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专利助力海水淡化

文章来源: 王者葡京报/王者葡京官网
发布时间: 2019/3/14 10:26:00

  调查数据显示,在我国11个沿海省所辖的52个沿海城市中,极度缺水的有18个,重度缺水10个,中度缺水9个,轻度缺水9个。而海水淡化是解决沿海地区淡水缺乏的战略选择和根本措施,具有光明的前景。


  由于海水淡化具有十分巨大的商业价值,众多的国内外企业和大学很早就进入到该领域,并进行了大量的专利布局。笔者通过incopat检索后发现,截止到2018年9月18日,关于海水淡化的全球发明专利近1.4万件,专利申请人分布在超过30个国家和地区。在本文中,笔者将从专利角度对海水淡化技术的发展脉络进行分析,以期为相关企业提供参考。


  国外研发 企业步步为营


  海水淡化技术繁多,国外的技术人员已经研发出多级闪蒸、低温多效蒸馏、反渗透技术等20多种工艺。以反渗透技术为例,1960年美国陶氏化学公司一件公开号为US19600057055A的专利申请采用反渗透技术将海水中的盐分过滤掉从而形成淡水。以色列的索雷科(Sorek)公司也是通过反渗透技术进行海水淡化。作为全球最大、最先进的海水淡化企业,索雷科公司是在工程学方面对海水淡化技术做了一定的改进,其使用直径16英寸而不是8英寸的压力管,其海水淡化装置与其他大型海水反渗透设施有很大区别,其所需的硬件的数量仅为传统淡化厂的1/4,同时还配备有高效泵和能量回收设备,提高效率并节省成本。


  韩国斗山重工业集团是一家专门从事海水淡化和废水处理业务的世界级公司,其专利布局涉及反渗透、低温多效蒸馏、多级闪蒸等主要工艺技术。该公司不仅在制备工艺上创新,还有多件专利涉及海水淡化装置的信息管理、工作顺序管理、膜污指数的测量和系统管理装置,可见该公司除了重视制备工艺外,还较为注重海水淡化装置相关信息的评估和管理。


  日本日立集团也是海水淡化领域的重点企业,其在海水淡化领域拥有121件专利,相较于韩国斗山重工业集团,其专利保护的领域更为集中,主要在反渗透技术领域,其中涉及反渗透膜性能、二次处理、能量回收的泵装置、抑制积垢、抑制腐蚀、过滤层清洗等多个方面的改进。日立集团的许多与海水淡化相关的技术在沿海国家和地区,如美国、中国、欧洲、印度、澳大利亚、新加坡、南非等都进行了专利布局,可见其研发是以海水淡化的市场化为核心导向。


  值得一提的是,国外大学也加紧在该领域的研究,例如美国麻省理工学院在海水淡化领域拥有多件专利,对海水淡化的方法和材料进行了改进,其主要目的是为了降低成本。如麻省理工学院公开号为US20110108481A1的专利申请,公开了一种定向溶剂,通过特定的溶剂与盐水或海水接触,使其产生分相,并通过提取、沉淀的方法得到纯水,该技术相较于现有脱盐方法能显著节约能源和资金。另外,麻省理工学院不少研究小组正在研究将石墨烯等单层碳原子半透膜用于海水淡化反渗透技术中,一旦成功,可将反渗透技术能耗的理论值继续降低15%至46%,同时,石墨烯半透膜还能缩小过滤装置的体积,将工厂的面积缩小一半。


  国内研发 院校遥遥领先


  1986年,中国专利申请主体提交了一件关于利用蒸发及蒸馏方法来海水淡化的装置的专利申请。相比国外,尽管国内的相关专利申请起步较晚,但是近十几年来该领域技术得到快速发展,同时专利申请量增长较快。截至2018年9月,在海水淡化领域,国内申请主体提交了4454件发明专利申请,其中有1197件已经获得授权。这些发明专利除了关注装置上的改进外,还重点关注材料、制备工艺细节、前处理及后处理等领域的改进。


  笔者认为,相较于国外,国内的相关专利申请主要来自于大学和科研机构。国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所的专利申请量为131件,申请量在国内排名首位,其中37件专利申请已经获得授权。通过进一步分析可知,该研究所的专利布局主要集中于提高低温多效蒸馏工艺的能量利用效率和新型反渗透技术装置的开发。比如公开号为CN105565412A提供了一种太阳能蒸馏海水淡化装置,相对于传统太阳能蒸馏器,其在蒸发器底板安装折流板,延长了海水在蒸馏器内的流动时间,减少热损失。此外,该装置还对流出的浓海水进行热能回收,充分利用热能并提高了海水淡化的效率;公开号为CN106348394A提供了一种包含一体化六通阀的新型反渗透海水淡化系统,通过旋转三通阀转芯和调压阀转芯,完成海水淡化系统的产品水模式和冲洗模式之间的任意切换,方便同时操作,可实现海水三通阀、浓盐水三通阀和调压阀启闭状态同时改变的功能,并将系统中的海水三通阀、浓盐水三通阀的功能通过一个一体化六通阀实现,有利于反渗透技术向便携化、集成化领域进步。除了国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所外,浙江大学、天津大学、集美大学、大连理工大学、广东海洋大学的专利申请同样在国内位居前十名。


  值得一提的是,在国内公司中,中国神华能源股份有限公司主要专注于加热蒸馏方法及低温多效蒸馏方法,其比较关注蒸馏工艺过程中如何提高能量利用率和简化工艺。该公司的一半专利是实用新型,可见该公司主要专注于该领域的装置改进。比如公告号为CN202011804U公开了一种具有电磁阻垢设备的低温多效蒸馏海水淡化处理,其中采用电磁阻垢设备阻止换热管表面污垢的形成,简化后续处理过程。另外,该公司一些专利有一部分是与天津大学、西安交通大学、南京工业大学等国内大学合作完成的,这说明公司与大学合作能够促进国内的海水淡化技术的进步。除了中国神华能源股份有限公司及其分公司外,江苏润海能源科技有限公司、众和海水淡化工程有限公司等也是专利申请量较多的公司。


  笔者认为,国内企业的技术在高性能膜、高效能量回收、高压水泵等领域仍然和国外相关技术存在一定的差距。因此,国内企业一方面可以借鉴国外公司的先进经验,引进设备后加强自主研发,聚焦自身核心专利技术,提前进行专利布局,促进产业化发展;另一方面,国内企业可以与大学或研究所加强合作,实现优势互补、互惠共赢,在技术改进和应用上取得突破。海水淡化在我国拥有较大的市场,随着技术的不断进步,海水淡化在中国的规模化应用值得期待。(梁俊实)

 

(编辑:晏如)

 

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