一種利用lng氣化冷能的水合物法海水淡化裝置與方法
2023-11-11 19:36:02
一種利用lng氣化冷能的水合物法海水淡化裝置與方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用LNG氣化冷能的水合物法海水淡化裝置與方法。該裝置包括城市燃氣輸配系統、城市淡水供給系統、水合物製備及分解系統、LNG供給及氣化系統。海水與二氧化碳氣體在水合物製備及分解系統中生成二氧化碳水合物後實現固液分離及水合物分解，從而得到淡水進入城市淡水供給系統；水合物製備及分解系統一端與LNG供給及氣化系統相連，生成二氧化碳水合物所需要的低溫環境由LNG供給及氣化系統內LNG氣化所釋放的大量冷能提供；LNG供給及氣化系統另一端與城市燃氣輸配系統相連，LNG氣化後進入城市燃氣輸配系統。本發明具有能耗低、LNG冷能利用率高、效率高、環境影響小等特點。
【專利說明】一種利用LNG氣化冷能的水合物法海水淡化裝置與方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於海水淡化【技術領域】，具體涉及到一種利用LNG冷能的水合物法海水淡
化裝置與方法。
技術背景
[0002]地球上水的總量為14億立方千米，不過淡水儲量僅佔全球總水量的2.53%，而且其中的68.7%又以固體冰川的形式分布在難以開採的高山和南、北兩級地區。在過去的一個世紀裡，由於人口增長、工業發展和灌溉農業的發展，水資源需求量猛增，水資源供需矛盾突出。據統計，全世界約有1/3的人生活在中度和高度缺水的地區，約有80個國家，40%的世界人口嚴重缺水。而我國有2000萬人飲水困難，400多座城市嚴重缺水。在2009年末至2010年在中國的雲南、貴州、廣西、重慶、四川等地發生了百年一遇的特大乾旱事件，預計在2030年我國將會出現缺水高峰。此外，由於工業及生活汙水的大量排放，水域汙染嚴重，淡水水質惡化。目前，我國大部分城市和地區的淡水資源都已受到不同程度的破壞。
[0003]所謂海水淡化就是脫除海水中多餘的鹽份和其他礦物質得到淡水的工程。我國海水淡化技術已經發展了近半個世紀，發展到目前為止，主要的海水淡化技術包括蒸餾法、膜法、結晶法、溶劑萃取法和離子交換法等。其中高效蒸餾法(MED)、多級閃蒸法(MSF)和反滲透膜法(RO)是當今海水淡化三大主流淡化技術，並且已經成功開展了大規模的生產應用。但是這些技術分別存在能耗高，腐蝕速度快，結垢情況嚴重，操作條件苛刻，不夠環保等局限性，因而需要更為高效，低耗能，經濟環保的海水淡化技術。
[0004]基於水合物法的海水淡化是一種冷凍法海水淡化技術，該技術利用水合劑與海水中的水形成水合物晶體，通過固態水合物與液體分離，再將水合物分解，最終得到淡水的方法。這種水合物法能從原理上避免海水淡化過程中的結垢，沉澱等問題，由於水合物合成的溫壓條件適中，水合劑能循環利用，因此能耗較低，成本也較低。水合物海水淡化技術具有消耗能源少，環境影響小，設備簡單易操作等優勢，是一種環境友好型的海水淡化技術，具有良好的應用前景。
[0005]液化天然氣(Liquefied Natural Gas, LNG)被公認為是地球上最清潔的能源之一，隨著世界經濟的發展，LNG項目已成為全球投資的熱點。LNG除了用作發電廠、工廠及家用燃料外，其中所含的甲烷可用於生產肥料、甲醇及合成醋酸等化工原料；另外其所含的乙烷和丙烷可經裂解生成乙烯及丙烯，是塑料產品的重要原料。LNG在大氣壓下轉變為常溫氣態的過程中，可提供大量的冷能，將這些冷能回收利用，可以用在多種低溫用途上。因為我國目前LNG使用規模較小，LNG冷能的利用還沒有得到重視和推廣，隨著LNG使用規模的不斷擴大，LNG冷能的利用市場前景巨大。
[0006]由於我國大部分LNG接收站大都位於沿海，而且用來加熱的媒體通常是海水，這樣一來，冷能隨海水排放就有可能導致海水溫度異常，對海洋生態環境，海洋運輸事業等會有一定的影響。利用LNG的冷能進行海水淡化不僅可以解決LNG的冷能利用問題，還可以緩解沿海地區的淡水資源短缺問題，應用前景十分廣闊。[0007]本發明針對上述問題，發明了一種利用LNG氣化冷能的水合物法海水淡化裝置與方法。
