用于冷卻和/或鹽回收的貯池的制作方法
【專利說明】用于冷卻和/或鹽回收的貯池
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年9月27日提交的美國臨時(shí)專利申請?zhí)?1/883，523的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及用于從水溶液冷卻和/或回收鹽的貯池，包括用于從通過水溶開采產(chǎn)生的鹽水(brine)結(jié)晶鹽(如氯化鉀)的貯池。
【背景技術(shù)】
[0004]冷卻結(jié)晶貯池被用于水溶開采業(yè)，以提供較可適應(yīng)的和低能源成本的鹽生產(chǎn)方案。使用冷卻貯池尤其適合于下述地區(qū)，在該地區(qū)土地不是限制因素并且天氣適宜于冷卻(即低環(huán)境溫度和低降雨量)。此外，冷卻貯池不需要大量的投資和維護(hù)，從而使之成為一種對于水溶開采業(yè)的有吸引力的技術(shù)。
[0005]對于鉀鹽(potash)的水溶開采，使用熱鹽水將鉀鹽從地下深處溶解，并且該溶液被栗送到地表用于加工成鉀鹽產(chǎn)物。對熱鹽水的處理可以包括在貯池中進(jìn)行冷卻和結(jié)晶。所述熱鹽水在被栗送到貯池的入口中時(shí)通常是不飽和的KC1及NaCl，盡管也能存在關(guān)于NaCl和KC1兩者的飽和的入口鹽水情況。所述鹽水在它從入口到出口流經(jīng)所述貯池時(shí)，通過多種模式來冷卻，所述模式包括從貯池表面的輻射、對流和蒸發(fā)損耗、以及到地面的傳導(dǎo)損耗。蒸發(fā)也將導(dǎo)致所述鹽水的濃縮。
[0006]當(dāng)所述鹽水冷卻時(shí)，氯化鉀的溶解度降低直到達(dá)到飽和狀態(tài)，并且隨著進(jìn)一步冷卻，氯化鉀從所述溶液結(jié)晶析出。同時(shí)，NaCl濃度保持幾乎處于或稍低于飽和水平，并因此不結(jié)晶析出。氯化鉀晶體落到貯池底部并被定期回收，以用于加工成鉀鹽產(chǎn)物。
[0007]貯池的構(gòu)造和所述鹽水流入操作參數(shù)確定流動模式，該流動模式影響所述冷卻貯池的整體性能。通常的冷卻貯池包括由堤壩或堰分隔開的一個(gè)或多個(gè)通道，每個(gè)堤壩或堰具有小間隙，所述鹽水允許經(jīng)由所述小間隙而在相鄰?fù)ǖ乐g流動。本發(fā)明者已發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的貯池設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致貯池內(nèi)不良的流動分布，并且本發(fā)明人認(rèn)為，這種不良的流動分布對熱傳遞和礦物鹽(例如KC1)生產(chǎn)的效率具有不利的影響。此外，發(fā)明人相信，過去試圖改善冷卻貯池性能而未處理流動分布，結(jié)果導(dǎo)致失敗。例如，試圖通過簡單地增大冷卻貯池的表面積以改善冷卻，并不一定提高鹽的回收。另外，簡單地增加通過貯池的鹽水的流速，已發(fā)現(xiàn)其增加鹽的產(chǎn)生，但降低了產(chǎn)率(或生產(chǎn)率)。
[0008]因此，有持續(xù)的需要改善用于從鹽水冷卻和結(jié)晶鹽的貯池的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在一實(shí)施方案中，提供一種用于冷卻水溶液的貯池。所述貯池包括:并排布置的多個(gè)通道，所述通道的每一個(gè)由多個(gè)側(cè)邊所限定；設(shè)置在所述通道之一的側(cè)邊中的入口，其用于接收所述水溶液；設(shè)置在所述通道的另一個(gè)的一側(cè)邊中的出口，其用于從所述貯池排放所述水溶液；至少一個(gè)堤壩，其中，每個(gè)所述堤壩將相鄰一對所述通道彼此分開、并且限定它所分開的所述通道的每一個(gè)中的側(cè)邊之一，所述相鄰一對通道包括上游通道和下游通道；和至少一個(gè)間隙，其中，每個(gè)所述間隙形成在所述堤壩之一中，以允許所述水溶液在所述上游通道與所述下游通道之間流動，所述間隙所具有的長度是所述通道的所述側(cè)邊的長度的大約10%至大約40%。
[0010]在一個(gè)方面中，所述間隙的每一個(gè)所具有的長度是所述通道的所述側(cè)邊的長度的大約20%至大約40%、或從大約25%至大約35%。
[0011]在另一個(gè)方面中，所述間隙的每一個(gè)接近所述堤壩之一的端部定位。
[0012]在又一個(gè)方面中，所述貯池包括多個(gè)所述堤壩和多個(gè)所述間隙，并且相鄰一對所述堤壩中的間隙位于所述堤壩的相對兩端。
[0013]在又一個(gè)方面中，所述堤壩大致彼此平行。
[0014]在又一個(gè)方面中，所述通道的至少一些具有帶一對較長側(cè)邊和一對較短側(cè)邊的大體矩形形狀，并且其中，所述堤壩限定每個(gè)所述通道的所述較長側(cè)邊的至少一個(gè)。
[0015]在又一個(gè)方面中，所述入口由入口開口和一對向外發(fā)散壁限定，所述一對向外發(fā)散壁使所述入口具有扇形。例如，所述入口的所述向外發(fā)散壁的每一個(gè)可從所述入口開口向外延伸到設(shè)置有所述入口的所述通道的較長側(cè)邊之一。
[0016]在又一個(gè)方面中，設(shè)置有所述入口開口的所述通道的所述側(cè)邊是所述通道的所述短側(cè)邊之一。
[0017]在又一個(gè)方面中，所述通道被布置成單行，或所述通道被布置成多行。
