專利名稱：一種水合物法海水淡化試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海水淡化的試驗裝置，尤其是一種利用水合物來進(jìn)行海水 淡化的試驗裝置。
背景技術(shù)：
目前，國際上已經(jīng)把糧食、能源和水列為涉及國家安全的戰(zhàn)略資源。水資 源的可持續(xù)利用，是經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展極為重要的保證。我國是水資源大
國，同時也是人均水資源貧國。全國水資源總量為28124萬億立方，居世界第6 位，但人均水資源量僅為2220立方，為世界人均的1/4,而且南北分布極不均 勻。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，對水量的需求越來越大，對水質(zhì) 的要求越來越高，加上我國水資源時空分布不均、超限度的開采、無節(jié)制浪費 以及隨意的污染，使得本來緊張的水資源供需矛盾更加尖銳，淡水資源的缺乏 已經(jīng)成為制約中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步的瓶頸。因此，海水淡化技術(shù)對于水資 源的補(bǔ)充和可持續(xù)利用對于我國和世界都意義重大，市場需求很大。
經(jīng)過長期的努力，科學(xué)家們發(fā)明了多種海水淡化的方法，如蒸餾法、薄膜 反滲透法、離子交換法、電滲析法、壓滲法、冷凍法、水合物法、溶劑萃取法 等。對T"海水淡化，能耗是直接決定其成本高低的關(guān)鍵。40多年來，隨著技術(shù) 的提高，海水淡化的能耗指標(biāo)降低了90%左右，成本隨之大為降低，目前投入應(yīng) 用的海水淡化技術(shù)主要是低溫多效蒸餾法、多級閃蒸和薄膜反滲透法。但是， 各種海水淡化都有自己的優(yōu)缺點，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境特征和運行目標(biāo)，因地制宜， 評估這種淡化方法是否最適合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。 一般選擇海水淡化方法的依據(jù)主 要包括環(huán)境要素、經(jīng)濟(jì)要素、需求要素和技術(shù)要素等。
水合物法海水淡化利用較易生成水合物的小分子物質(zhì)與海水中的水生成水 合物晶體，固液分離后，分解水合物即可得到淡水。水合物法海水淡化技術(shù)的 最大優(yōu)點是能耗低、設(shè)備簡單、緊湊；在水或鹽水中溶解度低；無毒，價廉易 得，無爆炸危險。水合物法也可歸結(jié)為冷凍法，因此具有冷凍法的優(yōu)點如不需 對海水進(jìn)行預(yù)處理、腐蝕較輕等。
以往提出的水合物法海水淡化主要是水合物在一個反應(yīng)器中生成水合物漿，經(jīng)過濃縮，然后用淡水沖洗，洗凈后再進(jìn)行分解得到淡水。由于生成的水
合物與鹽水接觸而吸附鹽離子，逐出并洗凈鹽水要用去約30%的淡水，而且水合 物具有附壁生長等特點，容易造成堵塞，裝置的效率顯著下降是以往提出的水 合物法海水淡化裝置的缺點，使得該項技術(shù)與其他技術(shù)相比缺乏競爭力。因此， 開發(fā)新的工藝和對新工藝的可行性進(jìn)行實驗研究是探索新方法的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過水合物的物性和形成分解條件，利用水合物的密度 和海水的密度差，提供一種低能耗、不需要分離水合物和海水的水合物法海水 淡化試驗裝置。
