CN112062178A - 一种基于旋进机构分离气体水合物法的海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于海水淡化领域，提供了一种基于旋进机构分离气体水合物法的海水淡化装置，包括电机、通气口、不锈钢容器、旋进机构刮片、金属网、进水口、冷却管、多孔介质、出水口、控制阀和上盖。利用上述装置可以实现海水淡化过程中生成水合物的分离。若开始从进气口向不锈钢容器内通入气体，从进水口向多孔介质中注入海水；在一定的温度压力条件下，水合物晶体在多孔介质‑金属网‑气界面成核并向气相生长增厚；最后通过水平运动的旋进机构刮片从右到左刮取分离生成的水合物。本发明在海水环境下，在长方形多孔介质上表面生成水合物、水平运动的旋进机构刮片分离水合物，并在左侧收集水合物，为海水淡化下一步分解水合物得到淡水过程提供原料。

Description

一种基于旋进机构分离气体水合物法的海水淡化装置

技术领域

本发明属于海水淡化领域，具体涉及一种基于旋进机构分离气体水合物法的海水淡化装置。

背景技术

淡水短缺一直困扰着许多国家和地区的高质量发展，而人类对淡水资源消耗量却在日益增长。由于全球绝大部分水资源都是海水，淡化海水已经成为缓解淡水资源短缺问题的主要途径。海水淡化方法常见的是热蒸馏法和反渗透膜法，气体水合物法也具有良好的海水淡化潜力，气体水合物是由气体和水分子在高压和低温下形成的一类晶体化合物，盐离子被排除在水合物晶体之外。气体水合物法海水淡化技术优势体现在，气体既不会对液体造成污染，也易于与获得的淡水分离。气体水合物法海水淡化是利用气体水合物的生成-分离-分解过程来实现淡化海水的目的。

目前已有的气体水合物法海水淡化技术方案，并没有很好的解决水合物与海水的连续高效分离的问题。研究表明，置于气体中的多孔介质内的水生成水合物时，水合物会由于水的毛细作用生长到多孔介质之外，这种生长在多孔介质表面外的水合物十分纯净，水合物晶体颗粒之间不会掺杂海水。当气体和水充足，水合物在多孔介质和气体接触的表面持续生长，不时将其分离可以不断的获取水合物，再将水合物分解即可得到纯净淡水。基于水合物这种特殊的生长现象，已有利用气体水合物法的海水淡化技术方案被提出，但还未形成系统的连续式生成-分离-分解流程，海水淡化效率仍有待提高。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种基于旋进机构分离气体水合物法的海水淡化装置，采用旋转与伸缩结合的旋进机构，有效解决了气体水合物法海水淡化的水合物高效分离问题，实现了水合物的生成-分离-分解的连续式循环过程，提高了气体水合物法海水淡化效率。

本发明的技术方案：

一种基于旋进机构分离气体水合物法的海水淡化装置，包括通气口2、旋进机构、筛网5、进水口6、冷却管7、多孔介质区8、排液口9、排水阀10、不锈钢容器11、气体区12和收集器13；

不锈钢容器11的上部是气体区12，不锈钢容器11的下部一侧是多孔介质区8，另一侧是收集器13；多孔介质区8与气体区12间通过一层多孔的筛网5分隔，筛网5的孔径小于填充的多孔介质的粒径，保证多孔介质颗粒不会穿过；不锈钢容器11上端开有通气口2，气体由通气口2进入气体区12，用于生成水合物；多孔介质区8用于填充多孔介质，其上部和下部分别设有进水口6和排液口9，海水由进水口6进入多孔介质区8，充满多孔介质的孔隙，待与气体区12内的气体生成水合物，多孔介质内残留的浓盐水由排液口9流出；多孔介质区8内部布置冷却管7，通过冷却剂控制海水温度，促使水合物生成；多孔介质区8的低温海水与气体区12的气体生成水合物，水合物出现在多孔介质表面，毛细作用促使水合物向气体区12生长，透过筛网5聚集、不断增厚；旋进机构主要由旋转电机1、刮片3和伸缩机构4构成，旋转电机1布置在气体区12内，伸缩机构4的一端连接旋转电机1，另一端固定有刮片3，旋转电机1带动伸缩机构4转动，伸缩机构4的长度可自动调节，确保刮片3贴合筛网5的表面进行移动，将筛网5上聚集的水合物刮落到旁边的收集器13；收集器13上口为圆形，下口为方形，便于水合物的收集，收集器13下口位置的温度较高，满足水合物分解条件，水合物分解为淡水和气体，淡水通过收集器13底部连接的排水阀10进行收集。

