本發(fā)明屬于水合物法海水淡化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電場作用下水合物法海水淡化的方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。

背景技術(shù)：

隨著世界人口增長、現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，淡水資源匱乏已經(jīng)成為當(dāng)今世界面臨的非常嚴(yán)峻的全球性問題。目前為止，海水淡化技術(shù)已有20多種。其中，主要有熱法(如med、msf等)和膜法(如ro)。傳統(tǒng)技術(shù)方法存在著能耗大、成本高和結(jié)垢嚴(yán)重等缺點(diǎn)，需要開發(fā)更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保的方法。水合物法海水淡化是利用較易生成水合物的小分子物質(zhì)與海水中的水分子生成籠狀水合物晶體，固液分離后，固體水合物分解即可得到淡水。水合物法海水淡化技術(shù)以工藝簡單、能耗成本低等特點(diǎn)作為一種解決淡水資源緊缺的有效手段，越來越受到沿海地方政府的廣泛關(guān)注。本技術(shù)的關(guān)鍵：一是需要水合劑在較溫和條件下快速形成水合物，；二是固液分離，即水合后的水合物固相與剩余鹽水的分離。

而目前的困境是，生成條件較溫和的c3clf、ch3br、chcl2f等水合劑毒性較大，不適合淡化飲用水；而相對(duì)清潔的co2、c3h8等水合劑生成條件較高，需要添加水合物促進(jìn)劑，而水合物促進(jìn)劑一般都是有毒有污染的。同時(shí)剩余鹽水中的各種離子會(huì)包裹或吸附在水合物固相，從而降低水合物法海水淡化效率。上述兩個(gè)關(guān)鍵問題已經(jīng)成為水合物法海水淡化技術(shù)推廣與應(yīng)用的瓶頸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電場作用下水合物法海水淡化的方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。本發(fā)明在外加電場作用下，海水中的淡水與水合劑快速形成固態(tài)水合物，而殘余的陰、陽離子分別在陰、陽兩室富集，從而提高高效的水合過程提高海水淡化效率和產(chǎn)量；本技術(shù)不需要添加任何水合物促進(jìn)劑，清潔環(huán)保，可應(yīng)用于海水淡化、溶液脫鹽等技術(shù)領(lǐng)域。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的目的是提供一種電場作用下水合物法海水淡化的方法，包括以下步驟：

(1)海水經(jīng)澄清預(yù)處理后，經(jīng)第一離心泵通過海水供給管路輸送到水合物生成容器，同時(shí)水合劑由水合劑容器經(jīng)減壓閥和混合閥通過第一水合劑輸送管路輸送進(jìn)入水合物生成容器；

(2)在水合物生成容器內(nèi)設(shè)置有外加電場，海水和水合劑充分?jǐn)嚢杌旌?，在外加電場作用下，海水中的淡水與水合劑快速形成固態(tài)水合物，海水中的殘余的陰離子和陽離子分別在陽室和陰室富集；陰室和陽室內(nèi)富集的鹽水經(jīng)鹽水排出管路排出，水合物漿相經(jīng)第二離心泵通過水合物漿相輸出管路進(jìn)入水合物分解容器；

(3)在水合物分解容器內(nèi)，水合物漿相在經(jīng)攪拌充分分解獲得淡化水和不溶于水的水合劑，淡化水通過淡化水輸送管路進(jìn)入淡水收集容器，收集的水合劑通過第二水合劑輸送管路與通過所述第一水合劑輸送管路輸送的水合劑經(jīng)混合閥混合后，進(jìn)入所述水合物生成容器再次和海水生成水合物，如此形成一個(gè)海水淡化循環(huán)工藝。水合物漿相在常溫常壓下經(jīng)攪拌充分分解獲得淡化水和不溶于水的水合劑。

本發(fā)明在外加電場的約束作用下，海水體系中的陰、陽離子分別在電場的正、負(fù)兩級(jí)富集，從而減少離子在水合物形成區(qū)域的濃度，并避免離子在水合物相吸附；同時(shí)，外加電場會(huì)強(qiáng)化海水的水合過程。簡而言之，本技術(shù)特征是以外加電場從約束海水離子分布和強(qiáng)化海水水合過程兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)來提高水合法海水淡化技術(shù)的有效性和可靠性。本技術(shù)工藝簡單可行、無添加無二次污染、淡化效率高、能耗成本低，可廣泛應(yīng)用于海水、苦鹽水的淡化過程。

優(yōu)選地，步驟(1)中所述水合劑選自co2或c3h8。co2或c3h8易于與水反應(yīng)形成水合物晶體、生成水合物的水合數(shù)較大、難溶于水或?qū)λ|(zhì)無污染的清潔物質(zhì)。

