CN101628741A - 利用液化天然气冷量的无相变间接冷冻海水淡化方法 - Google Patents

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林文胜
沈清清
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Abstract

利用液化天然气冷量的无相变间接冷冻海水淡化方法，属于制冷与低温工程技术领域。液化天然气首先与液相二次冷媒在换热器中进行换热，液化天然气气化吸热从而使二次冷媒温度降低且不发生相变，之后液相二次冷媒进入结晶器，与海水进行间接换热，使海水在换热面上冻结为冰，同时二次冷媒吸热温度升高但不气化。制得的冰在洗涤罐中经过洗涤去除冰表面附着的盐分，最后进入融冰罐中溶化为淡水。本发明回收液化天然气中蕴含的大量冷量无需高能耗制冷机组，能有效降低间接冷冻海水淡化装置的能耗。

Description

利用液化天然气冷量的无相变间接冷冻海水淡化方法
所属技术领域
本发明涉及一种冷冻海水淡化方法，特别是一种利用液化天然气冷量的无相变间接冷冻海水淡化方法，属于制冷与低温技术领域。
背景技术
目前我国能源结构中天然气所占比重日益增加，在东部沿海地区已建成或在建多个液化天然气(LNG)接收站。在进入用户管网过程中，液化天然气需要气化为天然气，气化过程中会释放大量的冷量。此外，由于液化天然气接收站多处于偏远沿海地区，市政供水不便，因此利用气化产生的这部分冷量，采用冷冻法的形式进行海水淡化，对于能源的有效利用具有重要意义。
海水淡化方式有多种，其中冷冻法流程结构简单，能耗低。国内外对于冷冻法海水淡化的研究提出过一些相应的方法，如蒸汽压缩式真空冷冻法、蒸汽吸收式冷冻法、直接冷冻法都进行过实验研究，并投入工业化使用。相比上述几种冷冻法海水淡化方法，间接冷冻海水淡化方法装置简单，控制较易，所制得的冰未与冷媒直接接触，避免了最终所得淡水被冷媒污染，且制得的冰体积较大，在洗涤过程中损耗小，最终制得的淡水量多且含盐量低。但常规间接冷冻海水淡化方法装置中需要一套制冷系统提供冷量，会消耗大量的能源。
已有技术中，申请号为97106409.1、名称为“交替冻结海水淡化法”的发明专利，采用交替压缩式制冷机，使海水结冰和冰的融化也随之交替进行。虽然此法杜绝了冰晶剥离和输送时对于设备的损坏，提高了换热效率，但其能耗仍比较高；申请号为92219836.5、名称为“低温海水淡化器”的发明专利，采用制冷压缩冷凝机组及制散粒冰的高效冰晶发生器配套来生产冰晶并融化冰晶制淂淡水。此过程中需要额外的冷量，能耗较高。
发明内容
为克服已有技术的不足和缺陷，降低间接法海水淡化的能耗，本发明提出一种利用液化天然气气化过程中释放的冷量进行无相变冷冻海水淡化方法，通过液相二次冷媒吸收液化天然气在气化过程中释放的冷量，使其温度降低而不发生相变，再用温度较低的液相二次冷媒与海水在结晶器中间接换热，使海水冻结成为薄片状冰，同时二次冷媒温度升高但仍为液相。得到的冰输入储冰罐，并用最终制得的淡水洗涤冰表面的盐分。洗涤过后的冰进入储水罐，融化后制得淡水
本发明是按照下述技术方案实施的，本发明方法包括下述步骤：
1、首先液化天然气与液相二次冷媒在第一换热器中进行换热，使液化天然气蒸发气化，二次冷媒放热、温度降低而不发生相变；
2、将冷却后的二次冷媒通入结晶器外侧蒸发盘管，原料海水经第二换热器冷却后进入结晶器内侧，通过间接换热使结晶器内壁膜降海水冻结，同时蒸发盘管中的二次冷媒吸热温度升高但不发生相变；
3、结晶器内表面上形成的冰通过刮冰刀脱离，进入储冰罐中，并从储水罐中调用制得的部分淡水注入储冰罐内，洗去冰表面的盐分，储冰罐中洗涤后水与冷却后的原料海水一起注入结晶器内；
4、洗涤过后的冰进入储水罐，在其中融化为淡水；
5、最终制得的淡水和结晶器中未冻结的浓海水在第二换热器中冷却原料海水，从而减小结晶负荷。
本发明的有益效果是：通过液化天然气在气化过程中释放的大量冷量，冷却二次冷媒使其温度降低并且不发生相变，通过二次冷媒与海水间接换热制得冰，通过洗涤、融化最终得到淡水。该过程回收液化天然气中蕴含的大量冷量，无需高能耗制冷机组，能有效降低间接冷冻海水淡化装置的能耗。
附图说明
图1是本发明间接冷冻海水淡化方法原理示意图。
图中，1第一换热器，2第二换热器，3结晶器，4储冰罐，5储水罐。
具体实施方式
下面结合附图对本发明采用R410A作为二次冷媒的具体实施作进一步描述。
如图1所示，本发明方法包括下述步骤：
1、液化天然气在第一换热器1中与液相二次冷媒R410A换热，二次冷媒R410A放热、温度降低而不发生相变；其中，二次冷媒R410A在第一换热器1中的进口状态参数为-15℃，0.55MPa，出口状态参数为-35℃，0.5MPa，第一换热器1采用板翅式低温换热器；
2、冷却后的液相二次冷媒R410A进入结晶器3外侧蒸发盘管中，原料海水经第二换热器2冷却后进入结晶器3内侧，通过间接换热的形式使得结晶器3内壁膜降海水冻结成冰，而二次冷媒R410A温度上升且不气化，结晶器3采用海水片冰机的制冰桶结构；
3、结晶器3内表面上形成的冰通过刮冰刀脱离，进入储冰罐4中，并从储水罐5中调用制得的10％淡水注入储冰罐4内洗去冰表面的盐分，储冰罐4中洗涤后水与冷却后的原料海水一起注入结晶器3内；
4、洗涤后的冰进入储水罐5中，融化成为淡水；
5、最终制得的淡水和结晶器3中未冻结的浓海水在第二换热器2中冷却原料海水，从而减小结晶负荷，第二换热器2采用管壳式换热器。

