液化天然氣冷能驅動的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置及方法
2023-08-05 14:51:11
專利名稱：液化天然氣冷能驅動的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置及方法
技術領域：
本發明涉及海水淡化，尤其涉及一種液化天然氣冷能驅動的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置及方法。
背景技術：
天然氣是世界上繼煤和石油之後的第三大能源，並因其清潔高效的特點而成為了目前我國能源戰略的重要組成部分。為了便於遠洋運輸，通常將氣態的天然氣液化成為液化天然氣(LNG)，使其體積減小約600倍。每生產一噸液態天然氣約消耗能量850kWh，而其中相當部分的能量以冷能的形式蘊藏於液化天然氣之中。這部分冷能在液化天然氣汽化成為常溫氣體供給用戶使用的過程中釋放，吸熱汽化的過程一般在液化天然氣接收站內進行。目前全國投產、在建和規劃的液化天然氣接收站項目約有M個，一期工程總規模能力達到7. 04X IO7噸/年(約9. 36 X 101° m3/年)，二期工程總規模能力達到1. 34X IO8噸/ 年(約1.78X1011 m3/年)。如此數量的液化天然氣在汽化過程中會釋放出大量的冷能，這部分冷能通常被海水或空氣直接帶走，造成了巨大的能量浪費，同時大量冷能的排放會對海洋生態帶來負面影響。研發經濟可行的液化天然氣冷能利用方法已經成為當前能源領域的一個研究熱點。我國淡水資源緊張，被聯合國列為13個最貧水國之一，尤其是東部沿海地區，淡水資源量與經濟發展程度、人口密度嚴重不協調，淡水資源的缺乏已經成為了制約經濟發展與社會進步的瓶頸。從海洋獲取淡水具有很高的經濟效益和戰略意義。近年來，國家對海洋資源的開發逐步升溫，早在2003年制定的《全國海洋經濟發展規劃綱要》中就明確了「逐步把我國建設成為海洋強國」的戰略目標，因此研究經濟可行的海水淡化技術十分必要。海水淡化是指將水中的多餘鹽分和礦物質去除得到淡水的工序，其實現技術主要有蒸餾(蒸發)法、反滲透法、冷凍法、電滲析法和水合物法等，其中前兩種已在海水淡化實踐中得到了廣泛的應用。蒸餾法的原理是使海水受熱汽化、水蒸氣冷凝而得到淡水，由於需要外部供給熱能，且水的汽化潛熱較大，所以其能耗較高。蒸餾法又包括多級閃蒸法、多效蒸餾法、壓汽蒸餾法、膜蒸餾法、太陽能蒸餾法等，具有設備簡單可靠、防垢性能好、易於大型化、產水量高、操作彈性大以及可利用低品位熱能等優點。反滲透法利用只允許溶劑透過、不允許溶質透過的半透膜，將海水與淡水分隔開，從而達到海水淡化的目的。由於反滲透法是壓力驅動的分離技術，淡化過程中沒有相變，因此具有顯著的節能特徵。但是這種方法需要高壓設備，而且原料水利用率只有75-80%，膜的定期清洗也給工程帶來諸多不便。 海水在結冰時，鹽分被排除在冰晶之外，利用這一原理淡化海水的方法稱為冷凍法。由於水結冰的凝固潛熱僅為其蒸發汽化潛熱的1/8，因此冷凍法海水淡化具有成本低、能耗少的優點。冷凍法海水淡化的工藝流程主要包括冰晶的形成、洗滌、分離、融化等，現有技術方案在冰晶的衝洗時要消耗大量的產品淡水，並且在製冷系統效率、產品淡水純度方面有很大的局限性。
