用于冷却和/或盐回收的贮池的制作方法
【专利说明】用于冷却和/或盐回收的贮池
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年9月27日提交的美国临时专利申请号61/883，523的优先权和权益，其内容通过引用结合于此。
技术领域
[0003]本发明涉及用于从水溶液冷却和/或回收盐的贮池，包括用于从通过水溶开采产生的盐水(brine)结晶盐(如氯化钾)的贮池。
【背景技术】
[0004]冷却结晶贮池被用于水溶开采业，以提供较可适应的和低能源成本的盐生产方案。使用冷却贮池尤其适合于下述地区，在该地区土地不是限制因素并且天气适宜于冷却(即低环境温度和低降雨量)。此外，冷却贮池不需要大量的投资和维护，从而使之成为一种对于水溶开采业的有吸引力的技术。
[0005]对于钾盐(potash)的水溶开采，使用热盐水将钾盐从地下深处溶解，并且该溶液被栗送到地表用于加工成钾盐产物。对热盐水的处理可以包括在贮池中进行冷却和结晶。所述热盐水在被栗送到贮池的入口中时通常是不饱和的KC1及NaCl，尽管也能存在关于NaCl和KC1两者的饱和的入口盐水情况。所述盐水在它从入口到出口流经所述贮池时，通过多种模式来冷却，所述模式包括从贮池表面的辐射、对流和蒸发损耗、以及到地面的传导损耗。蒸发也将导致所述盐水的浓缩。
[0006]当所述盐水冷却时，氯化钾的溶解度降低直到达到饱和状态，并且随着进一步冷却，氯化钾从所述溶液结晶析出。同时，NaCl浓度保持几乎处于或稍低于饱和水平，并因此不结晶析出。氯化钾晶体落到贮池底部并被定期回收，以用于加工成钾盐产物。
[0007]贮池的构造和所述盐水流入操作参数确定流动模式，该流动模式影响所述冷却贮池的整体性能。通常的冷却贮池包括由堤坝或堰分隔开的一个或多个通道，每个堤坝或堰具有小间隙，所述盐水允许经由所述小间隙而在相邻通道之间流动。本发明者已发现，传统的贮池设计可能导致贮池内不良的流动分布，并且本发明人认为，这种不良的流动分布对热传递和矿物盐(例如KC1)生产的效率具有不利的影响。此外，发明人相信，过去试图改善冷却贮池性能而未处理流动分布，结果导致失败。例如，试图通过简单地增大冷却贮池的表面积以改善冷却，并不一定提高盐的回收。另外，简单地增加通过贮池的盐水的流速，已发现其增加盐的产生，但降低了产率(或生产率)。
[0008]因此，有持续的需要改善用于从盐水冷却和结晶盐的贮池的性能。
【发明内容】
[0009]在一实施方案中，提供一种用于冷却水溶液的贮池。所述贮池包括:并排布置的多个通道，所述通道的每一个由多个侧边所限定；设置在所述通道之一的侧边中的入口，其用于接收所述水溶液；设置在所述通道的另一个的一侧边中的出口，其用于从所述贮池排放所述水溶液；至少一个堤坝，其中，每个所述堤坝将相邻一对所述通道彼此分开、并且限定它所分开的所述通道的每一个中的侧边之一，所述相邻一对通道包括上游通道和下游通道；和至少一个间隙，其中，每个所述间隙形成在所述堤坝之一中，以允许所述水溶液在所述上游通道与所述下游通道之间流动，所述间隙所具有的长度是所述通道的所述侧边的长度的大约10%至大约40%。
[0010]在一个方面中，所述间隙的每一个所具有的长度是所述通道的所述侧边的长度的大约20%至大约40%、或从大约25%至大约35%。
[0011]在另一个方面中，所述间隙的每一个接近所述堤坝之一的端部定位。
[0012]在又一个方面中，所述贮池包括多个所述堤坝和多个所述间隙，并且相邻一对所述堤坝中的间隙位于所述堤坝的相对两端。
[0013]在又一个方面中，所述堤坝大致彼此平行。
[0014]在又一个方面中，所述通道的至少一些具有带一对较长侧边和一对较短侧边的大体矩形形状，并且其中，所述堤坝限定每个所述通道的所述较长侧边的至少一个。
[0015]在又一个方面中，所述入口由入口开口和一对向外发散壁限定，所述一对向外发散壁使所述入口具有扇形。例如，所述入口的所述向外发散壁的每一个可从所述入口开口向外延伸到设置有所述入口的所述通道的较长侧边之一。
[0016]在又一个方面中，设置有所述入口开口的所述通道的所述侧边是所述通道的所述短侧边之一。
[0017]在又一个方面中，所述通道被布置成单行，或所述通道被布置成多行。
