專利名稱：液化天然氣冷能驅(qū)動(dòng)的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海水淡化，尤其涉及一種液化天然氣冷能驅(qū)動(dòng)的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置及方法。
背景技術(shù)：
天然氣是世界上繼煤和石油之后的第三大能源，并因其清潔高效的特點(diǎn)而成為了目前我國(guó)能源戰(zhàn)略的重要組成部分。為了便于遠(yuǎn)洋運(yùn)輸，通常將氣態(tài)的天然氣液化成為液化天然氣(LNG)，使其體積減小約600倍。每生產(chǎn)一噸液態(tài)天然氣約消耗能量850kWh，而其中相當(dāng)部分的能量以冷能的形式蘊(yùn)藏于液化天然氣之中。這部分冷能在液化天然氣汽化成為常溫氣體供給用戶使用的過(guò)程中釋放，吸熱汽化的過(guò)程一般在液化天然氣接收站內(nèi)進(jìn)行。目前全國(guó)投產(chǎn)、在建和規(guī)劃的液化天然氣接收站項(xiàng)目約有M個(gè)，一期工程總規(guī)模能力達(dá)到7. 04X IO7噸/年(約9. 36 X 101° m3/年)，二期工程總規(guī)模能力達(dá)到1. 34X IO8噸/ 年(約1.78X1011 m3/年)。如此數(shù)量的液化天然氣在汽化過(guò)程中會(huì)釋放出大量的冷能，這部分冷能通常被海水或空氣直接帶走，造成了巨大的能量浪費(fèi)，同時(shí)大量冷能的排放會(huì)對(duì)海洋生態(tài)帶來(lái)負(fù)面影響。研發(fā)經(jīng)濟(jì)可行的液化天然氣冷能利用方法已經(jīng)成為當(dāng)前能源領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。我國(guó)淡水資源緊張，被聯(lián)合國(guó)列為13個(gè)最貧水國(guó)之一，尤其是東部沿海地區(qū)，淡水資源量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度、人口密度嚴(yán)重不協(xié)調(diào)，淡水資源的缺乏已經(jīng)成為了制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步的瓶頸。從海洋獲取淡水具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和戰(zhàn)略意義。近年來(lái)，國(guó)家對(duì)海洋資源的開(kāi)發(fā)逐步升溫，早在2003年制定的《全國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃綱要》中就明確了“逐步把我國(guó)建設(shè)成為海洋強(qiáng)國(guó)”的戰(zhàn)略目標(biāo)，因此研究經(jīng)濟(jì)可行的海水淡化技術(shù)十分必要。海水淡化是指將水中的多余鹽分和礦物質(zhì)去除得到淡水的工序，其實(shí)現(xiàn)技術(shù)主要有蒸餾(蒸發(fā))法、反滲透法、冷凍法、電滲析法和水合物法等，其中前兩種已在海水淡化實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用。蒸餾法的原理是使海水受熱汽化、水蒸氣冷凝而得到淡水，由于需要外部供給熱能，且水的汽化潛熱較大，所以其能耗較高。蒸餾法又包括多級(jí)閃蒸法、多效蒸餾法、壓汽蒸餾法、膜蒸餾法、太陽(yáng)能蒸餾法等，具有設(shè)備簡(jiǎn)單可靠、防垢性能好、易于大型化、產(chǎn)水量高、操作彈性大以及可利用低品位熱能等優(yōu)點(diǎn)。反滲透法利用只允許溶劑透過(guò)、不允許溶質(zhì)透過(guò)的半透膜，將海水與淡水分隔開(kāi)，從而達(dá)到海水淡化的目的。由于反滲透法是壓力驅(qū)動(dòng)的分離技術(shù)，淡化過(guò)程中沒(méi)有相變，因此具有顯著的節(jié)能特征。但是這種方法需要高壓設(shè)備，而且原料水利用率只有75-80%，膜的定期清洗也給工程帶來(lái)諸多不便。 海水在結(jié)冰時(shí)，鹽分被排除在冰晶之外，利用這一原理淡化海水的方法稱為冷凍法。由于水結(jié)冰的凝固潛熱僅為其蒸發(fā)汽化潛熱的1/8，因此冷凍法海水淡化具有成本低、能耗少的優(yōu)點(diǎn)。冷凍法海水淡化的工藝流程主要包括冰晶的形成、洗滌、分離、融化等，現(xiàn)有技術(shù)方案在冰晶的沖洗時(shí)要消耗大量的產(chǎn)品淡水，并且在制冷系統(tǒng)效率、產(chǎn)品淡水純度方面有很大的局限性。