綜上所述，幾種傳統的海水淡化方法各自有其優缺點，探索新的能耗低、淡水品質高的海水淡化方法對於緩解淡水資源緊張十分必要。海水淡化和液化天然氣接收站具有良好的地緣結合性，有文獻報導利用液化天然氣冷能液化二次冷媒，然後利用二次冷媒通過直接冷凍法來淡化海水，由於其高效傳熱性能、無換熱面、無結垢腐蝕等一系列優點而得到重視。但該法的淡水產品仍然面臨淡化效果不佳，甚至被二次冷媒汙染等問題，後處理過程仍然繁瑣。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種液化天然氣冷能驅動的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置及方法。—種液化天然氣冷能驅動的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置包括第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門、第五閥門、第六閥門、第七閥門、第八閥門、第九閥門、第十閥門、 第十一閥門、第十二閥門、第十三閥門、第十四閥門、第十五閥門、第十六閥門、第十七閥門、 第十八閥門、第十九閥門、第二十閥門、第二十一閥門、第二十二閥門、第二十三閥門、真空泵、原料海水泵、高純淡水泵、濃海水泵、海冰淡水泵、冰漿泵、第一壓力表、第二壓力表、第一結晶器、第二結晶器、過濾器、脫氣塔、第一預冷換熱器、融化器、洗滌分離器、汽化結晶器、噴淋管和第二預冷換熱器；第一結晶器側面設有第一壓力表，第二結晶器側面設有第二壓力表，汽化結晶器上部設有噴淋管，洗滌分離器中部設有振動篩，並與融化器相通；原料海水泵、第十一閥門、過濾器、脫氣塔上端順次連接，脫氣塔底部、第一預冷換熱器、融化器換熱管順次連接；融化器換熱管出口分為二路，融化器換熱管出口的一路、第一閥門、第一結晶器海水換熱管、第十六閥門、第二預冷換熱器的換熱管、噴淋管順次連接；融化器換熱管出口的另一路、第二閥門、第二結晶器、第十七閥門、第二預冷換熱器順次連接；汽化結晶器上端分成為二路，汽化結晶器上端的一路、第十閥門、第二結晶器上端順次連接；第二結晶器底部、第十八閥門、第一預冷換熱器高純淡水換熱管、高純淡水泵順次連接；汽化結晶器上端的另一路、第七閥門、第一結晶器上端順次連接；第一結晶器底部、第十五閥門、第一預冷換熱器高純淡水換熱管順次連接；汽化結晶器下部、第十九閥門、冰漿泵、洗滌分離器振動篩上方、融化器順次連接；融化器底部、海冰淡水泵、第二十二閥門、第一預冷換熱器海冰淡水換熱管順次連接；液化天然氣進口分成二路，液化天然氣進口的一路與第十三閥、第一結晶器液化天然氣換熱管、第三閥門、第二預冷換熱器、第一預冷換熱器天然氣換熱管順次連接；液化天然氣進口的另一路與第十四閥門、第二結晶器液化天然氣換熱管、 第四閥門和第二預冷換熱器順次連接；脫氣塔頂部、第十二閥門、真空泵順次連接；第一結晶器的頂部、第五閥門、真空泵順次連接；第二結晶器的頂部、第八閥門、真空泵順次連接；第一結晶器海水換熱管與第一閥門之間引出第六閥門，並與第七閥門和汽化結晶器頂部之間的管段相連接；在第二結晶器海水換熱管與第二閥門之間引出第九閥門，並與第十閥門和汽化結晶器頂部之間的管段相連接；第二十二閥門與海冰淡水泵之間引出第二十三閥門，並與洗滌分離器頂部相連接構成衝洗迴路；洗滌分離器底部、濃海水泵、第二十閥門、 第一預冷換熱器濃海水換熱管順次連接；第二十閥門與濃海水泵之間引出第二十一閥門， 並與第一預冷換熱器和融化器換熱管之間的原料海水管段相連接用以回收利用洗滌水。