CN214360790U - 一种水合物法污水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种水合物法污水处理装置，主要包括制冷系统、水合物生成‑分离‑分解系统，其中制冷系统主要包括LNG储罐、气化器、换热器和冷媒储罐，水合物生成‑分离‑分解系统主要包括水合物生成室、分离室、分解室，冷媒储罐的冷能分别输送至水合物生成室和分离室，使分离室维持水合物呈亚稳态并分离出水合物，随后进分解室分解，得到纯水。本实用新型装置利用LNG冷能生成水合物并实现有效分离，提高了水合物分解水的品质，避免了保存分离所需的高压条件。
Description
技术领域
本实用新型属于环境科学与工程领域，具体涉及一种基于LNG冷能的水合物法污水处理装置。
背景技术
随着社会经济的快速发展，对液化天然气（LNG）的使用越来越广泛。通常LNG需要重新气化为气态天然气才能够获得利用。LNG气化时释放的冷能大约为840KJ/kg。一座300万吨/年的LNG接收站，如果LNG连续均匀气化，释放的冷能大约为80MW。因此，LNG蕴涵的冷能是十分巨大的，回收这部分能量具有可观的经济、社会和环境效益。
随着人口数量的增加以及人们生活水平的提高，人均需水量和总需水量均大幅增加，根据中国环境统计年鉴，我国水资源总量约为27962.6亿m3，人均水资源量约为2039.2m3，废水排放总量为735.32亿t。随着国内环保意识和经济发展观念的转变，国家环保政策和相关标准越来越严格，污水排放标准正在迅速提高，越来越多的现有技术已不能够保证稳定达标。因此，考虑到我国的人均用水量与污水产生量，目前亟需加快新污水处理技术的研究与推广，以解决当前人们越来越高的生存环境需求与环境污染之间的矛盾。
水合物法应用技术作为一种新型技术受到世界范围内广大研究人员的重视，目前已有相关研究将水合物法应用到污水治理中，污水中的水分子可以与CO2等气体生成水合物，水合物的形成将大多数的有机化合物和无机物质排除在水合物晶体结构之外，当气体水合物分解后，可以得到纯水。但由于水合物需要在高压低温条件下生成，生成条件与保存方式比较苛刻，因此尚未能够实现工业化利用。
CN106948888A公开了一种利用液化天然气冷能辅助水合物法碳捕集的方法，LNG气化过程中释放出大量冷能，将其与水合物的生成过程联合起来，可以将发电、供暖过程中产生的CO2捕集储存，实现了对能量的高效利用和对环境的保护。该发明将LNG冷能与水合物法碳捕集相结合，减少了发电和采暖过程中废气对环境的污染；回收利用LNG冷能，实现了LNG卫星站内部的天然气自循环。但由于不是用于污水处理，因此无需考虑水合物分解后水的纯度，不需要对水合物进行有效分离。此外，考虑到水合物需要在低温高压下生成并保存，实际上也不适宜对生成的水合物进行分离提纯。
CN106629903A公开了一种基于LNG冷能的烟气水合物法海水淡化系统，利用水合物的生成捕集烟气中的CO2，设置两级水合物生成室提高水合物量，分别采用气体分离和液体分离两步提纯CO2水合物，分别采用换热式和抽气式两种水合物分解方式实现烟气余热的利用和CO2的循环利用。但该发明设置两级水合物生成室提高水合物量，分别采用气体分离和液体分离两步提纯CO2水合物，工艺较为复杂。
CN108579361A涉及一种LNG发电厂尾气中二氧化碳低能耗捕集装置，包括LNG冷能回收系统、气体水合物生成系统和气体水合物分解系统，该装置利用燃气电厂的LNG气化过程中释放出大量冷能，结合水合物生成的方式分离和捕集烟气中的CO2，塔板式水合物生成塔能够实现水合物连续分离，气体换热式水合物分解装置能够充分利用烟气余热分解水合物，封存CO2。该发明将水合物生成和连续分离结合到一个塔中，需要在低温高压下生成并分离保存，能耗较高。
CN103991985A公开了一种利用LNG气化冷能的水合物法海水淡化装置与方法。该装置包括城市燃气输配系统、城市淡水供给系统、水合物制备及分解系统、LNG供给及气化系统。海水与二氧化碳气体在水合物制备及分解系统中生成二氧化碳水合物后实现固液分离及水合物分解，从而得到淡水进入城市淡水供给系统；水合物制备及分解系统一端与LNG供给及气化系统相连，生成二氧化碳水合物所需要的低温环境由LNG供给及气化系统内LNG气化所释放的大量冷能提供；LNG供给及气化系统另一端与城市燃气输配系统相连，LNG气化后进入城市燃气输配系统。但是，该发明水合物没有进行有效分离就进行分解，水的纯度会受到影响。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于LNG冷能的水合物法污水处理装置。该装置利用LNG冷能生成水合物并在亚稳态下实现有效分离，提高了水合物分解水的品质，避免了保存分离所需的高压条件。
本实用新型提供的水合物法污水处理装置，主要包括制冷系统、水合物生成-分离-分解系统，其中：
制冷系统主要包括LNG储罐、气化器、换热器和冷媒储罐等，储罐内LNG经气化器气化释放的冷能输送至冷媒储罐保存；