為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案 一種水合物法海水淡化 試驗裝置，包括有水合物生成分解管式反應(yīng)器，該反應(yīng)器上半部分設(shè)置有淡水 輸出口，其下半部分的位置較高處設(shè)置有海水輸入口，所述反應(yīng)器的底部設(shè)置 有濃海水輸出口及攪拌器；該反應(yīng)器的下半部分外壁上設(shè)置有水套，還包括有 為所述反應(yīng)器提供髙壓氣體的氣體循環(huán)系統(tǒng)，所述氣體循環(huán)系統(tǒng)包括有氣體循 環(huán)管路，該氣體循環(huán)管路的一端與該反應(yīng)器的上半部分內(nèi)連通，其另一端纏繞 于所述水套外表面上并與該反應(yīng)器下半部分內(nèi)連通。
海水和高壓氣體在低溫高壓環(huán)境中生成氣體水合物，排除鹽份和雜質(zhì)。由 于水合物的密度小于海水，水合物在浮力和循環(huán)氣體的作用下上浮，在反應(yīng)器 上半部分分解并釋放出淡水和氣體，淡水由淡水輸出口排出，濃海水由濃海水 輸出口排出，從而完成海水淡化過程。
本發(fā)明還包括有為所述反應(yīng)器提供低溫環(huán)境的制冷系統(tǒng)，該制冷系統(tǒng)包括 有制冷裝置及與其連接的冷卻液循環(huán)管路，該冷卻液循環(huán)管路與所述水套連通。 通過冷卻液循環(huán)管路輸入冷卻液到水套中，使得反應(yīng)器的下半部分和纏繞在該 水套外表面的氣體循環(huán)管路得到冷卻，從而使進(jìn)入循環(huán)泵的氣體由溫度較高的 狀態(tài)得以冷卻并進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，為反應(yīng)器內(nèi)水合物的分解和生成提供了必要的 溫度條件，該制冷裝置可為冷水機(jī)組或恒溫水浴或LNG接受站。
在所述氣體循環(huán)管路上、靠近該反應(yīng)器頂端的位置上設(shè)置有壓力表，所述 氣體循環(huán)系統(tǒng)還包括有氣源，該氣源通過四通閥連通于該反應(yīng)器的頂端并為反
應(yīng)器提供高壓氣體，該四通閥另外兩端分別與真空泵和氣體循環(huán)泵連通，在所述氣源和四通閥之間、四通閥和真空泵之間的所述氣體循環(huán)管路上設(shè)置有閥門。 壓力表的設(shè)置可隨時檢測反應(yīng)器內(nèi)的氣體壓力保持在安全的狀態(tài)，四通閥 的設(shè)置方便了氣源輸入氣體到反應(yīng)器內(nèi)以及從反應(yīng)器內(nèi)抽出氣體能自由的轉(zhuǎn) 換，閥門的設(shè)置也方便使用者控制真空泵、壓力表、氣源及氣體循環(huán)泵的工作。
所述攪拌器具有攪拌葉片，該攪拌葉片設(shè)置于所述反應(yīng)器下半部分內(nèi)。通 過攪拌葉片在反應(yīng)器內(nèi)攪拌海水和高壓氣體，有助于其充分混合并分解；該攪 拌器可為磁力攪拌器或電力攪拌器。
在所述反應(yīng)器外壁上至少設(shè)置一處透明管段。在反應(yīng)器外壁上設(shè)置有透明 管段，能方便使用者觀察水合物在反應(yīng)器內(nèi)的生成、流動和整個反應(yīng)器的水位， 并可方便觀察攪拌的攪拌葉片工作狀況。
所述氣體循環(huán)管路的一端連通于該反應(yīng)器的頂端，其另一端纏繞于所述水 套外表面并連接于該反應(yīng)器的底端。將氣體循環(huán)管路分別連通于反應(yīng)器的底端 和頂端，使得一方面能方便真空泵將循環(huán)氣體從反應(yīng)器內(nèi)充分抽出，另一方面 可使氣體進(jìn)入反應(yīng)器的效果更充足，即使得進(jìn)去的氣體成氣泡后即刻就可以參 加水合物的生成反應(yīng)。
