一種基于液化天然氣冷能的高脫鹽率海水淡化方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣儲運(yùn)、工程熱物理及水處理技術(shù)的交叉領(lǐng)域，具體涉及了一種基于液化天然氣冷能的高脫鹽率海水淡化方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]LNG(Liquefied Natural Gas液化天然氣)是常壓、低溫(_162°C )下的液態(tài)天然氣，在進(jìn)入管道輸送、用作燃料或化工原料之前，需要通過氣化器氣化后使用，LNG氣化時理論上會放出830kJ/kg冷能。進(jìn)口 LNG接收站一般建在海港附近，LNG氣化釋放的冷能通常直接排放到海水中，隨著接收站規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大量的冷能對附近海域的生態(tài)環(huán)境構(gòu)成影響。若能將這部分冷能用于海水淡化，則有以下諸多好處:減輕LNG氣化過程對碼頭附近海域生態(tài)環(huán)境的影響；降低冷凍法海水淡化的成本；具有節(jié)能、節(jié)水、減少碳排放、綜合利用能源資源的意義。
[0003]冷凍法脫鹽作為海水淡化的方法之一，冷源可以采用天然冷源和人工冷源，前者受地理氣候條件所限，難以大規(guī)模工業(yè)化采用，后者需要消耗大量的能源(制冷過程往往需要消耗高品位的電能)。另外，更為關(guān)鍵的是單純的冷凍法與膜法(如反滲透膜法)和熱法(如低溫多效蒸餾法等)相比，其脫鹽率較低，因此未能成為主流的海水淡化方法。
[0004]隨著天然氣在我國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占比重的大幅度提高，沿海地區(qū)進(jìn)口LNG碼頭發(fā)展迅速，LNG氣化所釋放的巨大冷能可以為冷凍脫鹽法提供不受氣候條件限制的免費(fèi)冷源，這為采用冷凍法進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化的海水淡化提供了發(fā)展的機(jī)遇。
[0005]即便進(jìn)口 LNG接收站能夠?yàn)椴捎美鋬龇êＫ峁┑统杀镜睦湓矗匀恍枰鉀Q單純的冷凍法脫鹽率低的問題，否則要得到可供工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和民用的淡水，后處理的成本很高。因此，在冷凍脫鹽的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低鹽濃度，同時不過多地增加成本和能耗，是實(shí)現(xiàn)利用LNG冷能進(jìn)行海水淡化產(chǎn)業(yè)化需要解決的問題。
[0006]專利文獻(xiàn)CN102583848A “基于液態(tài)天然氣冷能的海水淡化系統(tǒng)及其方法”以及專利文獻(xiàn)CN101628740A“利用液化天然氣冷量的直接接觸冷凍海水淡化方法”，均采用了二次冷媒與海水直接接觸的制冰裝置，雖然換熱效率較高，但存在需要將二次冷媒與冰晶分離、冰晶洗滌以及單純冷凍法脫鹽率低的問題。
[0007]專利文獻(xiàn)CN101624224A “利用液化天然氣冷量的有相變間接冷凍海水淡化方法”以及專利文獻(xiàn)CN101628741A“利用液化天然氣冷量的無相變間接冷凍海水淡化方法”，雖然采用了二次冷媒與海水間接換熱制冰的方法，不需要分離二次冷媒與冰，但仍然屬于單純的冷凍法海水脫鹽技術(shù)，無法解決脫鹽率低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，充分利用LNG氣化過程所釋放的大量冷能，采用冷凍法達(dá)到海水的初級脫鹽，并在此基礎(chǔ)上綜合利用成本較低的重力脫鹽及離心脫鹽技術(shù)，經(jīng)過二級和三級脫鹽得到能夠滿足部分工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或民用要求的淡水資源，最大限度地降低后處理的成本。
[0009]本發(fā)明的第一目的是提供一種基于液化天然氣冷能的高脫鹽率海水淡化方法。
[0010]具體而言，所述方法包括以下步驟:
[0011](I)取原始鹽濃度為3?3.5%的海水；將液化天然氣與氣態(tài)二次冷媒充分進(jìn)行間接換熱，得到氣態(tài)天然氣和液態(tài)二次冷媒后，再將所述液態(tài)二次冷媒與所述海水充分進(jìn)行間接換熱，得到氣態(tài)二次冷媒以及冰和濃海水；將冰水分離后，回收濃海水，冰備用；
[0012](2)取步驟(I)所得冰，在常壓下靜置，使冰的融化率為10?50%，回收液體，剩余的冰備用；
[0013](3)取步驟(2)所得剩余的冰，破碎至冰晶顆粒，在2000?8000rpm條件下離心，回收液體，冰晶顆粒備用；
[0014](4)將步驟(3)所得冰晶顆粒完全融化，即可。
[0015]本發(fā)明所述鹽為氯化鈉。所述海水的原始鹽濃度為3?3.5%，優(yōu)選為3%。
