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CN101628740A - 利用液化天然气冷量的直接接触冷冻海水淡化方法 - Google Patents

利用液化天然气冷量的直接接触冷冻海水淡化方法 Download PDF

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林文胜
沈清清
顾安忠
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Shanghai Jiaotong University
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Shanghai Jiaotong University
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Abstract

利用液化天然气冷量的直接接触冷冻海水淡化方法，属于制冷与低温工程技术领域。液化天然气首先与二次冷媒在换热器中进行换热，液化天然气气化吸热从而使不溶于水的二次冷媒温度降低冷凝，冷凝后的二次冷媒喷入结晶器，与海水进行直接接触换热，二次冷媒液滴蒸发吸热，从而使得液滴周围的海水放热冻结为冰晶。制得的冰在洗涤罐中经过洗涤去除冰表面附着的盐分，最后进入融化器中溶化为淡水。该过程回收液化天然气中蕴含的大量冷量，无需高能耗制冷机组，能有效降低间接冷冻海水淡化装置的能耗，且换热过程损失较小，装置尺寸较小。

Description

利用液化天然气冷量的直接接触冷冻海水淡化方法
所属技术领域
本发明涉及一种冷冻海水淡化方法，特别是一种使用不溶于水的二次冷媒冷凝后直接通入海水中，利用液化天然气冷量的直接接触冷冻海水淡化方法，属于制冷与低温工程技术领域。
背景技术
目前我国能源结构中天然气所占比重日益增加，在东部沿海地区已建成或在建多个液化天然气(LNG)接收站。在进入用户管网过程中，液化天然气需要气化为天然气，气化过程中会释放大量的冷量。此外，由于液化天然气接收站多处于偏远沿海地区，市政供水不便，因此利用气化产生的这部分冷量，采用冷冻法的形式进行海水淡化，对于能源的有效利用具有重要意义。
海水淡化方式有多种，其中冷冻法流程结构简单，能耗低。国内外对于冷冻法海水淡化方法有蒸汽压缩式真空冷冻法、蒸汽吸收式真空冷冻法、直接冷冻法，并投入工业化使用。蒸汽压缩式真空冷冻法、蒸汽吸收式真空冷冻法中使用海水中的水作为冷冻剂，需要处理大量的低压水蒸气，由于压缩机处理水蒸气的量有限，限制了上述两种方法单位装置的淡水产量。而直接接触冷冻法即是将与水不相溶的液相低温冷媒直接喷入海水中，冷媒液滴蒸发吸热，液滴周围的海水放热冻结为冰晶。直接接触冷冻法采用与水不相溶的冷媒作为冷冻剂，显著提高压缩机的处理量，从而大大增加了单位装置的淡水产量。但直接接触冷冻海水淡化方法，其装置中需要一套制冷系统为冷媒提供冷量，会消耗大量的能源。
发明内容
为克服已有技术的不足和缺陷，降低直接接触冷冻海水淡化的能耗，本发明提出一种利用液化天然气气化过程中释放的冷量，使不溶于水的二次冷媒冷凝后直接通入海水中，继而进行海水淡化。通过二次冷媒吸收液化天然气在气化过程中释放的冷量，使其温度降低且冷凝，再将冷凝后不溶于水的二次冷媒直接喷入结晶器内的大量海水中，二次冷媒液滴蒸发吸热，其周围的海水则放热冻结为冰晶。得到的冰晶夹带部分海水以冰浆的形式输入洗涤罐，并用最终制得的部分淡水作为洗涤用水洗去冰晶表面的盐分。洗涤过后的冰晶进入融化器，融化后制得淡水。
本发明是按照下述技术方案实施的，本发明方法包括下述步骤：
1、首先液化天然气与不溶于水的二次冷媒在第一换热器中进行换热，使液化天然气蒸发气化，二次冷媒温度降低并且冷凝；
2、冷凝后不溶于水的二次冷媒直接喷入结晶器内的大量海水中，二次冷媒液滴蒸发吸热，其周围的海水则放热冻结为冰晶；
3、气化的二次冷媒抽离结晶器，经过干燥器吸收气相二次冷媒中夹带的水蒸气，之后再进入第一换热器与液化天然气换热后再次冷凝；
4、制得的冰晶夹带部分海水以冰浆的形式输入洗涤罐，并用最终制得的部分淡水作为洗涤用水洗去冰晶表面的盐分；
5、洗涤过后的冰晶进入融化器，在其中与原料海水进行换热，最终融化为淡水；
6、经过融化器换热后的原料海水与洗涤罐中流出的洗涤过后的盐水在第二换热器中进一步换热，降低原料海水的温度，从而减小结晶负荷。
本发明的有益效果是：通过液化天然气在气化过程中释放的大量冷量，冷却不溶于水的二次冷媒使其冷凝，通过二次冷媒与海水直接接触换热制得冰晶，并使二次冷媒吸热再度气化，制得的冰晶则通过洗涤、融化最终得到淡水。该过程回收液化天然气中蕴含的大量冷量，无需高能耗制冷机组，能有效降低间接冷冻海水淡化装置的能耗，且换热过程损失较小，装置尺寸较小。
附图说明
图1是本发明直接接触冷冻海水淡化方法原理示意图。
图中，1第一换热器，2干燥器，3结晶器，4洗涤罐，5融化器，6第二换热器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。
如图1所示，本发明方法包括下述步骤：
1、液化天然气在第一换热器1中与不溶于水的二次冷媒换热，使液化天然气蒸发气化，二次冷媒温度降低并且冷凝，采用的二次冷媒为正丁烷或者异丁烷；
2、冷凝后不溶于水的二次冷媒正丁烷或异丁烷直接喷入结晶器3内的大量海水中，二次冷媒液滴蒸发吸热，其周围的海水则放热冻结为冰晶；
3、气化的二次冷媒抽离结晶器3，经过干燥器2吸收气相二次冷媒中夹带的水蒸气，之后再进入第一换热器1与液化天然气换热后再次冷凝；
4、制得的冰晶夹带部分海水以冰浆的形式输入洗涤罐4，并从融化器5中调用制得淡水总量的10％作为洗涤用水，在洗涤罐4中洗去冰晶表面的盐分；
5、洗涤过后的冰晶进入融化器5，在其中与原料海水进行换热，最终融化为淡水；
6、经过融化器5换热后的原料海水与洗涤罐4中流出的洗涤过后的盐水在第二换热器6中进一步换热，降低原料海水的温度，从而减小结晶负荷。