水合物生成-分离-分解系统主要包括水合物生成室、分离室、分解室，冷媒储罐的冷能分别输送至水合物生成室和分离室，调控进入水合物生成室和分离室的冷能量，使分离室维持水合物呈亚稳态并分离出水合物，随后输送至分解室分解，分解后得到纯水。
本实用新型中，所述的水合物生成室内装填多孔材料，如可以是石英砂、纤维活性炭颗粒、多孔硅胶等中的至少一种，优选纤维活性炭颗粒。
本实用新型中，所述的水合物分离室主要采用机械式固液分离设备，如可以是重力、离心、过滤式固液分离设备，优选离心分离机。
本实用新型中，在水合物分离室设温度调控组件，用于调控进入水合物分离室的冷能量，使分离室温度维持在-24℃以下，使水合物固体维持在亚稳态进行分离，收集分离后废液，将固相水合物输送至分解室。
本实用新型中，在水合物生成室设温度调控组件，用于调控进入水合物生成室的冷能量，使生成室的温度为1-3℃。在水合物生成室设压力调控组件，使生成室的压力为1-5MPa。
本实用新型中，将CO2或含CO2烟气注入水合物生成室，使污水中水分子与CO2反应生成水合物。
本实用新型中，在水合物分解室设压力调控组件，通过调控分解室的压力判断内分解过程，随着分解室内压力逐渐升高，水合物开始分解，待分解过程结束后，压力将不再发生显著变化，收集纯水。
本实用新型中，在水合物分解室顶部与水合物生成室顶部设连通管路，使水合物分解室产生气体输送回水合物生成室。
进一步的，所述污水处理装置还包括发电系统，所述的发电系统主要包括天然气储罐、燃气轮机、蒸汽轮机、余热锅炉和发电机组等，天然气进入燃气轮机，燃气轮机排出高温烟气通过余热锅炉回收热量，高温余热使蒸汽轮机工作发电，余热锅炉排出低温烟气，收集后用于水合物生成，热量传输至水合物分解室。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
（1）在水合物生成室和分解室之间设分离室，LNG气化释放冷能同时输送至水合物生成室和分离室，并调控进入分离室冷能使水合物维持在亚稳态进行分离，此时水合物能够在低温常压下进行保存并分离，解决了水合物直接进分解室影响分解水品质的问题。
（2）在水合物生成室中装填多孔材料，为水合物的生成提供第三界面，降低水合物生成所需的高压低温条件。此外，还可以过滤污水中杂质，有助于提高水合物的品质。
（3）将烟气中CO2和污水中的水分子结合生成水合物，通过余热锅炉将发电站烟气的高温余热二次发电，利用余热锅炉的低温热源将水合物分解得到纯水，实现了LNG冷能利用-污水治理-余热利用的一体化。
附图说明
图1是本发明水合物法污水处理装置的一种流程示意图；
其中，1-LNG储罐，2-污水池，3-天然气储罐，4-冷媒储罐，5-水合物生成室，6-分离室，7-分解室，8-燃气轮机，9-余热锅炉，10-蒸汽轮机，11-气化器，12-LNG输送泵，13-输水泵，14-换热器，15-发电机组，16-储液罐，17-储气罐，18-冷能输送泵，19-温度调控组件，20-压力调控组件。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本实用新型装置及其效果。实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但其保护范围不限于下述的实施例。
以下实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为本领域常规方法。下述实施例中所用的实验材料，如无特殊说明，均从常规生化试剂商店购买得到。以下实施例中，污水中的总铜含量为20mg/L。
实施例1
本实用新型基于LNG冷能的水合物法污水处理装置如图1所示，主要包括制冷系统、水合物生成-分离-分解系统，其中，制冷系统主要包括LNG储罐1、LNG输送泵12、气化器11、换热器14-1和冷媒储罐4；水合物生成-分离-分解系统主要包括水合物生成室5、分离室6、分解室7，其中水合物生成室内装填有纤维活性炭，水合物分离室6设离心分离机。该污水处理装置还包括发电系统，所述的发电系统主要包括天然气储罐3、燃气轮机8、余热锅炉9、蒸汽轮机10和发电机组15。
下面结合附图1进行基于LNG冷能的水合物法污水处理装置的流程，具体步骤如下：
启动LNG输送泵12，LNG经气化器11和换热器14-1，产生的天然气进入天然气储罐3，释放的冷能进入冷媒储罐4。启动冷能输送泵18将冷媒储罐4内的冷能输送至水合物生成室5。
启动输水泵13，控制进入水合物生成室5内的污水量，污水进入水合物生成室5后，通过温度调控组件19-1和压力调控组件20-1调控温度为1.0℃，压力1.5MPa，当压力不再发生变化时，说明水合物生成过程结束，将生成的混合物输送至分离室6。打开输送泵18和分离室6之间阀门，通过温度调控组件19-2调控分离室内温度在-24℃，使水合物固体保持在亚稳态进行分离。此时水合物能够在低温常压下进行保存并分离，废液进入储液罐16-1中，水合物进入分解室7中，水合物在低温热源提供的热量下分解，待反应结束，打开阀门将CO2气体输送至水合物生成室5，产生的纯水输送至储液罐16-2。