優(yōu)選地，步驟(2)中所述陽離子包括na⁺、ca²⁺、mg²⁺或k⁺中的至少一種，所述陰離子包括cl^-、so4^2-或hco3^-中的至少一種。

優(yōu)選地，所述外加電場為直流電源電場，所述直流電源電場的電壓為1～110v。

進(jìn)一步的，所述外加電場的電壓為1～36v。外加電場為在水合物形成區(qū)域外圍設(shè)置的的直流電場，其電壓為1～36v，優(yōu)選直流電場為水平方向。在本發(fā)明中外加電場只是約束離子分布，無需較高電壓電場，從而使能耗成本降低。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種實(shí)現(xiàn)電場作用下水合物法海水淡化的方法的裝置，包括海水輸入模塊、水合劑供給模塊、水合物生成模塊、水合物分解模塊、淡水收集模塊和外電場模塊，所述水合物生成模塊包括水合物生成容器和水合物漿相輸出管路，所述水合物生成容器頂部設(shè)置有水合劑入口，所述水合劑供給模塊包括水合劑容器和第一水合劑輸送管路，所述水合劑容器頂部設(shè)置有水合劑出口，所述水合劑出口與所述水合劑入口通過第一水合劑輸送管路連通，所述水合物生成容器上設(shè)置有海水輸入口，所述海水輸入模塊包括海水澄清池和海水供給管路，海水經(jīng)所述海水澄清池后通過海水供給管路與所述海水輸入口連通；所述水合物生成容器上還設(shè)置有水合物漿相輸出口，所述水合物分解模塊包括水合物分解容器和第二水合劑輸送管路，所述水合物分解容器上設(shè)置有水合物漿相輸入口，所述水合物漿相輸出口通過水合物漿相輸出管路與所述水合物漿相輸入口連通，所述水合物分解容器頂部設(shè)置有水合劑輸出口，所述水合劑輸出口通過第二水合劑輸送管路與所述第一水合劑輸送管路中的混合閥連接，所述淡水收集模塊包括淡化水輸送管路和淡水收集容器，所述水合物分解容器中的淡水通過淡水收集模塊中的淡化水輸送管路與所述淡水收集容器連通；所述外電場模塊包括直流電源和與所述直流電源通過導(dǎo)線連接的陰電極板和陽電極板，所述陽電極板和所述陰電極板設(shè)置于所述水合物生成容器內(nèi)部，所述外電場模塊給所述水合物生成容器提供恒定電場。

與現(xiàn)有技術(shù)水合物法淡化海水的工藝相比，現(xiàn)有技術(shù)基本停留在對(duì)水合劑或水合促進(jìn)劑選擇以及工藝聯(lián)產(chǎn)或節(jié)能等優(yōu)化和設(shè)計(jì)，而無一能從本質(zhì)上解決水合過程中的離子在水合物晶體的吸附及其去除難題；現(xiàn)有的去除離子方法也局限于或離心脫除或水洗等或工藝復(fù)雜或需要消耗額外淡水或能耗能耗成本高或淡化效率低。本發(fā)明提供一種外電場強(qiáng)化水合物法海水淡化的方法與裝置，其技術(shù)特征是以外加電場來強(qiáng)化水合物形成過程；同時(shí)以外加電場約束離子分布從本質(zhì)上解決離子吸附難題，無需后續(xù)的離子脫除過程。

與現(xiàn)有技術(shù)公開的電場海水淡化的工藝相比:一是本技術(shù)采用電場的本質(zhì)只是約束離子分布，技術(shù)核心是通過水合過程來獲得淡水，而現(xiàn)有技術(shù)是通過電場的極化反應(yīng)或加速作用直接獲得陰陽離子產(chǎn)品；二是本技術(shù)采用弱電場(只需要1～36v電壓)，而已有專利技術(shù)的淡化效率和能力高度依賴于電場電壓，需采用較高電壓電場，且淡化效率較低(一般不到60％)；三是采用電場的技術(shù)作用和技術(shù)目的是強(qiáng)化水合物法海水淡化的形成分解過程。

優(yōu)選地，所述水合物生成模塊還包括將電場作用下富集的鹽水排出的鹽水排出管路。

優(yōu)選地，所述水合物生成容器為耐高壓的反應(yīng)釜，所述釜體內(nèi)腔通過陰室隔板和陽室隔板分割為陰室、水合物相室和陽室，所述海水和所述水合劑在外加電場作用下在所述水合相室中反應(yīng)形成水合物。在本發(fā)明中，高壓為0～10mpa。反應(yīng)釜釜體為圓柱體，中間是圓的，圓柱體兩側(cè)拉長，兩側(cè)拉長即狹長區(qū)域用來放置外加電場的電極。