旋转电机1和伸缩机构4控制刮片3实现水平运动；在每次分离前，刮片3在筛网5上的初始位置处在远离收集器13的一侧，分离时旋进机构控制刮片3移动到筛网5紧挨着收集器13的另一侧，沿途筛网5表面上生长的水合物被刮片3刮离，刮片3携带刮离的水合物一起朝着收集器13的方向推移，水合物最终都落到旁边的收集器13中，而后，伸缩机构4收缩到最短，旋转电机1回到初始位置，等待下一次分离；每次分离的时间间隔由筛网5上水合物的生长速度决定，生长速度越快，分离的间隔时间越短，水合物生长速度通过多孔介质区8内海水的温度和气体区12内气体的压力控制。

刮片3不仅可以是直线型，还可以是任意曲线型，筛网5即为该线型水平运动形成的表面，例如：直线型刮片3对应的筛网5为平面，折线型刮片3对应的筛网5为折面，弧线型刮片3对应的筛网5为弧面。

本发明的有益效果：本发明提出的一种基于旋进机构分离气体水合物法的海水淡化装置，有效解决了气体水合物法海水淡化的水合物高效分离问题，多孔介质区8内的低温海水与气体区12内的高压气体在筛网5表面上生长水合物，通过旋转电机1和伸缩机构4构成旋进机构，周期性分离筛网5表面上不断生长聚集的水合物，并能根据水合物实际生长速度，调整旋进机构分离水合物的速度和周期，实现了水合物的生成-分离-分解的连续式循环过程，极大提高了气体水合物法海水淡化的效率。本发明还能针对多孔介质分布和海水填充特点，选用表面形状与之匹配的筛网5及刮片3，对运行过程使用的温度、压力、多孔介质的适用性较高，具有较强的应用价值。

附图说明

图1为基于旋进机构分离气体水合物法的海水淡化装置的示意图。

图2为基于旋进机构分离气体水合物法的海水淡化装置中刮片和筛网的形状的示意图，(a)是筛网的第一种形状，(b)是刮片的第一种形状，(c)是筛网的第二种形状，(d)是刮片的第二种形状，(e)是筛网的第三种形状，(f)是刮片的第三种形状。

图中：1旋转电机；2通气口；3刮片；4伸缩机构；5筛网；6进水口；7冷却管；8多孔介质区；9排液口；10排水阀；11不锈钢容器；12气体区；13收集器。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图叙述本发明的具体实施方式。

实施例一，参考图1，按所述的装置结构连接，使用该装置进行气体水合物法海水淡化的方法，步骤如下：

(1)填充或清洗多孔介质，残液从排液口9排出，旋转电机1和伸缩机构4复位，刮片3停留在初始位置，即筛网5的最右端；

(2)将水合物生成用的海水由进水口6通入多孔介质区8内，至孔隙饱和状态，同时将冷却剂通入冷却管7内，为水合物生成提供低温；

(3)将水合物生成用的气体由通气口2充至气体区12内，并维持水合物生成所需要的压力；

(4)水合物生长出多孔介质区8，在筛网5表面上不断聚集增厚，等待被刮离；

(5)旋转电机1顺时针转动，伸缩机构4先伸长再缩短，使刮片3始终贴着筛网5的表面移动，从右往左将水合物刮离筛网5表面，并推送至收集器13内，伸缩机构4缩至最短，旋转电机1逆时针转动复位到(1)中位置；