天然气进天然气储罐3并通入燃气轮机8，燃气轮机8工作带动发电机组15-1工作，由燃气轮机8释放高温热源进入余热锅炉9，热量带动蒸汽轮机10工作，低温热源从余热锅炉9排出，通过换热器14-2，热量进入分解室，将分解室顶部与水合物生成室顶部相连，用于将分解室产生气体回用于水合物生成室，多余废气由储气罐17收集。
经过上述处理后，提高了水合物分解室产生水的纯度，最终产水的总铜含量为0.35mg/L。
实施例2
同实施例1，不同在于：在水合物生成室中采用过滤砂石代替纤维活性炭颗粒。经过处理后，提高了水合物分解室产生水的纯度，最终产水的总铜含量为0.55mg/L。
实施例3
同实施例1，不同在于：通过温度和压力调控组件，将水合物生成室压力提高至3.0MPa，温度为3℃。经过处理后，提高了水合物分解室产生水的纯度，最终产水的总铜含量为0.38mg/L。
比较例1
同实施例1，不同在于：水合物生物室未添加纤维活性炭颗粒。经过处理后，水合物分解室产水量减少30%以上，最终产水的总铜含量高于5mg/L。
比较例2
同实施例1，不同在于：冷能只通入生成室，不通入分离室。经过处理后，水合物分解室产水量减少一半以上，最终产水的总铜含量高于6mg/L。
比较例3
同实施例1，不同在于：在水合物生成室和分解室之间未设分离室。经过处理后，最终产水的总铜含量高于10mg/L。
以上仅为本发明构思下的基本说明，所涉及的基于LNG冷能的水合物法污水处理装置并不仅仅限于以上实施例中所述的结构和步骤，本领域技术人员可以据此设计出类似的系统或者是将所述基于LNG冷能的水合物法污水处理装置中的部分功能独立或整体功能叠加使用，这些都是依据本发明的技术方案所作的等效变换或者使用，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种水合物法污水处理装置，其特征在于主要包括制冷系统、水合物生成-分离-分解系统，其中制冷系统主要包括LNG储罐、气化器、换热器和冷媒储罐，储罐内LNG经气化器气化释放的冷能输送至冷媒储罐保存；水合物生成-分离-分解系统主要包括水合物生成室、分离室、分解室，冷媒储罐输送的冷能分别输送至水合物生成室和分离室，调控进入水合物生成室和分离室的冷能量，使分离室冷能量维持水合物呈亚稳态并分离出水合物，随后输送至分解室，分解后得到纯水。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的分离室采用重力、离心、过滤式固液分离设备中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的固液分离设备为离心分离机。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：在分离室设温度调控组件，用于调控进入分离室的冷能量，使分离室温度维持在-24℃以下。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在水合物生成室设温度调控组件，用于调控进入水合物生成室的冷能量，使水合物生成室的温度为1-3℃。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在水合物生成室设压力调控组件，使水合物生成室的压力为1-5MPa。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在分解室设压力调控组件，通过调控分解室的压力判断分解过程，待分解过程结束后，压力将不再发生显著变化，收集纯水。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在分解室顶部与水合物生成室顶部设连通管路，使分解室产生气体输送回水合物生成室。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述污水处理装置还包括发电系统，主要包括天然气储罐、燃气轮机、蒸汽轮机、余热锅炉和发电机组，天然气进入燃气轮机，燃气轮机排出高温烟气通过余热锅炉回收热量，高温余热使蒸汽轮机工作发电，余热锅炉排出低温烟气，收集后用于水合物生成室，热量传输至分解室。
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| CN114618381A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-06-14 | 常州大学 | 一种利用lng冷能生成co2水合物并兼作制冷剂的制备系统 |
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2020
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