一种自空气中制取液态水的方法及装置

摘要

本发明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。

主权项

一种自空气中制取液态水的方法，该方法所采用的装置，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侧的渗透出口接真空泵入口；（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；（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气循环返回升压设备入口的控制阀门及其必要的管线；所用膜分离材料，其空气组分与水蒸气的分离系数达50～5000；所用吸附剂，其静态水吸附量达重量百分比75%～175%（w/w）；所述吸附分离器为单个、两个、三个，或更多；其特征在于该方法具体步骤为：（1）含湿原料空气首先进入过滤器，气体经过过滤器过滤掉杂质，然后经升压设备升压至100pa～15Kpa；（2）经步骤（1）处理后的含湿空气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，在膜的两侧形成30KPa～80KPa的跨膜压差，在该压差吸引下，水蒸气优先透过膜分离器经真空泵出口输出；同时，因膜分离器至少从渗透侧排出了一部分水蒸气，而在膜分离器的滞留侧将排出含水蒸气较少的贫气，故本分离过程是连续进行的；同时，经管线上设置的第一阀门（QDV101A）引导进入吸附分离器后的含湿空气，因分离器内填装有能吸附水蒸气的吸附剂，水蒸气将被吸附剂吸附，含湿量更少的贫气经管线上设置的第二阀门（QDV102A）引导排除出系统外部，少量贫气引入膜分离器的渗透侧作为吹扫气以增强膜分离过程；当吸附剂吸附水蒸气饱和时，通过控制第一阀门（QDV101A）将吸附分离器入口封闭，并通过控制第二阀门（QDV102A）引导将吸附分离器吸附的水蒸气自膜分离器的第二渗透侧出口（A2‑2）对膜分离器进行吹扫，同时自第一渗透侧出口（A2‑1）经真空泵输出为水蒸气；第二阀门（QDV102A）可同时控制自吸附分离器抽出的水蒸气进入膜分离器的渗透侧；并且，经真空泵的真空吸引，吸附分离器吸附了水蒸气的吸附剂而获得再生，再生后的吸附分离器可继续接收经第一阀门（QDV101A）引导进入吸附分离器吸附，如此循环往复，耦合的分离系统的分离过程是连续进行的；（3）在极端工况地区，空气中含湿量低时，将自真空泵出口的至少一部分水蒸气经调节阀循环返回至升压设备之前，与进入膜分离器的含湿原料空气混合后进入膜分离器；经上述步骤连续、高效的分离原料空气中的水蒸气；（4）经上述分离后的自真空泵出口排出的水蒸气采用常规公知的冷凝技术即可连续、高效的获得饮用水。