CN106006802A - 一种淡化海水的系统及工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种淡化海水的系统及工艺方法，系统包括：热源用于为蒸发器提供蒸汽；蒸发器的高温效组列管加热器用于将蒸汽与第一入料水进行换热，获取第一浓盐水；蒸发器的低温效组列管加热器用于将所述蒸汽与第二入料水进行换热，获取第二浓盐水；其中，第二入料水为第一浓盐水与第二入料水的混合物；第一浓盐水的含量根据所述第二浓盐水的含盐量确定。如此，因该系统中第二浓盐水的含盐量是根据低温效组列管加热器的最高蒸发温度确定的，而该温度是根据标准海水硫酸钙析出曲线确定的，进而可以确保在正常生产的条件下蒸发器不会发生硫酸钙结垢现象，从而可以生产出高品质浓盐水；并且，该系统循环利用了第一浓盐水的热量，降低了生产成本。

Description

一种淡化海水的系统及工艺方法
技术领域
本发明属于海水淡化的技术领域，尤其涉及一种淡化海水的系统及工艺方法。
背景技术
海盐可为纯碱、烧碱、造纸、玻璃、铝等化工产品提供所必需的工业基础材料。其中，烧碱和纯碱行业是最大的用盐化工行业，耗盐量达到原盐总产量的80％。
利用海水淡化设备对海水进行淡化后，获取浓盐水，当浓盐水含盐量越高，越有利于后续盐化工企业的生产。
但是在淡化海水过程中，海水淡化设备的结垢问题一直是主要难题。在换热过程中，海水淡化蒸馏设备的换热面通常会有结垢生成，结垢的主要成分包括碳酸钙、氢氧化镁和硫酸钙。碳酸钙和氢氧化镁很容易通过酸洗去除，而硫酸钙根据其水合程度有三种结晶体形式，包括：CaSO4、CaSO4·1/2H2O、和CaSO4·2H2O，而每种形式都具有不同的溶解度，因此难以通过酸洗去除，导致难以生产高品质的浓盐水。
基于此，本发明提供了一种淡化海水的系统及工艺方法，以实现海水淡化蒸馏设备在安全稳定的条件下生产高品质的浓盐水。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种淡化海水的系统及工艺方法，用以解决现有技术中在利用海水淡化设备对海水进行淡化获取浓盐水的过程中海水淡化设备容易产生结垢现象，导致难以生产出高品质的浓盐水的技术问题。
本发明提供一种淡化海水的系统，所述系统包括：
热源，所述热源用于为蒸发器提供蒸汽；
蒸发器，所述蒸发器的高温效组列管加热器用于将所述蒸汽与第一入料水进行换热，获取第一浓盐水；
所述蒸发器的低温效组列管加热器用于将所述蒸汽与第二入料水进行换热，获取第二浓盐水；其中，
所述第二入料水为所述第一浓盐水与第一入料水的混合物；所述第一浓盐水的含量根据所述第二浓盐水的含盐量确定。
上述方案中，所述蒸发器包括：一效列管加热器、二效列管加热器、三效列管加热器、四效列管加热器、五效列管加热器、六效列管加热器及七效列管加热器。
上述方案中，所述高温效组列管加热器包括：所述一效列管加热器、所述二效列管加热器及所述三效列管加热器。
上述方案中，所述低高温效组列管加热器包括：所述四效列管加热器、所述五效列管加热器、所述六效列管加热器及所述七效列管加热器。
上述方案中，在所述第二入料水中，所述第一浓盐水的含量与所述第一入料水含量的比例根据硫酸钙的溶解度曲线确定。
上述方案中，所述系统还包括：循环泵；所述循环泵用于将所述第二入料水泵入所述低温效组列管加热器。
上述方案中，所述系统还包括：调节阀，用于调节所述第二入料水中第一浓盐水的含量。