綜上所述，幾種傳統(tǒng)的海水淡化方法各自有其優(yōu)缺點(diǎn)，探索新的能耗低、淡水品質(zhì)高的海水淡化方法對(duì)于緩解淡水資源緊張十分必要。海水淡化和液化天然氣接收站具有良好的地緣結(jié)合性，有文獻(xiàn)報(bào)道利用液化天然氣冷能液化二次冷媒，然后利用二次冷媒通過(guò)直接冷凍法來(lái)淡化海水，由于其高效傳熱性能、無(wú)換熱面、無(wú)結(jié)垢腐蝕等一系列優(yōu)點(diǎn)而得到重視。但該法的淡水產(chǎn)品仍然面臨淡化效果不佳，甚至被二次冷媒污染等問(wèn)題，后處理過(guò)程仍然繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種液化天然氣冷能驅(qū)動(dòng)的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置及方法。—種液化天然氣冷能驅(qū)動(dòng)的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置包括第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門、第五閥門、第六閥門、第七閥門、第八閥門、第九閥門、第十閥門、 第十一閥門、第十二閥門、第十三閥門、第十四閥門、第十五閥門、第十六閥門、第十七閥門、 第十八閥門、第十九閥門、第二十閥門、第二十一閥門、第二十二閥門、第二十三閥門、真空泵、原料海水泵、高純淡水泵、濃海水泵、海冰淡水泵、冰漿泵、第一壓力表、第二壓力表、第一結(jié)晶器、第二結(jié)晶器、過(guò)濾器、脫氣塔、第一預(yù)冷換熱器、融化器、洗滌分離器、汽化結(jié)晶器、噴淋管和第二預(yù)冷換熱器；第一結(jié)晶器側(cè)面設(shè)有第一壓力表，第二結(jié)晶器側(cè)面設(shè)有第二壓力表，汽化結(jié)晶器上部設(shè)有噴淋管，洗滌分離器中部設(shè)有振動(dòng)篩，并與融化器相通；原料海水泵、第十一閥門、過(guò)濾器、脫氣塔上端順次連接，脫氣塔底部、第一預(yù)冷換熱器、融化器換熱管順次連接；融化器換熱管出口分為二路，融化器換熱管出口的一路、第一閥門、第一結(jié)晶器海水換熱管、第十六閥門、第二預(yù)冷換熱器的換熱管、噴淋管順次連接；融化器換熱管出口的另一路、第二閥門、第二結(jié)晶器、第十七閥門、第二預(yù)冷換熱器順次連接；汽化結(jié)晶器上端分成為二路，汽化結(jié)晶器上端的一路、第十閥門、第二結(jié)晶器上端順次連接；第二結(jié)晶器底部、第十八閥門、第一預(yù)冷換熱器高純淡水換熱管、高純淡水泵順次連接；汽化結(jié)晶器上端的另一路、第七閥門、第一結(jié)晶器上端順次連接；第一結(jié)晶器底部、第十五閥門、第一預(yù)冷換熱器高純淡水換熱管順次連接；汽化結(jié)晶器下部、第十九閥門、冰漿泵、洗滌分離器振動(dòng)篩上方、融化器順次連接；融化器底部、海冰淡水泵、第二十二閥門、第一預(yù)冷換熱器海冰淡水換熱管順次連接；液化天然氣進(jìn)口分成二路，液化天然氣進(jìn)口的一路與第十三閥、第一結(jié)晶器液化天然氣換熱管、第三閥門、第二預(yù)冷換熱器、第一預(yù)冷換熱器天然氣換熱管順次連接；液化天然氣進(jìn)口的另一路與第十四閥門、第二結(jié)晶器液化天然氣換熱管、 第四閥門和第二預(yù)冷換熱器順次連接；脫氣塔頂部、第十二閥門、真空泵順次連接；第一結(jié)晶器的頂部、第五閥門、真空泵順次連接；第二結(jié)晶器的頂部、第八閥門、真空泵順次連接；第一結(jié)晶器海水換熱管與第一閥門之間引出第六閥門，并與第七閥門和汽化結(jié)晶器頂部之間的管段相連接；在第二結(jié)晶器海水換熱管與第二閥門之間引出第九閥門，并與第十閥門和汽化結(jié)晶器頂部之間的管段相連接；第二十二閥門與海冰淡水泵之間引出第二十三閥門，并與洗滌分離器頂部相連接構(gòu)成沖洗回路；洗滌分離器底部、濃海水泵、第二十閥門、 第一預(yù)冷換熱器濃海水換熱管順次連接；第二十閥門與濃海水泵之間引出第二十一閥門， 并與第一預(yù)冷換熱器和融化器換熱管之間的原料海水管段相連接用以回收利用洗滌水。