進(jìn)一步的，所述陽室隔板和所述陰室隔板上均設(shè)置有便于離子通過而阻礙水合物顆粒通過的微孔，所述微孔直徑為0.1～1mm。微孔尺寸的設(shè)計(jì)可使離子從水合物相側(cè)進(jìn)入陰室和陽室，而水合物顆粒卻不能通過。

優(yōu)選地，所述陽室隔板和所述陰室隔板的材質(zhì)為聚四氟乙烯。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)直接利用外加電場對(duì)海水體系中的陰陽離子進(jìn)行約束，從而解決離子在水合物相吸附、淡化效率低等問題；

(2)在電場促進(jìn)作用下水合物可快速形成，因而不需要添加任何水合物添加劑，整個(gè)工藝無添加無污染，淡化速率快；

(3)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理緊湊，滿足工業(yè)生產(chǎn)要求，運(yùn)行過程穩(wěn)定可靠，成本低廉，節(jié)能環(huán)保，可應(yīng)用于海水淡化、苦鹽水淡化、溶液脫鹽等技術(shù)領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種外電場作用下水合物法海水淡化裝置及方法工作流程示意圖；

圖2為本發(fā)明外電場作用下水合物法海水淡化裝置及方法的釜體與外加電場布置示意圖；

附圖標(biāo)記：1、水合劑罐；2、第一水合劑輸送管路；3、減壓閥；4、混合閥；5、水合物生成罐；51、陰電極板；52、陽電極板、53、陰室隔板、54、陽室隔板；55、陰室；56、水合物相室；57、陽室；6、攪拌器；7、直流電源；8、海水澄清池；9、第一離心泵；10、第二離心泵；11、水合物分解罐；12、淡水收集罐；13、海水供給管路；14、水合物漿相輸出管路；15、鹽水排出管路；16、第二水合劑輸送管路；17、淡化水輸送管路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。應(yīng)該理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。在實(shí)際應(yīng)用中技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明做出的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

除特別說明，本發(fā)明使用的設(shè)備和試劑為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)市購產(chǎn)品。圖1中箭頭方向表示水合劑的流動(dòng)方向。

一種電場作用下水合物法海水淡化的方法，包括以下步驟：

(1)海水經(jīng)澄清預(yù)處理后，經(jīng)第一離心泵通過海水供給管路輸送到水合物生成容器，同時(shí)水合劑由水合劑容器經(jīng)減壓閥和混合閥通過第一水合劑輸送管路輸送進(jìn)入水合物生成容器；

(2)在水合物生成容器內(nèi)設(shè)置有外加電場，海水和水合劑充分?jǐn)嚢杌旌?，在直流電源電場作用下，海水中的淡水和水合劑進(jìn)行水合反應(yīng)形成固態(tài)水合物，而殘余的陽離子(na⁺、ca²⁺、mg²⁺或k⁺等陽離子)和陰離子(cl^-、so4^2-或hco3^-等陰離子)分別在陽室和陰室富集。然后，陰室和陽室內(nèi)富集的鹽水經(jīng)鹽水排出管路排出，水合物漿相經(jīng)第二離心泵通過水合物漿相輸出管路進(jìn)入水合物分解容器；

(3)在水合物分解容器內(nèi)，水合物漿相在一定條件下經(jīng)攪拌充分分解獲得淡化水和不溶于水的水合劑，淡化水通過淡化水輸送管路進(jìn)入淡水收集容器，收集的水合劑通過第二水合劑輸送管路與通過所述第一水合劑輸送管路輸送的水合劑經(jīng)混合閥混合后，進(jìn)入所述水合物生成容器再次和海水生成水合物，如此形成一個(gè)海水淡化循環(huán)工藝。

在本發(fā)明中，水合劑是易于與水反應(yīng)形成水合物晶體，生成水合物的水合數(shù)較大，難溶于水或?qū)λ|(zhì)無污染的物質(zhì)，步驟(1)中水合劑選自co2或c3h8。直流電源電場的電壓為1～110v，本發(fā)明人在實(shí)際試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，外加電場的電壓為1～36v時(shí)，其淡化效果最好。在本發(fā)明中外加電場只是對(duì)陰陽離子加以約束，無需較高電壓電場，從而使能耗成本降低，優(yōu)選直流電源為水平方向。

實(shí)現(xiàn)電場作用下水合物法海水淡化的方法的裝置中的各個(gè)容器其可以選擇設(shè)備、塔、儲(chǔ)罐或者任何可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的儲(chǔ)存容器均可，在下述實(shí)施例中，各個(gè)容器選用儲(chǔ)罐。

