專利名稱：兼發(fā)電海水淡化技術(shù)與裝置的制作方法
地球上的地表水約有13.57億立方米，覆蓋看地球面積的70％以上，但大部分水都不能使用，因為約97.2％的水是海水，海水含鹽量高達3～3.5％，不能飲用，不能作生活用水，也不能作農(nóng)業(yè)用水。這對于海灣國家，海邊地區(qū)，海島等就面臨無水可用的嚴(yán)重問題。人類從古代就知道采用海水淡化來解決，公元4世紀(jì)發(fā)明了蒸餾法，7世紀(jì)末發(fā)明了過濾和分類裝置，1650年，世界上第一個海水淡化站(廠)在突尼斯造成。目前，沙特阿拉伯在海水淡化生產(chǎn)方面居世界第一位，日淡化水總量達525方立方米，約占世界海水淡化總量的25.9％，沙特阿拉伯海水淡化站是使用過濾技術(shù)裝置。對于海灣國家來說，淡水問題是個戰(zhàn)略問題，它比油(汽油)還重要，因為沒有油，入能活，若沒有淡水，人無法生存。所以為油而戰(zhàn)被為水而戰(zhàn)所代替，可見海水淡化技術(shù)的重要性和迫切性。
目前的海水淡化技術(shù)為蒸餾法和過濾法，成本高，能耗大，難以滿足有關(guān)地區(qū)工農(nóng)業(yè)發(fā)展和人口增加對淡水的需要。對于遠(yuǎn)洋輪船來說，船浮在鹽水海洋上，更迫切需要淡水。
本發(fā)明的目的，在于發(fā)明一種成本極低，耗能低，甚至能發(fā)出電力的海水淡化新技術(shù)與裝置。
本發(fā)明原理特征[1]采用特殊技術(shù)，以低成本從海水中提取中間產(chǎn)物，[2]中間產(chǎn)物再通過助產(chǎn)劑最終生成超級純凈淡水，[3]反應(yīng)過程中并產(chǎn)生強大電力可出售，便大幅度降低淡化水成本。主要技術(shù)指標(biāo)(1)1噸海水生產(chǎn)0.95噸淡水(2)平均每生產(chǎn)1噸淡水能發(fā)電1.5千瓦，(3)淡水產(chǎn)量8～80萬噸/日，(4)淡水生產(chǎn)成本每噸≤0.3元。


圖1為海水淡化設(shè)備總圖，圖2為海水制氫反應(yīng)爐，圖3為微波等離子發(fā)生器，圖4為產(chǎn)品水蒸汽冷凝裝置。
本發(fā)明由制氫反應(yīng)爐2，微波等離子發(fā)生器12，通氫分子篩4，氫燃燒室6，燃?xì)廨啺l(fā)電機7和水蒸汽冷凝裝置8等組成(見圖1)。
所述的微波發(fā)生器12(見圖1、3)，21為反應(yīng)爐外殼，微波發(fā)生器由磁控管23電源變壓器22等元件和波導(dǎo)空腔24等組成。25為一塊耐高溫塑料或石棉板，以便微波電場磁力線能發(fā)射到進氣管1內(nèi)。當(dāng)CO2經(jīng)過微波電場時，氣體的目由電子被微波高頻能量所激發(fā)，自由電子運動急劇加速并獲得足夠的能量，這時氣體的原子被電離，則氣體被微波電場擊穿而電離成等離子體，等離子體為物質(zhì)第四態(tài)，在該態(tài)下極快完成如下反應(yīng)--------(1)--------(2)本發(fā)明海水淡化過程分兩步驟進行(1)低成本海水制氫，(2)氫燃燒產(chǎn)生蒸汽再冷凝成淡水(超級純凈水)。
所述的用水制氫過程如下
a．返送回來的CO2氣體進入反應(yīng)爐2的下端入口1，經(jīng)此處微波電場的作用，CO2氣體被電離成等離子體狀態(tài)，這些離子的碳呈原子狀態(tài)，便沉積在反應(yīng)爐中下部的催化劑石墨碳13顆粒表面上，這些原子狀態(tài)的碳，化學(xué)性能十分活躍，又呈極細(xì)的微粒狀，其反應(yīng)表面積非常大，它與CO2迅速反應(yīng)，再生區(qū)溫度為900℃，助催化劑為含稀土元素釔的鐵鉻鋁(網(wǎng))16，經(jīng)實驗測試，證明上反應(yīng)所消耗的碳并不是催化劑石墨碳，而是沉積在它上面的游離原子碳。
b．所產(chǎn)生的CO，便是制氫的反應(yīng)劑，CO氣體流經(jīng)反應(yīng)爐中部的鐵鉻鋁網(wǎng)16，遇到噴入的水蒸汽，立刻發(fā)生制氫化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)區(qū)溫度為750℃。
所述的制氫特殊反應(yīng)劑是一氧化碳CO，設(shè)備開機啟動時，由鋼瓶裝的CO2氣源供給(只是開機時一次性供給1，以后不用)。在反應(yīng)爐中進行制氫化學(xué)反應(yīng)-9870 cal/mol----(3)為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)區(qū)溫度為750℃。由于氫分子直徑很小，而CO2分子直徑較大。經(jīng)過通氫分子篩4的分離，剩下的CO2進入再生區(qū)30(反應(yīng)爐中下部)，使CO2又再生成CO∶------(2)，這反應(yīng)式(2)是本發(fā)明運行的關(guān)鍵。所述的從海水中提取中間產(chǎn)物是指氫氣，助產(chǎn)劑是指空氣中的氧氣。
