一種基于液化天然氣冷能的高脫鹽率海水淡化裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及油氣儲運、工程熱物理及水處理技術(shù)的交叉領(lǐng)域，具體涉及了一種基于液化天然氣冷能的高脫鹽率海水淡化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]LNG(Liquefied Natural Gas液化天然氣)是常壓、低溫(_162°C )下的液態(tài)天然氣，在進入管道輸送、用作燃料或化工原料之前，需要通過氣化器氣化后使用，LNG氣化時理論上會放出830kJ/kg冷能。進口 LNG接收站一般建在海港附近，LNG氣化釋放的冷能通常直接排放到海水中，隨著接收站規(guī)模的不斷擴大，大量的冷能對附近海域的生態(tài)環(huán)境構(gòu)成影響。若能將這部分冷能用于海水淡化，則有以下諸多好處:減輕LNG氣化過程對碼頭附近海域生態(tài)環(huán)境的影響；降低冷凍法海水淡化的成本；具有節(jié)能、節(jié)水、減少碳排放、綜合利用能源資源的意義。
[0003]冷凍法脫鹽作為海水淡化的方法之一，冷源可以采用天然冷源和人工冷源，前者受地理氣候條件所限，難以大規(guī)模工業(yè)化采用，后者需要消耗大量的能源(制冷過程往往需要消耗高品位的電能)。另外，更為關(guān)鍵的是單純的冷凍法與膜法(如反滲透膜法)和熱法(如低溫多效蒸餾法等)相比，其脫鹽率較低，因此未能成為主流的海水淡化方法。
[0004]隨著天然氣在我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中所占比重的大幅度提高，沿海地區(qū)進口LNG碼頭發(fā)展迅速，LNG氣化所釋放的巨大冷能可以為冷凍脫鹽法提供不受氣候條件限制的免費冷源，這為采用冷凍法進行大規(guī)模工業(yè)化的海水淡化提供了發(fā)展的機遇。
[0005]即便進口 LNG接收站能夠為采用冷凍法海水淡化提供低成本的冷源，仍然需要解決單純的冷凍法脫鹽率低的問題，否則要得到可供工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和民用的淡水，后處理的成本很高。因此，在冷凍脫鹽的基礎(chǔ)上進一步降低鹽濃度，同時不過多地增加成本和能耗，是實現(xiàn)利用LNG冷能進行海水淡化產(chǎn)業(yè)化需要解決的問題。
[0006]專利文獻CN102583848A “基于液態(tài)天然氣冷能的海水淡化系統(tǒng)及其方法”以及專利文獻CN101628740A“利用液化天然氣冷量的直接接觸冷凍海水淡化方法”，均采用了二次冷媒與海水直接接觸的制冰裝置，雖然換熱效率較高，但存在需要將二次冷媒與冰晶分離、冰晶洗滌以及單純冷凍法脫鹽率低的問題。
[0007]專利文獻CN101624224A “利用液化天然氣冷量的有相變間接冷凍海水淡化方法”以及專利文獻CN101628741A“利用液化天然氣冷量的無相變間接冷凍海水淡化方法”，雖然采用了二次冷媒與海水間接換熱制冰的方法，不需要分離二次冷媒與冰，但仍然屬于單純的冷凍法海水脫鹽技術(shù)，無法解決脫鹽率低的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]本實用新型旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，充分利用LNG氣化過程所釋放的大量冷能，采用冷凍法達到海水的初級脫鹽，并在此基礎(chǔ)上綜合利用成本較低的重力脫鹽及離心脫鹽技術(shù)，經(jīng)過二級和三級脫鹽得到能夠滿足部分工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或民用要求的淡水資源，最大限度地降低后處理的成本。
[0009]本實用新型的第二目的是提供一種基于液化天然氣冷能的高脫鹽率海水淡化裝置。
