CN114291952B - 一种火电厂海水淡化提锂系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种火电厂海水淡化提锂系统，包括海水淡化装置和海水提锂装置；海水淡化装置连接火电厂用电或调峰调频供电线路，以通过火电厂富余的电力为所述海水淡化装置供电；海水淡化装置连接火电厂的汽轮机抽汽系统，以通过所述汽轮机抽汽系统为所述海水淡化装置供热；海水提锂装置连接所述海水淡化装置，以使所述海水淡化装置淡化海水过程中产生的浓海水通入所述海水提锂装置作为海水提锂过程的原料；海水提锂装置连接火电厂用电或调峰调频供电线路。本申请的提锂系统和海水淡化工艺结合，利用海水淡化工艺的尾水即浓缩海水作为原料，实现了海水淡化和海水提锂的循环经济。

Description

一种火电厂海水淡化提锂系统和方法

技术领域

本申请涉及浓海水提锂技术领域，尤其涉及一种利用海水作为原料，通过火电厂海水淡化工艺与海水提锂的耦合实现低能耗成本的提锂工艺。

背景技术

锂是现代社会最重要的矿物资源之一，被广泛应用于陶瓷化工、医药、核工业以及广为人知的锂离子电池工业中。随着电动汽车及便携式电子设备的普及，锂离子电池市场的规模大幅上升，预计未来30年将消耗目前全球可开采锂储量的1/3，这将导致未来锂资源供给不足的问题。目前全球可开采锂储量均来自于矿石和卤水，共计约1400万吨。从矿石和卤水中提炼锂盐，会消耗大量的能源并带来严重的污染问题。相较于陆地上矿石和卤水中有限的锂资源，海水中储有2300亿吨的锂资源，是目前全球可开采锂资源总量的16000倍。因此，假如实现从海水中简便、可控和清洁提取锂，人类将获得几乎取之不尽用之不竭的锂资源。

国内外很多建设在海边的火力发电厂，其电厂用水采用海水淡化技术，每年产生大量的海水淡化后的浓缩海水废液，直接排入周边海域，如果持续这种排放将导致局部海域的盐分堆积，对海洋环境造成不良的后果。

如果能够利用海水淡化后排放的浓海水作为原料，从中提取锂作为未来电池行业原料，将极大地解决全球锂矿的短缺问题。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的目的在于提出一种火电厂海水淡化提锂系统，通过将提锂系统和海水淡化工艺结合，利用海水淡化工艺的尾水即浓缩海水作为原料，实现了海水淡化和海水提锂的循环经济。

为达到上述目的，本申请提出的一种火电厂海水淡化提锂系统，包括海水淡化装置和海水提锂装置；

所述海水淡化装置连接火电厂用电或调峰调频供电线路，以通过火电厂富余的电力为所述海水淡化装置供电；

所述海水淡化装置连接火电厂的汽轮机抽汽系统，以通过所述汽轮机抽汽系统为所述海水淡化装置供热；

所述海水提锂装置连接所述海水淡化装置，以使所述海水淡化装置淡化海水过程中产生的浓海水通入所述海水提锂装置作为海水提锂过程的原料；

所述海水提锂装置连接火电厂用电或调峰调频供电线路，以通过所述火电厂用电或调峰调频供电线路为所述海水提锂装置供电，并利用所述海水提锂装置的产能负荷变化产生变动的用电负荷以响应火电厂及电网的调峰调频辅助服务需求。

进一步地，所述海水提锂装置在提锂过程中采用蒸发结晶法、沉淀法、吸附法、渗析法和电化学法中任意一种方法或组合。

进一步地，所述海水淡化装置在淡化海水过程中采用的海水淡化工艺为多级闪蒸工艺、电厂余热蒸发工艺、电加热蒸发工艺、电驱动多级膜法工艺中的任意一种。

进一步地，所述蒸发结晶法的蒸发工艺采用天然晒盐厂的自然风干晾晒法，或采用电加热或工业余热加热方法中的任意一种。

进一步地，所述沉淀法中使用的高碱性溶液利用电解海水或电解盐水产生的高碱性溶液。

进一步地，所述沉淀法中的所述原料浓海水中的钙镁离子的去除工艺为：将火电厂燃料锅炉产生的烟气通入所述浓海水中，利用所述烟气中的二氧化碳与所述浓海水中的钙镁离子反应生成沉淀产物实现钙镁离子的去除。

进一步地，所述渗析法为电渗析法，利用火电厂的调峰调频富余电力或厂用电，满足所述电渗析法海水提锂过程的用电需求。

一种火电厂海水淡化提锂方法，包括下列操作步骤：

S1：根据地处海边的火电厂的海水淡化装置的产能和每天产生的废弃浓海水的浓度、组分和流量，规划设计海水提锂装置的容量和规模及其技术路线；

S2：海水提锂装置利用火电厂调峰调频电力或厂用电供电，满足海水提锂装置的稳定供电，并利用海水提锂装置的产能负荷变化产生变动的用电负荷，从而响应火电厂及电网的调峰调频辅助服务需求；

