CN109589654B - 一种基于气浮与虹吸协同作用的气体水合物浆分离装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于气浮与虹吸协同作用的气体水合物浆分离装置和方法，包括气浮及虹吸协同作用系统、气体水合物固体收集系统和卤水收集系统，所述气浮及虹吸协同作用系统包括气浮塔、液位计、刮渣机，虹吸管、虹吸泵；所述的气浮塔经气体水合物浆输送系统跟气体水合物生成系统的气体水合物浆连通，另外还依次经气体增压泵和止回阀跟气体水合物生成系统未反应的气体出口连通，实现了气体水合物浆中气体水合物固体与溶液的快速连续分离，提高了气体水合物的分离效率。
Description
技术领域：
本发明涉及一种基于气浮与虹吸协同作用的气体水合物浆分离装置和方法。
背景技术：
目前，我国水资源短缺的问题也日益突出。我国是一个有着宽广海疆的海洋大国。拥有全长18000多千米的海岸线，北起中朝交界的鸭绿江口，南到中越边界的北仑河口，拥有渤海(内海)、黄海、东海和南海四大海域。如此庞大而丰富的海洋资源如果得到充分的开发利用将从根本上解决我国沿海城市和地区甚至上大陆内部地区的生活及工业用水问题，缓解陆地淡水资源紧缺的资源危机。也会给我国带来丰厚的经济效益和良好的社会效益。因此，海水淡化技术的市场需求很大。
海水淡化有多种方法，如蒸馏法、薄膜反渗透法、离子交换法、电渗析法、压渗法、冷冻法、气体水合物法、溶剂萃取法等，其中能耗是直接决定其成本高低的关键。国内外对冷冻法的研究开始于食品的浓缩技术，近年来由于能源短缺，冷冻法能够节省大量能源，引起许多的研究者的关注，例如，Muller等人对运用渐进冷冻法处理废水进行了研究，以总有机碳、COD和电导率等指标，对生活废水进行处理，可以达到99％的纯化率。Cravalho等人则提出了基于LNG(液化天然气)冷能的海水淡化的零功耗系统，该系统理论最大淡水输出量达到6.7kg水/1kgLNG。Antonelli等人也提出了利用LNG冷能进行海水淡化的方法，该蒸发冷冻工艺的二次冷媒采用正丁烷。Yoshihito等人对溶液结晶的过程进行了研究实验，分析了在结晶的过程中晶种对结晶纯度的影响。Qin等研究了冰和冰浆分离过程，发现在冰的洗涤过程中存在如窜漏、粘性指进、堵塞、液体夹带等现象，适当的操作是洗涤成功的关键。气体水合物法海水淡化利用较易生成气体水合物的小分子物质与海水中的水生成气体水合物晶体，固液分离后，分解气体水合物即可得到淡水。气体水合物法海水淡化技术的最大优点是能耗低、设备简单、紧凑；在水或盐水中溶解度低；无毒，价廉易得，无爆炸危险。气体水合物法也可归结为冷冻法，因此具有冷冻法的优点如不需对海水进行预处理、腐蚀较轻等。
另外，天然气的固态储运及使用气体水合物来储运也是一项新兴技术，具有广阔的应用前景。在当前技术条件支持下,有关气体水合物的运输方式主要可以分为两种类型:第一种类型为干气体水合物运输技术。生产干气体水合物运输技术在应用于天然气气体水合物运输实际工作的过程当中,需要将干气体水合物天然气装置运输船中进行运送,达到运输目的地后需要直接在运输船上进行气化处理,气化过程当中所产生的游离水能够充当运输船返航过程中的压舱水；第二种类型为泵送运输方式。泵送运输方式主要是指将经过两次或两次以上脱水处理,脱水后平均稠度为1:1比例的气体水合物浆液以泵送的方式输送至运输船中的隔热密封舱当中(运输船为应当为双壳运输船)进行运输作业。这两种运输方式的运输效率相差不大,且工艺技术要求不高,均能够广泛使用。
但是，气体水合物的分离和洗涤存在技术难点，制约了气体水合物海水淡化和气体水合物储运的技术发展。因此，开发新的气体水合物分离工艺对气体水合物冷冻海水淡化技术和气体水合物储运技术的发展至关重要。
发明内容：