上述方案中，所述第二浓盐水的含盐量根据q＝(m1q1-m2q2)/(m1-m2)确定；其中，所述q为所述第二浓盐水的含盐量，所述m1为所述第二入料水的含量，所述q1为所述第二入料水的含盐量；所述m2为所述低温效组列管加热器的成品水含量；所述q2为所述低温效组列管加热器的成品水含盐量。
上述方案中，所述第二入料水的含盐量q1根据q1＝(m3q3+m4q4)/(m3+m4)确定；其中，所述m3为所述第一浓盐水的含量，所述q3为所述第一浓盐水的含盐量；所述m4为所述第二入料水中的第一入料水的含量，所述q4为所述第二入料水中第一入料水的含盐量。
本发明还提供一种淡化海水的工艺方法，所述方法包括：
利用热源为蒸发器提供蒸汽；
利用所述蒸发器的高温效组列管加热器将所述蒸汽与第一入料水进行换热，获取第一浓盐水；
利用所述蒸发器的低温效组列管加热器将所述蒸汽与第二入料水进行换热，获取第二浓盐水；其中，
所述第二入料水为所述第一浓盐水与第一入料水的混合物；所述第一浓盐水的含量根据所述第二浓盐水的含盐量确定。
本发明提供了一种淡化海水的系统及工艺方法，所述系统包括：热源，所述热源用于为蒸发器提供蒸汽；蒸发器，所述蒸发器的高温效组列管加热器用于将所述蒸汽与第一入料水进行换热，获取第一浓盐水；所述蒸发器的低温效组列管加热器用于将所述蒸汽与第二入料水进行换热，获取第二浓盐水；其中，所述第二入料水为所述第一浓盐水与第二入料水的混合物；所述第一浓盐水的含量根据所述第二浓盐水的含盐量确定。如此，因该系统中第二浓盐水的含盐量是根据低温效组列管加热器的最高蒸发温度确定的，而该温度是根据标准海水硫酸钙析出曲线确定的，进而可以确保在正常生产的条件下蒸发器不会发生硫酸钙结垢现象，从而可以生产出高品质浓盐水；并且，该系统循环利用了第一浓盐水的热量，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的淡化海水的系统结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的淡化海水的方法流程示意图。
具体实施方式
为了在利用海水淡化设备对海水进行淡化获取浓盐水的过程中，可以避免海水淡化设备产生结垢现象，进而生产出高品质的浓盐水的技术问题，本发明提供了一种淡化海水的系统及工艺方法，所述系统包括：热源，所述热源用于为蒸发器提供蒸汽；蒸发器，所述蒸发器的高温效组列管加热器用于将所述蒸汽与第一入料水进行换热，获取第一浓盐水；所述蒸发器的低温效组列管加热器用于将所述蒸汽与第二入料水进行换热，获取第二浓盐水；其中，所述第二入料水为所述第一浓盐水与第二入料水的混合物；所述第一浓盐水的含量根据所述第二浓盐水的含盐量确定。
下面通过附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
实施例一
本实施例提供一种淡化海水的系统，如图1所示，所述系统包括：升压泵1、热源2、蒸发器3、循环泵4、第一调节阀5、第二调节阀6；其中，
所述热源2用于为蒸发器3提供蒸汽，所述蒸发器3利用蒸汽与进入蒸发器3内的海水换热，获取成品水及浓盐水。所述成品水是指含盐量为不大于5mg/L的淡盐水。
参见图1，所述蒸发器共包括：一效列管加热器7、二效列管加热器8、三效列管加热器9、四效列管加热器10、五效列管加热器11、六效列管加热器12及七效列管加热器13。其中，所述一效列管加热器7、二效列管加热器8及三效列管加热器9为蒸发器3的高温效组列管加热器；所述四效列管加热器10、五效列管加热器11、六效列管加热器12及七效列管加热器13为蒸发器的低温效组列管加热器。
