一種通過反電滲析裝置利用工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的中低溫廢熱發(fā)電的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用工業(yè)廢熱發(fā)電的方法，屬于節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域。特別是涉及一種利用膜法將工業(yè)廢熱轉(zhuǎn)化為電能的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的進一步擴大，能源危機已成為制約工業(yè)發(fā)展的重要問題之一。在提高能源利用效率方面，各國都做出了各種努力，并取得了顯著的成就。但是，每年在冶金、化工等行業(yè)中仍然有很多中低溫廢熱難以得到有效利用，特別是一些中低溫氣體或液體排放時帶走大量的熱，造成了能源嚴重的浪費。
[0003]反電滲析發(fā)電技術(shù)是利用濃的鹽溶液與稀溶液間的化學(xué)能之差發(fā)電的技術(shù)，該技術(shù)具有環(huán)境友好，結(jié)構(gòu)簡單等特點?，F(xiàn)階段，反電滲析發(fā)電技術(shù)的研究主要集中于利用沿海江河與海水之間的鹽差能發(fā)電，但該技術(shù)在利用中低溫廢熱發(fā)電方面卻未見報道。
[0004]本發(fā)明主要利用工業(yè)廢熱濃縮含鹽濃度較低的反電滲析廢液，濃縮的濃溶液與淡水通過反電滲析裝置發(fā)電后，排出的廢液進入熱交換裝置繼續(xù)濃縮，該鹽溶液可循環(huán)使用，對環(huán)境不產(chǎn)生污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種通過反電滲析裝置利用工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的中低溫廢熱的方法，該方法能夠?qū)⒐I(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢熱用于發(fā)電。具有能量回收率高，結(jié)構(gòu)簡單，環(huán)境友好等特點。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案采用了一種通過反電滲析裝置利用工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的中低溫廢熱發(fā)電的方法，具體實施方案如下:
通過換熱裝置利用工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的中低溫廢熱流體對含鹽濃度較低的反電滲析廢液進行加熱濃縮，經(jīng)濃縮后產(chǎn)生濃度為0.l-5mol/L的濃溶液與淡水通入反電滲析裝置發(fā)電，反電滲析裝置包括兩個電極、兩個電極液腔室及多個濃溶液腔室和稀溶液腔室；溶液腔室采用陰離子或陽離子交換膜交錯隔開，交換膜之間放置隔網(wǎng)增強傳質(zhì)，濃溶液與淡水以
0.l-3L/min的流速從濃溶液入口和淡水入口進入反電滲析裝置進行發(fā)電，發(fā)電產(chǎn)生的反電滲析廢液循環(huán)至換熱裝置進行蒸發(fā)濃縮。
[0007]所述換熱器為板式或管式換熱器。
[0008]所述中低溫廢熱流體為工業(yè)生產(chǎn)中的氣體或液體，溫度為60°C _300°C。
[0009]所述反電滲析廢液的成分為氯化鈉、硝酸鈉或氯化鉀等含一種或多種金屬離子的可溶性離子化合物，鹽溶液濃度為0.1-0.9mol/Lo
[0010]所述淡水為自來水或極低濃度含一種或多種金屬離子的鹽溶液，例如氯化鈉、硝酸鈉、氯化鉀等可溶性離子化合物的水溶液，其鹽濃度為0.001-0.lmol/Lo
[0011 ] 所述濃溶液濃度為0.4-2mol/Lo
[0012]所述兩個電極分別為陰極和陽極，陰極為不銹鋼材質(zhì)，陽極為金屬鈦、石墨。
[0013]所述電極液主要成分為含一種或多種變價金屬離子的鹽溶液，包括錳鹽、鐵鹽、鎳鹽、鈷鹽，其濃度為0.01-lmol/Lo
[0014]所述陰、陽離子交換膜厚度為0.05-0.1_，隔網(wǎng)為傳統(tǒng)梯形或鉆石型隔網(wǎng)。
[0015]本發(fā)明采用反電滲析發(fā)電的方法利用中低溫廢熱發(fā)電，將工業(yè)生產(chǎn)中難以利用的廢熱用于發(fā)電。本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1、本發(fā)明對熱源的適應(yīng)性強，可采用多種熱源進行換熱。
[0016]2、本發(fā)明采用的鹽溶液組分在交換膜間選擇透過性強，鹽差能與電能間的轉(zhuǎn)化效率高，在電流密度為5A/m2時，轉(zhuǎn)化效率超過95%。產(chǎn)生的電流穩(wěn)定，可通過串聯(lián)獲得較高的電壓，滿足應(yīng)用需求。