所述的制氫反應(yīng)爐2(圖1,2)，3為水蒸汽發(fā)生器，內(nèi)裝海水，為防止海水的腐蝕，3的材料為防腐不銹鋼，由噴管15噴入水蒸汽，19為水標(biāo)，20為加水管(均用防腐不銹鋼)。29為生成氣體(H2+CO2)出口，14為加熱管(陶瓷)，17為電加熱的電阻絲(φ4的鎳鉻絲)，自動控溫恒定900℃，18為保溫材料。
所述的氫燃燒產(chǎn)生蒸汽再冷凝成淡水(超級純凈水)，其過程如下前述所制得的氫氣經(jīng)管道進入氫氣燃燒室6，經(jīng)點燃?xì)錃夂涂諝庵械难踹M行燃燒化學(xué)反應(yīng)，此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所生成的高溫氣流1800～2100℃，進入燃?xì)廨啺l(fā)電機7，它的特點是不用蒸氣鍋爐及蒸汽輪機便能直接發(fā)電，并且效率較高。發(fā)電后由燃?xì)廨啺l(fā)電機排出的氣體，其成份為水蒸汽，再通入裝有蛇形管26的冷凝器8(圖4)冷凝器內(nèi)有冷卻水(海水)不斷的流動，28為進水管，27為出水管，整個冷凝器包括蛇形管都用耐腐蝕的不銹鋼制成從蛇形管出口9流出的便是純凈淡水(圖1)，儲存在淡水池11中(圖1)。淡水日產(chǎn)量8～80萬立方米。5為驅(qū)動風(fēng)機，10為循環(huán)管道。
權(quán)利要求
1．兼發(fā)電海水淡化技術(shù)與裝置，主要包括制氫反應(yīng)爐，微波等離子發(fā)生器，專用通氫分子篩，二氧化碳再生器(區(qū))，氫燃燒室，燃?xì)廨啺l(fā)電機和蒸汽冷凝裝置等。其特征是所述的微波發(fā)生器，由磁控管23波導(dǎo)24等組成，令入口處CO2電離成等離子狀態(tài)，以提高CO2→CO的轉(zhuǎn)換速度和效率，
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的兼發(fā)電海水淡化技術(shù)與裝置，其特征是1)在反應(yīng)爐中下部放有晶體石墨碳、含稀土元素釔的鐵鉻鋁作為CO2→CO轉(zhuǎn)換的催化劑，2)在再生區(qū)30產(chǎn)生的CO，便是制氫反應(yīng)劑，3)反應(yīng)爐上部的水蒸汽發(fā)生器3產(chǎn)生的水蒸汽和CO反應(yīng)成氫氣，
3．根據(jù)權(quán)和要求1、2所述的兼發(fā)電海水淡化技術(shù)與裝置，其特征是1)制氫反應(yīng)生成的氣體(H2+CO2)經(jīng)過通氧分子篩4的分離，產(chǎn)生的氫氣由出口31輸出，2)分離后剩下的CO2經(jīng)由管道送回反應(yīng)爐入口1，以便轉(zhuǎn)換成CO重復(fù)使用。
4．根據(jù)權(quán)力要求3所述的兼發(fā)電海水淡化技術(shù)與裝置，其特征是1)氫氣在燃燒室6內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的高溫氣流驅(qū)動燃?xì)廨啓C7進行發(fā)電輸出，2)燃?xì)廨啓C排出氣體通到內(nèi)裝蛇形管的冷凝器8，在其出口9流出產(chǎn)品淡水。
全文摘要
本發(fā)明兼發(fā)電海水淡化技術(shù)與裝置,適用于海灣國家,海邊城市,海島和遠(yuǎn)洋輪船的淡水大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明原理特征(1)采用特殊技術(shù),以低成本從海水中提取中間產(chǎn)物,(2)中間產(chǎn)物再通過助產(chǎn)劑最終生成超級純凈淡水,(3)反應(yīng)過程中并產(chǎn)生強大電力可出售,使大幅度降低淡化水成本。主要技術(shù)指標(biāo):(1)1噸海水生產(chǎn)0.95噸淡水(2)平均每生產(chǎn)1噸淡水能發(fā)電1.5千瓦,(3)淡水產(chǎn)量8～80萬噸/日,(4)淡水生產(chǎn)成本每噸≤0.3元。
文檔編號C02F1/00GK1299780SQ9912599
公開日2001年6月20日 申請日期1999年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月13日
發(fā)明者黎英豪 申請人:黎英豪