液化天然氣冷能驅(qū)動(dòng)的汽化與冷凍雙作用海水淡化方法是根據(jù)水蒸氣的相平衡壓力隨溫度降低而減小的原理，利用液化天然氣冷能形成的低溫真空作為驅(qū)動(dòng)源，抽吸汽化結(jié)晶器內(nèi)的水蒸氣，使得經(jīng)過(guò)預(yù)冷由噴淋管噴淋的原料海水在三相點(diǎn)附近汽化，同時(shí)由于汽化吸熱效應(yīng)使得原料海水在汽化結(jié)晶器中冷凍結(jié)冰，即在海水三相點(diǎn)基于汽化和凝固兩種相變過(guò)程分別通過(guò)氣相和固相從原料海水中分離出淡水；水蒸氣在第一結(jié)晶器或第二結(jié)晶器中被液化天然氣凝華為冰，在切換操作后，通過(guò)原料海水復(fù)溫融化為高純度的淡水供給用戶使用；而由于汽化吸熱作用在汽化結(jié)晶器中形成的冰漿被泵送至洗滌分離器進(jìn)行洗滌和固液分離，冰晶被轉(zhuǎn)移至融化器中通過(guò)原料海水復(fù)溫融化為海冰淡水供給用戶使用；液化天然氣由于吸收水蒸氣凝華為冰的相變潛熱以及部分顯熱而汽化為氣態(tài)，依次在第二預(yù)冷換熱器和第一預(yù)冷換熱器中冷卻原料海水，梯級(jí)回收冷能，同時(shí)升溫至接近常溫供給用戶使用。本發(fā)明將液化天然氣冷能回收與海水淡化有機(jī)結(jié)合，所提出的液化天然氣冷能驅(qū)動(dòng)的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置及方法，是基于低溫的方式通過(guò)汽化和冷凍兩種作用，同時(shí)獲得高品質(zhì)淡水和海冰淡水，具有淡水產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)；由于并非液化天然氣直接冷凍海水，可很好地實(shí)現(xiàn)冷量的梯級(jí)利用，以提高能效；該方法不存在二次冷媒，因此避免了二次冷媒的污染問(wèn)題；此外，與遠(yuǎn)洋運(yùn)輸配套的液化天然氣接收站通常建于海邊，因此與海水淡化工程具有良好的地緣結(jié)合性。


圖1為液化天然氣冷能驅(qū)動(dòng)的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，一種液化天然氣冷能驅(qū)動(dòng)的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置，其特征在于包括第一閥門1、第二閥門2、第三閥門3、第四閥門4、第五閥門5、第六閥門6、第七閥門7、第八閥門8、第九閥門9、第十閥門10、第i^一閥門11、第十二閥門12、第十三閥門 13、第十四閥門14、第十五閥門15、第十六閥門16、第十七閥門17、第十八閥門18、第十九閥門19、第二十閥門20、第二i^一閥門21、第二十二閥門22、第二十三閥門23、真空泵24、原料海水泵25、高純淡水泵沈、濃海水泵27、海冰淡水泵觀、冰漿泵四、第一壓力表30、第二壓力表31、第一結(jié)晶器32、第二結(jié)晶器33、過(guò)濾器34、脫氣塔35、第一預(yù)冷換熱器36、融化器37、洗滌分離器38、汽化結(jié)晶器39、噴淋管40和第二預(yù)冷換熱器41 ；第一結(jié)晶器32側(cè)面設(shè)有第一壓力表30，第二結(jié)晶器33側(cè)面設(shè)有第二壓力表31，汽化結(jié)晶器39上部設(shè)有噴淋管40，洗滌分離器38中部設(shè)有振動(dòng)篩，并與融化器37相通；原料海水泵25、第十一閥門11、 過(guò)濾器34、脫氣塔35上端順次連接，脫氣塔35底部、第一預(yù)冷換熱器36、融化器37換熱管順次連接；融化器37換熱管出口分為二路，融化器37換熱管出口的一路、第一閥門1、第一結(jié)晶器32海水換熱管、第十六閥門16、第二預(yù)冷換熱器41的換熱管、噴淋管40順次連接； 融化器37換熱管出口的另一路、第二閥門2、第二結(jié)晶器33、第十七閥門17、第二預(yù)冷換熱器41順次連接；汽化結(jié)晶器39上端分成為二路，汽化結(jié)晶器39上端的一路、第十閥門10、 