[0018]在又一個(gè)方面中，所述通道的至少一個(gè)是上游通道，并且其中，所述通道的至少一個(gè)是下游通道，其中所述上游通道接近所述入口定位，并且所述下游通道接近所述出口定位；并且其中，所述上游通道具有不同于所述下游通道的縱橫比。
[0019]在又一個(gè)方面中，所述上游通道具有比所述下游通道低的縱橫比(通道寬度對通道深度)，并且可比所述下游通道寬。
[0020]在又一個(gè)方面中，所述上游通道比所述下游通道寬，和/或可比所述下游通道深。[0021 ] 在又一個(gè)方面中，所述貯池包含多個(gè)所述入口，并且所述多個(gè)入口可并排布置。
【附圖說明】
[0022]現(xiàn)在將參考附圖僅以示例方式描述本發(fā)明，在附圖中:
[0023]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的貯池的示意性平面圖；
[0024]圖2a和圖2b示出圖1的貯池中的流速場(a)和溫度分布(b)；
[0025]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的貯池的示意性平面圖；
[0026]圖4a和圖4b示出圖3的貯池中的流速場(a)和溫度分布(b)；
[0027]圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的貯池的示意性平面圖；
[0028]圖6是根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的貯池的示意性平面圖；
[0029]圖7是根據(jù)又一實(shí)施例的貯池入口的示意性平面圖；和
[0030]圖8是沿圖6的線8-8’的局部縱向截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下是用于從通過鉀鹽水溶開采工藝生產(chǎn)的鹽水回收氯化鉀的貯池的具體實(shí)施例的描述。雖然以下實(shí)施例具體涉及鉀鹽水溶開采，但應(yīng)領(lǐng)會，這里公開的貯池設(shè)計(jì)改進(jìn)可應(yīng)用在用于從水溶液回收鹽的其它工藝中，或用于改善電廠冷卻貯池的性能。
[0032]圖1示出傳統(tǒng)的冷卻貯池100，其包括大致相同尺寸的多個(gè)通道，包括第一通道112、第二通道114、第三通道116和第四通道118。所述通道大體是矩形形狀的，具有兩個(gè)長側(cè)邊和兩個(gè)短側(cè)邊。貯池100的外周由土壁119限定。在以下描述中，所述通道的長度由所述長側(cè)邊限定，并且所述通道的寬度由所述短側(cè)邊限定。
[0033]該現(xiàn)有技術(shù)的冷卻貯池100包括位于第一通道112中的入口 120，該入口 120包括壁119中的間隙，其用于接收包括氯化鉀和氯化鈉的鹽水溶液。入口 120可位于第一通道112的短側(cè)邊之一中，遠(yuǎn)離于第二通道114，以防止所述鹽水的短回路(short-circuiting)地流經(jīng)貯池100。貯池100還包括位于第四通道118的短側(cè)邊中的出口 122，用于在氯化鉀從所述鹽水結(jié)晶析出以后排出母液。
[0034]貯池100的通道由堤壩124，126和128彼此分開，所述堤壩124，126和128可由泥土構(gòu)造而成。每個(gè)堤壩具有間隙，其用于允許所述鹽水從一個(gè)通道到下一個(gè)通道的流動。所述間隙在圖1中被標(biāo)記為130，132和134。所述間隙位于所述堤壩的端部，并且被布置成使得所述鹽水從入口 120到出口 122遵循Z字形或蛇形流動路徑。
[0035]冷卻貯池100可具有大約150英畝(或600，000平方米)的總面積和大約5英尺的深度。所述鹽水可具有大約13(^/1的初始1((:1濃度，并且可按范圍從大約3，000至大約12，000美加侖每分鐘的流率流經(jīng)貯池100，而所述鹽水的溫度從入口 120處的大約80° F減低至出口 122處的大約12° F。
[0036]在傳統(tǒng)的冷卻貯池中，間隙30，32，34相比于所述堤壩和通道的長度相對較小。該小間隙尺寸在現(xiàn)有技術(shù)中被認(rèn)為是必要的，以防止從一個(gè)通道到另一個(gè)通道的所述流動的短路。例如，通常的比率可為大約0.04至0.05，即每個(gè)間隙的長度為所述通道長度的大約4-5%。然而，結(jié)果是，所述鹽水在它流經(jīng)所述間隙時(shí)的流速較高。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這將導(dǎo)致鹽水的流動為“噴射”經(jīng)過所述間隙和跨越相鄰?fù)ǖ赖膶挾?，從而?dǎo)致緊接每個(gè)間隙的下游的大的再循環(huán)(recirculat1n)區(qū)或“死區(qū)”。所述再循環(huán)區(qū)的位置從圖2 (a)的流速場簡圖和圖2(b)的溫度分布簡圖可看出。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，這些再循環(huán)區(qū)的創(chuàng)生減小了用于冷卻的有效表面積，從而導(dǎo)致冷卻性能降低。
[0037]轉(zhuǎn)向根據(jù)本發(fā)明的冷卻貯池設(shè)計(jì)，圖3示出貯池10，其具有類似于上文描述的現(xiàn)有技術(shù)貯池100的配置。貯池10包括多個(gè)通道，即，第一通道12、第二通道14、第三通道16和第四通道18。貯池10的通道12，14，16，18每個(gè)都被示出為具有大致矩形構(gòu)造，帶有兩個(gè)較長側(cè)邊和兩個(gè)較短側(cè)邊。貯池10的外周通常由土壁19限定。