具体地，所述蒸发器3利用蒸汽冷凝海水蒸发的模式将海水与蒸汽换热获取浓盐水。
当通过升压泵1将第一入料水送入蒸发器3后，一效列管加热器7首先对第一入料水进行喷淋，利用将所述蒸汽与第一入料水进行换热，产生二次蒸汽；然后二次蒸汽进入二效列管加热器8中，与进入二效列管加热器8中的第一入料水进行换热，产生三次蒸汽；然后二次蒸汽进入三效列管加热器9中，与进入三效列管加热器9中的第一入料水进行换热，产生三次蒸汽，并生产出第一浓盐水及成品水。其中，所述第一入料水为海水。
当高温效组列管加热器生产出第一浓盐水后，所述低温效组列管加热器将利用所述三次蒸汽与第二入料水进行换热，获取第二浓盐水。
具体地，当三次蒸汽进入低温效组列管加热器中的四效列管加热器10中时，通过循环泵4将第一浓盐水泵入四效列管加热器10中，通过升压泵1将第一入料水也泵入四效列管加热器10中，并通过第一调节阀5控制所述第一浓盐水的含量，通过第二调节阀6控制进入低温效组列管加热器中的第一入料水的含量；其中，在所述第二入料水中，所述第一浓盐水的含量与所述第一入料水含量的比例根据海水中硫酸钙的溶解度曲线确定，所述硫酸钙的溶解度曲线是随温度变化的。比如，所述第一浓盐水的含量可以为第二入料水的60％，第一入料水的含量可以为第二入料水的40％。
当三次蒸汽进入四效列管加热器10中后，所述四效列管加热器10利用三次蒸汽对所述第二入料水进行换热，产生四次蒸汽；然后四次蒸汽进入五效列管加热器11中，五效列管加热器11利用四次蒸汽对第二入料水进行换热，产生五次蒸汽；五次蒸汽进入六效列管加热器12中，所述六效列管加热器12利用五次蒸汽对第二入料水进行换热，产生六次蒸汽；六次蒸汽进入七效列管加热器13中后，所述七效列管加热器13利用六次蒸汽对第二入料水进行换热，获取第二浓盐水。
其中，所述第二入料水为所述第一浓盐水与第一入料水的混合物；所述第一浓盐水的含量根据所述第二浓盐水的含盐量确定。所述第二浓盐水的含盐量是在硫酸钙溶解度曲线中，根据最高蒸发温度查找的确保不发生硫酸钙结垢时对应的浓盐水含盐量。
具体地，所述第二浓盐水的含盐量可根据公式(1)计算得出：
q＝(m1q1-m2q2)/(m1-m2) (1)
在公式(1)中，所述q为所述第二浓盐水的含盐量，所述m1为所述第二入料水的含量，所述q1为所述第二入料水的含盐量；所述m2为所述低温效组列管加热器的成品水含量；所述q2为所述低温效组列管加热器的成品水含盐量。
所述第二入料水的含盐量q1可根据公式(2)计算得出：
q1＝(m3q3+m4q4)/(m3+m4) (2)
在公式(2)中，所述m3为所述第一浓盐水的含量，所述q3为所述第一浓盐水的含盐量；所述m4为所述第二入料水中第一入料水的含量，所述q4为所述第二入料水中第一入料水的含盐量。
这里，所述系统还包括：抽真空装置14及水泵15；
所述抽真空装置14与七效列管加热器13连接，用于对蒸发器3进行抽真空，以在七效列管加热器13对第二入料水进行换热时，可以逐渐降低海水的饱和蒸发度。其中，所述抽真空装置具体可以包括：真空泵。
所述水泵15用于将获取到的第二浓盐水泵出，以供下级盐化工企业使用。
本实施例提供的淡化海水的系统中，第二浓盐水的含盐量是根据低温效组列管加热器的最高蒸发温度确定的，而该温度是根据海水硫酸钙的溶解度曲线确定的，可以确保在正常生产的条件下蒸发器不会发生硫酸钙结垢现象，从而可以生产出高品质浓盐水；并且，该系统循环利用了第一浓盐水的热量，减少了板式换热器的投资，降低了生产成本；另外，该系统可降低海水的使用量，可以有效降低电费。
实施例二
