[發明專利]一種基于水合物法的兩級式海水淡化方法與裝置

有效

• 申請號: 201410092962.4
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103864243B
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發明（設計）人: 王樹立;李建敏;張永飛;周詩崠;王蕾;梁艷;王淼
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C02F9/04
• 分類號: C02F9/04;C02F103/08
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

1.一種基于水合物法的兩級式海水淡化方法，其特征在于它包括以下步驟：

a.?第一級海水淡化系統利用二氧化碳與海水生成二氧化碳水合物，然后分解得到淡水；

1）氣液混合步驟：（1）由離心泵從大海中抽出的常溫海水經過過濾器去除固體雜質后，進入海水儲液罐，然后通過海水輸送管道到達繞在水合物分離分解器上的海水換熱盤管，將其熱量釋放后，經過海水配給管道的輸送到達安裝在氣液混合器上部的霧化器中，經過霧化的海水以霧滴的形式噴淋進氣液混合器;（2）與此同時，儲氣瓶中的二氧化碳氣體經過壓縮機從氣液混合器下部的進氣口進入氣液混合器，與霧化的海水充分混合；

2）水合物生成及輸送步驟：（1）水合物生成管道置于海底，利用海底的低溫環境促使水合物快速生成;（2）在氣液混合器中充分混合的二氧化碳和海水進入水合物生成管道，管道內溫度由恒溫控制系統提供的冷卻水控制在2～6℃，管道內壓力為1～5MPa;（3）生成的水合物漿液具有流動性，在氣液混合器海水進口前設置一加藥口，根據水合物漿液的生成情況，加入適量的水合物生成促進劑，保證水合物以較高的速率生成;（4）在管道內生成的水合物漿液通過水合物輸送管道輸送到水合物分離分解器，水合物漿液的管內流速控制在1.0～3.5m/s；

3）水合物分離及分解步驟：（1）連續生成的含有高含鹽游離水的水合物漿液通過水合物輸送管道進入水合物分離分解器，分離出的高含鹽水經過處理后排入大海或直接排入大海;

（2）固液分離結束后，水合物開始分解成二氧化碳氣體和淡水，釋放出的二氧化碳氣體經壓縮機加壓后通過氣相循環管道匯入進氣管道，并進入氣液混合器;（3）水合物分解出的淡水經過繞在氣液混合器上的淡水換熱盤管與氣液混合器進行冷量交換后，經檢驗合格進入淡水收集罐并外運，如果淡水中鎂、硼離子含量超標，則經循環管道進入第二級海水淡化系統再次淡化;

b.?第二級海水淡化系統利用丙烷與海水生成丙烷水合物，然后分解得到淡水;

1）氣液混合步驟：（1）由第一級海水淡化系統供給的水質未達標淡水通過輸送管道到達繞在水合物分離分解器上的海水換熱盤管，將其熱量釋放后，輸送到安裝在氣液混合器上部的霧化器中，經過霧化的海水以霧滴的形式噴淋進氣液混合器;（2）與此同時，儲氣瓶中的丙烷氣體經過壓縮機從氣液混合器下部的進氣口進入氣液混合器，與霧化的未達標淡水充分混合；

2）水合物生成及輸送步驟：（1）水合物生成管道置于海底，利用海底的低溫環境促使水合物快速生成;（2）在氣液混合器中充分混合的丙烷和未達標淡水進入水合物生成管道，管道內溫度由恒溫控制系統提供的冷卻水控制在2～6℃，管道內壓力為1～5MPa;（3）生成的水合物漿液具有流動性，在氣液混合器海水進口前設置一加藥口，根據水合物漿液的生成情況，加入適量的水合物生成促進劑，保證水合物以較高的速率生成;（4）在管道內生成的水合物漿液通過水合物輸送管道輸送到水合物分離分解器，水合物漿液的管內流速控制在1.0～3.5m/s；

3）水合物分離及分解步驟：（1）連續生成的含有高含鹽游離水的水合物漿液通過水合物輸送管道進入水合物分離分解器，分離出的高含鹽水經過處理后排入大海或直接排入大海;（2）固液分離結束后，水合物開始分解成丙烷氣體和淡水，解釋放出的丙烷氣體經壓縮機加壓后通過氣相循環管道匯入進氣管道，并進入氣液混合器;（3）水合物分解出的淡水經過繞在氣液混合器上的淡水換熱盤管與氣液混合器進行冷量交換后，進入淡水收集罐并外運；

在各工藝流程中，溫度、壓力由溫度計、壓力計監測后輸送到計算機數據采集系統進行分析處理。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于水合物分離分解步驟中，在分離分解器底部安裝加熱器，加熱器動力由太陽能提供，通過加熱使水合物高效分解。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于水合物分離分解步驟中，在輸水泵前設置一加藥口，根據水合物的分解情況，加入適量的水合物抑制劑，從而提高水合物的分解速度。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于當第一級海水淡化系統所生產的淡水質量達標時，無需使用第二級海水淡化裝置，為提高海水淡化規模，此時第二級海水淡化系統改用二氧化碳，兩級海水淡化系統同時進行海水淡化工作。