[0016]本發(fā)明步驟(I)所述間接換熱具體是指:參與熱交換的液化天然氣與氣態(tài)二次冷媒、以及液態(tài)二次冷媒與海水在不直接接觸的情況下進(jìn)行的換熱過程。本發(fā)明所述的間接換熱應(yīng)充分進(jìn)行，并確保所交換的能量充分用于海水的冷卻結(jié)冰過程。
[0017]所述二次冷媒選用穩(wěn)定、無毒、工作壓力下相變溫度符合系統(tǒng)要求的單一介質(zhì)或混合介質(zhì)，優(yōu)選為丙烷或R410a制冷劑，進(jìn)一步優(yōu)選為R410a制冷劑。
[0018]經(jīng)過步驟(I)處理后，所得冰中的鹽濃度優(yōu)選為海水原始鹽濃度的35?60%。
[0019]本發(fā)明步驟(I)，在充分利用能源的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)初步脫鹽效果。
[0020]本發(fā)明步驟(2)的原理為重力脫鹽，在常壓下進(jìn)行。該步驟在冰可融化的溫度條件下均可實(shí)施。本發(fā)明在經(jīng)過步驟(I)處理的基礎(chǔ)上，步驟(2)通過合理地控制重力脫鹽過程中冰的融化程度進(jìn)而間接控制脫鹽率，同時確保技術(shù)方案節(jié)省能耗、易于實(shí)現(xiàn)。為了提高分離效率并節(jié)省能耗，本發(fā)明優(yōu)選在靜置的同時實(shí)現(xiàn)冰水的分離。
[0021]本發(fā)明步驟(3)所述破碎后，冰晶顆粒的粒徑應(yīng)小于冰中所含鹽胞的直徑。充分的破碎可以使冰中所含的鹽胞破碎，并通過過濾離心使鹽與冰充分分離。為了實(shí)現(xiàn)最佳的離心除鹽效果，所述離心優(yōu)選為在3000?5000rpm條件下離心3?5min。為了提高分離效率并節(jié)省能耗，本發(fā)明優(yōu)選在離心的同時實(shí)現(xiàn)冰水的分離。
[0022]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述方法包括以下步驟:
[0023](I)取原始鹽濃度為3?3.5%的海水；將液化天然氣與氣態(tài)二次冷媒充分進(jìn)行間接換熱，得到氣態(tài)天然氣和液態(tài)二次冷媒后，再將所述液態(tài)二次冷媒與所述海水充分進(jìn)行間接換熱，得到氣態(tài)二次冷媒，以及冰和濃海水；冰水分離后，回收濃海水，冰備用；
[0024]冰中鹽的濃度為海水原始鹽濃度的35?40% ;
[0025](2)取步驟(I)所得冰，在常壓下靜置，使冰的融化率為45?50%，靜置的同時使冰水分離；回收液體，剩余的冰備用；
[0026](3)取步驟(2)所得剩余的冰，破碎至冰晶顆粒，在3000?3500rpm條件下離心3?5min，離心的同時使冰水分離；回收液體，冰晶顆粒備用；
[0027](4)將步驟(3)所得冰晶顆粒完全融化，即可。
[0028]該方案通過對各個步驟的處理?xiàng)l件進(jìn)行制和優(yōu)化，在充分降低成本、能耗、減排環(huán)保的基礎(chǔ)上，可以將脫鹽率提尚至99%以上。
[0029]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述方法包括以下步驟:
[0030](I)取原始鹽濃度為3?3.5%的海水；將液化天然氣與氣態(tài)二次冷媒充分進(jìn)行間接換熱，得到氣態(tài)天然氣和液態(tài)二次冷媒后，再將所述液態(tài)二次冷媒與所述海水充分進(jìn)行間接換熱，得到氣態(tài)二次冷媒，以及冰和濃海水；冰水分離后，回收濃海水，冰備用；
[0031]冰中鹽的濃度為海水原始鹽濃度的55?60% ;
[0032](2)取步驟(I)所得冰，在常壓下靜置，使冰的融化率為35?40%，靜置的同時使冰水分離；回收液體，剩余的冰備用；
[0033](3)取步驟(2)所得剩余的冰，破碎至冰晶顆粒，在4500?5000rpm條件下離心3?5min，離心的同時使冰水分離；回收液體，冰晶顆粒備用；
[0034](4)將步驟(3)所得冰晶顆粒完全融化，即可。
[0035]該方案通過對各個步驟的處理?xiàng)l件進(jìn)行控制和優(yōu)化，在充分降低成本、能耗、減排環(huán)保的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)較高脫鹽率，同時獲得較高的淡水回收率。
[0036]本發(fā)明所述融化率是指:融化掉的冰占融化前冰質(zhì)量的百分比。
[0037]本發(fā)明所述脫鹽率是指:處理后所得水中鹽的濃度占海水原始鹽濃度的百分比。
[0038]本發(fā)明提供的方法利用LNG冷能作為初步冷凍脫鹽的低成本冷源，在此基礎(chǔ)上，以重力脫鹽作為二級脫鹽，以離心脫鹽作為三級脫鹽，并通過對各級脫鹽操作的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了高脫鹽率和降低工程成本、節(jié)省能耗、便于實(shí)施等因素的平衡，具有極強(qiáng)的工業(yè)推廣價值。
[0039]本發(fā)明的第二目的是提供一種基于液化天然氣冷能的高脫鹽率海水淡化裝置。
[0040]所述裝置包括順序連接的海水供應(yīng)系統(tǒng)、海水冷凍及重力離心脫鹽系統(tǒng)、以及淡水系統(tǒng)。所述裝置還包括為所述海水