相应于实施例一，本实施例提供一种淡化海水的工艺方法，如图2所示，所述方法包括以下步骤：
步骤110，利用热源为蒸发器提供蒸汽。
本步骤中，利用所述热源为蒸发器提供蒸汽，所述蒸发器利用蒸汽与进入蒸发器内的海水进行换热，获取成品水及浓盐水。所述成品水是指含盐量为不大于5mg/L的淡盐水。
所述蒸发器共包括：一效列管加热器、二效列管加热器、三效列管加热器、四效列管加热器、五效列管加热器、六效列管加热器及七效列管加热器。其中，所述一效列管加热器、二效列管加热器及三效列管加热器为蒸发器的高温效组列管加热器；所述四效列管加热器、五效列管加热器、六效列管加热器及七效列管加热器为蒸发器的低温效组列管加热器。
所述蒸发器用于利用蒸汽冷凝海水蒸发的模式将海水与蒸汽换热获取浓盐水。
步骤111，利用所述蒸发器的高温效组列管加热器将所述蒸汽与第一入料水进行换热，获取第一浓盐水。
本步骤中，通过升压泵将第一入料水送入蒸发器后，一效列管加热器首先对第一入料水进行喷淋，利用将所述蒸汽与第一入料水进行换热，产生二次蒸汽；然后二次蒸汽进入二效列管加热器中，与进入二效列管加热器中的第一入料水进行换热，产生三次蒸汽；然后二次蒸汽进入三效列管加热器中，与进入三效列管加热器中的第一入料水进行换热，产生三次蒸汽，并生产出第一浓盐水及成品水。其中，所述第一入料水为海水。
步骤112，利用所述蒸发器的低温效组列管加热器将所述蒸汽与第二入料水进行换热，获取第二浓盐水。
本步骤中，当高温效组列管加热器生产出第一浓盐水后，所述低温效组列管加热器将利用所述三次蒸汽与第二入料水进行换热，获取第二浓盐水。
具体地，当三次蒸汽进入低温效组列管加热器中的四效列管加热器中时，利用循环泵将第一浓盐水泵入四效列管加热器中，通过升压泵将第一入料水也泵入四效列管加热器中，并通过第一调节阀控制所述第一浓盐水的含量，通过第二调节阀控制进入低温效组列管加热器中的第一入料水的含量；其中，在所述第二入料水中，所述第一浓盐水的含量与所述第一入料水含量的比例根据海水中硫酸钙的溶解度曲线确定，所述硫酸钙的溶解度曲线是随温度变化的。比如，所述第一浓盐水的含量可以为第二入料水的60％，第一入料水的含量可以为第二入料水的40％。
当三次蒸汽进行低温效组列管加热器后，所述四效列管加热器利用三次蒸汽对所述第二入料水进行换热，产生四次蒸汽；然后四次蒸汽进入五效列管加热器中，五效列管加热器利用四次蒸汽对第二入料水进行换热，产生五次蒸汽；五次蒸汽进入六效列管加热器中，所述六效列管加热器利用五次蒸汽对第二入料水进行换热，产生六次蒸汽；六次蒸汽进入七效列管加热器中后，所述七效列管加热器利用六次蒸汽对第二入料水进行换热，获取第二浓盐水。
其中，所述第二入料水为所述第一浓盐水与第一入料水的混合物；所述第一浓盐水的含量根据所述第二浓盐水的含盐量确定。所述第二浓盐水的含盐量是在硫酸钙溶解度曲线中，根据最高蒸发温度查找的确保不发生硫酸钙结垢时对应的浓盐水含盐量。
具体地，所述第二浓盐水的含盐量可根据公式(1)计算得出：
q＝(m1q1-m2q2)/(m1-m2) (1)
在公式(1)中，所述q为所述第二浓盐水的含盐量，所述m1为所述第二入料水的含量，所述q1为所述第二入料水的含盐量；所述m2为所述低温效组列管加热器的成品水含量；所述q2为所述低温效组列管加热器的成品水含盐量。
所述第二入料水的含盐量q1可根据公式(2)计算得出：
q1＝(m3q3+m4q4)/(m3+m4) (2)
在公式(2)中，所述m3为所述第一浓盐水的含量，所述q3为所述第一浓盐水的含盐量；所述m4为所述第二入料水的含量，所述q4为所述第二入料水的含盐量。