Claims (5)

1、一种利用液化天然气冷量的无相变间接冷冻海水淡化方法，其特征在于，该海水淡化方法包括以下步骤：
1)首先液化天然气在第一换热器(1)中与液相二次冷媒换热，液化天然气吸热、蒸发气化，二次冷媒放热、温度降低而不发生相变；
2)将冷却至过冷态的二次冷媒通入结晶器(3)外侧蒸发盘管，原料海水经第二换热器(2)冷却后进入结晶器(3)内侧，通过间接换热使结晶器(3)内壁膜降海水冻结，而结晶器(3)外侧换热盘管中的二次冷媒温度上升且不气化；
3)结晶器(3)内表面上形成的冰通过刮冰刀脱离，进入储冰罐(4)中，并从储水罐(5)中调用制得的部分淡水注入储冰罐(4)中，洗去冰表面的盐分，储冰罐(4)中洗涤后水与冷却后的原料海水一起注入结晶器(3)内；
4)洗涤后的冰进入储水罐(5)中，融化成为淡水；
5)最终制得的淡水和结晶器(3)中未冻结的浓海水在第二换热器(2)中冷却原料海水，从而减小结晶负荷。
2、根据权利要求1所述的一种利用液化天然气冷量的无相变间接冷冻海水淡化方法，其特征是所述步骤1)中的第一换热器(1)使用板翅式低温换热器，其中一侧液化天然气吸热蒸发气化，另一侧二次冷媒放热温度降低而不发生相变，其二次冷媒进口状态参数为-15℃，0.55MPa，出口状态参数为-35℃，0.5MPa。
3、根据权利要求1所述的一种利用液化天然气冷量的无相变间接冷冻海水淡化方法，其特征是所述步骤2)中的结晶器(3)是采用海水片冰机中的制冰桶结构。
4、根据权利要求1所述的一种利用液化天然气冷量的有相变间接冷冻海水淡化方法，其特征是所述步骤3)中，从储水罐(5)内调用10％的淡水注入储冰罐(4)中，洗涤冰表面的盐分。
5、根据权利要求1所述的一种利用液化天然气冷量的无相变间接冷冻海水淡化方法，其特征是所述步骤5)中的第二换热器(2)采用管壳式换热器。
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