第二結(jié)晶器33上端順次連接；第二結(jié)晶器33底部、第十八閥門18、第一預(yù)冷換熱器36高純淡水換熱管、高純淡水泵26順次連接；汽化結(jié)晶器39上端的另一路、第七閥門7、第一結(jié)晶器32上端順次連接；第一結(jié)晶器32底部、第十五閥門15、第一預(yù)冷換熱器36高純淡水換熱管順次連接；汽化結(jié)晶器39下部、第十九閥門19、冰漿泵四、洗滌分離器38振動(dòng)篩上方、融化器37順次連接；融化器37底部、海冰淡水泵觀、第二十二閥門22、第一預(yù)冷換熱器 36海冰淡水換熱管順次連接；液化天然氣進(jìn)口分成二路，液化天然氣進(jìn)口的一路與第十三閥13、第一結(jié)晶器32液化天然氣換熱管、第三閥門3、第二預(yù)冷換熱器41、第一預(yù)冷換熱器 36天然氣換熱管順次連接；液化天然氣進(jìn)口的另一路與第十四閥門14、第二結(jié)晶器33液化天然氣換熱管、第四閥門4和第二預(yù)冷換熱器41順次連接；脫氣塔35頂部、第十二閥門 12、真空泵M順次連接；第一結(jié)晶器32的頂部、第五閥門5、真空泵M順次連接；第二結(jié)晶器33的頂部、第八閥門8、真空泵M順次連接；第一結(jié)晶器32海水換熱管與第一閥門1 之間引出第六閥門6，并與第七閥門7和汽化結(jié)晶器39頂部之間的管段相連接；在第二結(jié)晶器33海水換熱管與第二閥門2之間引出第九閥門9，并與第十閥門10和汽化結(jié)晶器39 頂部之間的管段相連接；第二十二閥門22與海冰淡水泵觀之間引出第二十三閥門23，并與洗滌分離器38頂部相連接構(gòu)成沖洗回路；洗滌分離器38底部、濃海水泵27、第二十閥門 20、第一預(yù)冷換熱器36濃海水換熱管順次連接；第二十閥門20與濃海水泵27之間引出第二十一閥門21，并與第一預(yù)冷換熱器36和融化器37換熱管之間的原料海水管段相連接用以回收利用洗滌水。液化天然氣冷能驅(qū)動(dòng)的汽化與冷凍雙作用海水淡化方法是利用液化天然氣的冷能形成低溫真空(例如在室溫^8K，水蒸氣的氣液相平衡壓力為3141. 7Pa ；在水的三相點(diǎn)273. 16K，氣液固三相平衡壓力為611.65Pa;而在200K，水蒸氣的氣固相平衡壓力僅為 0. 161^?？梢?jiàn)，隨著溫度降低，水蒸氣的相平衡壓力顯著減小)作為“驅(qū)動(dòng)源”，抽吸汽化結(jié)晶器39內(nèi)的水蒸氣，使得經(jīng)過(guò)預(yù)冷由噴淋管40噴淋的原料海水在其三相點(diǎn)附近汽化，同時(shí)由于汽化吸熱效應(yīng)使得原料海水在汽化結(jié)晶器39中冷凍結(jié)冰，即在海水三相點(diǎn)基于汽化和凝固兩種相變過(guò)程分別通過(guò)氣相和固相從原料海水中分離出淡水。汽化而得的水蒸氣在第一結(jié)晶器32或第二結(jié)晶器33中被液化天然氣凝華為冰，在切換操作后通過(guò)原料海水復(fù)溫融化為高純度的淡水供給用戶使用；而由于汽化吸熱作用在汽化結(jié)晶器39中形成的冰漿被泵送至洗滌分離器38進(jìn)行洗滌和固液分離，之后冰晶被轉(zhuǎn)移至融化器37中通過(guò)原料海水復(fù)溫融化為海冰淡水供給用戶使用。液化天然氣由于吸收水蒸氣凝華為冰的相變潛熱以及部分顯熱而汽化為氣態(tài)，而后依次在第二預(yù)冷換熱器41和第一預(yù)冷換熱器36中冷卻原料海水，梯級(jí)回收其冷能，同時(shí)升溫至接近常溫供給用戶使用。以下結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明的具體運(yùn)行過(guò)程作進(jìn)一步的描述
1.開(kāi)啟第五、第六、第七、第八、第九和第十閥門，其他閥門均關(guān)閉，啟動(dòng)真空泵對(duì)汽化結(jié)晶器和兩個(gè)結(jié)晶器抽真空。2.完成抽真空之后，關(guān)閉閥門第五、第六、第七、第八和第九閥門，開(kāi)啟第十一、第十二、第一、第十六、第十九、第二十、第十、第十四和第四閥門。原料海水泵泵送原料海水， 經(jīng)過(guò)第十一閥門進(jìn)入過(guò)濾器，去除海水中混有的泥沙等雜質(zhì)。過(guò)濾后的原料海水進(jìn)入脫氣塔，進(jìn)行減壓脫氣，脫除溶解在海水中的不凝性氣體如氧氣等，以減少運(yùn)行過(guò)程中在結(jié)晶器內(nèi)的不凝性氣體聚集。