Claims (6)

1、一种利用液化天然气冷量的直接接触冷冻海水淡化方法，其特征在于，该海水淡化方法包括以下步骤：
1)首先液化天然气与不溶于水的二次冷媒在第一换热器(1)中进行换热，使液化天然气蒸发气化，二次冷媒温度降低并且冷凝；
2)冷凝后不溶于水的二次冷媒直接喷入结晶器(3)内的大量海水中，二次冷媒液滴蒸发吸热，其周围的海水则放热冻结为冰晶；
3)气化的二次冷媒抽离结晶器(3)，经过干燥器(2)吸收气相二次冷媒中夹带的水蒸气，之后再进入第一换热器(1)与液化天然气换热后再次冷凝；
4)制得的冰晶夹带部分海水以冰浆的形式输入洗涤罐(4)，并从融化器(5)中调用部分制得的淡水作为洗涤用水，在洗涤罐(4)中洗去冰晶表面的盐分；
5)洗涤过后的冰晶进入融化器(5)，在其中与原料海水进行换热，最终融化为淡水；
6)经过融化器(5)换热后的原料海水与洗涤罐(4)中流出的洗涤过后的盐水在换热器(6)中进一步换热，降低原料海水的温度，从而减小结晶负荷。
2、根据权利要求1所述的一种利用液化天然气冷量的直接接触冷冻海水淡化方法，其特征是，所述步骤1)中的所述的第一换热器1是使用常规板翅式低温换热器，其中一侧液化天然气吸热蒸发气化，另一侧二次冷媒放热冷凝。
3、根据权利要求1所述的一种利用液化天然气冷量的直接接触冷冻海水淡化方法，其特征是所述步骤1)、2)和3)中所述的二次冷媒为正丁烷或者异丁烷。
4、根据权利要求1所述的一种利用液化天然气冷量的直接接触冷冻海水淡化方法，其特征是从融化器(5)中调用制得淡水总量的10％作为洗涤用水，在洗涤罐(4)中洗去冰晶表面的盐分。
5、根据权利要求1所述的一种利用液化天然气冷量的直接接触冷冻海水淡化方法，其特征是所述步骤5)中的融化器(5)采用管壳式换热器。
6、根据权利要求1所述的一种利用液化天然气冷量的直接接触冷冻海水淡化方法，其特征是所述步骤6)中第二换热器(6)采用管壳式换热器。
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