一种自空气中制取液态水的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于气体分离技术领域，具体为一种自空气中制取液态水的方法与装置。本发明专利技术装置包括：过滤器、升压设备、膜分离器、吸附分离器、真空泵、一些控制阀门及必要的管线，以及可将真空泵出口的水蒸气冷凝、净化等设备。含湿原料空气首先进入过滤器，经过滤后，经升压设备进入膜分离器与吸附分离器；真空泵在膜的渗透侧提供-30KPa～-80KPa的真空压力，水蒸汽优先透过膜分离器经真空泵出口输出为水蒸汽；自真空泵出口排出的水蒸汽采用冷凝技术即可连续、高效的获得饮用水。本发明专利技术对比单纯以膜分离方法或单纯以吸附分离方法，或直接采用压缩、冷凝等常规方法，效率更高，并且分离过程可连续进行。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于气体分离
，具体为一种自空气中制取液态水的方法与装置。本专利技术装置包括：过滤器、升压设备、膜分离器、吸附分离器、真空泵、一些控制阀门及必要的管线，以及可将真空泵出口的水蒸气冷凝、净化等设备。含湿原料空气首先进入过滤器，经过滤后，经升压设备进入膜分离器与吸附分离器；真空泵在膜的渗透侧提供-30KPa～-80KPa的真空压力，水蒸汽优先透过膜分离器经真空泵出口输出为水蒸汽；自真空泵出口排出的水蒸汽采用冷凝技术即可连续、高效的获得饮用水。本专利技术对比单纯以膜分离方法或单纯以吸附分离方法，或直接采用压缩、冷凝等常规方法，效率更高，并且分离过程可连续进行。【专利说明】一种自空气中制取液态水的方法及装置
本专利技术属于气体分离
，具体涉及一种自空气中分离水蒸气的方法与装置，尤其涉及一种从空气中制取液态水的方法和装置。
技术介绍
由于人类大规模开采及环境破坏以及由此带来的气候异常，加上我国水资源时间和空间分布极不均匀，以及水体污染的加剧，使得地表水资源严重匮乏，尤其是在一些干旱、沙漠地区、西部缺水区域或在一些岛屿、沿海潮湿但缺少淡水的地区，野外科考、边境兵站、高山雷达站等特种作业模式、环境下，淡水供应非常困难，在这些地区，其获得水的主要方式是依靠少量的降雨蓄积或者基地补给，不方便、不稳定或者费用高，这些，已成为制约这些地区经济社会发展的瓶颈问题。目前解决局部地区淡水短缺问题方法主要有:(I)异地送水、机动补给，(2)依赖地表水源采用净化、海水淡化等方法取得饮用水，但不管哪种方法，因为都基于地表水源为基础，都不能从根本上很好的解决上述特定区域、特定应用环境下的淡水水源的问题: (1)异地送水、机动补给不仅受制于运输条件，还有高昂的运输成本； (2)依赖地表水源采用净化方法回用，不仅受制于地表水源的有无、有无不可净化的毒素，还有高昂的净化处理费用，比如高山雷达站，只能依赖蓄水再净化取得饮用水，看天喝水，还将承担高昂的费用，比如海水淡化，尽管被视为人类未来主要水源之一，工程上也有大规模的应用，但其制水成本也难以接受，而且还受制于用水区域地理位置的影响，使得该技术无法在上述广阔干旱、沙漠地区、西部缺水区域以及野外科考、边境兵站、高山雷达站等特种作业模式、环境下应用。事实上,大气本身就是一个巨大的淡水库,空气中水蒸气清洁且可再生,在没有地表水源的情形下，空气可成为我们获取淡水的重要水源，例如，即使撒哈拉沙漠，其全年平均相对湿度也有20?30%左右，夜晚的空气中的湿度则更大，将空气中的水蒸气分离出来并转化为液态水，即可供生活或工作在上述特定区域、特定环境下的人们使用。中国专利CN1131359C描述了一种“吸附式空气取水装置”，其主要由吸附床、冷凝器、净水系统和储水器等构成，并采用了特定的吸附剂以强化取水效果，采用了特定的吸附床、冷凝器结构包括加热器增强了吸附剂的传热与冷凝器的换热以及利用废热或自然能以增强取水效率，实现了一日可多次循环自空气取水的过程，但该方案因仅采用吸附分离技术，并且吸附和解吸单独运行，取水过程不连续，此外，解吸过程仅采用了加热的措施为水蒸汽解吸提供能量，能量消耗大，效率不高，尤其在低湿度干旱地区采用该方案难以高效的制取水并且因为取水的不连续限制了其应用。中国专利CN 101851946 B描述了一种“利用分离膜富集空气水蒸气的制水方法和装置”，包括空气主制水装置与空气辅制水装置，该空气主制水装置包括主制水空气预处理装置、膜除湿组件、吹扫气减压阀、除湿空气预冷器、除湿空气膨胀机、吹扫气预冷器、主制水器以及水箱，该空气辅制水装置包括辅制水空气引风机、辅制水空气滤清器以及辅制水器，并通过特定的工艺连接保证了连续制水，克服吸附法富集水蒸气制水的技术缺点，利用分离膜富集空气中的水蒸气，再通过对富集气体降温从而制造液体水的方法，但是，因该方法仅采用膜分离技术分离从大气中很低水蒸汽分压的混合气体中分离出该水蒸气，效率不高，为了提高制水量与制水效率，对膜分离器的渗透侧提供了吹扫气的形式以增强膜分离过程，但因仍然基于较高压力(典型的，采用压缩机将空气升压至4?15bar的压力)下进行的正压式膜分离过程，能耗高并且系统复杂而限制了其应用，典型的，升压至7bar压力的压缩机的压力比达(7+1) /1=8倍，能耗很大，尤其在低湿度干旱地区采用该方案难以高效的制取水。