脫氣后的海水一次流經(jīng)第一預(yù)冷換熱器、融化器、第一閥門、第一結(jié)晶器、第十六閥門和第二預(yù)冷換熱器，被預(yù)冷至接近三相點(diǎn)，由噴淋管在汽化結(jié)晶器內(nèi)噴淋。由于液化天然氣通過(guò)第十四閥門流經(jīng)第二結(jié)晶器，汽化后的天然氣經(jīng)第四閥門、第二預(yù)冷換熱器和第一預(yù)冷換熱器回收低品位冷能后排出，因而第二結(jié)晶器處于低溫狀態(tài)。汽化CN 102531261 A結(jié)晶器中的水蒸氣被抽吸至第二結(jié)晶器中，被液化天然氣的冷量凝固成冰，這種源于第二結(jié)晶器與汽化結(jié)晶器溫差的水蒸氣相平衡壓力差導(dǎo)致的抽吸作用，促使汽化結(jié)晶器中的海水不斷汽化。而噴淋方式可以大大增加海水的表面積，提升汽化的速率。由于海水的汽化吸熱效應(yīng)，已被預(yù)冷至三相點(diǎn)附近的海水部分凝固為冰晶，形成冰漿，聚集在汽化結(jié)晶器的下部，并由冰漿泵轉(zhuǎn)移到洗滌分離器內(nèi)。由于第一次運(yùn)行時(shí)海水預(yù)冷不充分(未經(jīng)歷與冰晶的換熱過(guò)程，噴淋前溫度離三相點(diǎn)相對(duì)較遠(yuǎn))，此時(shí)汽化結(jié)晶器內(nèi)的冰晶產(chǎn)出較少。在洗滌分離器中，經(jīng)振動(dòng)篩分，濃海水在重力作用下透過(guò)振動(dòng)篩流到篩板下方，而冰晶停留在篩板上。濃海水從洗滌分離器底部流出，在濃海水泵的泵送作用下，經(jīng)第二十閥門，在第一預(yù)冷換熱器回收冷量后排出系統(tǒng)。部分振動(dòng)篩上的冰晶被進(jìn)一步轉(zhuǎn)移到融化器內(nèi)。為了將融化器和第二結(jié)晶器中的冰融化為淡水產(chǎn)品排出系統(tǒng)，需要進(jìn)行切換操作。3.切換操作在上述閥門開(kāi)閉狀態(tài)下，關(guān)閉第一閥門，開(kāi)啟第六閥門，由于汽化結(jié)晶器的高度位置低于第十六閥門，因此第一閥門和第十六閥門之間穿越第一結(jié)晶器的管線中的海水將由于自身重力下降至第十六閥門以下位置，而第一閥門和第十六閥門之間管線流道由來(lái)自汽化結(jié)晶器的水蒸氣填充。之后，關(guān)閉第六閥門和第十六閥門。這樣，后續(xù)液化天然氣流經(jīng)第一結(jié)晶器時(shí)，第一閥門和第十六閥門之間管線內(nèi)就不會(huì)因?yàn)榇嬖诤Ｋ鴥龆鹿芫€。然后，進(jìn)一步關(guān)閉第十、第十九、第二十、第十四和第四閥門，開(kāi)啟第二、第十七、第十八、第二十一、第二十三、第七、第十三和第三閥門。脫氣后的原料海水依次流經(jīng)第一預(yù)冷換熱器、融化器、第二閥門、第二結(jié)晶器、第十七閥門，使融化器和結(jié)晶器中的冰晶復(fù)溫融化，而原料海水自身被預(yù)冷，之后流經(jīng)第二預(yù)冷換熱器被仍然具有較高品位冷能的天然氣進(jìn)一步冷卻至其三相點(diǎn)附近，由噴淋管在汽化結(jié)晶器內(nèi)噴淋。第二結(jié)晶器中的冰融化為高純淡水經(jīng)第十八閥門和第一預(yù)冷換熱器，由高純淡水泵排出系統(tǒng)。由于液化天然氣通過(guò)第十三閥門流經(jīng)第一結(jié)晶器，汽化后的天然氣經(jīng)第三閥門、第二預(yù)冷換熱器和第一預(yù)冷換熱器回收低品位冷能后排出，因而第一結(jié)晶器處于低溫狀態(tài)。汽化結(jié)晶器中的水蒸氣被抽吸至第一結(jié)晶器中，由液化天然氣的冷量凝固成冰。由于海水的汽化吸熱效應(yīng)，已被預(yù)冷至三相點(diǎn)附近的海水部分凝固為冰晶，形成冰漿，聚集在汽化結(jié)晶器的下部。此時(shí)，上一次運(yùn)行形成的海冰分別存放在洗滌分離器和融化器中，其中融化器中的冰晶被原料海水融化為海冰淡水從融化器底部流出，由海冰淡水泵泵送，經(jīng)第二十三閥門回流至洗滌分離器的頂部， 用于洗滌其中的冰晶。洗滌后沉積在洗滌分離器底部的洗滌水與原料海水相比，其溫度和含鹽度均較低，經(jīng)濃海水泵、第二十一閥門與經(jīng)第一預(yù)冷換熱器預(yù)冷的原料海水進(jìn)行混合加以回收。洗滌完畢后，關(guān)閉第二十一、第二十三閥門，開(kāi)啟第二十、第二十二閥門，將洗滌分離器內(nèi)的全部冰晶轉(zhuǎn)移到融化器內(nèi)，洗滌后的大量冰晶繼續(xù)被原料海水融化為海冰淡水從融化器底部流出，經(jīng)海冰淡水泵、第二十二閥門、第一預(yù)冷換熱器排出系統(tǒng)。