[发明专利]一种基于液化天然气冷能的冷冻‑微波‑离心复合海水淡化方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及油气储运、工程热物理及水处理技术的交叉领域，具体涉及了一种基于液化天然气冷能的冷冻-微波-离心复合海水淡化方法及装置。

背景技术

LNG是常压、低温(-162℃)下的液态天然气，在进入管道输送、用作燃料或化工原料之前均需气化后使用，LNG气化时理论上会释放830kJ/kg的冷能。进口LNG接收站一般建在海港附近，LNG气化释放的冷能通常直接排放到海水中，随着接收站规模的不断扩大，大量的冷能对附近海域的生态环境构成影响。若能将这部分冷能用于海水淡化，则既可以减轻LNG冷能对码头附近海域生态环境的影响又可降低冷冻法海水淡化的成本，具有节能、节水、减少碳排放、综合利用能源资源的意义。随着天然气在我国一次能源消费结构中所占比重的大幅度提高，沿海地区进口LNG码头发展迅速，这为采用冷冻法进行工业化的海水淡化提供了发展的机遇。

冷冻法脱盐作为海水淡化的方法之一，冷源可以采用天然冷源和人工冷源，前者受地理气候条件所限，难以大范围工业化采用，后者需要消耗大量的能源(制冷过程往往需要消耗高品位的电能)。LNG接收站能够为采用冷冻法海水淡化提供低成本的冷源，但单纯的冷冻法与膜法(如反渗透膜法)和热法(如低温多效蒸馏法等)相比，其脱盐率较低，未能成为主流的海水淡化方法。因此将冷冻与后续淡化过程相结合，构建技术经济可行的高脱盐率复合淡化工艺，是实现利用LNG冷能进行海水淡化产业化亟待解决的问题。

现有技术采用的重力脱盐工艺，需要通过消耗能源创造一个高温环境或利用冰与环境的温度差在自然环境中对冰进行加热使其部分融化。如果利用自然温差，环境温度直接影响冰体的融化速度进而影响脱盐速度，而利用能源进行加热更易于控制并提高脱盐工艺的速度，但需要增加运行成本。中国北方地区冬季环境温度较低，利用自然热源进行重力脱盐会使得脱盐过程非常缓慢，如果用常规加热方式提高温度进行重力脱盐过程，不免造成能源的浪费。

同时，重力脱盐由于直接依赖于冰的融化，且与外界直接接触的冰表面融化速度快而内部融化速度慢，不利于从内部打开盐胞结构，还需要将经过重力脱盐的冰打碎形成均匀的冰晶颗粒，并在后续的离心脱盐步骤中采用较高的离心速度才能实现充分脱除，导致工艺复杂且耗时长。

目前，亟待开发一种更加高效且利于大规模工业化推广的复合海水淡化方法。

发明内容

本发明装置流程旨在克服现有技术中的缺陷，充分利用LNG气化过程所释放的大量冷能，采用间接传热方式快速冷冻海水，并在此基础上综合利用微波处理及离心脱盐技术，最终得到满足部分工农业生产或民用要求的淡水资源，最大限度地保证工业化生产的连续性并降低后处理的成本。

具体而言，本发明提供了一种基于液化天然气冷能的冷冻-微波-离心复合海水淡化方法，该方法包括以下步骤：

(1)将液化天然气与二次冷媒充分进行间接换热，得到气态天然气并将冷量传递给二次冷媒后，再将所述二次冷媒与海水充分进行间接换热，将海水冷冻为冰和浓海水；冰水分离后，回收浓海水，冰备用；

(2)取步骤(1)所得冰，用微波处理设备进行微波处理；回收液体，剩余冰备用；

(3)将步骤(2)所剩余的冰进行离心处理，离心的同时使冰水分离；回收液体，剩余的冰备用；

(4)将步骤(3)所剩余的冰完全融化，即可。

本发明所述海水的原始盐浓度为3～3.5％。

本发明步骤(1)所述间接换热具体是指：参与热交换的液化天然气与二次冷媒、以及二次冷媒与海水在不直接接触的情况下进行的换热过程。本发明所述的间接换热应充分进行，并确保所交换的能量充分用于海水的冷却结冰过程。

所述二次冷媒循环可采用有相变循环，也可采用无相变循环。冷媒应当尽可能选用稳定、无毒的单一介质或混合介质，有相变循环介质工作压力下的相变温度应符合系统要求，优选为丙烷或R410a制冷剂，进一步优选为R410a制冷剂，无相变循环介质优选为无水乙醇。

本发明步骤(2)将微波处理应用于海冰复合脱盐的中间环节，通过微波处理从内部打开盐胞排出的通道，快速使冰体结构松散、加速脱盐进程、改善离心脱盐的效果。同时，采用微波处理可以省略常规重力脱盐后的碎冰步骤，将微波处理后剩余的冰直接在低转速、短时间内进行离心即可获得优异的脱盐效果。另外，采用微波处理具有杀菌作用，有利于改善水质，减少微生物的污染，控制微生物的生长繁殖。