本发明的目的是提供一种基于气浮与虹吸协同作用的气体水合物浆分离装置和方法，实现了气体水合物浆中气体水合物固体与溶液的快速连续分离，提高了气体水合物的分离效率。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种基于气浮与虹吸协同作用的气体水合物浆液固分离装置，该装置包括气浮及虹吸协同作用系统、气体水合物固体收集系统和卤水收集系统，所述气浮及虹吸协同作用系统包括气浮塔、液位计、刮渣机，虹吸管、虹吸泵；所述的气浮塔经气体水合物浆输送系统跟气体水合物生成系统的气体水合物浆连通，另外还依次经气体增压泵和止回阀跟气体水合物生成系统未反应的气体出口连通，气体水合物浆在气体水合物浆输送系统的作用下和经过气体增压泵增压后气体水合物生成系统未反应的气体混合进入气浮塔；所述的液位计通过管道与气浮塔相连，用于检测气浮塔内的液位；刮渣机设在气浮塔顶部，刮渣机出口跟气体水合物固体收集系统连通；气浮塔依次经虹吸管、虹吸泵跟卤水收集系统连通。
所述的气体水合物浆输送系统包括流量监测系统、气体水合物浆输送泵和相应的管道。
所述的气体水合物生成系统包括气体水合物合成塔、塔内设置的喷淋器和搅拌器、塔底的高压气体进口、塔顶的高压溶液进口，此外还包括压力监测系统和温度监测系统。所述的压力监测系统和温度监测系统安装于气体水合物合成塔内，用于监测气体水合物合成塔内的压力和温度。
所述气体水合物固体收集系统为一个具有保温作用的耐高压容器。
所述的卤水收集系统包括一个卤水池和电阻监测系统，电阻监测系统用于监测卤水池内溶液的盐度变化情况。
一种基于气浮与虹吸协同作用的气体水合物浆分离方法，利用上述基于气浮与虹吸协同作用的气体水合物浆液固分离装置，包括以下步骤：
1)气体水合物浆在气体水合物浆输送系统的作用下和经过气体增压泵增压后气体水合物生成系统未反应的气体混合进入气浮塔；
2)气体水合物浆中的气体水合物固体由于密度小于水，加上在气浮的作用下在气浮塔中向上运移，然后经气浮塔顶部的刮渣机送入气体水合物固体收集系统；气体水合物浆中浓度增加的溶液则在虹吸的作用下进入卤水收集系统。
一种海水淡化装置，包括海水提取系统、气体水合物生成系统、所述气体水合物浆液固分离系统、气体水合物分解系统和淡水储存罐，其中气体水合物由低温高压气体和低温高压海水形成。
本发明的有益效果如下：
1、实现了气体水合物浆中气体水合物固体和液体的快速连续分离，分离效率高，可推动该技术的应用示范和商业化。
2、应用范围广，可用于水合物法海水淡化或天然气固态储运中的水合物固体分离。
附图说明：
图1是本发明实施例1系统结构示意图；
其中，1、高压气体进口，2、气体水合物合成塔，3、水合物浆，4、喷淋器，5、高压溶液进口，6、搅拌器，7、气体增压泵，8、止回阀，9、流量监测系统，10、气体水合物浆输送泵，11、气浮塔，12、液位计，13、刮渣机，14、虹吸管，15、虹吸泵，16、气体水合物固体收集系统，17、卤水池，P、压力监测系统，T、温度检测系统，R、电阻监测系统。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
如图1所示的一种基于气浮与虹吸协同作用的气体水合物浆液固分离装置，该装置包括气浮及虹吸协同作用系统、气体水合物固体收集系统16和卤水收集系统，所述气浮及虹吸协同作用系统包括气浮塔11、液位计12、刮渣机13、虹吸管14、虹吸泵15；所述的气浮塔11 经气体水合物浆输送系统跟气体水合物生成系统的气体水合物浆连通，另外还依次经气体增压泵7和止回阀8跟气体水合物生成系统未反应的气体出口连通，气体水合物浆在气体水合物浆输送系统的作用下和经过气体增压泵7增压后气体水合物生成系统未反应的气体混合进入气浮塔11；所述的液位计12通过管道与气浮塔11相连，用于检测气浮塔11内的液位；刮渣机13设在气浮塔11顶部，刮渣机13出口跟气体水合物固体收集系统16连通；气浮塔 11依次经虹吸管14、虹吸泵15跟卤水收集系统卤水池17连通。
