渗透膜蒸馏装置，所述装置包括疏水的、可渗透气体和水蒸汽的膜，所述膜将（ｉ）用于接收所述第一溶液的第一室与（ｉｉ）用于接收具有低于所述第一水蒸汽压力的第二水蒸汽压力的接收器供料水溶液的第二室隔开；（ｂ）将所述接收器供料水溶液供应至所述第二室以促进水蒸汽通过所述膜从所述第一室传递至所述第二室，并产生（ｉ）具有大于所述第一浓度的所述第一化合物的第二浓度的所得第一溶液，和（ｉｉ）稀释的接收器供料水溶液；（ｃ）收集所述的所得第一溶液。所述装置和方法在为电解卤碱生产工厂提供减少的资金和降低的操作再浓缩和稀释成本方面具有重要价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及利用渗透膜蒸馏对重化学品液体，尤其是来自于电解 池的废碱金属卤化物溶液，更尤其是来自于制备氢氧化钠和氯气的废 氯化钠溶液进行回收和浓縮的设备和方法。
技术介绍
在制备氯气和氢氧化物的过程中，将几乎饱和的NaCl盐水溶液 供应至其中施加直流电的电解池，在阳极生成氯气的同时在阴极水被 电化学地还原成氢气和氢氧根离子。通常阳极和阴极被微孔隔膜或全 氟的阳离子交换膜，如商标名为Nafion , Flemion ,或Aciplex 的那些隔开。 一些氯碱工厂可能仍然利用老式的汞-基方法，其中在 电极之间没有隔膜，并且阴极的反应是形成钠汞齐。所有的氯碱工厂要求纯化过的盐水供料，在膜工厂的情形中，盐 水必须是超纯的，其中导致金属含量的总硬度规定为低于30ppb。 粗NaCl盐水通常由固体NaCl和水在盐水饱和器中制备。然后经过 一个或两个步骤的纯化以除去硬度金属，如Ca和Mg，以及其它的 金属和非金属杂质。对于膜电解池工厂，通常使用化学沉淀方法和离 子交换方法来纯化NaCl盐水。盐水的制备和处理阶段通常是指氯碱 工厂的盐水处理阶段，其能占总的工厂成本的10-15%。关于氯碱盐 水制备和纯化的详细描述见于，例如Industrial Inorganic Chemical and Products-An Ullmann，s Encyclopedia, vol. 2, Wiley-VCH, Weinheim, 1999， pp. 1123-1255中关于氯的章节。供料盐水的典型浓度是305±10 g/L，并且在膜电解池电解的过程中，NaCl浓度被消耗了约1/3，即为190±10g/L。电解后的盐水被称为废盐水、淡盐水(Weak Brine)或回流盐水(Return Brine)。废盐水首先被脱氯，然后通常作为制备粗供料盐水的组成成分之一被返至盐水饱和器。应该理解的是当在膜工厂时，废盐水很纯，即超纯， 将其循环至盐水饱和器主要是为了使它再浓縮至初始的浓度，即305±10g/L。如果发现一种方便且经济的方法将废盐水再浓縮至供料盐水的 浓度，则可以大大降低盐水处理部分的规模及成本。并且也随之减少 在盐水处理中的化学品如NaOH， Na2COjD IX树脂再生化学品的消 耗。使用传统的蒸发作为再浓縮废盐水的装置不利地被认为是极其昂 贵的，因为在典型的氯碱工厂中，没有额外可利用的热能，如蒸汽。 另外，由于盐水的腐蚀性，蒸发器需要利用贵重的冶金。 因此，需要改进将废盐水再浓縮为供料盐水的方法。 在渗透膜蒸馏(Osmotic Membrane Distillation) (OMD)中水蒸汽通 过膜传递的机理是基于分子扩散，或者在较小的膜孔中时，是基于混 合的分子扩散和诺森扩散。在任何一种情形中，传递速率与水蒸汽与 膜之间的距离、膜的孔隙率、膜厚的倒数和曲折因子成比例。合适的 膜材料包括例如微孔的氟聚合物PTFE、 FEP、 PFA、 PVDF等，聚烯 烃，如PP、 PE，和聚砜等。也可以使用微孔的无机材料，包括碳和 玻璃，前提是它们已经或者通过(i)与任一种上述的聚合物混合，或者 通过(ii)表面处理，例如用有机硅氧烷而被疏水化。或者，也可以使 用由聚合物制成的薄的无孔膜，特征在于高自由体积，使得它可以渗 透气体和水蒸汽。所述聚合物的实例是聚(l-三甲基甲硅烷基-l-丙 炔)(PTMSP)或2，2-双三氟甲基-4，5-二氟-1，3-间二氧杂环戊烯/四氟乙 烯共聚物(Teflon AF 2400)作为可渗透水蒸汽的膜。无孔膜保证了即 使在较低通量(归一化为膜面积的水蒸汽传递速率)下，也不会有水蒸 汽的混合。OMD技术的描述详见于P. A. Hogan等的论文中，ANew Option: Osmotic Distillation, Chemical Engineering Progress, July 1998，在此弓I 入本文作为参考。至今，OMD在工业上己经很少使用，而几乎专门 用于食品加工水蒸汽例如果汁、发酵肉汤或药物中间体的浓縮。在所 述应用中，希望通过限制OMD过程的操作温度为基本常温的水平而 避免供料组分例如香味组分的热降解。接收器溶液或水槽通常是 CaCl2、 MgCl2、 NaCl、磷酸氢钾或焦磷酸钾的浓縮溶液。也可以使用 低蒸气压的可与水混溶的有机溶剂，如乙二醇。