S3：所述海水提锂装置利用电渗析法或电化学法工艺，实现从海水淡化装置排出的浓海水作为原料，制取锂的工艺；

S4：海水淡化装置利用火电厂的富余的电力和供热，满足海水淡化工艺的用电和用热需求。

本申请的有益效果为：

1)利用火电厂耦合海水淡化工艺，实现低能耗成本的海水淡化。

2)利用海水淡化产生的废弃排放的浓海水，不但解决浓海水排入大海造成的盐浓度堆积问题，而且可以最低成本获得海水提锂工艺的原料。

3)海水提锂装置特别是电渗析装置或电化学提锂装置的用电能耗，是海水提锂装置一直无法大规模产业化的主要原因，如果能结合火电厂或电网调峰调频，可低成本实现大规模提锂。

4)本申请的提锂系统和海水淡化工艺结合，利用海水淡化工艺的尾水即浓缩海水作为原料，实现了海水淡化和海水提锂的循环经济。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请一实施例提出的火电厂海水淡化提锂系统的结构示意图；

图2是本申请不同提锂方法中火电厂海水淡化提锂系统的结构示意图；

图3是本申请不同提锂方法中火电厂海水淡化提锂系统的结构示意图；

图4是本申请制备碳酸锂产品时火电厂海水淡化提锂系统的结构示意图；

图5是本申请不同淡化工艺和提锂方法中火电厂海水淡化提锂系统的结构示意图；

图6是本申请另一实施例提出的火电厂海水淡化提锂方法流程图。

图中，1、海水淡化装置；2、海水提锂装置；3、火电厂；4、调峰调频控制模块；5、碳酸锂沉淀罐；6、氢气或氯气罐。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

图1是本申请一实施例提出的火电厂海水淡化提锂系统的结构示意图。

参见图1，一种火电厂海水淡化提锂系统，包括海水淡化装置1和海水提锂装置2；海水淡化装置1连接火电厂3用电或调峰调频供电线路，以通过火电厂富余的电力为海水淡化装置1供电，也就是说，海水淡化装置1连接调峰调频控制模块4，以通过调峰调频控制模块3将火电厂富余电力供应海水淡化装置1进行，海水淡化装置1连接火电厂3的汽轮机抽汽系统，以通过汽轮机抽汽系统为海水淡化装置1供热，同时海水淡化装置1淡化后的海水用于火电厂发电过程中，海水提锂装置2连接海水淡化装置1，以使海水淡化装置1淡化海水过程中产生的浓海水通入海水提锂装置2中作为海水提锂过程的原料，不仅实现了海水淡化，并且淡化过程中产生的废气浓海水也能够进行回收利用，无需另外提供海水提锂装置在提锂过程中所需的原料浓海水，提高了资源利用率，降低了成本，海水提锂装置2连接火电厂3用电或调峰调频供电线路，以通过火电厂3用电或调峰调频供电线路为海水提锂装置2供电，并利用海水提锂装置2的产能负荷变化产生变动的用电负荷以响应火电厂3及电网的调峰调频辅助服务需求。

详细来说，海水淡化装置1的进水口处连接有进水管路，并且进水管路处设置有液压泵，通过液压泵能够将海水通过进水管路泵入海水淡化装置1中，在海水淡化装置1中进行海水淡化，淡化后的淡水可以用于火电厂3的发电过程中，另外，淡化过程中产生的废浓盐水可以直接通入海水提锂装置2中，用于海水提锂，不但解决浓海水排入大海造成的盐浓度堆积问题，而且可以最低成本获得海水提锂工艺的原料。

参阅图2，在一些实施例中，海水提锂装置2在提锂过程中采用蒸发结晶法、沉淀法、吸附法、渗析法和电化学法中任意一种方法或组合，也就是说，可以通过蒸发结晶法、沉淀法、吸附法、渗析法和电化学法中的任意一种方法进行海水提锂，也可以上述任意几种方法组合进行提锂。需要说明的是，通过蒸发结晶法、沉淀法、吸附法、渗析法和电化学法中的任意一种方法进行海水提锂均为现有技术，此处不再详细赘述。

在一些实施例中，蒸发结晶法的蒸发工艺采用天然晒盐厂的自然风干晾晒法，或采用电加热或工业余热加热方法中的任意一种。

需要详细说明的是，沉淀法在沉淀过程中通常是加入碱液进行沉淀反应，其中沉淀法中使用的高碱性溶液可以是利用电解海水或电解盐水产生的高碱性溶液。

另外，沉淀法中的原料浓海水中的钙镁离子的去除工艺为：将火电厂燃料锅炉产生的烟气通入浓海水中，利用烟气中的二氧化碳与浓海水中的钙镁离子反应生成沉淀产物实现钙镁离子的去除。