由于上一次運(yùn)行時(shí)留在洗滌分離器內(nèi)的冰晶已經(jīng)全部轉(zhuǎn)移到融化器中，洗滌分離器已經(jīng)排空，可以開(kāi)啟第十九閥門使汽化結(jié)晶器下部的冰漿由冰漿泵轉(zhuǎn)移到洗滌分離器中。冰漿在洗滌分離器中進(jìn)行振動(dòng)篩分，冰晶滯留在振動(dòng)篩上，濃海水經(jīng)濃海水泵、第二十閥門和第一預(yù)冷換熱器排出系統(tǒng)。將振動(dòng)篩上的一部分冰晶轉(zhuǎn)移到融化器內(nèi)。為了將融化器和第一結(jié)晶器中的冰融化為淡水產(chǎn)品排出系統(tǒng)，需要進(jìn)行切換操作。4.切換操作在上述閥門開(kāi)閉狀態(tài)下，關(guān)閉第二閥門，開(kāi)啟第九閥門，由于汽化結(jié)晶器的高度位置低于第十七閥門，因此第二閥門和第十七閥門之間穿越第二結(jié)晶器的管線中的海水將由于自身重力下降至第十七閥門以下位置，而第二閥門和第十七閥門之間管線流道由來(lái)自汽化結(jié)晶器的水蒸氣填充。之后，關(guān)閉第九閥門和第十七閥門。這樣，后續(xù)液化天然氣流經(jīng)第二結(jié)晶器時(shí)，第二閥門和第十七閥門之間管線內(nèi)就不會(huì)因?yàn)榇嬖诤Ｋ鴥龆鹿芫€。然后進(jìn)一步，關(guān)閉第七、第十八、第十九、第二十、第二十二、第十三和第三閥門，開(kāi)啟第一、第十五、第十六、第二十一、第二十三、第十、第十四和第四閥門。脫氣后的海水在第一預(yù)冷換熱器中被產(chǎn)品天然氣、高純淡水、濃海水以及海冰淡水預(yù)冷后，依次經(jīng)融化器、第一閥門、第一結(jié)晶器、第十六閥門，使融化器和結(jié)晶器中的冰晶復(fù)溫融化，而原料海水自身被預(yù)冷，之后流經(jīng)第二預(yù)冷換熱器被仍然具有較高品位冷能的天然氣進(jìn)一步冷卻至其三相點(diǎn)附近，由噴淋管在汽化結(jié)晶器內(nèi)噴淋。第一結(jié)晶器中的冰融化為高純淡水經(jīng)第十五閥門和第一預(yù)冷換熱器，由高純淡水泵排出系統(tǒng)。由于液化天然氣通過(guò)第十四閥門流經(jīng)第二結(jié)晶器，汽化后的天然氣經(jīng)第四閥門、第二預(yù)冷換熱器和第一預(yù)冷換熱器回收低品位冷能后排出，因而第二結(jié)晶器處于低溫狀態(tài)。汽化結(jié)晶器中的水蒸氣被抽吸至第二結(jié)晶器中，由液化天然氣的冷量凝固成冰。由于海水的汽化吸熱效應(yīng)，已被預(yù)冷至三相點(diǎn)附近的海水部分凝固為冰晶，形成冰漿，聚集在汽化結(jié)晶器的下部。此時(shí)，上一次運(yùn)行形成的海冰分別存放在洗滌分離器和融化器中，其中融化器中的冰晶被原料海水融化為海冰淡水從融化器底部流出，由海冰淡水泵泵送，經(jīng)第二十三閥門回流至洗滌分離器的頂部，用于洗滌其中的冰晶。 洗滌后沉積在洗滌分離器底部的洗滌水經(jīng)濃海水泵、第二十一閥門與經(jīng)第一預(yù)冷換熱器預(yù)冷的原料海水進(jìn)行混合加以回收。洗滌完畢后，關(guān)閉第二十一、第二十三閥門，開(kāi)啟第二十、 第二十二閥門，將洗滌分離器內(nèi)的全部冰晶轉(zhuǎn)移到融化器內(nèi)，洗滌后的大量冰晶繼續(xù)被原料海水融化為海冰淡水從融化器底部流出，經(jīng)海冰淡水泵、第二十二閥門、第一預(yù)冷換熱器排出系統(tǒng)。由于此時(shí)上一次運(yùn)行時(shí)留在洗滌分離器內(nèi)的冰晶已經(jīng)全部轉(zhuǎn)移到融化器中，洗滌分離器已經(jīng)排空，可以開(kāi)啟第十九閥門使汽化結(jié)晶器下部的冰漿由冰漿泵轉(zhuǎn)移到洗滌分離器中。冰漿在洗滌分離器中進(jìn)行振動(dòng)篩分，冰晶滯留在振動(dòng)篩上，濃海水經(jīng)濃海水泵、第二十閥門和第一預(yù)冷換熱器排出系統(tǒng)。將振動(dòng)篩上的一部分冰晶轉(zhuǎn)移到融化器內(nèi)。為了將融化器和第二結(jié)晶器中的冰融化為淡水產(chǎn)品排出系統(tǒng)，需要再次進(jìn)行切換操作。