水合物生成分解管式反應(yīng)器中的溫度分布是溫度從下到上逐漸升高。水合 物的生成和分解在水合物生成分解管式反應(yīng)器1中可分為3個階段水合物分 解段、水合物穩(wěn)定段、水合物生成段，其中水合物分解段所需的環(huán)境溫度最高， 約為20'C到30'C，水合物穩(wěn)定段所需環(huán)境溫度約為IOC到20'C，水合物生成
段所需環(huán)境溫度約為-io'c到IO'C。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點利用水合物的密度小于1以及生
成的水合物為絮狀的特點，實現(xiàn)水合物自動上浮，從而實現(xiàn)鹽和水的分離，克 服了現(xiàn)有技術(shù)由于分離水合物和海水導(dǎo)致水合物容易堵塞反應(yīng)器的弊端，且本 試驗裝置不需要分離水合物和濃鹽水，因此無需用淡水洗滌水合物與海水接觸
而吸附的鹽水，節(jié)約了淡水資源，提高了能量轉(zhuǎn)換的效率；水套的設(shè)置，使得 冷卻液可方便流入反應(yīng)器的下半部分，水套相當(dāng)于一個冷凍體，利用水套的低 溫來為反應(yīng)器降溫，并同時使得纏繞于水套外表面的氣體循環(huán)管道也得到冷卻， 使進(jìn)入管道內(nèi)的氣體以較低溫度進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部，滿足了水合物生成所需的低 溫環(huán)境，裝置各部分功能明確，具有良好的可升級性和可擴(kuò)充性。圖l為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖2為水合物的溫度壓力相平衡圖3為幾種氣體水合物的密度比較附圖標(biāo)記說明1、水合物生成分解管式反應(yīng)器，2、攪拌器，21、攪拌葉 片，3、水套，4、濃海水輸出口， 5、制冷系統(tǒng)，51、制冷裝置，52、冷卻液循 環(huán)管路，6、水合物，7、透明管段，8、淡水輸出口， 9、壓力表，10、真空泵， 11、四通閥，12、氣體循環(huán)泵，121、氣體循環(huán)管路，13、氣源，14、海水輸入 口， F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3、閥門。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。 實施例
請參閱

圖1所示，水合物生成分解管式反應(yīng)器1,該反應(yīng)器1的上半部分 暴露在空氣中，下半部分侵入海水中設(shè)置。該反應(yīng)器1上半部分上設(shè)置有淡水 輸出口 8，其下半部分的位置較高處設(shè)置有海水輸入口 14，該海水輸入口 14上 設(shè)置有閥門Fl，反應(yīng)器1的底端設(shè)置有濃海水輸出口 4及攪拌器2，攪拌器2 具有攪拌葉片21，該攪拌葉片21設(shè)置于反應(yīng)器1下半部分內(nèi)；該反應(yīng)器1的下 半部分外壁上設(shè)置有水套3,還包括有為反應(yīng)器1提供高壓氣體的氣體循環(huán)系統(tǒng)， 氣體循環(huán)系統(tǒng)包括有氣體循環(huán)管路121，該氣體循環(huán)管路121的一端與該反應(yīng)器 1的上半部分內(nèi)連通，其另一端纏繞于水套3外表面并與該反應(yīng)器1下半部分內(nèi) 連通。本實施例水合物生成分解管式反應(yīng)器1長2000咖，內(nèi)徑50mm，水套3 和反應(yīng)器殼體均采用不銹鋼制，整個反應(yīng)器耐壓可達(dá)5 MPa。
還包括有為反應(yīng)器1提供低溫環(huán)境的制冷系統(tǒng)5，本實施例的制冷系統(tǒng)5 包括有制冷裝置51及與其連接的冷卻液循環(huán)管路52，該冷卻液循環(huán)管路52與 水套3連通。該制冷裝置51可為冷水機(jī)組或恒溫水浴或LNG接受站。