【發明內容】
[0008]本發明的首要目的是提供一種利用LNG氣化冷能的水合物法海水淡化裝置。
[0009]本發明的另一個目的是提供一種利用LNG氣化冷能的水合物法海水淡化方法。
[0010]本發明採用如下技術方案:
[0011]本發明中的一種利用LNG氣化冷能的水合物法海水淡化裝置，包括城市燃氣輸配系統、城市淡水供給系統、水合物製備及分解系統、LNG供給及氣化系統。
[0012]本發明中的水合物製備及分解系統一端與城市淡水供給系統相連接，由水合物製備及分解系統生產的淡水進入城市淡水供給系統。水合物製備及分解系統另一端與LNG供給及氣化系統相連，生成二氧化碳水合物所需的低溫環境由LNG氣化獲得的冷能提供，LNG氣化後進入城市燃氣輸配系統。
[0013]本發明中的水合物製備及分解系統包括二氧化碳進氣單元、海水提取進液單元、管道式水合物生成單元、水合物分離分解單元。
[0014]本發明中的二氧化碳進氣單元、海水提取進液單元分別通過氣體增壓泵、海水泵與管道式水合物生成單元相連接，二氧化碳氣體和海水充分混合後進入管道式水合物生成單元生成具有流動性的二氧化碳水合物漿液。管道式水合物生成單元與水合物分離分解單元相連接，生成的二氧化碳水合物漿液首先進入固液分離器分離出濃海水，然後水合物進入分解器發生分解，分解出二氧化碳氣體和淡水。水合物分離分解單元與城市淡水供給系統相連接，生產的合格淡水進入城市淡水供給系統，否則通過水合物生成單元液相進口進入水合物生成管道再次形成水合物進行淡化。
[0015]本發明中的管道式水合物生成單元為套管式摺疊鋼管，管道內走水/ 二氧化碳/水合物的混合物，套管層內走LNG。為了提高換熱面積，增大LNG氣化效率，水合物生成管道套管層內安裝螺旋翅片，使LNG在套管層內作螺旋流動。
[0016]本發明中的LNG供給及氣化系統包括LNG槽車、卸車臺、BOG加熱器、BOG儲罐。LNG槽車通過管道與BOG加熱器相連接，BOG儲罐一端與BOG加熱器相連接，另一端與城市燃氣輸配系統相連接。
[0017]本發明還涉及一種利用LNG氣化冷能的水合物法海水淡化方法，海水與二氧化碳氣體在水合物製備及分解系統中生成二氧化碳水合物後實現固液分離及水合物分解，從而得到淡水。水合物製備及分解系統一端與LNG供給及氣化系統相連，生成二氧化碳水合物所需要的低溫環境由LNG供給及氣化系統內LNG氣化所釋放的大量冷能提供。LNG供給及氣化系統另一端與城市燃氣輸配系統相連，LNG氣化後進入城市燃氣輸配系統。水合物製備及分解系統一端與城市淡水供給系統相連接，由水合物製備及分解系統生產的淡水進入城市淡水供給系統。具體包括以下步驟:
[0018](I)由海水泵從大海中提取的海水與二氧化碳進氣單元提供的二氧化碳氣體分別經過海水泵、氣體增壓泵增壓後實現充分混合，然後注入管道式水合物生成單元，為二氧化碳水合物的生成提供原材料；
[0019] (2)管道式水合物生成單元為套管式摺疊鋼管，管道內走水/ 二氧化碳/水合物的混合物，套管層內走LNG，為增大換熱面積、增大LNG氣化率，套管層內安裝螺旋翅片。此時LNG發生氣化吸收大量熱量導致管道內溫度降低，管道內溫度維持在I~3°C，為二氧化碳水合物的生成提供有利條件；
[0020](3)分別通過海水泵、氣體增壓泵給海水、二氧化碳增壓，然後海水與二氧化碳充分混合後進入水合物生成管道，使管道內壓力維持在2~5MPa，保證水合物生成管道內生成大量具有流動性的二氧化碳水合物漿液；
[0021](4)在水合物生成單元套管層內LNG發生氣化，吸收大量熱量使水合物生成管道內的溫度降低，並使管道內溫度維持在I~:TC。同時，LNG氣化產生的天然氣通過管道進入城市燃氣輸配系統，並供給燃氣用戶；
[0022](5)水合物生成單元內生成的二氧化碳水合物漿液泵入水合物分離分解器，水合物首先進入分離器進行固液分離，分離出的濃海水直接排入大海或送入附近的製鹽工廠加以利用。然後水合物進入分解器發生分解，分解出的二氧化碳氣體由水合物生成單元氣相進口進入水合物生成管道，實現氣體的循環利用，分解出的淡水經檢驗合格後進入城市淡水供給系統，否則通過水合物生成單元液相進口進入水合物生成管道再次形成水合物進行淡化。