實(shí)施例

一種實(shí)現(xiàn)電場作用下水合物法海水淡化的方法的裝置，包括海水輸入模塊、水合劑供給模塊、水合物生成模塊、水合物分解模塊、淡水收集模塊和外電場模塊，所述水合物生成模塊包括水合物生成罐5、水合物漿相輸出管路14和將電場作用下富集的鹽水排出的鹽水排出管路15，水合物生成罐5頂部設(shè)置有水合劑入口，水合劑供給模塊包括水合劑罐1和第一水合劑輸送管路2，水合劑罐頂部設(shè)置有水合劑出口，水合劑出口與水合劑入口通過第一水合劑輸送管路2連通，水合物生成罐5上設(shè)置有海水輸入口，海水輸入模塊包括海水澄清池8和海水供給管路13，海水經(jīng)海水澄清池8后通過海水供給管路13與海水輸入口連通；水合物生成罐5上還設(shè)置有水合物漿相輸出口，水合物分解模塊包括水合物分解罐11和第二水合劑輸送管路16，水合物分解罐11上設(shè)置有水合物漿相輸入口，水合物漿相輸出口通過水合物漿相輸出管路14與水合物漿相輸入口連通，水合物分解罐11頂部設(shè)置有水合劑輸出口，水合劑輸出口通過第二水合劑輸送管路16與第一水合劑輸送管路2中的混合閥4連接，淡水收集模塊包括淡化水輸送管路17和淡水收集罐12，水合物分解罐11中的淡水通過淡水收集模塊中的淡化水輸送管路17與淡水收集罐12連通；外電場模塊包括直流電源7和與直流電源7通過導(dǎo)線連接的陰電極板51和陽電極板52，陰電極板51和陽電極板52設(shè)置于水合物生成罐11內(nèi)部，外電場模塊給水合物生成罐11提供恒定電場。

水合物生成罐5為耐高壓的反應(yīng)釜，釜體內(nèi)腔通過陰室隔板53和陽室隔板54分割為陰室55、水合物相室56和陽室57，海水和水合劑在外加電場作用下在所述水合相室中反應(yīng)形成水合物。在本實(shí)施例中，水合劑選擇co2和c3h8。在電場作用下，co2和c3h8其海水淡化效率分別達(dá)88％和90％，明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)水平60％～70％。在本實(shí)施例中，高壓為0～10mpa。反應(yīng)釜釜體為圓柱體，中間是圓的，圓柱體兩側(cè)拉長，兩側(cè)拉長即狹長區(qū)域用來放置外加電場的電極。

在本實(shí)施例中，水合劑是易于與水反應(yīng)形成水合物晶體，生成水合物的水合數(shù)較大，難溶于水或?qū)λ|(zhì)無污染的物質(zhì)，步驟(1)中水合劑選自co2或c3h8。直流電源電場的電壓為1～110v，本發(fā)明人在實(shí)際試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，外加電場的電壓為1～36v時(shí)，其淡化效果最好。在本實(shí)施例中外加電場只是約束離子分布，無需較高電壓電場，從而使能耗成本降低，優(yōu)選直流電源為水平方向。

陽室隔板和陰室隔板上均設(shè)置有用于離子通過而阻礙水合物顆粒通過的的微孔，微孔直徑為0.1～1mm。陽室隔板和所述陰室隔板的材質(zhì)為聚四氟乙烯。

該裝置的工藝流程是：

(1)海水經(jīng)海水澄清池8預(yù)處理后，經(jīng)第一離心泵9通過海水供給管路13輸送到水合物生成罐5，同時(shí)水合劑由水合劑罐1先后經(jīng)第一水合劑輸送管路2中的減壓閥3和混合閥4后輸送進(jìn)入水合物生成罐5；

(2)在水合物生成罐5內(nèi)設(shè)置有直流電源電場，海水和水合劑經(jīng)攪拌器6充分?jǐn)嚢杌旌?，在直流電源電場作用下，海水中的淡水和水合劑進(jìn)行水合反應(yīng)形成固態(tài)水合物，而殘余的陽離子(na⁺、ca²⁺、mg²⁺或k⁺等陽離子)和陰離子(cl^-、so4^2-或hco3^-等陰離子)分別在陽室和陰室富集。水合物漿相經(jīng)第二離心泵10通過水合物漿相輸出管路14進(jìn)入水合物分解罐11，然后，陰室和陽室內(nèi)富集的鹽水經(jīng)鹽水排出管路15排出，；

(3)在水合物分解罐11內(nèi)，水合物漿相在常溫常壓下經(jīng)攪拌器6攪拌充分分解獲得淡化水和不溶于水的水合劑，淡化水通過淡化水輸送管路17進(jìn)入淡水收集罐，收集的水合劑通過第二水合劑輸送管路16與通過第一水合劑輸送管路2輸送的水合劑經(jīng)混合閥4混合后，進(jìn)入水合物生成罐再次和海水生成水合物，如此形成一個(gè)海水淡化循環(huán)工藝。

以上對(duì)本發(fā)明提供的一種電場作用下水合物法海水淡化的方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。