液化天然氣冷能驅動的汽化與冷凍雙作用海水淡化方法是根據水蒸氣的相平衡壓力隨溫度降低而減小的原理，利用液化天然氣冷能形成的低溫真空作為驅動源，抽吸汽化結晶器內的水蒸氣，使得經過預冷由噴淋管噴淋的原料海水在三相點附近汽化，同時由於汽化吸熱效應使得原料海水在汽化結晶器中冷凍結冰，即在海水三相點基於汽化和凝固兩種相變過程分別通過氣相和固相從原料海水中分離出淡水；水蒸氣在第一結晶器或第二結晶器中被液化天然氣凝華為冰，在切換操作後，通過原料海水復溫融化為高純度的淡水供給用戶使用；而由於汽化吸熱作用在汽化結晶器中形成的冰漿被泵送至洗滌分離器進行洗滌和固液分離，冰晶被轉移至融化器中通過原料海水復溫融化為海冰淡水供給用戶使用；液化天然氣由於吸收水蒸氣凝華為冰的相變潛熱以及部分顯熱而汽化為氣態，依次在第二預冷換熱器和第一預冷換熱器中冷卻原料海水，梯級回收冷能，同時升溫至接近常溫供給用戶使用。本發明將液化天然氣冷能回收與海水淡化有機結合，所提出的液化天然氣冷能驅動的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置及方法，是基於低溫的方式通過汽化和冷凍兩種作用，同時獲得高品質淡水和海冰淡水，具有淡水產率高的優點；由於並非液化天然氣直接冷凍海水，可很好地實現冷量的梯級利用，以提高能效；該方法不存在二次冷媒，因此避免了二次冷媒的汙染問題；此外，與遠洋運輸配套的液化天然氣接收站通常建於海邊，因此與海水淡化工程具有良好的地緣結合性。
圖1為液化天然氣冷能驅動的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，一種液化天然氣冷能驅動的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置，其特徵在於包括第一閥門1、第二閥門2、第三閥門3、第四閥門4、第五閥門5、第六閥門6、第七閥門7、第八閥門8、第九閥門9、第十閥門10、第i^一閥門11、第十二閥門12、第十三閥門 13、第十四閥門14、第十五閥門15、第十六閥門16、第十七閥門17、第十八閥門18、第十九閥門19、第二十閥門20、第二i^一閥門21、第二十二閥門22、第二十三閥門23、真空泵24、原料海水泵25、高純淡水泵沈、濃海水泵27、海冰淡水泵觀、冰漿泵四、第一壓力表30、第二壓力表31、第一結晶器32、第二結晶器33、過濾器34、脫氣塔35、第一預冷換熱器36、融化器37、洗滌分離器38、汽化結晶器39、噴淋管40和第二預冷換熱器41 ；第一結晶器32側面設有第一壓力表30，第二結晶器33側面設有第二壓力表31，汽化結晶器39上部設有噴淋管40，洗滌分離器38中部設有振動篩，並與融化器37相通；原料海水泵25、第十一閥門11、 過濾器34、脫氣塔35上端順次連接，脫氣塔35底部、第一預冷換熱器36、融化器37換熱管順次連接；融化器37換熱管出口分為二路，融化器37換熱管出口的一路、第一閥門1、第一結晶器32海水換熱管、第十六閥門16、第二預冷換熱器41的換熱管、噴淋管40順次連接； 融化器37換熱管出口的另一路、第二閥門2、第二結晶器33、第十七閥門17、第二預冷換熱器41順次連接；汽化結晶器39上端分成為二路，汽化結晶器39上端的一路、第十閥門10、 