[0023]發明中的一種利用LNG氣化冷能的水合物海水淡化裝置與方法具有能耗低、LNG冷能利用率高、效率高、環境影響小等特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為一種利用LNG氣化冷能的水合物海水淡化裝置工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0025]以下將結合附圖，對本發明的【具體實施方式】進行說明。
[0026]參照圖1，本實施例的一種利用LNG氣化冷能的水合物法海水淡化裝置，包括二氧化碳儲氣瓶1、氣體增壓泵2、氣體流量計3、海水泵4、海水流量計5、氣液混合器6、水合物生成管道7、第一壓力計8、第一溫度計9、水合物分離器10、濃海水排放管11、濃海水外輸管12、第二壓力計13、第二溫度計14、水合物增壓泵15、水合物分解器16、第三壓力計17、第三溫度計18、淡水泵18、淡水流量計20、城市淡水供給系統21、LNG槽車22、卸車臺23、BOG加熱器24、BOG球形儲罐25、城市燃氣輸配系統26。
[0027]本實施例的一種利用LNG氣化冷能的水合物法海水淡化方法，包括以下步驟:
[0028]二氧化碳儲氣瓶I中的二氧化碳氣體由氣體增壓泵2增加，並經過氣體流量計3計量後通過管道到達氣液混合器6 ；
[0029]海水由海水泵4從大海中提取，並經過海水流量計5計量後通過管道進入氣液混合器6 ；
[0030]在氣液混合器6中，二氧化碳氣體和海水實現充分混合，混合後的二氧化碳和海水通過管道進入水合物生成管道7 ；
[0031]通過向水合物生成管道7中連續注入二氧化碳和海水的混合物使水合物生成管道7內壓力維持在3~5MPa，為二氧化碳水合物漿液的生成提供壓力條件，水合物生成管道7內的壓力由第一壓力計8測量；[0032]與此同時，LNG槽車中的LNG通過其自帶增壓泵卸自卸車臺23，然後通過管道流入水合物生成管道7的套管層內。在水合物生成管道7的套管層內LNG通過與外界環境換熱發生氣化，吸收大量熱量並導致水合物生成管道7內溫度降低，本發明中水合物生成管道I內溫度維持在I~3°C，為二氧化碳水合物漿液的生成提供低溫條件，水合物生成管道內溫度由第一溫度計9測量。為了增大LNG換熱面積、提高LNG氣化率，在水合物生成管道7的套管層內安裝螺旋翅片，使LNG在其中作螺旋運動。LNG氣化產生的天然氣通過管道輸送至城市燃氣輸配系統26，並供給燃氣用戶使用；
[0033]LNG槽車22卸車完畢後，通過頂部的管道將槽車內的氣體輸送的BOG加熱器24，經過BOG加熱器24加熱後進入BOG球形儲罐25進行緩衝，然後通過管道進入城市燃氣輸配系統26 ；
[0034]水合物生成管道7內生成具有流動性的二氧化碳水合物漿液，二氧化碳水合物漿液通過水合物漿液管道輸送至水合物分離器10進行液固分離，分離出的濃海水通過濃海水排放管道11直接排放到大海中或通過濃海水輸送管道12輸送至附近的製鹽工廠，並加以利用。水合物分離器10內的壓力、溫度分別由第二壓力計13、第二溫度計14進行測量；
[0035]經過液固分離的二氧化碳水合物由水合物增壓泵15通過管道輸送至水合物分解器16，水合物分離分解，16內設置一層孔隙較為密集的隔離網，固體狀水合物顆粒被保留在隔離網上，水合物分解產生的淡水流入水合物分解器16底部，水合物分解產生的二氧化碳氣體通過水合物分解器16頂部的管道輸送至氣液混合器6，並再次輸送值水合物生成管道7中參與二氧化碳水合物的生成，實現二氧化碳氣體的循環利用。水合物分解器16底部的淡水經檢測合格後由淡水輸送泵19增壓，並經過淡水流量計20計量後通過管道輸送至城市淡水供給系統21，並供給淡水用戶。如果經檢測淡水水質不合格，則由淡水輸送泵19增壓，並經過淡水流量計20計量後通過管道輸送至氣化混合器6與二氧化碳氣體充分混合後進入水合物生成管道7中，再次參與二氧化碳水合物漿液的生成，並再次進行淡化，直至淡水水質達標。