在许多情形中，废的， 即稀释的接收器溶液在外部蒸发器中再浓縮至初始的浓度。因此，对 于整个过程需要热能的净输入。在上述提及的，对于普通使用卤化物 -基接收器的情形，蒸发器需要由贵重的防腐蚀的合金制成。渗透膜蒸馏(OMD)的现象至今已专门在可热降解的食物或制药 产品的浓縮中应用，所述食物或产品为果汁、牛奶、咖啡、酶、维生 素等等。前述的产品通常不能通过传统的热蒸发浓縮而不破坏它们的 风味和治疗性能。于1988年11月1日授权于Lefebvre, Michel S, M.的U.S.专利 4，781，837公开了用于浓縮果汁或蔬菜汁、牛奶、乳清的OMD方法， 所述方法为使上述食物通过疏水的微孔阻挡层与高度浓縮的接收器 盐溶液，如NaCl或MgS04接触。USP 4，781，837也公开了其中废接 收器溶液本身被再浓縮的方法，如通过反渗透(RO)和再循环至OMD 阶段。该引用的方法的温度为40'C。 USP 4,781,837也公开了一种通 过OMD和RO的结合从海水中萃取适用饮用的水的构想。于1992年3月24日授权于Lefebvre, Michel S. M.的U.S.专利 5,098,566公开了特别适用于OMD过程的具有最佳厚度和孔隙率的 疏水微孔膜。USP 5,098,566专门教导了膜蒸馏(MD)和OMD之间的 区别，前项技术不是等温的，并通常在明显的温度梯度，即大约50 C下通过疏水微孔膜进行。于1995年1月17日授权于Deblay的U.S.专利5,382,365大致类 似，并例举了使OMD浓縮液体药物中间体或葡萄汁以及固体食物产 品(苹果块)的例子。优选的脱水剂(接收器溶液，也称为接收剂)是浓 縮的CaCl2溶液。尤其描述了接收器溶液的再生和再循环。于1998年10月20日授权于Machaels等的U.S.专利5，824，223 公开了利用多种氧-磷盐(oxy-phosphorus salts)作为应用于OMD的非卤化物接收剂。提出的化合物具有的优点是高度可溶，无毒且不腐蚀。 于1999年8月17日授权于Michaels A.N.的U.S.专利5,938,928公开了用于浓縮果汁和饮料的OMD方法，其利用了由疏水微孔亚麻层和薄的无孔亲水膜组成的层合膜。所述层合物结构在防止OMD膜润湿方面非常有效。于2002年5月7日授权于Hying等的U.S.专利6，383，386公开了在膜反应器以及在用于果汁的OMD浓縮中涂布有疏水剂的陶瓷微孔膜。授权于Bowser, John J.的2001年10月9日的U.S.专利6，299，777 Bl和2003年5月27日的U.S.专利6,569,341 B2描述了利用无孔疏 水膜的OMD方法，所述膜由高自由体积的全氟聚合物，如全氟-2，2-二甲基-l，3-二唑制成。USP 6,299,777本文档来自技高网...
【技术保护点】
通过渗透膜蒸馏增加由重化学品工厂的第一过程提供的具有第一水蒸汽压力的第一水溶液中的第一无机化合物的浓度的设备，所述设备包括渗透膜蒸馏装置，该装置包括： （ｉ）疏水的、可渗透气体和水蒸汽的膜； （ｉｉ）用于接收所述第一溶液的第一室 ；和 （ｉｉｉ）用于接收具有低于所述第一水蒸汽压力的第二水蒸汽压力的接收器供料水溶液并通过所述膜装置与所述第一室隔开的第二室；将所述第一溶液供应至所述第一室的装置，和 将所述接收器供料水溶液供应至所述第二室的装置，以促进水蒸汽通 过所述膜从所述第一室传递至所述第二室，并产生： （ｉ）具有大于所述第一浓度的所述第一化合物的第二浓度的所得第一溶液；和 （ｉｉ）稀释的接收器供料水溶液； 用于收集所述的所得第一溶液的装置；和 用于收集所述的稀释的接收 器供料水溶液的装置。
【技术特征摘要】
CA 2004-6-4 2,469,7691.通过渗透膜蒸馏增加由重化学品工厂的第一过程提供的具有第一水蒸汽压力的第一水溶液中的第一无机化合物的浓度的设备，所述设备包括渗透膜蒸馏装置，该装置包括(i)疏水的、可渗透气体和水蒸汽的膜；(ii)用于接收所述第一溶液的第一室；和(iii)用于接收具有低于所述第一水蒸汽压力的第二水蒸汽压力的接收器供料水溶液并通过所述膜装置与所述第一室隔开的第二室；将所述第一溶液供应至所述第一室的装置，和将所述接收器供料水溶液供应至所述第二室的装置，以促进水蒸汽通过所述膜从所述第一室传递至所述第二室，并产生(i)具有大于所述第一浓度的所述第一化合物的第二浓度的所得第一溶液；和(ii)稀释的接收器供料水溶液；用于收集所述的所得第一溶液的装置；和用于收集所述的稀释的接收器供料水溶液的装置。2. 如权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：兹比格涅夫特瓦尔多夫斯基，托马斯S德拉克特，德米特里别萨拉博夫，彼得E费蒂斯索夫，
申请(专利权)人：阿克科瓦尔内尔加拿大公司，
类型：发明
国别省市：CA[]
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