第二結晶器33上端順次連接；第二結晶器33底部、第十八閥門18、第一預冷換熱器36高純淡水換熱管、高純淡水泵26順次連接；汽化結晶器39上端的另一路、第七閥門7、第一結晶器32上端順次連接；第一結晶器32底部、第十五閥門15、第一預冷換熱器36高純淡水換熱管順次連接；汽化結晶器39下部、第十九閥門19、冰漿泵四、洗滌分離器38振動篩上方、融化器37順次連接；融化器37底部、海冰淡水泵觀、第二十二閥門22、第一預冷換熱器 36海冰淡水換熱管順次連接；液化天然氣進口分成二路，液化天然氣進口的一路與第十三閥13、第一結晶器32液化天然氣換熱管、第三閥門3、第二預冷換熱器41、第一預冷換熱器 36天然氣換熱管順次連接；液化天然氣進口的另一路與第十四閥門14、第二結晶器33液化天然氣換熱管、第四閥門4和第二預冷換熱器41順次連接；脫氣塔35頂部、第十二閥門 12、真空泵M順次連接；第一結晶器32的頂部、第五閥門5、真空泵M順次連接；第二結晶器33的頂部、第八閥門8、真空泵M順次連接；第一結晶器32海水換熱管與第一閥門1 之間引出第六閥門6，並與第七閥門7和汽化結晶器39頂部之間的管段相連接；在第二結晶器33海水換熱管與第二閥門2之間引出第九閥門9，並與第十閥門10和汽化結晶器39 頂部之間的管段相連接；第二十二閥門22與海冰淡水泵觀之間引出第二十三閥門23，並與洗滌分離器38頂部相連接構成衝洗迴路；洗滌分離器38底部、濃海水泵27、第二十閥門 20、第一預冷換熱器36濃海水換熱管順次連接；第二十閥門20與濃海水泵27之間引出第二十一閥門21，並與第一預冷換熱器36和融化器37換熱管之間的原料海水管段相連接用以回收利用洗滌水。液化天然氣冷能驅動的汽化與冷凍雙作用海水淡化方法是利用液化天然氣的冷能形成低溫真空(例如在室溫^8K，水蒸氣的氣液相平衡壓力為3141. 7Pa ；在水的三相點273. 16K，氣液固三相平衡壓力為611.65Pa;而在200K，水蒸氣的氣固相平衡壓力僅為 0. 161^。可見，隨著溫度降低，水蒸氣的相平衡壓力顯著減小)作為「驅動源」，抽吸汽化結晶器39內的水蒸氣，使得經過預冷由噴淋管40噴淋的原料海水在其三相點附近汽化，同時由於汽化吸熱效應使得原料海水在汽化結晶器39中冷凍結冰，即在海水三相點基於汽化和凝固兩種相變過程分別通過氣相和固相從原料海水中分離出淡水。汽化而得的水蒸氣在第一結晶器32或第二結晶器33中被液化天然氣凝華為冰，在切換操作後通過原料海水復溫融化為高純度的淡水供給用戶使用；而由於汽化吸熱作用在汽化結晶器39中形成的冰漿被泵送至洗滌分離器38進行洗滌和固液分離，之後冰晶被轉移至融化器37中通過原料海水復溫融化為海冰淡水供給用戶使用。液化天然氣由於吸收水蒸氣凝華為冰的相變潛熱以及部分顯熱而汽化為氣態，而後依次在第二預冷換熱器41和第一預冷換熱器36中冷卻原料海水，梯級回收其冷能，同時升溫至接近常溫供給用戶使用。以下結合附圖1對本發明的具體運行過程作進一步的描述