所述的气体水合物浆输送系统包括流量监测系统9、气体水合物浆输送泵10和相应的管道。
所述的气体水合物生成系统包括气体水合物合成塔2、塔内设置的喷淋器4和搅拌器6，塔底的高压气体进口1、塔顶的高压溶液进口5，此外还包括压力监测系统P和温度监测系统 T。所述的压力监测系统和温度监测系统安装于气体水合物合成塔内，用于监测气体水合物合成塔内的压力和温度。
所述气体水合物固体收集系统16为一个具有保温作用的耐高压容器。
所述的卤水收集系统包括一个卤水池17和电阻监测系统R，电阻监测系统R用于监测卤水池内溶液的盐度变化情况。
一种基于气浮与虹吸协同作用的气体水合物浆分离方法，利用上述基于气浮与虹吸协同作用的气体水合物浆液固分离装置，包括以下步骤：
(1)将低温高压气体通过高压气体进口1导入气体水合物合成塔2和通过高压溶液进口5进入经喷淋器4从高处喷淋而下的低温高压海水或水溶液形成气体水合物，所述气体可以为甲烷、乙烷、丙烷等但不局限于甲烷、乙烷、丙烷，气体满足可形成气体水合物且形成的气体水合物密度小于水且不溶于水；气体和水溶液的预冷可利用LNG冷能或利用其他方式获得的冷能；
(2)气体水合物在搅拌的作用下形成水合物浆；
(3)气体水合物浆在气体水合物浆输送泵10的作用下和经过气体增压泵7增压的气体水合物合成塔2未反应气体混合进入气浮塔11；
(4)气体水合物浆中的气体水合物固体由于密度小于水，加上在气浮的作用下在气浮塔中向上运移，然后经气浮塔11顶部的刮渣机13送入气体水合物固体收集系统16；气体水合物浆中浓度增加的溶液则在虹吸泵15的作用下经虹吸管14虹吸进入卤水收集系统；达到水合物固体的连续高效分离。
Claims (3)
1.一种基于气浮与虹吸协同作用的气体水合物浆液固分离装置，其特征在于，该装置包括气浮及虹吸协同作用系统、气体水合物固体收集系统和卤水收集系统，所述气浮及虹吸协同作用系统包括气浮塔、液位计、刮渣机，虹吸管、虹吸泵；所述的气浮塔经气体水合物浆输送系统跟气体水合物生成系统的气体水合物浆连通，另外还依次经气体增压泵和止回阀跟气体水合物生成系统未反应的气体出口连通，气体水合物浆在气体水合物浆输送系统的作用下和经过气体增压泵增压后未反应的气体混合进入气浮塔；所述的气体水合物浆输送系统包括流量监测系统、气体水合物浆输送泵和相应的管道；所述的气体水合物生成系统包括气体水合物合成塔、塔内设置的喷淋器和搅拌器、塔底的高压气体进口、塔顶的高压溶液进口，此外还包括压力监测系统和温度监测系统；所述的液位计通过管道与气浮塔相连，用于检测气浮塔内的液位；刮渣机设在气浮塔顶部，刮渣机出口跟气体水合物固体收集系统连通；气浮塔依次经虹吸管、虹吸泵跟卤水收集系统连通；所述气体水合物固体收集系统为一个具有保温作用的耐高压容器；所述的卤水收集系统包括一个卤水池和电阻监测系统，电阻监测系统用于监测卤水池内溶液的盐度变化情况。
2.一种基于气浮与虹吸协同作用的气体水合物浆分离方法，其特征在于，利用权利要求1中所述基于气浮与虹吸协同作用的气体水合物浆液固分离装置，包括以下步骤：气体水合物浆在气体水合物浆输送系统的作用下和经过气体增压泵增压后气体水合物生成系统未反应的气体混合进入气浮塔，气体水合物浆中的气体水合物固体由于密度小于水，加上在气浮的作用下在气浮塔中向上运移，然后经气浮塔顶部的刮渣机送入气体水合物固体收集系统；气体水合物浆中浓度增加的溶液则在虹吸的作用下进入卤水收集系统。
3.一种海水淡化装置，其特征在于，包括海水提取系统、气体水合物生成系统、权利要求1所述气体水合物浆液固分离系统、气体水合物分解系统和淡水储存罐，其中气体水合物由低温高压气体和低温高压海水形成。
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