在氣體循環(huán)管路121上、靠近該反應(yīng)器1頂端的位置上設(shè)置有壓力表9， 氣體循環(huán)系統(tǒng)還包括有氣源13，該氣源13通過四通閥11連通于該反應(yīng)器1的 頂端并為反應(yīng)器1提供高壓氣體，該四通閥11另外兩端分別與真空泵10和氣 體循環(huán)泵12連通，在氣源13和四通閥11之間、四通閥11和真空泵10之間的氣體循環(huán)管路121上分別設(shè)置有閥門F2、 F3。
氣體循環(huán)泵12由可以調(diào)節(jié)速度的直流伺服電機(jī)帶動。氣體循環(huán)管路121的 一部分纏繞在水合物生成分解管式反應(yīng)器1的水套3外表面，循環(huán)氣體從反應(yīng) 器1的頂部抽出，依次經(jīng)過四通閥11，氣體循環(huán)泵12和水套3外面的纏繞部分， 最后從底部進(jìn)入反應(yīng)器1內(nèi)完成循環(huán)。
在反應(yīng)器1外壁上至少設(shè)置一處透明管段7。透明管段7采用耐壓玻璃制 成，本實施例中在反應(yīng)器1由兩段帶水套3的圓柱體和三個透明管段7組成， 帶水套3的圓柱體和透明管段7使用法蘭連接，通過三個透明管段7可以分別 觀察水合物生成，流動和整個反應(yīng)器的水位，攪拌器2的攪拌葉片21的工作狀 況也可透過設(shè)置在反應(yīng)器下半部分的透明管段7觀察。
進(jìn)一步的，為保證水今物更好的生成效果，可將氣體循環(huán)管路121的一端 連通于該反應(yīng)器1的頂端，其另一端纏繞于水套3外表面并連接于該反應(yīng)器1 的底端。
本實施例環(huán)境溫度為30'C左右，將3. 5升的海水從海水輸入口 14注入水合 物生成分解管式反應(yīng)器1中，然后啟動制冷系統(tǒng)5降溫到4'C左右。啟動真空泵 IO進(jìn)行抽真空，然后關(guān)閉閥門F3，再打開閥門F2，通過氣源13注入2. OMPa左 右壓力的乙烷氣體，此時反應(yīng)器l內(nèi)部形成了低溫高壓環(huán)境。
啟動攪拌器2和氣體循環(huán)泵12開始海水淡化過程。由于水合物6的密度小 于海水，氣體和水在4'C和2.0MPa的狀況下生成水合物6，水合物6在浮力和 循環(huán)氣體的作用下上浮，在12'C的區(qū)域開始分解釋放出淡水和氣體，淡水由淡 水輸出口 8排出，濃海水由濃海水輸出口 4排出，完成海水淡化過程。未參加 反應(yīng)的氣體和水合物釋放的氣體通過氣體循環(huán)管路121再從反應(yīng)器1底部進(jìn)入。 運行一定時間達(dá)到平衡后，體系的壓力有所下降，反應(yīng)器1上部的溫度也有所 下降，下降程度與氣體循環(huán)速度有關(guān)。參與形成水合物的氣體和形成的水合物 在常壓下的體積比為160，如果實驗的循環(huán)氣體流量為200ml/min，有30%的氣 體參加水合反應(yīng)則淡水產(chǎn)率約為7. 5 ml/min;如果實驗的循環(huán)氣體流量為1000 ml/min,有50%的氣體參加水合反應(yīng)則淡水產(chǎn)率約為62ml/min。加大氣體流量、
提高充氣壓力和改善生成條件可提高淡水產(chǎn)率。
水合物的溫度壓力相平衡如圖2所示，水合物在A點生成，B點分解，其 中I為水合物穩(wěn)定區(qū)，II為水合物分解區(qū)。圖3為幾種氣體水合物的密度，水合物的密度必須保證小于1且不溶于水， 代表的為甲垸、乙垸和丙烷，也可以使用其他的氣體，本發(fā)明涉及的氣體不限 于甲烷、乙烷和丙烷。
上列詳細(xì)說明是針對本發(fā)明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限 制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均應(yīng)包含于本 案的專利范圍中。