1.開啟第五、第六、第七、第八、第九和第十閥門，其他閥門均關閉，啟動真空泵對汽化結晶器和兩個結晶器抽真空。2.完成抽真空之後，關閉閥門第五、第六、第七、第八和第九閥門，開啟第十一、第十二、第一、第十六、第十九、第二十、第十、第十四和第四閥門。原料海水泵泵送原料海水， 經過第十一閥門進入過濾器，去除海水中混有的泥沙等雜質。過濾後的原料海水進入脫氣塔，進行減壓脫氣，脫除溶解在海水中的不凝性氣體如氧氣等，以減少運行過程中在結晶器內的不凝性氣體聚集。脫氣後的海水一次流經第一預冷換熱器、融化器、第一閥門、第一結晶器、第十六閥門和第二預冷換熱器，被預冷至接近三相點，由噴淋管在汽化結晶器內噴淋。由於液化天然氣通過第十四閥門流經第二結晶器，汽化後的天然氣經第四閥門、第二預冷換熱器和第一預冷換熱器回收低品位冷能後排出，因而第二結晶器處於低溫狀態。汽化CN 102531261 A結晶器中的水蒸氣被抽吸至第二結晶器中，被液化天然氣的冷量凝固成冰，這種源於第二結晶器與汽化結晶器溫差的水蒸氣相平衡壓力差導致的抽吸作用，促使汽化結晶器中的海水不斷汽化。而噴淋方式可以大大增加海水的表面積，提升汽化的速率。由於海水的汽化吸熱效應，已被預冷至三相點附近的海水部分凝固為冰晶，形成冰漿，聚集在汽化結晶器的下部，並由冰漿泵轉移到洗滌分離器內。由於第一次運行時海水預冷不充分(未經歷與冰晶的換熱過程，噴淋前溫度離三相點相對較遠)，此時汽化結晶器內的冰晶產出較少。在洗滌分離器中，經振動篩分，濃海水在重力作用下透過振動篩流到篩板下方，而冰晶停留在篩板上。濃海水從洗滌分離器底部流出，在濃海水泵的泵送作用下，經第二十閥門，在第一預冷換熱器回收冷量後排出系統。部分振動篩上的冰晶被進一步轉移到融化器內。為了將融化器和第二結晶器中的冰融化為淡水產品排出系統，需要進行切換操作。3.切換操作在上述閥門開閉狀態下，關閉第一閥門，開啟第六閥門，由於汽化結晶器的高度位置低於第十六閥門，因此第一閥門和第十六閥門之間穿越第一結晶器的管線中的海水將由於自身重力下降至第十六閥門以下位置，而第一閥門和第十六閥門之間管線流道由來自汽化結晶器的水蒸氣填充。之後，關閉第六閥門和第十六閥門。這樣，後續液化天然氣流經第一結晶器時，第一閥門和第十六閥門之間管線內就不會因為存在海水而凍堵管線。然後，進一步關閉第十、第十九、第二十、第十四和第四閥門，開啟第二、第十七、第十八、第二十一、第二十三、第七、第十三和第三閥門。脫氣後的原料海水依次流經第一預冷換熱器、融化器、第二閥門、第二結晶器、第十七閥門，使融化器和結晶器中的冰晶復溫融化，而原料海水自身被預冷，之後流經第二預冷換熱器被仍然具有較高品位冷能的天然氣進一步冷卻至其三相點附近，由噴淋管在汽化結晶器內噴淋。第二結晶器中的冰融化為高純淡水經第十八閥門和第一預冷換熱器，由高純淡水泵排出系統。由於液化天然氣通過第十三閥門流經第一結晶器，汽化後的天然氣經第三閥門、第二預冷換熱器和第一預冷換熱器回收低品位冷能後排出，因而第一結晶器處於低溫狀態。汽化結晶器中的水蒸氣被抽吸至第一結晶器中，由液化天然氣的冷量凝固成冰。由於海水的汽化吸熱效應，已被預冷至三相點附近的海水部分凝固為冰晶，形成冰漿，聚集在汽化結晶器的下部。此時，上一次運行形成的海冰分別存放在洗滌分離器和融化器中，其中融化器中的冰晶被原料海水融化為海冰淡水從融化器底部流出，由海冰淡水泵泵送，經第二十三閥門回流至洗滌分離器的頂部， 用於洗滌其中的冰晶。洗滌後沉積在洗滌分離器底部的洗滌水與原料海水相比，其溫度和含鹽度均較低，經濃海水泵、第二十一閥門與經第一預冷換熱器預冷的原料海水進行混合加以回收。