如此往復(fù)切換，就能夠?qū)崿F(xiàn)利用液化天然氣冷能進(jìn)行連續(xù)的海水淡化。值得注意的是，裝置中汽化結(jié)晶器的位置高度應(yīng)低于第十六閥門和第十七閥門， 以便于利用重力作用排出結(jié)晶器內(nèi)管路中的海水，防止在液化天然氣流經(jīng)某一結(jié)晶器時(shí)管道中殘留的海水結(jié)冰而堵塞管路。另外，隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，由于脫氣不徹底而殘留的不凝性氣體聚集在結(jié)晶器中，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。此時(shí)，需采用真空泵對(duì)結(jié)晶器進(jìn)行抽真空，以排出系統(tǒng)中的不凝性氣體。對(duì)于第一結(jié)晶器，可以在剛切換到凝固水蒸氣的工況時(shí)，暫時(shí)關(guān)閉與汽化結(jié)晶器連接的第七閥門，而開(kāi)啟第五閥門，啟動(dòng)真空泵抽除不凝性氣體，然后再關(guān)閉第五閥門和真空泵，打開(kāi)第七閥門，進(jìn)入正常運(yùn)行。與此類似，對(duì)于第二結(jié)晶器，可以在剛切換到凝固水蒸氣的工況時(shí)，暫時(shí)關(guān)閉與汽化結(jié)晶器連接的第十閥門，而開(kāi)啟第八閥門，啟動(dòng)真空泵抽除不凝性氣體，然后再關(guān)閉第八閥門和真空泵，打開(kāi)第十閥門，進(jìn)入正常運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種液化天然氣冷能驅(qū)動(dòng)的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置，其特征在于包括第一閥門(1)、第二閥門(2)、第三閥門(3)、第四閥門(4)、第五閥門(5)、第六閥門(6)、第七閥門(7)、第八閥門(8)、第九閥門(9)、第十閥門(10)、第十一閥門(11)、第十二閥門(12)、 第十三閥門(13)、第十四閥門(14)、第十五閥門(15)、第十六閥門(16)、第十七閥門(17)、 第十八閥門(18)、第十九閥門(19)、第二十閥門(20)、第二十一閥門(21)、第二十二閥門 (22)、第二十三閥門03)、真空泵04)、原料海水泵05)、高純淡水泵06)、濃海水泵、2Τ)、 海冰淡水泵(觀)、冰漿泵( )、第一壓力表(30)、第二壓力表(31)、第一結(jié)晶器(32)、第二結(jié)晶器(33)、過(guò)濾器(34)、脫氣塔(35)、第一預(yù)冷換熱器(36)、融化器(37)、洗滌分離器(38)、汽化結(jié)晶器(39)、噴淋管00)和第二預(yù)冷換熱器Gl)；第一結(jié)晶器(3 側(cè)面設(shè)有第一壓力表(30)，第二結(jié)晶器(3 側(cè)面設(shè)有第二壓力表(31)，汽化結(jié)晶器(39)上部設(shè)有噴淋管(40)，洗滌分離器(38)中部設(shè)有振動(dòng)篩，并與融化器(37)相通；原料海水泵05)、 第十一閥門(11)、過(guò)濾器(34)、脫氣塔(3 上端順次連接，脫氣塔(3 底部、第一預(yù)冷換熱器(36)、融化器(37)換熱管順次連接；融化器(37)換熱管出口分為二路，融化器(37) 換熱管出口的一路、第一閥門(1)、第一結(jié)晶器(3 海水換熱管、第十六閥門(16)、第二預(yù)冷換熱器Gl)的換熱管、噴淋管GO)順次連接；融化器(37)換熱管出口的另一路、第二閥門O)、第二結(jié)晶器(33)、第十七閥門(17)、第二預(yù)冷換熱器順次連接；汽化結(jié)晶器(39)上端分成為二路，汽化結(jié)晶器(39)上端的一路、第十閥門(10)、第二結(jié)晶器(33)上端順次連接；第二結(jié)晶器(3 底部、第十八閥門(18)、第一預(yù)冷換熱器(36)高純淡水換熱管、高純淡水泵06)順次連接；汽化結(jié)晶器(39)上端的另一路、第七閥門(7)、第一結(jié)晶器(32)上端順次連接；第一結(jié)晶器(3 底部、第十五閥門(15)、第一預(yù)冷換熱器(36)高純淡水換熱管順次連接；汽化結(jié)晶器(39)下部、第十九閥門(19)、冰漿泵( )、洗滌分離器(38)振動(dòng)篩上方、融化器(37)順次連接；融化器(37)底部、海冰淡水泵( )、第二十二閥門(22)、第一預(yù)冷換熱器(36)海冰淡水換熱管順次連接；液化天然氣進(jìn)口分成二路，液化天然氣進(jìn)口的一路與第十三閥(13)、第一結(jié)晶器(3 