[0010]所述裝置包括順序連接的海水供應(yīng)系統(tǒng)、海水冷凍及重力離心脫鹽系統(tǒng)、以及淡水系統(tǒng)。所述裝置還包括為所述海水冷凍供能的液化天然氣氣化系統(tǒng)和二次冷媒相變循環(huán)系統(tǒng)。
[0011]所述海水冷凍及重力離心脫鹽系統(tǒng)為本實用新型所述裝置的核心，包括順序連接的制冰機、冰水分離器、重力脫鹽槽、碎冰機、以及過濾式離心脫鹽裝置。
[0012]所述制冰機內(nèi)包含間接換熱器；所述間接換熱器的一側(cè)為二次冷媒相變循環(huán)系統(tǒng)，另一側(cè)為海水分布裝置和機械除冰裝置。所述間接換熱器可以實現(xiàn)液態(tài)二次冷媒介質(zhì)與海水之間的間接換熱。
[0013]為了實現(xiàn)高效脫鹽、精簡處理步驟，本實用新型所述海水冷凍及重力離心脫鹽系統(tǒng)內(nèi)，用于運送冰的傳送帶均優(yōu)選為可以使冰水自然分離的孔隙結(jié)構(gòu)，使在運輸冰的過程中融化得到極少量水分與冰直接分尚。
[0014]所述液化天然氣氣化系統(tǒng)為所述海水冷凍提供能量。該系統(tǒng)包括二次冷媒冷凝器；所述二次冷媒冷凝器為高壓耐低溫間接式換熱器，可采用板式、板翅式、管殼式等類型的換熱器。
[0015]所述二次冷媒冷凝器的一側(cè)為天然氣相變系統(tǒng)；所述天然氣相變系統(tǒng)的入口端與液化天然氣接收站內(nèi)的儲罐相連，出口端與天然氣輸送管網(wǎng)連接。液化天然氣經(jīng)過加壓后進入二次冷媒冷凝器，通過吸收氣態(tài)二次冷媒的熱量氣化為氣態(tài)天然氣，輸出至天然氣輸送管網(wǎng)。所述二次冷媒冷凝器的另一側(cè)為二次冷媒相變循環(huán)系統(tǒng)。
[0016]所述二次冷媒相變循環(huán)系統(tǒng)為循環(huán)通路；在從二次冷媒冷凝器至間接換熱器的階段內(nèi)，包含順序相連的儲液罐、二次冷媒栗和逆止閥。所述二次冷媒相變循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)含有循環(huán)相變的二次冷媒介質(zhì)；液態(tài)的二次冷媒介質(zhì)存儲于儲液罐內(nèi)，經(jīng)二次冷媒栗輸入間接換熱器的一側(cè)，吸收海水中的熱量后轉(zhuǎn)變成氣態(tài)，循環(huán)進入二次冷媒冷凝器，在其中將從海水中吸收的熱量傳遞給液化天然氣后轉(zhuǎn)變成液態(tài)，如此循環(huán)；所述逆止閥可以防止氣態(tài)的二次冷媒介質(zhì)逆流至儲液罐中。上述循環(huán)過程可以在制冰機和二次冷媒冷凝器之間通過連續(xù)進行的循環(huán)相變傳遞熱量，實現(xiàn)了能源的充分利用。
[0017]在所述海水冷凍及重力離心脫鹽系統(tǒng)的實際運行過程中，海水通過海水分布裝置被均勾分布于間接換熱器一側(cè)的表面，吸收液態(tài)二次冷媒介質(zhì)的冷量后降溫，部分海水在換熱器表面結(jié)冰，由于冷凍形成的冰含鹽濃度低于原海水的鹽濃度，因此冷凍結(jié)冰可作為初級脫鹽工藝；冰與剩余的濃海水在冰水分離器中分離后，輸送至重力脫鹽槽，利用重力脫鹽的原理，通過控制融化率，實現(xiàn)二級脫鹽；經(jīng)過二級脫鹽后的冰輸送至碎冰機，破碎使冰中包含的鹽胞破裂；破碎后的冰晶顆粒輸送至過濾式離心脫鹽裝置，利用離心力作用，通過控制離心速度和時間進一步分離純度較高的冰晶顆粒與鹽胞中的鹽溶液，實現(xiàn)三級脫鹽。上述三個級別的脫鹽步驟和設(shè)備簡單，且節(jié)省能源，大大提高了海水的脫鹽率，生產(chǎn)的淡水可達到部分工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及民用的要求。