[0036] 以上僅為本發明的優選實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍，所以，凡在本發明的精神和原則之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種利用LNG氣化冷能的水合物法海水淡化裝置，其特徵在於，包括城市燃氣輸配系統、城市淡水供給系統、水合物製備及分解系統、LNG供給及氣化系統；水合物製備及分解系統一端與城市淡水供給系統相連接，由水合物製備及分解系統生產的淡水進入城市淡水供給系統；水合物製備及分解系統另一端與LNG供給及氣化系統相連，生成二氧化碳水合物所需的低溫環境由LNG氣化獲得的冷能提供，LNG氣化後進入城市燃氣輸配系統。
2.如權利要求1所述的利用LNG氣化冷能的水合物法海水淡化裝置，其特徵在於:所述水合物製備及分解系統包括二氧化碳進氣單元、海水提取進液單元、管道式水合物生成單元、水合物分離分解單元；所述二氧化碳進氣單元、海水提取進液單元分別通過氣體增壓泵、海水泵與管道式水合物生成單元相連接，二氧化碳氣體和海水充分混合後進入管道式水合物生成單元生成具有流動性的二氧化碳水合物漿液；管道式水合物生成單元與水合物分離分解單元相連接，生成的二氧化碳水合物漿液首先進入固液分離器分離出濃海水，然後水合物進入分解器發生分解，分解出二氧化碳氣體和淡水；水合物分離分解單元與城市淡水供給系統相連接，生產的合格淡水進入城市淡水供給系統，否則通過水合物生成單元液相進口進入水合物生成管道再次形成水合物進行淡化。
3.如權利要求2所述的利用LNG氣化冷能的水合物法海水淡化裝置其特徵在於:水合物製備及分解系統中，所述管道式水合物生成單元為套管式摺疊鋼管，管道內走水/ 二氧化碳/水合物的混合物，套管層內走LNG ;水合物生成管道套管層內安裝螺旋翅片，使LNG在套管層內作螺旋流動。
4.如權利要求1 所述的利用LNG氣化冷能的水合物法海水淡化裝置，其特徵在於:所述LNG供給及氣化系統包括LNG槽車、卸車臺、BOG加熱器、BOG儲罐；LNG槽車通過管道與BOG加熱器相連接，BOG儲罐一端與BOG加熱器相連接，另一端與城市燃氣輸配系統相連接。
5.一種利用LNG氣化冷能的水合物法海水淡化方法，其特徵在於， 海水與二氧化碳氣體在水合物製備及分解系統中生成二氧化碳水合物後實現固液分離及水合物分解，從而得到淡水；水合物製備及分解系統一端與LNG供給及氣化系統相連，生成二氧化碳水合物所需要的低溫環境由LNG供給及氣化系統內LNG氣化所釋放的大量冷能提供；LNG供給及氣化系統另一端與城市燃氣輸配系統相連，LNG氣化後進入城市燃氣輸配系統；水合物製備及分解系統一端與城市淡水供給系統相連接，由水合物製備及分解系統生產的淡水進入城市淡水供給系統；具體步驟如下: (1)由海水泵從大海中提取的海水與二氧化碳進氣單元提供的二氧化碳氣體分別經過海水泵、氣體增壓泵增壓後實現充分混合，然後注入管道式水合物生成單元，為二氧化碳水合物的生成提供原材料； (2)管道式水合物生成單元為套管式摺疊鋼管，管道內走水/二氧化碳/水合物的混合物，套管層內走LNG，套管層內安裝螺旋翅片；管道內溫度維持在I~3°C ; (3)分別通過海水泵、氣體增壓泵給海水、二氧化碳增壓，然後海水與二氧化碳充分混合後進入水合物生成管道，使管道內壓力維持在2~5MPa，保證水合物生成管道內生成大量具有流動性的二氧化碳水合物漿液； (4)在水合物生成單元套管層內LNG發生氣化，吸收大量熱量使水合物生成管道內的溫度降低，並使管道內溫度維持在I~3°C;同時，LNG氣化產生的天然氣通過管道進入城市燃氣輸配系統，並供給燃氣用戶；(5)水合物生成單元內生成的二氧化碳水合物漿液泵入水合物分離分解器，水合物首先進入分離器進行固液分離，分離出的濃海水直接排入大海或送入附近的製鹽工廠加以利用；然後水合物進入分解器發生分解，分解出的二氧化碳氣體由水合物生成單元氣相進口進入水合物生成管道，實現氣體的循環利用，分解出的淡水經檢驗合格後進入城市淡水供給系統，否則通過 水合物生成單元液相進口進入水合物生成管道再次形成水合物進行淡化。
【文檔編號】C02F9/04GK103991985SQ201410232510
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】王樹立, 李建敏, 饒永超, 孫譽珍, 呂遊, 梁豔 申請人:常州大學