洗滌完畢後，關閉第二十一、第二十三閥門，開啟第二十、第二十二閥門，將洗滌分離器內的全部冰晶轉移到融化器內，洗滌後的大量冰晶繼續被原料海水融化為海冰淡水從融化器底部流出，經海冰淡水泵、第二十二閥門、第一預冷換熱器排出系統。由於上一次運行時留在洗滌分離器內的冰晶已經全部轉移到融化器中，洗滌分離器已經排空，可以開啟第十九閥門使汽化結晶器下部的冰漿由冰漿泵轉移到洗滌分離器中。冰漿在洗滌分離器中進行振動篩分，冰晶滯留在振動篩上，濃海水經濃海水泵、第二十閥門和第一預冷換熱器排出系統。將振動篩上的一部分冰晶轉移到融化器內。為了將融化器和第一結晶器中的冰融化為淡水產品排出系統，需要進行切換操作。4.切換操作在上述閥門開閉狀態下，關閉第二閥門，開啟第九閥門，由於汽化結晶器的高度位置低於第十七閥門，因此第二閥門和第十七閥門之間穿越第二結晶器的管線中的海水將由於自身重力下降至第十七閥門以下位置，而第二閥門和第十七閥門之間管線流道由來自汽化結晶器的水蒸氣填充。之後，關閉第九閥門和第十七閥門。這樣，後續液化天然氣流經第二結晶器時，第二閥門和第十七閥門之間管線內就不會因為存在海水而凍堵管線。然後進一步，關閉第七、第十八、第十九、第二十、第二十二、第十三和第三閥門，開啟第一、第十五、第十六、第二十一、第二十三、第十、第十四和第四閥門。脫氣後的海水在第一預冷換熱器中被產品天然氣、高純淡水、濃海水以及海冰淡水預冷後，依次經融化器、第一閥門、第一結晶器、第十六閥門，使融化器和結晶器中的冰晶復溫融化，而原料海水自身被預冷，之後流經第二預冷換熱器被仍然具有較高品位冷能的天然氣進一步冷卻至其三相點附近，由噴淋管在汽化結晶器內噴淋。第一結晶器中的冰融化為高純淡水經第十五閥門和第一預冷換熱器，由高純淡水泵排出系統。由於液化天然氣通過第十四閥門流經第二結晶器，汽化後的天然氣經第四閥門、第二預冷換熱器和第一預冷換熱器回收低品位冷能後排出，因而第二結晶器處於低溫狀態。汽化結晶器中的水蒸氣被抽吸至第二結晶器中，由液化天然氣的冷量凝固成冰。由於海水的汽化吸熱效應，已被預冷至三相點附近的海水部分凝固為冰晶，形成冰漿，聚集在汽化結晶器的下部。此時，上一次運行形成的海冰分別存放在洗滌分離器和融化器中，其中融化器中的冰晶被原料海水融化為海冰淡水從融化器底部流出，由海冰淡水泵泵送，經第二十三閥門回流至洗滌分離器的頂部，用於洗滌其中的冰晶。 洗滌後沉積在洗滌分離器底部的洗滌水經濃海水泵、第二十一閥門與經第一預冷換熱器預冷的原料海水進行混合加以回收。洗滌完畢後，關閉第二十一、第二十三閥門，開啟第二十、 第二十二閥門，將洗滌分離器內的全部冰晶轉移到融化器內，洗滌後的大量冰晶繼續被原料海水融化為海冰淡水從融化器底部流出，經海冰淡水泵、第二十二閥門、第一預冷換熱器排出系統。由於此時上一次運行時留在洗滌分離器內的冰晶已經全部轉移到融化器中，洗滌分離器已經排空，可以開啟第十九閥門使汽化結晶器下部的冰漿由冰漿泵轉移到洗滌分離器中。冰漿在洗滌分離器中進行振動篩分，冰晶滯留在振動篩上，濃海水經濃海水泵、第二十閥門和第一預冷換熱器排出系統。將振動篩上的一部分冰晶轉移到融化器內。為了將融化器和第二結晶器中的冰融化為淡水產品排出系統，需要再次進行切換操作。如此往復切換，就能夠實現利用液化天然氣冷能進行連續的海水淡化。值得注意的是，裝置中汽化結晶器的位置高度應低於第十六閥門和第十七閥門， 以便於利用重力作用排出結晶器內管路中的海水，防止在液化天然氣流經某一結晶器時管道中殘留的海水結冰而堵塞管路。