[发明专利]一种利用LNG冷能的海水冷冻淡化系统和方法

说明书

本发明提供一种利用LNG冷能的海水冷冻淡化系统和方法，包括LNG汽化器、冷媒储箱、过冷却器、蓄冰槽、冰晶消除器、冰水分离器、冰晶洗涤塔、融冰器和浓海水换热器；首先LNG与冷媒换热并气化，冷媒换热降温后在过冷却器中将预先降温的海水进一步降温变成过冷却水，进入蓄冰槽产生冰浆，冰浆依次进入冰水分离器和冰晶洗涤塔，洗涤脱盐后的冰晶在融冰器中由海水加热融化成淡水，同时进料海水得到预冷却。本发明利用低成本的LNG冷能作为工艺所需冷源，同时采用过冷却制冰装置制备冰浆，系统简单，换热效率高，提高LNG的冷能利用率，冰晶易于洗涤脱盐，流动性好，便于管道运输，可实现连续、规模化生产，具有极强的工业推广价值。

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，具体的说是一种利用LNG冷能的海水冷冻淡化系统和方法。

背景技术

海水淡化技术目前主要有三种类型：膜法、蒸馏法、冷冻法。冷冻法海水淡化基本原理是通过一系列的过程将高盐度的海水冷冻，冰晶排盐转变为可以直接使用的淡水或可饮用水。冷冻法具有工艺能耗低，基本不存在腐蚀、结垢，工艺运行简单等优势，但冷冻法相比于膜法和蒸馏法脱盐率和其他杂质的去除率较低、得到的水质较差、冷源成本高，所以难以推广，未能成为主流的海水淡化方法。

液化天然气(LNG)是常温下天然气经过脱酸、脱水处理后液化形成的一种无色、无毒的液体，常压下约为-162℃。LNG在使用前需将其汽化，在汽化过程中将会释放大量的冷能，其值约为830-860kJ/kg。传统LNG汽化过程是使用海水或空气将LNG直接汽化，造成LNG冷能巨大浪费，同时使附近海域环境受到严重污染。随着我国沿海地区大量LNG接收站的建成和投产，利用LNG冷能为冷冻法海水淡化提供了低成本的冷源。

冷冻法海水淡化工艺主要包括冰晶的形成、洗涤、分离、融化等过程。海水在低温环境下结晶会自动排除金属盐离子，但在实际过程中，难以避免会在冰体内部含有充满卤水的盐胞，故需进行脱盐洗涤处理。目前主要的冰晶脱盐方法主要有重力法和离心法，重力法就是利用冰晶里面的高质量浓度的盐胞的重力沿着缝隙自然沉降，从而达到分离的目的，离心法就是将冰晶放入离心机，通过离心力的作用将盐胞与冰晶分离。为了提高海水脱盐率，制备的冰晶形态至关重要。

在冰晶的形成步骤中，为了快速、连续工业化制备，目前的方法主要有以下六种：(1)过冷法；(2)刮削法；(3)流体喷射法；(4)流化床制备法；(5)降膜法；(6)真空法。六种制取方法都存在一些问题：流体喷射法分离系统结构很复杂，且冰晶质量较难控制；流化床冰晶制取法的工况控制难度较大，而且冰堵问题也较严重；降膜法使得工况控制困难且很不稳定，在工业实现的难度非常大；真空法因其真空环境维持耗能较大，使得成本过高；刮削法有在生产上稳定的特点，但其刮刀容易磨损，需额外耗能进行驱动；由于换热器结冰面积有限，导致较难实现高效大规模的冰晶生产；过冷水法制取冰晶也存在容易发生冰堵的问题，从而使得装置不能连续稳定地生产冰浆。

专利文献CN102583848A、CN101628740A均采用了冷媒与海水直接接触的制冰装置，虽然换热效率较高，但存在需要将冷媒与冰晶分离、冰晶洗涤以及单纯冷冻法脱盐率低的问题。

专利文献CN101624224A、CN101628741A采用了冷媒与海水间接换热制冰的方法，制冰方式为刮削法，冰晶为片状冰，制得的冰晶在储冰罐中洗涤分离，但无法解决脱盐率低的问题。专利文献CN104891593A、CN107140772A、CN106882890A同样采用冷媒与海水间接换热制冰的方法，制冰器仍属于刮削式，制备的片状冰采用了多种洗涤分离方法，以便提高脱盐率，但工艺相对复杂，在工业上难以连续运行。

发明内容

鉴于上述技术的不足，本发明提出一种利用液化天然气冷能的海水冷冻淡化系统，本发明利用低成本的LNG冷能作为工艺所需冷源，同时采用过冷水法制冰装置制备冰浆，系统设备结构简单，换热效率高，可充分利用LNG汽化过程中的冷能，提高LNG的冷能利用率，冰晶易于洗涤脱盐，且流动性好，便于管道运输，可实现连续、规模化生产，具有极强的工业推广价值。