这里，在七效列管加热器对第二入料水进行换热时，利用抽真空装置对蒸发器进行抽真空，以可以逐渐降低海水的饱和蒸发度。其中，所述抽真空装置具体可以包括：真空泵。
当获取到第二浓盐水后，利用水泵将获取到的第二浓盐水泵出，以供下级盐化工企业使用。
本实施例提供的淡化海水的工艺方法中，第二浓盐水的含盐量是根据低温效组列管加热器的最高蒸发温度确定的，而该温度是根据海水中硫酸钙的溶解度曲线确定的，可以确保在正常生产的条件下蒸发器不会发生硫酸钙结垢现象，从而可以生产出高品质浓盐水；并且，该方法循环利用了第一浓盐水的热量，减少了板式换热器的投资，降低了生产成本；另外，该方法可降低海水的使用量，可以有效降低电费。
实施例三
相应于实施例一及实施例二，本实施例中可以利用实施例一与实施例二获取出的浓盐水来制备海水杀菌剂，具体实现过程如下：
取1m3的浓盐水，在1m3的浓盐水中加入5～6kg碳酸钠，经反应、沉淀、过滤后获取第一溶液。其中，所述碳酸钠的具体重量可以包括：5.2kg、5.5kg或5.8kg。
具体地，在第一反应器中，加入1m3的浓盐水中和5～6kg碳酸钠后，两者进行反应，反应过后，获取第一反应溶液；利用第一沉降器将所述第一反应溶液进行沉降，获取第一溶液(即第一沉降器上层的溶液)；通过第一过滤膜过滤所述第一溶液。其中，所述第一过滤膜具体可以包括超滤膜等。
这里，经第一过滤膜过滤得到的超滤浓水也和沉降后获得的碳酸钙混浊液(即第一沉降器下层的溶液)一起依次进入第一过滤器和第一压滤机进行脱水，制备成为碳酸钙。
当获取到过滤后的第一溶液后，在所述第一溶液中加入3～3.5kg氢氧化钠，经反应、沉淀、过滤后获取第二溶液。其中，所述氢氧化钠的具体重量可以包括：3.2kg、3.3kg或3.4kg。
具体地，当获取到过滤后的第一溶液后，将第一溶液引入至第二反应器中，并在第一溶液中加入3～3.5kg氢氧化钠，两者进行反应后，获取第二反应溶液，利用第二沉降器将所述第二反应溶液进行沉降，获取第二溶液(即第二沉降器上层的溶液)；通过第二过滤膜过滤所述第二溶液。其中，所述第二过滤膜具体可以包括超滤膜等。所述第二溶液的硬度为20～30mg/L，优选地，为21、/25或28mg/L。
这里，经第二过滤膜过滤得到的超滤浓水也会和沉降后获得的混浊液(即第二沉降器下层的溶液)一起依次进入第二过滤器和第二压滤机进行脱水，制备成为氢氧化镁。
当获取到第二溶液后，将所述第二溶液引入电解槽中，并同时在所述电解槽中加入浓度为33％的盐酸8～9kg，以调节所述第二溶液的PH值。其中，所述第二溶液的PH值为7～9，优选地，为7.5、8或8.5；所述盐酸的重量可以为8.2kg、8.5kg或8.8kg。
当所述第二溶液的PH值调节至7～9后，利用整流变压器向所述电解槽提供直流电源，以对所述第二溶液进行电解，生成次氯酸钠。
具体地，当电解槽通电之后，在阳极发生的化学反应如公式(3)所示：
2Cl-→Cl2+2e (3)
在阴极发生的化学反应如公式(4)所示：
2H2O+2e→H2+OH- (4)
溶液发生的化学反应如公式(5)所示：
Cl2+H2O→ClO-+Cl-+2H+ (5)
由公式(5)生成的次氯酸根可以作为杀菌剂，抑制海水中的微生物生长。所述电解之后的第二溶液可以储存至储罐中。