液化天然氣換熱管、第三閥門(3)、 第二預(yù)冷換熱器(41)、第一預(yù)冷換熱器(36)天然氣換熱管順次連接；液化天然氣進(jìn)口的另一路與第十四閥門(14)、第二結(jié)晶器(3 液化天然氣換熱管、第四閥門(4)和第二預(yù)冷換熱器Gl)順次連接；脫氣塔(3 頂部、第十二閥門(12)、真空泵04)順次連接；第一結(jié)晶器(32)的頂部、第五閥門(5)、真空泵04)順次連接；第二結(jié)晶器(33)的頂部、第八閥門(8)、真空泵04)順次連接；第一結(jié)晶器(32)海水換熱管與第一閥門(1)之間引出第六閥門(6)，并與第七閥門(7)和汽化結(jié)晶器(39)頂部之間的管段相連接；在第二結(jié)晶器(33)海水換熱管與第二閥門(2)之間引出第九閥門(9)，并與第十閥門(10)和汽化結(jié)晶器(39)頂部之間的管段相連接；第二十二閥門0 與海冰淡水泵08)之間引出第二十三閥門(23)，并與洗滌分離器(38)頂部相連接構(gòu)成沖洗回路；洗滌分離器(38)底部、濃海水泵 (27)、第二十閥門(20)、第一預(yù)冷換熱器(36)濃海水換熱管順次連接；第二十閥門00)與濃海水泵07)之間引出第二十一閥門(21)，并與第一預(yù)冷換熱器(36)和融化器(37)換熱管之間的原料海水管段相連接用以回收利用洗滌水。
2.一種使用如權(quán)利要求1所述裝置的液化天然氣冷能驅(qū)動(dòng)的汽化與冷凍雙作用海水淡化方法，其特征在于根據(jù)水蒸氣的相平衡壓力隨溫度降低而減小的原理，利用液化天然氣冷能形成的低溫真空作為驅(qū)動(dòng)源，抽吸汽化結(jié)晶器(39)內(nèi)的水蒸氣，使得經(jīng)過(guò)預(yù)冷由噴淋管GO)噴淋的原料海水在三相點(diǎn)附近汽化，同時(shí)由于汽化吸熱效應(yīng)使得原料海水在汽化結(jié)晶器(39)中冷凍結(jié)冰，即在海水三相點(diǎn)基于汽化和凝固兩種相變過(guò)程分別通過(guò)氣相和固相從原料海水中分離出淡水；水蒸氣在第一結(jié)晶器(32)或第二結(jié)晶器(33)中被液化天然氣凝華為冰，在切換操作后，通過(guò)原料海水復(fù)溫融化為高純度的淡水供給用戶使用；而由于汽化吸熱作用在汽化結(jié)晶器(39)中形成的冰漿被泵送至洗滌分離器(38)進(jìn)行洗滌和固液分離，冰晶被轉(zhuǎn)移至融化器(37)中通過(guò)原料海水復(fù)溫融化為海冰淡水供給用戶使用； 液化天然氣由于吸收水蒸氣凝華為冰的相變潛熱以及部分顯熱而汽化為氣態(tài)，依次在第二預(yù)冷換熱器Gl)和第一預(yù)冷換熱器(36)中冷卻原料海水，梯級(jí)回收冷能，同時(shí)升溫至接近常溫供給用戶使用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種液化天然氣LNG冷能驅(qū)動(dòng)的汽化與冷凍雙作用海水淡化裝置及方法。其工作原理是基于水蒸氣的相平衡壓力隨溫度降低而減小的特性，利用LNG的冷能形成低溫真空，抽吸原料海水表面的水蒸氣，促使海水汽化，而汽化過(guò)程的吸熱效應(yīng)使原料海水冷凍結(jié)冰，即通過(guò)汽化和凝固兩個(gè)相變過(guò)程實(shí)現(xiàn)從海水中分離淡水。其裝置主要包括水泵、過(guò)濾器、脫氣塔、預(yù)冷換熱器、汽化-結(jié)晶器、結(jié)晶器、洗滌分離器、融化器和真空泵等。主要特征為采用LNG冷能驅(qū)動(dòng)，在海水三相點(diǎn)進(jìn)行氣液固三相分離，可同時(shí)獲得高品質(zhì)淡水和海冰淡水，具有冷量梯級(jí)利用，能效較高，淡水產(chǎn)率較高等優(yōu)點(diǎn)。此外，LNG接收站通常建于海邊，與海水淡化工程具有良好的地緣結(jié)合性。
文檔編號(hào)C02F1/04GK102531261SQ201110457558
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者劉姝娟, 包士然, 李聰航, 湯珂, 金滔 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)