權(quán)利要求
1、一種水合物法海水淡化試驗裝置，包括有水合物生成分解管式反應(yīng)器，其特征在于該反應(yīng)器上半部分設(shè)置有淡水輸出口，其下半部分位置較高處設(shè)置有海水輸入口，所述反應(yīng)器的底部設(shè)置有濃海水輸出口及攪拌器；該反應(yīng)器的下半部分外壁上設(shè)置有水套，還包括有為所述反應(yīng)器提供高壓氣體的氣體循環(huán)系統(tǒng)，所述氣體循環(huán)系統(tǒng)包括有氣體循環(huán)管路，該氣體循環(huán)管路的一端與該反應(yīng)器的上半部分內(nèi)連通，其另一端纏繞于所述水套外表面上并與該反應(yīng)器下半部分內(nèi)連通。
2、 如權(quán)利要求1所述的水合物法海水淡化試驗裝置，其特征在于還包括有為 所述反應(yīng)器提供低溫環(huán)境的制冷系統(tǒng)，該制冷系統(tǒng)包括有制冷裝置及與其 連接的冷卻液循環(huán)管路，該冷卻液循環(huán)管路與所述水套連通。
3、 如權(quán)利要求1所述的水合物法海水淡化試驗裝置，其特征在于在所述氣體 循環(huán)管路上、靠近該反應(yīng)器頂端的位置上設(shè)置有壓力表，所述氣體循環(huán)系 統(tǒng)還包括有氣源，該氣源通過四通閥連通于該反應(yīng)器的頂端并為反應(yīng)器提 供高壓氣體，該四通閥另外兩端分別與真空泵和氣體循環(huán)泵連通，在所述 氣源和四通閥之間、四通閥和真空泵之間的所述氣體循環(huán)管路上設(shè)置有閥 門。
4、 如權(quán)利要求1所述的水合物法海水淡化試驗裝置，其特征在于所述攪拌器 具有攪拌葉片，該攪拌葉片設(shè)置于所述反應(yīng)器下半部分內(nèi)。
5、 如權(quán)利要求l所述的水合物法海水淡化試驗裝置，其特征在于在所述反應(yīng) 器外壁上至少設(shè)置有一處透明管段。
6、 如權(quán)利要求1到5中任一所述的水合物法海水淡化試驗裝置，其特征在于 所述氣體循環(huán)管路的一端連通于該反應(yīng)器的頂端，其另一端纏繞于所述水 套外表面并連接于該反應(yīng)器的底端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水合物法海水淡化試驗裝置，包括有水合物生成分解管式反應(yīng)器，該反應(yīng)器上半部分設(shè)置有淡水輸出口，其下半部分的位置較高處設(shè)置有海水輸入口，所述反應(yīng)器的底部設(shè)置有濃海水輸出口及攪拌器；該反應(yīng)器的下半部分外壁上設(shè)置有水套，還包括為所述反應(yīng)器提供高壓氣體的氣體循環(huán)系統(tǒng)，所述氣體循環(huán)系統(tǒng)包括有氣體循環(huán)管路，該氣體循環(huán)管路的一端與該反應(yīng)器的上半部分內(nèi)連通，其另一端纏繞于所述水套外表面上并與該反應(yīng)器下半部分內(nèi)連通。利用水合物的密度小于1以及生成的水合物為絮狀的特點，實現(xiàn)水合物自動上浮，從而實現(xiàn)鹽和水的分離，克服了現(xiàn)有技術(shù)由于分離水合物和海水導(dǎo)致水合物容易堵塞反應(yīng)器的弊端。
文檔編號C02F1/00GK101289231SQ20081002855
公開日2008年10月22日 申請日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者唐翠萍, 李棟梁, 梁德青 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所