本实施例中提供的利用浓盐水制备杀菌剂的方法，通过使用脱钙脱镁后的浓盐水进行电解制取次氯酸钠作为杀菌剂，利用浓盐水的高温度可以有效降低电耗；利用浓盐水的高含盐量(氯离子浓度较高)可以有效提高电解效率；并且，当浓盐水中的钙镁离子浓度降低时，可以有效降低电解槽中电极板结垢风险。如此，在海水淡化过程中，利用该杀菌剂消除海水中的微生物，保证入料海水的纯净度，并可以有效降低海水淡化成本，提高淡化效率。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种淡化海水的系统，其特征在于，所述系统包括：
热源，所述热源用于为蒸发器提供蒸汽；
蒸发器，所述蒸发器的高温效组列管加热器用于将所述蒸汽与第一入料水进行换热，获取第一浓盐水；
所述蒸发器的低温效组列管加热器用于将所述蒸汽与第二入料水进行换热，获取第二浓盐水；其中，
所述第二入料水为所述第一浓盐水与第一入料水的混合物；所述第一浓盐水的含量根据所述第二浓盐水的含盐量确定。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸发器包括：一效列管加热器、二效列管加热器、三效列管加热器、四效列管加热器、五效列管加热器、六效列管加热器及七效列管加热器。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述高温效组列管加热器包括：所述一效列管加热器、所述二效列管加热器及所述三效列管加热器。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述低高温效组列管加热器包括：所述四效列管加热器、所述五效列管加热器、所述六效列管加热器及所述七效列管加热器。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述第二入料水中，所述第一浓盐水的含量与所述第一入料水含量的比例根据硫酸钙的溶解度曲线确定。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：循环泵；所述循环泵用于将所述第二入料水泵入所述低温效组列管加热器。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：调节阀，用于调节所述第二入料水中第一浓盐水的含量。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二浓盐水的含盐量根据q＝(m1q1-m2q2)/(m1-m2)确定；其中，所述q为所述第二浓盐水的含盐量，所述m1为所述第二入料水的含量，所述q1为所述第二入料水的含盐量；所述m2为所述低温效组列管加热器的成品水含量；所述q2为所述低温效组列管加热器的成品水含盐量。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第二入料水的含盐量q1根据q1＝(m3q3+m4q4)/(m3+m4)确定；其中，所述m3为所述第一浓盐水的含量，所述q3为所述第一浓盐水的含盐量；所述m4为所述第二入料水中的第一入料水的含量，所述q4为所述第二入料水中第一入料水的含盐量。
10.一种淡化海水的工艺方法，其特征在于，所述方法包括：
利用热源为蒸发器提供蒸汽；
利用所述蒸发器的高温效组列管加热器将所述蒸汽与第一入料水进行换热，获取第一浓盐水；
利用所述蒸发器的低温效组列管加热器将所述蒸汽与第二入料水进行换热，获取第二浓盐水；其中，
所述第二入料水为所述第一浓盐水与第一入料水的混合物；所述第一浓盐水的含量根据所述第二浓盐水的含盐量确定。
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