[0018]所述淡水系統(tǒng)包括融冰槽。冰晶顆粒在融冰槽中完全融化后得到淡水，再通過管道輸出至后處理系統(tǒng)或直接通過水栗及供水管網(wǎng)輸出至用戶。所述融冰槽內(nèi)部設(shè)置海水預(yù)冷盤管，使海水在進入制冰機前與待融化的冰晶顆粒進行熱交換，使海水預(yù)冷和融冰同時進行，實現(xiàn)了能源的充分利用。所述融冰槽內(nèi)部還可以設(shè)置輔助加熱盤管，當海水預(yù)冷盤管中待處理海水的熱量不能滿足融冰所需要的熱量時，需要啟動輔助加熱盤管進行輔助加熱；所述輔助加熱盤管的熱源應(yīng)當優(yōu)先采用太陽能等可再生能源、工業(yè)余/廢熱能或其他低品位熱能。
[0019]所述海水供應(yīng)系統(tǒng)的入口端分別與原海水入口、重力脫鹽槽和過濾式離心脫鹽裝置相連。原海水在進入海水供應(yīng)系統(tǒng)前可進行預(yù)處理；經(jīng)過重力脫鹽槽、過濾式離心脫鹽裝置、碎冰機及冰傳送帶分離出的鹽水被回收至所述海水供應(yīng)系統(tǒng)，與原海水混合后，實現(xiàn)資源的充分利用。
[0020]所述海水供應(yīng)系統(tǒng)的出口端經(jīng)過融冰槽內(nèi)部的海水預(yù)冷盤管與制冰機內(nèi)的海水分布裝置相連。待處理海水從海水供應(yīng)系統(tǒng)輸出后，經(jīng)過融冰槽內(nèi)的海水預(yù)冷盤管，與融冰槽內(nèi)待融化的冰晶粒實現(xiàn)熱交換，可以使海水在進入制冰機前實現(xiàn)預(yù)冷，從而提高制冰機的出冰率，同時將熱量用于將冰晶顆粒融化為淡水，實現(xiàn)了能源的充分利用。
[0021 ] 本實用新型所述裝置還包括濃海水回收系統(tǒng)。所述濃海水回收系統(tǒng)的入口與冰水分離器的出口相連，回收經(jīng)過初步的冰凍脫鹽后回收的濃海水。本實用新型所得到的濃海水經(jīng)過濃海水回收系統(tǒng)回收處理后，可以進一步加工利用，如輸送至制鹽或鹽化工廠。
[0022]利用本實用新型提供的裝置，按照以下步驟即可進行海水淡化:
[0023](I)取原始鹽濃度為3?3.5%的海水；將液化天然氣與氣態(tài)二次冷媒充分進行間接換熱，得到氣態(tài)天然氣和液態(tài)二次冷媒后，再將所述液態(tài)二次冷媒與所述海水充分進行間接換熱，得到氣態(tài)二次冷媒以及冰和濃海水；將冰水分離后，回收濃海水，冰備用；
[0024](2)取步驟(I)所得冰，在常壓下靜置，使冰的融化率為10?50%，回收液體，剩余的冰備用；
[0025](3)取步驟(2)所得剩余的冰，破碎至冰晶顆粒，在2000?8000rpm條件下離心，回收液體，冰晶顆粒備用；
[0026](4)將步驟(3)所得冰晶顆粒完全融化，即可。
[0027]所述鹽為氯化鈉。所述海水的原始鹽濃度為3?3.5%，優(yōu)選為3%。
[0028]步驟(I)所述間接換熱具體是指:參與熱交換的液化天然氣與氣態(tài)二次冷媒、以及液態(tài)二次冷媒與海水在不直接接觸的情況下進行的換熱過程。本實用新型所述的間接換熱應(yīng)充分進行，并確保所交換的能量充分用于海水的冷卻結(jié)冰過程。
[0029]所述二次冷媒選用穩(wěn)定、無毒、工作壓力下相變溫度符合系統(tǒng)要求的單一介質(zhì)或混合介質(zhì)，優(yōu)選為丙烷或R410a制冷劑，進一步優(yōu)選為R410a制冷劑。
[0030]經(jīng)過步驟(I)處理后，所得冰中的鹽濃度優(yōu)選為海水原始鹽濃度的35?60%。
[0031]所述步驟(I)，在充分利用能源的基礎(chǔ)上實現(xiàn)初步脫鹽效果。
[0032]所述步驟(2)的原理為重力脫鹽，在常壓下進行。該步驟在冰可融化的溫度條件下均可實施。本實用新型在經(jīng)過步驟(I)處理的基礎(chǔ)上，步驟(2)通過合理地控制重力脫鹽過程中冰的融化程度進而間接控制脫鹽率，同時確保技術(shù)方案節(jié)省能耗、易于實現(xiàn)。為了提高分離效率并節(jié)省能耗，本實用新型優(yōu)選在靜置的同時實現(xiàn)冰水的分離。
[0033]步驟(3)所述破碎后，冰晶顆粒的