(6)重复(4)-(5)，周期性刮离筛网5表面上不断生长聚集的水合物；

(7)收集器13底部温度较高，被刮落来的水合物不断发生分解，分解的淡水经排水阀10持续收集。

实施例一中刮片3/筛网5的形状可以是各种各样的曲线/曲面形式，实施例二(参考图2)列举了三种典型的曲线形式：

刮片3为直线，筛网5为平面图2(a)和图2(b)；

刮片3为折线，筛网5为折面图2(c)和图2(d)；

刮片3为弧线，筛网5为弧面图2(e)和图2(f)。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于旋进机构分离气体水合物法的海水淡化装置，其特征在于，该基于旋进机构分离气体水合物法的海水淡化装置包括通气口(2)、旋进机构、筛网(5)、进水口(6)、冷却管(7)、多孔介质区(8)、排液口(9)、排水阀(10)、不锈钢容器(11)、气体区(12)和收集器(13)；

不锈钢容器(11)的上部是气体区(12)，不锈钢容器(11)的下部一侧是多孔介质区(8)，另一侧是收集器(13)；多孔介质区(8)与气体区(12)间通过一层多孔的筛网(5)分隔；不锈钢容器(11)上端开有通气口(2)；多孔介质区(8)用于填充多孔介质，其上部和下部分别设有进水口(6)和排液口(9)；旋进机构设置在气体区(12)内，实现将筛网(5)上聚集的水合物刮落到旁边的收集器(13)中。

2.根据权利要求1所述的基于旋进机构分离气体水合物法的海水淡化装置，其特征在于，所述的旋进机构主要由旋转电机(1)、刮片(3)和伸缩机构(4)构成，旋转电机(1)布置在气体区(12)内，伸缩机构(4)的一端连接旋转电机(1)，另一端固定有刮片(3)，旋转电机(1)带动伸缩机构(4)转动，伸缩机构(4)的长度可自动调节，确保刮片(3)贴合筛网(5)的表面进行移动，将筛网(5)上聚集的水合物刮落到旁边的收集器(13)；旋转电机(1)和伸缩机构(4)控制刮片(3)实现水平运动；在每次分离前，刮片(3)在筛网(5)上的初始位置处在远离收集器(13)的一侧，分离时旋进机构控制刮片(3)移动到筛网(5)紧挨着收集器(13)的另一侧，沿途筛网(5)表面上生长的水合物被刮片(3)刮离，刮片(3)携带刮离的水合物一起朝着收集器(13)的方向推移，水合物最终都落到旁边的收集器(13)中，而后，伸缩机构(4)收缩到最短，旋转电机(1)回到初始位置，等待下一次分离；每次分离的时间间隔由筛网(5)上水合物的生长速度决定，生长速度越快，分离的间隔时间越短，水合物生长速度通过多孔介质区(8)内海水的温度和气体区(12)内气体的压力控制。

3.根据权利要求1或2所述的基于旋进机构分离气体水合物法的海水淡化装置，其特征在于，所述的收集器(13)上口为圆形，下口为方形，便于水合物的收集，收集器(13)下口位置的温度较高，满足水合物分解条件，水合物分解为淡水和气体，淡水通过收集器(13)底部连接的排水阀(10)进行收集。

4.根据权利要求1或2所述的基于旋进机构分离气体水合物法的海水淡化装置，其特征在于，所述的刮片(3)是直线型或是任意曲线型；当刮片(3)为曲线型时，筛网(5)即为该曲线型水平运动形成的表面。

5.根据权利要求3所述的基于旋进机构分离气体水合物法的海水淡化装置，其特征在于，所述的刮片(3)是直线型或是任意曲线型；当刮片(3)为曲线型时，筛网(5)即为该曲线型水平运动形成的表面。

6.根据权利要求1、2或5所述的基于旋进机构分离气体水合物法的海水淡化装置，其特征在于，所述的多孔介质区(8)内部布置冷却管(7)，通过冷却剂控制海水温度，促使水合物生成。

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