[0017]3、本發(fā)明工藝中料液循環(huán)使用，無污染物排放，無需大型設(shè)備，工藝簡單、易于實現(xiàn)工業(yè)化。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的反電滲析裝置示意圖。
[0019]圖中，1:陰極2:陽極3:外電路 C:陽離子交換膜A:陰離子交換膜
圖2為本發(fā)明的反電滲析液體流向示意圖。圖中實線為濃溶液流向，虛線為稀溶液流向。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合實施案例旨在進一步說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0021]工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的中低溫廢熱流體經(jīng)換熱器與稀的鹽溶液換熱后，稀鹽溶液蒸發(fā)濃縮成為濃溶液。濃溶液與自來水分別進入反電滲析裝置的濃溶液腔室和淡水腔室。在濃度梯度的推動下，濃溶液中的離子選擇性通過陰離子交換膜和陽離子交換膜，造成溶液間離子的定向轉(zhuǎn)移。溶液間離子的定向轉(zhuǎn)移使電極兩側(cè)產(chǎn)生電勢差，引起外電路電流的產(chǎn)生。反電滲析過程中無化學(xué)反應(yīng)，為保持溶液中的電子平衡，加入電極液。電極液在陰陽兩極間循環(huán)，變價金屬離子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，保持溶液中電子的平衡。反電滲析過程中產(chǎn)生的稀溶液回到換熱器中繼續(xù)濃縮，循環(huán)使用。
[0022]實施例1:反電滲析實驗用鹽溶液為NaCl溶液，濃溶液濃度為0.4mol/L，反電滲析裝置總腔室為30個，電極液中鐵鹽總濃度0.08mol/L,離子交換膜厚度為0.08mm。采用蠕動栗控制流速，濃溶液與0.02mol/L NaCl溶液以逆流方式進入腔室，流速為300ml/min。陰極為不銹鋼，陽極為金屬鈦。輸出電流密度為4.8A/m2，能量密度為1.2W/m2，輸出電壓為
0.4V，發(fā)電后排出的稀鹽水濃度為0.27mol/L0
[0023]實施例2:反電滲析實驗用鹽溶液為NaCl溶液，濃溶液濃度為0.8 mol/L，反電滲析裝置總腔室為40個，電極液中錳鹽總濃度0.llmol/L,離子交換膜厚度為0.09mm。采用蠕動栗控制流速，濃溶液與自來水以逆流方式進入腔室，流速為300ml/min。陰極為不銹鋼，陽極為石墨。輸出電流密度為5A/m2，能量密度為1.5W/m2，輸出電壓為0.45V，發(fā)電后排出的稀鹽水濃度為0.52mol/L0
[0024]實施例3:反電滲析實驗用鹽溶液為KCl溶液，濃溶液濃度為0.4mol/L，反電滲析裝置總腔室為30個，電極液中鐵鹽總濃度0.10mol/L,離子交換膜厚度為0.08mm。采用蠕動栗控制流速，濃溶液與自來水以逆流方式進入腔室，流速為200ml/min。陰極為不銹鋼，陽極為金屬鈦。輸出電流密度為4.3A/m2，能量密度為1.61/1112，輸出電壓為0.35￥，發(fā)電后排出的稀鹽水濃度為0.24mol/L0
[0025]實施例4:反電滲析實驗用鹽溶液為
n (KCl):n (NaCl)-1: I的混合溶液，濃溶液濃度總為1.0mol/L，反電滲析裝置總腔室為50個，電極液中鈷鹽總濃度0.lmol/L,離子交換膜厚度為0.09mm。采用蠕動栗控制流速，濃溶液與自來水以逆流方式進入腔室，流速為400ml/min。陰極為不銹鋼，陽極為石墨。輸出電流密度為5.2A/m2，能量密度為1.5W/m2，輸出電壓為0.5V，發(fā)電后排出的稀鹽水濃度為0.56mol/L0
【主權(quán)項】
1.一種通過反電滲析裝置利用工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的中低溫廢熱發(fā)電的方法，其特征在于包括以下步驟:通過換熱裝置利用工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的中低溫廢熱流體對含鹽濃度較低的反電滲析廢液進行加熱濃縮，經(jīng)濃縮后產(chǎn)生濃度為0.1-5 mo I/L的濃溶液與淡水通入反電滲析裝置發(fā)電，反電滲析裝置包括兩個電極、兩個電極液腔室及多個濃溶液腔室和稀溶液腔室；溶液腔室采用陰離子或陽離子交換膜交錯隔開，交換膜之間放置隔網(wǎng)增強傳質(zhì)，濃溶液與淡水以0.1-3 L/h的流速從濃溶液入口和淡水入口進入反電滲析裝置進行發(fā)電，發(fā)電產(chǎn)生的反電滲析廢液循環(huán)至換熱裝置進行蒸發(fā)濃縮。