一种从空气中制取水的方法和装置

摘要

本发明属于气体分离技术领域，具体涉及一种从空气中制取水的方法和装置。本发明装置包括：过滤器、升压设备、吸附分离器、膜分离器、控制阀门及其必要的管线，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，真空泵在膜的渗透侧提供-30KPa～-80KPa的真空压力，水蒸气优先透过膜分离器经真空泵出口输出为水蒸气；自真空泵出口排出的水蒸气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

一种从空气中制取水的方法，该方法基于一种从空气中制取水的装置，该装置包括：（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后送入膜分离器，或者该升压设备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；（3）至少一个吸附分离器；吸附分离器内填装有能吸附水蒸气的吸附剂；（4）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、负压侧,原料气侧接鼓风机出口，滞留气侧接吸附分离器入口；当为多组膜分离器时，其原料气侧并联连接升压设备，并分别串联连接吸附分离器入口；渗透侧至少2个渗透出口，一个靠近滞留侧的渗透出口接吸附分离器出口，一个靠近原料气侧的渗透出口接真空泵入口；膜分离材料对待分离的混合气体组分中的水蒸气具有较高的选择性；（5）至少一组用于将膜分离器滞留侧排出的气体送入吸附分离器或排向大气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送入膜分离器渗透侧或排向大气的控制阀门及其必要的管线；（7）至少一个真空泵，用以建立膜分离器两侧跨膜压力比，并为吸附分离器提供解吸动力；（8）至少一组用以调节控制真空泵出口水蒸气循环返回鼓风机入口的控制阀门V101及其必要的管线；其特征在于，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后，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为水蒸气；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，本分离过程是连续进行的；（3）经上述膜分离分离过程，自膜分离器滞留侧排出的贫气仍然含有一定量的水蒸气，经管线上设置的三通阀引导进入吸附分离器，因吸附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三通阀引导排除出系统外部；当吸附剂吸附水蒸气饱和时，通过控制三通阀引导自膜分离器排出的贫气排向系统外，将吸附分离器入口封闭，并通过控制三通阀引导将吸附分离器吸附的水蒸气自膜分离器的一个渗透口对膜分离器进行吹扫，同时，自膜分离器另一个渗透出口经真空泵输出为水蒸气；（4）在极端工况，空气中含湿量较低时，将自真空泵出口的至少一部分水蒸气经管线上设置的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；（5）经上述分离后的自真空泵出口排出的水蒸气采用公知的冷凝技术即可连续、高效的获得饮用水。