[0018]在又一个方面中，所述通道的至少一个是上游通道，并且其中，所述通道的至少一个是下游通道，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纵横比。
[0019]在又一个方面中，所述上游通道具有比所述下游通道低的纵横比(通道宽度对通道深度)，并且可比所述下游通道宽。
[0020]在又一个方面中，所述上游通道比所述下游通道宽，和/或可比所述下游通道深。[0021 ] 在又一个方面中，所述贮池包含多个所述入口，并且所述多个入口可并排布置。
【附图说明】
[0022]现在将参考附图仅以示例方式描述本发明，在附图中:
[0023]图1是根据现有技术的贮池的示意性平面图；
[0024]图2a和图2b示出图1的贮池中的流速场(a)和温度分布(b)；
[0025]图3是根据本发明的实施例的贮池的示意性平面图；
[0026]图4a和图4b示出图3的贮池中的流速场(a)和温度分布(b)；
[0027]图5是根据本发明的另一实施例的贮池的示意性平面图；
[0028]图6是根据本发明的又一实施例的贮池的示意性平面图；
[0029]图7是根据又一实施例的贮池入口的示意性平面图；和
[0030]图8是沿图6的线8-8’的局部纵向截面图。
【具体实施方式】
[0031]以下是用于从通过钾盐水溶开采工艺生产的盐水回收氯化钾的贮池的具体实施例的描述。虽然以下实施例具体涉及钾盐水溶开采，但应领会，这里公开的贮池设计改进可应用在用于从水溶液回收盐的其它工艺中，或用于改善电厂冷却贮池的性能。
[0032]图1示出传统的冷却贮池100，其包括大致相同尺寸的多个通道，包括第一通道112、第二通道114、第三通道116和第四通道118。所述通道大体是矩形形状的，具有两个长侧边和两个短侧边。贮池100的外周由土壁119限定。在以下描述中，所述通道的长度由所述长侧边限定，并且所述通道的宽度由所述短侧边限定。
[0033]该现有技术的冷却贮池100包括位于第一通道112中的入口 120，该入口 120包括壁119中的间隙，其用于接收包括氯化钾和氯化钠的盐水溶液。入口 120可位于第一通道112的短侧边之一中，远离于第二通道114，以防止所述盐水的短回路(short-circuiting)地流经贮池100。贮池100还包括位于第四通道118的短侧边中的出口 122，用于在氯化钾从所述盐水结晶析出以后排出母液。
[0034]贮池100的通道由堤坝124，126和128彼此分开，所述堤坝124，126和128可由泥土构造而成。每个堤坝具有间隙，其用于允许所述盐水从一个通道到下一个通道的流动。所述间隙在图1中被标记为130，132和134。所述间隙位于所述堤坝的端部，并且被布置成使得所述盐水从入口 120到出口 122遵循Z字形或蛇形流动路径。
[0035]冷却贮池100可具有大约150英亩(或600，000平方米)的总面积和大约5英尺的深度。所述盐水可具有大约13(^/1的初始1((:1浓度，并且可按范围从大约3，000至大约12，000美加仑每分钟的流率流经贮池100，而所述盐水的温度从入口 120处的大约80° F减低至出口 122处的大约12° F。
[0036]在传统的冷却贮池中，间隙30，32，34相比于所述堤坝和通道的长度相对较小。该小间隙尺寸在现有技术中被认为是必要的，以防止从一个通道到另一个通道的所述流动的短路。例如，通常的比率可为大约0.04至0.05，即每个间隙的长度为所述通道长度的大约4-5%。然而，结果是，所述盐水在它流经所述间隙时的流速较高。本发明人已经发现，这将导致盐水的流动为“喷射”经过所述间隙和跨越相邻通道的宽度，从而导致紧接每个间隙的下游的大的再循环(recirculat1n)区或“死区”。所述再循环区的位置从图2 (a)的流速场简图和图2(b)的温度分布简图可看出。本发明人还发现，这些再循环区的创生减小了用于冷却的有效表面积，从而导致冷却性能降低。
[0037]转向根据本发明的冷却贮池设计，图3示出贮池10，其具有类似于上文描述的现有技术贮池100的配置。贮池10包括多个通道，即，第一通道12、第二通道14、第三通道16和第四通道18。贮池10的通道12，14，16，18每个都被示出为具有大致矩形构造，带有两个较长侧边和两个较短侧边。贮池10的外周通常由土壁19限定。