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過反電滲析裝置利用工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的中低溫廢熱發(fā)電的方法，其特征在于:所述換熱器為板式或管式換熱器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過反電滲析裝置利用工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的中低溫廢熱發(fā)電的方法，其特征在于:所述中低溫廢熱流體為工業(yè)生產(chǎn)中的氣體或液體，溫度為60 0C -300。。。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過反電滲析裝置利用工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的中低溫廢熱發(fā)電的方法，其特征在于:所述反電滲析廢液的成分為氯化鈉、硝酸鈉或氯化鉀等含一種或多種金屬離子的可溶性離子化合物，鹽溶液濃度為0.1-0.9mol/Lo5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過反電滲析裝置利用工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的中低溫廢熱發(fā)電的方法，其特征在于:所述淡水為自來水或極低濃度含一種或多種金屬離子的鹽溶液，鹽溶液為氯化鈉、硝酸鈉或氯化鉀可溶性離子化合物的水溶液。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過反電滲析裝置利用工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的中低溫廢熱發(fā)電的方法，其特征在于:所述濃溶液濃度為0.4-2.0mol/Lo7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過反電滲析裝置利用工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的中低溫廢熱發(fā)電的方法，其特征在于:所述兩個電極分別為陰極和陽極，陰極為不銹鋼材質(zhì)，陽極為金屬鈦、石墨。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過反電滲析裝置利用工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的中低溫廢熱發(fā)電的方法，其特征在于:所述電極液成分為含一種或多種變價金屬離子的鹽溶液，所述的鹽溶液為錳鹽、鐵鹽、鎳鹽或鈷鹽的水溶液。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過反電滲析裝置利用工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的中低溫廢熱發(fā)電的方法，其特征在于:所述陰、陽離子交換膜厚度為0.05-0.1mm，隔網(wǎng)為傳統(tǒng)梯形或鉆石型隔網(wǎng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用反電滲析裝置回收工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的中低溫廢熱的方法，通過換熱裝置利用工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的中低溫廢熱流體對含鹽濃度較低的反電滲析廢液進行加熱濃縮后用電滲析裝置發(fā)電；溶液腔室采用陰離子或陽離子交換膜交錯隔開，交換膜之間放置隔網(wǎng)增強傳質(zhì)，濃溶液與淡水從對應(yīng)的入口進入反電滲析裝置進行發(fā)電，發(fā)電產(chǎn)生的反電滲析廢液循環(huán)至換熱裝置進行蒸發(fā)濃縮。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中難以利用的中低溫廢熱用于發(fā)電。采用的鹽溶液組分在交換膜間選擇透過性強，轉(zhuǎn)化效率高，在電流密度為5A/m2時，轉(zhuǎn)化效率超過95%。產(chǎn)生的電流穩(wěn)定，可通過串聯(lián)獲得較高的電壓。工藝中料液循環(huán)使用，無污染物排放，工藝簡單、易于實現(xiàn)工業(yè)化。
【IPC分類】H02N3/00
【公開號】CN105048870
【申請?zhí)枴緾N201510329495
【發(fā)明人】劉久清, 吳秀鋒
【申請人】中南大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月15日