CN110526315A - 一种吸附式水合物联产型海水淡化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种吸附式联产型海水淡化系统。本系统包括：吸附式制冷装置，海水预处理装置，水合物反应装置，水合物清洁装置，水合物分解装置，水合剂循环装置，淡水收集装置，浓海水收集装置。其中吸附式制冷装置为开式系统，需要不断的引入海水，海水经预处理后通过换热器，分别供给蒸发器与水合物反应器；水合物反应器与水合物清洁装置、分解装置相连；水合剂循环装置与水合物分解装置连接，并将回收的水合剂提供给水合物反应器；水合物清洁装置利用冷凝器所产淡水喷淋水合物，清除海水附着，可有效提高淡化效果，且不需要额外提供淡水。本系统实现了海水淡化的连续性，保证了淡化效果，配置的制冷系统冷量没有浪费，实现联产效果。
Description
技术领域
本发明涉及海水淡化技术领域，尤其涉及一种吸附式联产型海水淡化系统。
背景技术
淡水是一个国家农业、工业及各部门经济发展所必要的宝贵资源。随着社会的迅速发展，人口数量的快速增长，淡水资源已呈现严重的供应不足。受城市化、经济发展、生活水平不断提高的影响，水资源危机已成为仅次于全球气候变暖的世界第二大环境问题。而海水资源十分丰富，海水淡化就是一个行之有效的解决方法。海水淡化比较常用的有低温多效蒸馏法、多级闪蒸和薄膜反渗透法，但传统的海水淡化技术仍存在重要的问题：(1)高品位能源的消耗及污染物的排放；(2)膜和质交换器的腐蚀和堵塞；(3)由管道腐蚀或换热器外表面的积盐或积垢导致的高维护费用。而水合物法海水淡化有它能耗低、设备简单、紧凑的技术优点，有良好的应用前景。
水合物法海水淡化的原理是利用水合物生成过程的排盐效应，此法的技术特点之一就是要将生成后的水合物从海水中分离出来，然而水合物固液分离不充分，水合物分离效果不好等缺点，会导致淡化水的水质的降低。
吸附式制冷是近些年研究较多的制冷技术，具有环境友好、无运动部件、控制相对简单等优点。能量利用领域的大量研究和实践表明，多联产是提高能量利用率和产品经济性的有效途径。
本发明采用简单有效的方案，提出一种吸附式联产型海水淡化系统，实现吸附式制冷、蒸发式海水淡化以及水合物海水淡化的联产，可利用船舶汽轮机余热等低品位热源，对于加快水合物法海水淡化的实际应用具有巨大意义。
专利号为200910214077.8的发明专利公开了一种利用液态天然气(LNG)冷能进行海水淡化的系统，包括有城镇供水系统、城镇供气系统、LNG装卸和储存系统、水合物海水淡化系统、以及海水提取系统。该海水系统对LNG冷能利用率高，经济效益高，投资成本小，对环境的影响。但其缺点也是明显的，即海水淡化依赖于LNG冷能，故该海水淡化系统只能建在LNG接收站周围，限制了该海水淡化系统的推广应用。
发明内容
本发明提供了一种吸附式联产型海水淡化系统，为基于吸附式制冷、蒸发式海水淡化、水合物海水淡化法的一种联产型系统，可为海水淡化提供一种可实现工业化的装置，提高了能源利用率和生产效率，并且可对水合物进行清洁，提高了淡水质量。
本发明的技术方案：
一种吸附式联产型海水淡化系统，包括吸附式制冷装置，海水预处理装置，水合物反应装置，水合物清洁装置，水合物分解装置，水合剂循环装置，淡水收集装置，浓海水收集装置；
所述的吸附式制冷装置包括：吸附器20、吸附器21、冷凝器12和蒸发器17，吸附器所需热源由所述热源21提供；吸附器22和吸附器20通过管路分别与热源21、蒸发器17、冷凝器12、海水预处理器15相连接，通过控制阀门2-1至2-12的开闭可实现吸附器20和吸附器22的交替运行，实现连续运行。
进一步，吸附材料可选择沸石分子筛或硅胶等。