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服单纯以吸附法或膜分离方法自空气中富集水蒸气制水的技术缺点，提供一种可高效的、连续的从含湿空气中分离水蒸气制取液态水的方法及装置。本专利技术提供的从含湿空气中分离水蒸气制取液态水的方法及其装置，有别于现有技术的简单膜分离过程或吸附分离过程，通过将膜分离技术与吸附分离技术有机结合，形成一种全新的耦合分离方法，是一种针对空气中较低分压水蒸气进行分离的工艺方法。本专利技术提供的从含湿空气中分离水蒸气制取液态水的装置，如附图1、2所示，它至少包括: (1)优选但非必要的至少一个过滤器AFOl； (2)至少一个升压设备AB01，设置在膜分离器之前，用以将原料气升压到一定的压力送入膜分离器与/或吸附分离器；升压设备也可放置在膜分离器之后，用以排除自膜分离器排出的滞留气；典型的，可采用鼓风机； (3)至少一组膜分离器M01，该膜分离器中的膜分离材料至少分成两侧，一侧为正压侧，一侧为负压侧，正压侧也即膜分离器的原料气侧，也称为高压侧、滞留气侧，负压侧也即膜分离器的渗透气侧，也称为低压侧；原料气侧接升压设备ABOl (鼓风机)出口，滞留气侧排向大气；当为多组膜分离器时，其原料气侧可并联连接升压设备，并分别排向大气；膜分离器渗透侧至少2个，一个靠近原料气侧的渗透出口接吸附分离器出口，一个靠近滞留气侧的渗透出口接真空泵入口 ；该膜分离器的膜分离材料对待分离的混合气体组分(空气组分与水蒸气)中的水蒸气具有较高的选择性； (4)至少一组吸附分离器，并联连接膜分离器入口，其出口接膜分离器渗透气侧；吸附分离器内填装有能吸附水蒸气的吸附剂(分子筛); (5)至少一组用于将原料空气送入膜分离器原料气侧及吸附分离器入口的控制阀门及其必要的管线； (6)至少一组用于将吸附分离器排出的气体经膜分离器渗透侧排向真空泵入口的控制阀门及其必要的管线； (7)至少一个真空泵AB02，用以建立膜分离器两侧跨膜压力比，并可为吸附分离器提供解吸动力； (8)优选但非必要的至少一组用以调节控制真空泵出口水蒸气循环返回升压设备ABOl入口的控制阀门VlOl及其必要的管线。如公知技术，系统还需包含必要的控制组件，以使的系统动力设备能够运行，控制阀门能够按照要求进行切换等。如公知技术，系统还包括可将真空泵出口的水蒸气冷凝、净化等设备。基于上述从含湿空气中分离水蒸气制取液态水的装置，可高效的、连续的从空气中分离出其中较低分压的水蒸气、制取液态水。根据图1，具体操作步骤如下: (1)含湿原料空气首先进入过滤器AF01，气体经过过滤器AFOl过滤掉灰尘等杂质，然后经升压设备ABOl升压至IOOpa?15Kpa，该升压主要用以克服膜分离器MOl及其吸附分离器AOl等的流程阻力，提供足额的分离气量，为膜分离器提供气体的升压设备还可安装在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自空气中制取液态水的装置，其特征在于，包括：（1）至少一个过滤器；（2）至少一个升压设备，设置在膜分离器之前，用以将原料气升压到一定的压力送入膜分离器与/或吸附分离器；或者设置在膜分离器之后，用以排除自膜分离器排出的滞留气；（3）至少一组膜分离器，该膜分离器中的膜分离材料至少分成两侧，一侧为正压侧，一侧为负压侧，正压侧也称为原料气侧、高压侧、滞留气侧，负压侧也称为渗透气侧、低压侧；原料气侧接升压设备出口，滞留气侧排向大气；当为多组膜分离器时，其原料气侧并联连接升压设备，并分别排向大气；膜分离器渗透侧至少2个，一个靠近原料气侧的渗透出口接吸附分离器出口，一个靠近滞留气侧的渗透出口接真空泵入口；该膜分离器的膜分离材料对待分离的混合气体组分中的水蒸汽具有较高的选择性；（4）至少一组吸附分离器，并联连接膜分离器入口，其出口接膜分离器渗透气侧；吸附分离器内填装有能吸附水蒸汽的吸附剂；（5）至少一个真空泵，用以建立膜分离器两侧跨膜压力比，并可为吸附分离器提供解吸动力；（6）至少一组用于将原料空气送入膜分离器原料气侧及吸附分离器入口的控制阀门及其必要的管线；（7）至少一组用于将吸附分离器排出的气体经膜分离器渗透侧排向真空泵入口的控制阀门及必要的管线；（8）至少一组用以调节控制真空泵出口水蒸汽循环返回升压设备入口的控制阀门及其必要的管线。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宗蓬，罗二平，申广浩，王晨，贾吉来，谢东红，俞晓峰，
申请(专利权)人：上海穗杉实业有限公司，
类型：发明
国别省市：