另外，隨著系統運行時間的延長，由於脫氣不徹底而殘留的不凝性氣體聚集在結晶器中，對系統產生不利影響。此時，需採用真空泵對結晶器進行抽真空，以排出系統中的不凝性氣體。對於第一結晶器，可以在剛切換到凝固水蒸氣的工況時，暫時關閉與汽化結晶器連接的第七閥門，而開啟第五閥門，啟動真空泵抽除不凝性氣體，然後再關閉第五閥門和真空泵，打開第七閥門，進入正常運行。與此類似，對於第二結晶器，可以在剛切換到凝固水蒸氣的工況時，暫時關閉與汽化結晶器連接的第十閥門，而開啟第八閥門，啟動真空泵抽除不凝性氣體，然後再關閉第八閥門和真空泵，打開第十閥門，進入正常運行。
權利要求
1.一種液化天然氣冷能驅動的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置，其特徵在於包括第一閥門(1)、第二閥門(2)、第三閥門(3)、第四閥門(4)、第五閥門(5)、第六閥門(6)、第七閥門(7)、第八閥門(8)、第九閥門(9)、第十閥門(10)、第十一閥門(11)、第十二閥門(12)、 第十三閥門(13)、第十四閥門(14)、第十五閥門(15)、第十六閥門(16)、第十七閥門(17)、 第十八閥門(18)、第十九閥門(19)、第二十閥門(20)、第二十一閥門(21)、第二十二閥門 (22)、第二十三閥門03)、真空泵04)、原料海水泵05)、高純淡水泵06)、濃海水泵、2Τ)、 海冰淡水泵(觀)、冰漿泵( )、第一壓力表(30)、第二壓力表(31)、第一結晶器(32)、第二結晶器(33)、過濾器(34)、脫氣塔(35)、第一預冷換熱器(36)、融化器(37)、洗滌分離器(38)、汽化結晶器(39)、噴淋管00)和第二預冷換熱器Gl)；第一結晶器(3 側面設有第一壓力表(30)，第二結晶器(3 側面設有第二壓力表(31)，汽化結晶器(39)上部設有噴淋管(40)，洗滌分離器(38)中部設有振動篩，並與融化器(37)相通；原料海水泵05)、 第十一閥門(11)、過濾器(34)、脫氣塔(3 上端順次連接，脫氣塔(3 底部、第一預冷換熱器(36)、融化器(37)換熱管順次連接；融化器(37)換熱管出口分為二路，融化器(37) 換熱管出口的一路、第一閥門(1)、第一結晶器(3 海水換熱管、第十六閥門(16)、第二預冷換熱器Gl)的換熱管、噴淋管GO)順次連接；融化器(37)換熱管出口的另一路、第二閥門O)、第二結晶器(33)、第十七閥門(17)、第二預冷換熱器順次連接；汽化結晶器(39)上端分成為二路，汽化結晶器(39)上端的一路、第十閥門(10)、第二結晶器(33)上端順次連接；第二結晶器(3 底部、第十八閥門(18)、第一預冷換熱器(36)高純淡水換熱管、高純淡水泵06)順次連接；汽化結晶器(39)上端的另一路、第七閥門(7)、第一結晶器(32)上端順次連接；第一結晶器(3 底部、第十五閥門(15)、第一預冷換熱器(36)高純淡水換熱管順次連接；汽化結晶器(39)下部、第十九閥門(19)、冰漿泵( )、洗滌分離器(38)振動篩上方、融化器(37)順次連接；融化器(37)底部、海冰淡水泵( )、第二十二閥門(22)、第一預冷換熱器(36)海冰淡水換熱管順次連接；液化天然氣進口分成二路，液化天然氣進口的一路與第十三閥(13)、第一結晶器(3 液化天然氣換熱管、第三閥門(3)、 