进一步，当阀门2-5、2-6、2-3、2-4开启，其他2-1、2-2、2-7、2-8、2-9、2-10、2-11、2-12阀门关闭时，冷却水由海水预处理器15流入吸附器20，使吸附器20内温度和水蒸气压力持续降低，当吸附器20内水蒸汽压力降到蒸发压力时，阀2-10开启，吸附器20开始吸附水蒸气，此水蒸气来自蒸发器17中的海水，海水被分离为水蒸气和浓盐水，此为海水淡化过程。与此同时，热源21处热水流入吸附器22，使吸附器22内温度和水蒸气压力持续升高，当水蒸气压力升高到冷凝压力时，阀2-11开启，解吸出的水蒸气开始在冷凝器12中冷凝，此冷凝水即为产品淡水，通过冷凝器12的出水口排出至淡水箱1储存，释放的冷凝热由冷却水带走；当阀2-1、2-2、2-7、2-8打开，其他阀2-3、2-4、2-5、2-6、2-9、2-10、2-11、2-12关闭时，吸附器20和吸附器22中进行的过程正好与上述过程相反。
进一步，蒸发器17中的冷冻水通过阀门2-14所在的管道，在水泵19的作用下通往换热器18，所述水合剂在换热器18中与冷冻水换热后进入水合物反应器14。
进一步，蒸发器17中的低温浓海水经排水口排出至浓海水换热槽16，浓海水与预处理后的海水换热，进行海水遇冷。
进一步，蒸发器17所产的冷冻水与低温浓海水还可以给淡水箱1中的淡水降温。
所述水合物反应装置包括水合物反应器14和液位计13；水合物反应器包括海水入口、浓海水排出口、水合剂入口、水合物排出口和水合剂出口；其中浓海水温度较低，直接排出会造成冷量的浪费，将浓海水排除至浓海水换热槽16，为预处理海水进行遇冷，提高了系统运行效率；水合剂由水合物反应器14底部水合剂入口进入反应器，在水合物反应器14内部生产水合物，多余的水合剂由水合物反应器14上部水合剂出口排出至集气瓶；水合剂的密度比水小，在水合物反应器上14上部设有水合剂排除口，通过水泵将水合物浆抽出至水合物清洁器8；液位计13设于水合物反应器内部，通过检测水位变化控制相应阀门1-6的开闭。
进一步，所述水合剂可以为二氧化碳。
所述水合物清洁装置包括水合物清洁器8、过滤器7和喷淋装置6；喷淋装置6设置在水合物清洁器8上部，由淡水箱1提供淡水；所述过滤器7设置在水合物清洁器8内部，呈斜面布置，水合物经水合物清洁器8入口进入到水合物清洁器8内部，落于内部的过滤器7上；所述喷淋装置6由阀门1-9控制，待水合物在过滤器上静置一段时间后，启动喷淋装置6，对水合物进行喷淋清洁，一定时间后，关闭过滤器7，同时打开水合物排出阀门1-7；所述水合物排出阀门设置在水合物清洁器8下部，与水合物分解器9相连。
进一步，所述过滤器具有开闭功能。
所述的水合物分解装置包括水合物分解器9与换热盘管10；所述水合物分解器9上部设有水合剂排出口，下部设有淡水排出口；淡水排出口经由阀门1-8所在管道与淡水槽5相连；所述换热盘管10设置在水合物分解器9内部，与水合物进行换热，使水合物因温度升高分解得到淡水和水合剂。
所述的水合剂循环装置包括集气瓶2、气体干燥器3、气体增压泵4、换热盘管10和换热器18；水合剂经水合物分解器9排出至集气瓶2，由气体干燥器3干燥后经气体增压泵4输送至换热盘管10与换热器18，进而进入到水合物反应器14，多余的水合剂由水合物反应器14排出至集气瓶2，完成循环。
进一步，所述水合剂经气体增压泵4压缩后会变为高温高压气体，所述水合剂流经换热盘管10与水合物进行换热，降低自身温度。
所述的淡水收集装置包括淡水箱1和淡水槽5，所述淡水箱1收集来自冷凝器12的淡水，淡水箱1中一部分淡水供给所述喷淋装置6，一部分排出至淡水槽5。
所述的浓海水收集装置包括浓海水槽11。所述浓海水槽11与水合物分解器9和浓海水换热槽16相连。
附图说明：
图1是一种吸附式联产型海水淡化系统示意图
图中：19为水泵，相同图例均为水泵。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细详细叙述本发明的具体实施方式。
