[发明专利]微能耗亚临界海水攫馏淡化方法

摘要

本发明微能耗亚临界海水攫馏淡化方法，含有以下步骤：⑴海水预处理；⑵设置攫馏空间；⑶海水加温加压，含有①启动工况；②常态工况；⑷余热利用和压力能回收；⑸获得淡化水；本发明主要是利用一个多管道容腔、密封的“攫馏空间”，在其内设置亚临界高温和超临界的压力，设置两个容腔：370℃的冷凝淡水流动液面和374.1℃的热海水流动液面；所述两个流动液面能在“攫馏空间”进行强力攫取，将水蒸气从较高温的液面中高速“攫取”出来，达到海水淡化的目的；本发明将余热和压力能进行了充分的利用和回收，只在“启动工况”时消耗一定的能源，在“常态工况”时耗能微小，是目前节能效果非常明显的一种海水淡化方法。

主权项

1.一种微能耗亚临界海水攫馏淡化方法，含有以下步骤：/n(1)海水预处理/n对海水进行预处理，去除泥沙、动植物残骸、各种大小塑料微粒；此外，需对海水中的二阶易结垢盐类进行化学去除；这些预处理可采用常规的沉淀池进行；/n其特征在于：/n(2)设置攫馏空间/n在亚临界海水淡化系统的管道内部设置一个多容腔的管道段、即“攫馏空间”，所述“攫馏空间”为一个密封腔体，其内保持有亚临界高温370℃～374.1℃和超临界压力23兆帕以上或230工业大气压以上；在所述“攫馏空间”内设置有两个容腔，分别提供两个不同亚临界温度的流动液面：一个是下限温度的冷凝淡水流动液面，另一个是上限温度的热海水流动液面；所述两个流动液面能在“攫馏空间”进行非沸腾高速挥发——“静态攫馏过程”，产生大量的冷凝淡化水；/n由于下限温度冷凝淡水流动液面的饱和蒸气压与上限温度热海水流动液面的饱和蒸气压有着高达0.5～2兆帕的饱和蒸气压压差，因此，在“攫馏空间”内部构成了一个超强的水蒸气非平衡态攫取环境，亚临界上限温度的热海水流动液面发生高速的静态挥发，其流动的液面快速下降，其含盐份浓度迅速升高，当热海水在“攫馏空间”内从容腔进口流到容腔出口时，其流量因“静态攫馏过程”减少了一半到五分之四；这时，液位控制系统不断输入上限温度的补充热海水、在保持热海水流动液面不变的情况下，将含盐量已经升高的浓海水不断抽出并送往换热器换热，回收其热能；/n与此同时，在“攫馏空间”内的下限温度冷凝淡水流动液面快速接纳攫取溶入的水蒸气，由上限温度热海水流动液面产生的水蒸气潜热将下限温度的冷凝淡水流动液温度升温至上限温度，且淡化水水量增加一到五倍，使冷凝淡水流动液面迅速地上升；这样，在液位控制系统的控制下，下限温度冷凝用淡水不断送入、在保持冷凝淡水流动液位不变、维持攫馏过程所需的0.5～2兆帕的非平衡态下，高温且增多的淡水流动液不断被抽出并送往换热器换热，回收其热能；/n被抽出的淡化水分流为两部分，其中二分之一到五分之四的淡化水流经换热器换热变成常温的淡化水，而另外二分之一到五分之一的上限温度的高温淡化水在专用循环泵的驱动下流经小换热环节，将水温冷却调整为下限温度后重新送入“攫馏空间”的冷凝容腔；/n(3)海水加温加压/n在“攫馏空间”的一侧设置恒温加热器、在“攫馏空间”的两侧设置换热器和双向高压泵对经过预处理的海水进行加温和加压，加温和加压过程可分成两种工况：/n①启动工况/n在整个亚临界海水淡化系统的冷启动阶段，此时，恒温加热器启动，但是常温海水的流入量大，单靠加恒温加热器远不足以将常温海水一步加温到亚临界370℃～374.2℃温度；因此，通过换热器将已经部分加温的海水的热量转移给新输入的冷海水，这样经过若干次循环就能使常温海水在通过换热器和恒温加热器工段后逐渐达到亚临界上限温度并送往“攫馏空间”与下限温度的冷凝淡水发生气态的攫取和换热过程；/n这里必须提及，冷海水在亚临界海水淡化系统内部加温的过程也是一个从常压升压到超临界压力的过程；/n②常态工况/n当有达到亚临界上限温度的海水和温度达到下限温度的淡化水能进行“静态攫馏过程”时，亚临界海水淡化系统就进入了常态工况：由攫镏空间流出的上限温度的浓海水及上限温度的淡化水与新输入的常温海水进行充分的热交换之后，再通过恒温加热器的补充加温将常温海水加热到稳定上限温度的高温，另外部分二分之一到五分之一的上限温度的淡化水在专用循环泵的驱动下流经小换热环节，将水温冷却调整到下限温度并重新送入“攫馏空间”的冷凝容腔，以维持攫镏过程继续进行；在“攫馏空间”内部继续进行着几乎没有能耗的静态攫馏过程，由“攫镏空间”排出的高温液体则参与常温海水的充分热交换；如果经热交换加温的新海水温度略有不足，恒温加热器自动进行补加温，因而耗能极少；/n(4)余热利用和压力能回收/n①余热利用/n利用亚临界海水淡化系统“攫馏空间”两侧设置的换热器将“攫馏空间”排出的上限温度的浓海水和淡化水与流向“攫馏空间”的常温海水进行充分换热，利用“攫馏空间”输出的浓海水和淡化水的余热加热常温海水，由于需要加温的常温海水和需要降温的淡水及浓海水的总量严格相等、由于需要加温的总热量与需要降温总热量也严格地相等、由于换热器两侧的流体介质均为水，介质热传导性能几乎一致，所以，能够实现充分的热交换，产生余热充分回收的效果；/n②压力能平衡和回收/n从“攫馏空间”排出的“浓海水”和“淡化水”依然具有超临界的高压势能，将它们分别送入双向高压泵负压侧一端，利用其压力势能推动多联双向高压泵加压侧一端对洁净海水进行加压，直到多联双向高压泵的两端压力势能达到相等平衡为止；由于多联泵加压端和负压端的压力相同，加上多联泵输入泵和抽出泵的总流量严格相等，所以多联双向高压泵启动后，多联泵总体的实际工作负荷只有淡化系统的管道负荷而没有高压的负荷，多联双向可逆高压泵实现的是一个超临界高压环境与常压环境的隔断功能，于是，残存在浓海水和淡化水中剩余的高压能能全部回收；/n(5)获得淡化水/n由于在370℃～374.1℃之间、水的潜热和比热的比值接近1∶1，所以在“攫馏空间”中，输入的每公斤370℃的冷凝用水升温1度，就能通过吸收蒸气变为2公斤近371℃的淡化水，于是，在常态的“静态攫馏过程”下，当冷凝液每升温1度时，每输入2公斤热海水和1公斤冷凝水就能产生1公斤浓海水和2公斤淡化水；由于“静态攫馏过程”的耗能及其微小，所以本发明的海水攫馏淡化方法是一种能耗很小的海水淡化方法。/n