第二預冷換熱器(41)、第一預冷換熱器(36)天然氣換熱管順次連接；液化天然氣進口的另一路與第十四閥門(14)、第二結晶器(3 液化天然氣換熱管、第四閥門(4)和第二預冷換熱器Gl)順次連接；脫氣塔(3 頂部、第十二閥門(12)、真空泵04)順次連接；第一結晶器(32)的頂部、第五閥門(5)、真空泵04)順次連接；第二結晶器(33)的頂部、第八閥門(8)、真空泵04)順次連接；第一結晶器(32)海水換熱管與第一閥門(1)之間引出第六閥門(6)，並與第七閥門(7)和汽化結晶器(39)頂部之間的管段相連接；在第二結晶器(33)海水換熱管與第二閥門(2)之間引出第九閥門(9)，並與第十閥門(10)和汽化結晶器(39)頂部之間的管段相連接；第二十二閥門0 與海冰淡水泵08)之間引出第二十三閥門(23)，並與洗滌分離器(38)頂部相連接構成衝洗迴路；洗滌分離器(38)底部、濃海水泵 (27)、第二十閥門(20)、第一預冷換熱器(36)濃海水換熱管順次連接；第二十閥門00)與濃海水泵07)之間引出第二十一閥門(21)，並與第一預冷換熱器(36)和融化器(37)換熱管之間的原料海水管段相連接用以回收利用洗滌水。
2.一種使用如權利要求1所述裝置的液化天然氣冷能驅動的汽化與冷凍雙作用海水淡化方法，其特徵在於根據水蒸氣的相平衡壓力隨溫度降低而減小的原理，利用液化天然氣冷能形成的低溫真空作為驅動源，抽吸汽化結晶器(39)內的水蒸氣，使得經過預冷由噴淋管GO)噴淋的原料海水在三相點附近汽化，同時由於汽化吸熱效應使得原料海水在汽化結晶器(39)中冷凍結冰，即在海水三相點基於汽化和凝固兩種相變過程分別通過氣相和固相從原料海水中分離出淡水；水蒸氣在第一結晶器(32)或第二結晶器(33)中被液化天然氣凝華為冰，在切換操作後，通過原料海水復溫融化為高純度的淡水供給用戶使用；而由於汽化吸熱作用在汽化結晶器(39)中形成的冰漿被泵送至洗滌分離器(38)進行洗滌和固液分離，冰晶被轉移至融化器(37)中通過原料海水復溫融化為海冰淡水供給用戶使用； 液化天然氣由於吸收水蒸氣凝華為冰的相變潛熱以及部分顯熱而汽化為氣態，依次在第二預冷換熱器Gl)和第一預冷換熱器(36)中冷卻原料海水，梯級回收冷能，同時升溫至接近常溫供給用戶使用。
全文摘要
本發明公開了一種液化天然氣LNG冷能驅動的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置及方法。其工作原理是基於水蒸氣的相平衡壓力隨溫度降低而減小的特性，利用LNG的冷能形成低溫真空，抽吸原料海水表面的水蒸氣，促使海水汽化，而汽化過程的吸熱效應使原料海水冷凍結冰，即通過汽化和凝固兩個相變過程實現從海水中分離淡水。其裝置主要包括水泵、過濾器、脫氣塔、預冷換熱器、汽化-結晶器、結晶器、洗滌分離器、融化器和真空泵等。主要特徵為採用LNG冷能驅動，在海水三相點進行氣液固三相分離，可同時獲得高品質淡水和海冰淡水，具有冷量梯級利用，能效較高，淡水產率較高等優點。此外，LNG接收站通常建於海邊，與海水淡化工程具有良好的地緣結合性。
文檔編號C02F1/04GK102531261SQ201110457558
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者劉姝娟, 包士然, 李聰航, 湯珂, 金滔 申請人:浙江大學