图1所示为一种吸附式联产型海水淡化系统示意图，按所述的装置结构连接，使用二氧化碳作为水合剂、硅胶-水工质对作为吸附材料来进行海水淡化，步骤如下：
（1）先将海水通入海水预处理器15，将相关阀门关闭，把集气瓶2中的二氧化碳充入系统，检查是否漏气。
（2）开启设备，打开吸附式制冷设备的相关阀门，即当阀门2-5、2-6、2-3、2-4开启，其他2-1、2-2、2-7、2-8、2-9、2-10、2-11、2-12阀门关闭时，冷却水由海水预处理器15流入吸附器20，使吸附器20内温度和内水蒸气压力持续降低，当吸附器20内水蒸气压力降到蒸发压力时，阀2-10开启，吸附器20开始吸附水蒸气，此水蒸气来自蒸发器17中的海水，海水被分离为水蒸气和浓盐水，此为海水淡化过程。与此同时，热源21处热水流入吸附器22，使吸附器22内温度和水蒸气压力持续升高，当水蒸气压力升高到冷凝压力时，阀2-11开启，解吸出的水蒸气开始在冷凝器12中冷凝，此冷凝水即为产品淡水，通过冷凝器12的出水口排出至淡水箱1储存，释放的冷凝热由冷却水带走；当阀2-1、2-2、2-7、2-8打开，其他阀2-3、2-4、2-5、2-6、2-9、2-10、2-11、2-12关闭时，吸附器20和吸附器22中进行的过程正好与上述过程相反。
所述冷凝器12所需的冷却水由海水预处理器15提供。冷凝器所产淡水经由阀1-5所在管道排至淡水箱1。
所述蒸发器17中的冷冻水经阀2-14所在管道通入换热器18，冷冻水与二氧化碳在换热器18中进行热交换，降至所需温度。进一步还可给淡水箱1中的淡水进行降温。
所述蒸发器17中的浓海水温度较低，由蒸发器17的浓海水排出口排出至浓海水换热槽16，蒸发器17所需海水在预处理后通过浓海水换热槽16换热，进行遇冷，提高了系统效率。
（3）所述水合物反应装置包括水合物反应器14和液位计13；水合物反应器包括海水入口、浓海水排出口、水合剂入口、水合物排出口和水合剂出口；二氧化碳由水合剂入口通入水合物反应器14，在达到一定压力后，关闭阀门3-1、3-2、1-3、1-4、1-6等，等待水合物生产。由液位计13测量水位变化来控制阀门的开闭，当水合物大量生成后，液位会发生变化，此时打开阀门1-6，由水泵将二氧化碳水合物浆抽出至水合物清洁器8；待一定时间后，打开阀1-4排出浓海水至浓海水换热槽16，打开阀3-1、1-3，充入新的海水和二氧化碳，打开阀3-2排出多余二氧化碳。经阀3-2排出的二氧化碳进入到集气瓶1。
（4）所述水合物清洁装置包括水合物清洁器8、过滤器7和喷淋装置6；喷淋装置6设置在水合物清洁器8上部，由淡水箱1提供淡水；所述过滤器7设置在水合物清洁器8内部，呈斜面布置，二氧化碳水合物经水合物清洁器8入口进入到水合物清洁器8内部，落于内部的过滤器7上；二氧化碳水合物在过滤器7上静置，大部分附着海水会通过过滤器7进入到水合物清洁器8下部，经阀1-10所在管道排出至浓海水收集槽；所述喷淋装置6由阀门1-9控制，待一段时间后，启动喷淋装置6，对二氧化碳水合物进行喷淋清洁，一定时间后，关闭过滤器7，不再有水通过过滤器7，同时打开水合物排出阀门1-7；二氧化碳在重力作用下滑落至水合物分解器9。
（5）所述的水合物分解装置包括水合物分解器9与换热盘管10；所述换热盘管10设置在水合物分解器9内部，与二氧化碳水合物进行换热，使水合物因温度升高分解得到淡水和水合剂；淡水通过水合物分解器9下部的淡水排出口排出至淡水槽5；二氧化碳气体通过水合物分解器上部的水合物排出口，排出至集气瓶2进行再一次循环。
（6）所述的水合剂循环装置包括集气瓶2、气体干燥器3、气体增压泵4、换热盘管10和换热器18；二氧化碳经水合物分解器9排出至集气瓶2，由气体干燥器3干燥后经气体增压泵4增压，变为高温高压气体；高温高压的二氧化碳输送至换热盘管10，在水合物分解器内部与水合物进行换热，降低自身温度，变为高压低温的二氧化碳；所述高压低温的二氧化碳通过换热器18，继续降温后通过阀3-1输送到水合物反应器14，与海水反应生产水合物，多余的水合剂由水合物反应器14排出至集气瓶2，完成循环。