参阅图3，在一些实施例中，渗析法为电渗析法，利用火电厂3的调峰调频富余电力或厂用电，满足所述电渗析法海水提锂过程的用电需求，另外电化学法提锂过程中供电也是利用火电厂的调峰调频富余电力或厂用电。

参阅图4，在一些实施例中，提锂装置提锂过程中得到富锂液，通常使用的是碳酸锂成品，因此为了制备碳酸锂成品，还包括碳酸锂沉淀罐5，碳酸锂沉淀罐5连接海水提锂装置3，以接收提锂装置2产生的富锂液，并将富锂液与通入碳酸锂沉淀罐5中的高碱性溶液反应生成碳酸锂，另外，提锂过程中产生的附属产物氢气或氯气通过氢气或氯气罐6进行存储。

参阅图5，在一些实施例中，海水淡化装置1在淡化海水过程中采用的海水淡化工艺为多级闪蒸工艺、电厂余热蒸发工艺、电加热蒸发工艺、电驱动多级膜法工艺中的任意一种。

参考图6，在一些实施例中，一种火电厂海水淡化提锂方法，包括下列操作步骤：

S1：根据地处海边的火电厂的海水淡化装置1的产能和每天产生的废弃浓海水的浓度、组分和流量，规划设计海水提锂装置2的容量和规模及其技术路线；

S2：海水提锂装置1利用火电厂调峰调频电力或厂用电供电，满足海水提锂装置2的稳定供电，并利用海水提锂装置2的产能负荷变化产生变动的用电负荷，从而响应火电厂3及电网的调峰调频辅助服务需求；

S3：所述海水提锂装置2利用蒸发结晶法、沉淀法、吸附法、渗析法和电化学法中任意一种方法或组合，实现从海水淡化装置1排出的浓海水作为原料，制取锂的工艺；优选地，利用电渗析法或电化学法工艺进行提锂；

S4：优选地，海水淡化装置1利用火电厂3的富余的电力和供热，满足海水淡化工艺的用电和用热需求。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种火电厂海水淡化提锂系统，其特征在于，包括海水淡化装置和海水提锂装置；

所述海水淡化装置连接火电厂用电或调峰调频供电线路，以通过火电厂富余的电力为所述海水淡化装置供电；

所述海水淡化装置连接火电厂的汽轮机抽汽系统，以通过所述汽轮机抽汽系统为所述海水淡化装置供热；

所述海水提锂装置连接所述海水淡化装置，以使所述海水淡化装置淡化海水过程中产生的浓海水通入所述海水提锂装置作为海水提锂过程的原料；

所述海水提锂装置连接火电厂用电或调峰调频供电线路，以通过所述火电厂用电或调峰调频供电线路为所述海水提锂装置供电，并利用所述海水提锂装置的产能负荷变化产生变动的用电负荷以响应火电厂及电网的调峰调频辅助服务需求；

所述海水提锂装置在提锂过程中采用蒸发结晶法、沉淀法、吸附法、渗析法和电化学法中任意一种方法或组合；

所述沉淀法中使用的高碱性溶液利用电解海水或电解盐水产生的高碱性溶液，所述沉淀法中的原料浓海水中的钙镁离子的去除工艺为：将火电厂燃料锅炉产生的烟气通入所述浓海水中，利用所述烟气中的二氧化碳与所述浓海水中的钙镁离子反应生成沉淀产物实现钙镁离子的去除；

所述海水淡化装置在淡化海水过程中采用的海水淡化工艺为多级闪蒸工艺、电厂余热蒸发工艺、电加热蒸发工艺、电驱动多级膜法工艺中的任意一种。

2.如权利要求1所述的一种火电厂海水淡化提锂系统，其特征在于，所述蒸发结晶法的蒸发工艺采用天然晒盐厂的自然风干晾晒法，或采用电加热或工业余热加热方法中的任意一种。

3.如权利要求1所述的一种火电厂海水淡化提锂系统，其特征在于，其特征在于，所述渗析法为电渗析法，利用火电厂的调峰调频富余电力或厂用电，满足所述电渗析法海水提锂过程的用电需求。

4.一种基于权利要求1-3中任一所述的火电厂海水淡化提锂系统的海水淡化提锂方法，其特征在于，海水提锂方法包括下列操作步骤：

S1：根据地处海边的火电厂的海水淡化装置的产能和每天产生的废弃浓海水的浓度、组分和流量，规划设计海水提锂装置的容量和规模及其技术路线；

S2：海水提锂装置利用火电厂调峰调频电力或厂用电供电，满足海水提锂装置的稳定供电，并利用海水提锂装置的产能负荷变化产生变动的用电负荷，从而响应火电厂及电网的调峰调频辅助服务需求；

S3：所述海水提锂装置利用电渗析法或电化学法工艺，实现从海水淡化装置排出的浓海水作为原料，制取锂的工艺；

S4：海水淡化装置利用火电厂的富余的电力和供热，满足海水淡化工艺的用电和用热需求。