5.一種兩級式海水淡化裝置，包括串聯的第一級和第二級海水淡化裝置，其特征在于每級淡化裝置包括氣液供給及其混合單元、氣體水合物生成及其輸送單元和氣體水合物分離分解單元；具體部件如下：

（1）第一級海水淡化裝置，其中：

氣液供給及其混合單元，主要包括數據采集系統(21)，進液通道、進氣通道和氣液混合裝置組成，其中進液通道由過濾器（1），海水提取泵（2），流量計（3）、（8），海水儲液罐（4），海水輸送泵（5），壓力計（6），溫度計（7），海水輸送管道（9）構成，進氣通道由儲氣瓶（15），壓縮機（16），壓力計（17），溫度計（18），流量計（19），進氣管道（20）構成，氣液混合裝置由海水換熱管道（10），海水配給管道（11），加藥口（12），氣液混合器（13），液體霧化器（14）構成，海水跟氣體分別經過進液通道和進氣通道匯入氣液混合器（13）；數據采集系統（21）通過設置在進液通道和進氣通道上的壓力計、溫度計、流量計實時檢測運行工況；

氣體水合物生成及其輸送單元，主要包括水合物生成及輸送通道和恒溫控制系統，其中水合物生成及輸送通道由氣液混合物輸送管道（22），水合物生成管道（23），水合物輸送管道（24）依次連接構成的通道構成，水合物生成管道（23）上設有壓力計（25），溫度計（26），數據采集系統（32）通過壓力計、溫度計實時監測水合物生成及輸送單元運行工況，恒溫控制系統由恒溫水箱（27），冷卻水回水管道（28），冷卻水循環套管（29），冷卻水供給管道（30），高壓輸送泵（31）構成，水合物生成管道內溫度由恒溫控制系統提供的冷卻水控制在2～6℃，管道內壓力為1～5MPa；

氣體水合物分離分解單元，主要包括水合物分離分解器（33）、氣體釋放通道、淡水收集通道，水合物分離分解器（33）上部依次連接減壓閥（38），壓縮機（39），流量計（40），氣體輸送管道（41）構成氣體釋放通道；水合物分離分解器（33）下部連接高含鹽水輸送管道（42）排放高含鹽水或依次連接淡水輸送泵（43），流量計（44），淡水輸送管道（45）、（47），淡水換熱管道（46），淡水質量檢測口（48），淡水收集罐（49），次級淡水輸送管道（50）構成淡水收集通道；分離分解器（33）上部安裝壓力計（34），溫度計（35）以監測分離分解器內的壓力與溫度，并由數據采集系統（51）處理分析以保證系統的正常運行；此外，分離分解器（33）設有加藥口（36）、太陽能板加熱器（37）以保證水合物的快速分解；

（2）第二級海水淡化裝置，其中：

氣液供給及其混合單元，主要包括數據采集系統（72），進液通道、進氣通道和氣液混合裝置組成，其中進液通道由過濾器（52），海水提取泵（53），流量計（54）、（59），液體儲罐（55），液體輸送泵（56），壓力計（57），溫度計（58），液體輸送管道（60）構成，進氣通道由儲氣瓶（66），壓縮機（67），壓力計（68），溫度計（69），流量計（70），進氣管道（71）構成，氣液混合裝置由液體換熱管道（61），液體配給管道（62），加藥口（63），氣液混合器（64），液體霧化器（65）構成，液體跟氣體分別經過進液通道和進氣通道匯入氣液混合器（64）；數據采集系統（72）通過設置在進液通道和進氣通道上的壓力計、溫度計、流量計實時檢測運行工況；

氣體水合物生成及其輸送單元，主要包括水合物生成及輸送通道和恒溫控制系統，其中水合物生成及輸送通道由氣液混合物輸送管道（73），水合物生成管道（74），水合物輸送管道(75)依次連接構成的通道構成，水合物生成管道(74)上設有壓力計(76)，溫度計(77)，數據采集系統(83)通過壓力計、溫度計實時監測水合物生成及輸送單元運行工況，恒溫控制系統由恒溫水箱(78)，冷卻水回水管道(79)，冷卻水循環套管(80)，冷卻水供給管道(81)，高壓輸送泵(82)構成，水合物生成管道內溫度由恒溫控制系統提供的冷卻水控制在2～6℃，管道內壓力為1～5MPa；

氣體水合物分離分解單元，主要包括水合物分離分解器(84)、氣體釋放通道、淡水收集通道，水合物分離分解器(84)上部依次連接減壓閥(89)，壓縮機(90)，流量計(91)，氣體輸送管道(92)構成氣體釋放通道；水合物分離分解器(84)下部連接高含鹽水輸送管道(93)排放高含鹽水或依次連接淡水輸送泵(94)，流量計(95)，淡水輸送管道(96)、(98)，淡水換熱管道(97)，淡水質量檢測口(99)，淡水收集罐(100)構成淡水收集通道；分離分解器(84)上部安裝壓力計(85)，溫度計(86)以監測分離分解器內的壓力與溫度，并由數據采集系統(101)處理分析以保證系統的正常運行；此外，分離分解器(84)設有加藥口(87)、太陽能板加熱器(88)以保證水合物的快速分解。