系统运行所产生的淡水与浓海水分别储存在淡水槽5和浓海水槽11。
本发明所涉及的一种吸附式联产型海水淡化系统并不仅仅限于以上实施例中所述的结构和步骤。以上仅为发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换或者组合使用，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种吸附式联产型海水淡化系统，包括吸附式制冷装置，海水预处理装置，水合物反应装置，水合物清洁装置，水合物分解装置，水合剂循环装置，淡水收集装置，浓海水收集装置；其特征在于所述的吸附式制冷装置为开式系统，需要不断引入海水，由两个吸附器、蒸发器和冷凝器组成；接入蒸发器的海水经海水预处理装置处理，进行过滤、排气以及经换热槽遇冷；冷凝器与吸附器所需冷却水由海水预处理器提供，无需额外配备冷却水；两个吸附器可通过阀门的开闭实现吸附和脱附过程的交替进行，实现了系统的连续性；蒸发器中海水吸热蒸发，水蒸气排出至吸附器，蒸发器中剩余的浓海水温度较低，通过排出至浓海水换热槽，为预处理后的海水遇冷，提高制冷效率；蒸发器产生的冷量通过换热器与水合剂进行换热降温；冷凝器中水蒸气冷凝后，即得到淡水，所得淡水排出至淡水箱，一部分为喷淋系统提供淡水，另一部分汇总至淡水槽。
2.根据权利要求1所述的一种吸附式联产型海水淡化系统，其特征在于：所述水合物反应装置包括水合物反应器和液位计；水合物反应器包括海水入口、浓海水排出口、水合剂入口、水合物排出口和水合剂出口；其中浓海水温度较低，直接排出会造成冷量的浪费，将浓海水排除至浓海水换热槽，为预处理海水进行遇冷，提高了系统运行效率；水合剂由底部水合剂入口进入反应器，在反应器内部生产水合物，多余的水合剂由反应器上部水合剂出口排出；水合剂的密度比水小，在水合物反应器上部设有水合剂排除口，通过水泵将水合物浆抽出至水合物清洁装置；液位计设于水合物反应器内部，通过检测水位变化控制相应阀门的开闭。
3.根据权利要求1所述的一种吸附式联产型海水淡化系统，其特征在于：所述水合物清洁装置包括水合物清洁器、过滤器和喷淋装置；喷淋装置设置在水合物清洁器上部，由淡水箱提供淡水；所述过滤器设置在清洁器内部，呈斜面布置，水合物经水合物清洁器入口进入清洁器内部，落于清洁器内部的过滤器上； 所述喷淋装置有阀门控制，待水合物在过滤器上静置一定时间后，启动喷淋装置，对水合物进行喷淋清洁，同时打开水合物排出阀门；所述水合物排出阀门设置在过滤器下部，与水合物分解器相连接。
4.根据权利要求1所述的一种吸附式联产型海水淡化系统，其特征在于：所述的水合物分解装置包括水合物分解器与换热盘管；所述水合物分解器上部设有水合剂排出口，下部设有淡水排出口；淡水排出口经由管道与淡水槽相连；所述换热盘管设置在水合物分解器内部，与水合物进行换热，使水合物分解得到淡水和水合剂。
5.根据权利要求1所述的一种吸附式联产型海水淡化系统，其特征在于：所述的水合剂循环装置包括集器瓶、气体干燥器、气体增压泵和换热器；水合剂经水合物分解器排出至集气瓶，由气体干燥器干燥后经气体增压泵输送至换热器，进而进入到水合物反应器，完成循环。
6.根据权利要求1所述的一种吸附式联产型海水淡化系统，其特征在于：所述的淡水收集装置包括淡水箱和淡水槽，所述淡水箱收集来自冷凝器的淡水，淡水箱中一部分淡水供给所述喷淋装置，一部分排出至淡水槽。
7.根据权利要求1所述的一种吸附式联产型海水淡化系统，其特征在于：所述的浓海水收集装置包括浓海水槽，所述浓海水槽与水合物反应器和浓海水换热槽相连接。
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