专利名称：双作用气体水合物海水淡化的方法
技术领域：
本发明涉及一种海水淡化的方法。
背景技术：
目前，淡水资源在一些国家和地区已经成为关系人类生存及其它生物生死存亡的重大问题。利用现代技术把海水淡化来开辟新的淡水资源，已经成为全世界的水资源利用的必然趋势。在我国沿海地区及一些岛屿限时限量供水已是生活现实。据预测，在不远的将来，沿海城市将相继进入严重缺水状态。随着淡水资源的日趋匮乏及经济的快速发展，海水淡化将成为未来海岛淡水资源开发的首选。早在19世纪70年代，我国就开展了电渗析(ED)、反渗透(RO)和蒸馏多种海水淡化方法的研究。然而，以上方法存在设备一次性投资大、维修运行成本高、能耗大等缺点，严重限制了其在生产中广泛推广。利用水合物海水淡化方法是一种冷冻法海水淡化，主要利用较易生成水合物的小分子物质与海水中的水生成水合物晶体，将剩余的液体从水合物固体中分离，然后分解水合物即可得到淡水。水合物法海水淡化技术的最大优点是能耗低、设备简单、维修运行成本低；在水或盐水中溶解度低；无毒，价廉易得，无爆炸危险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双作用气体水合物海水淡化的方法，该方法设备简单、运行维护成本低。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是双作用气体水合物海水淡化的方法，其特征在于它包括如下步骤1)海水淡化系统的准备海水淡化系统包括第一反应釜14、第二反应釜15、水路管道系统、气体管道系统；水路管道系统包括第一水管5、第二水管7、第三水管8、第四水管9、第五水管10、 第六水管11、第七水管12、第八水管13，第一水管5的一段绕在第一反应釜14上，第一水管5的输入端为海水入口，第一水管5上设有水泵6、第五阀门E，第一水管5的输出端与第二水管7相连通，第二水管7的一端与第二反应釜15的海水输入接口 R2相连通，第二水管7的另一端为第一出水口，第二水管7上设有第一阀门A和第三阀门C，第一水管5的输出端位于第一阀门A与第三阀门C 之间；第三水管8的输入端与第一水管5相连通，第三水管8的输入端位于水泵6的输出端与第五阀门E之间；第三水管8的一段绕在第二反应釜15上，第三水管8的输出端与第四水管9相连通，第四水管9的一端与第一反应釜14的海水输入接口 Rl相连通，第四水管9的另一端与第二水管7的另一端相连通，第四水管9上设有第二阀门B和第四阀门D， 第三水管8的输出端位于第二阀门B与第四阀门D之间；
第五水管10的一端与第一反应釜14的出水口 Xl相连通，第五水管10的另一端与第二反应釜15的出水口 X2相连通，第五水管10上设有第六阀门F和第八阀门H，第六水管11的输入端与第五水管10相连通，第六水管11的输入端位于第六阀门F与第八阀门H 之间，第六水管11的输出端为第二出水口 ；第七水管12的输入端与第五水管10相连通，第七水管12的输入端位于第一反应釜14的出水口 Xl与第六阀门F之间，第七水管12的输出端与第三水管8相连通，第七水管12的输出端位于第十阀门K的输出口处，第七水管12上设有第九阀门I ；第八水管13的输入端与第五水管10相连通，第八水管13的输入端位于第二反应釜15的出水口 X2与第八阀门H之间，第八水管13的输出端与第一水管5相连通；气体管道系统包括第一气体管16、第二气体管17、第三气体管18、第四气体管19、 增压泵20，第一气体管16的输入端为进气口，第一气体管16的输出端与第二气体管17相连通，第一气体管16上设有增压泵20 ；第二气体管17的一端与第一反应釜14的气体输入口 Wl相连通，第二气体管17的另一端与第二反应釜15的气体输入口 W2相连通，第二气体管17上设有第三气体阀门3和第四气体阀门4，第一气体管16的输出端位于第三气体阀门 3与第四气体阀门4之间；第一反应釜14的气体输出口 01与第三气体管18的输入端相连通，第三气体管18的输出端与第一气体管16的输入端相连通，第三气体管18上设有第一气体阀门1 ；第二反应釜15的气体输出口 02与第四气体管19的输入端相连通，第四气体管19的输出端与第一气体管16的输入端相连通，第四气体管19上设有第二气体阀门2 ；2)利用气体水合物淡化海水(1)第二反应釜15准备生成气体水合物，第一反应釜14分解水合物①关掉第九阀门I、第七阀门G和第十阀门K，打开第五阀门E和第三阀门C，用水泵6将冷却海水通过水路管道系统的第一水管5与第一反应釜14充分换热进一步冷却后由第二水管7注入第二反应釜15内；②第二反应釜15注入冷却海水后(注入冷却海水量为第二反应釜15容积的 90% )，水泵6停止工作，关闭第五阀门E和第三阀门C ；③打开第一气体阀门1和第四气体阀门4，关闭第二气体阀门2和第三气体阀门 3，通过增压泵20将一种气体[即C02、CH4或者C2H6 (通常选用CH4)气体]，从第二反应釜 15的气体输入口 W2注入到第二反应釜15内，气体进入第二反应釜15经过第二反应釜底部的海水，有一部分气体会溶解到海水中，更加有利于水合物的形成，当压力达到所述气体水合物生成的压力(如选用CH4,0°C时，3MPa的压力条件下就能生成甲烷水合物，为了加快合成的速率，可以把压力控制在5MPa)时，水合物开始生成；所述气体为C02、CH4或者C2H6(通常选用CH4)气体；④随着水合物的生成，由于有一部分气体从气态转化成了气体水合物，第二反应釜的压力会下降，通过增压泵20进一步补充气体使压力维持在水合物生成的压力以上(如维持在5MPa左右)；直到第二反应釜中大部分海水与气体反应生成了水合物；⑤打开第二气体阀门2和第三气体阀门3，关闭第四气体阀门4和第一气体阀门 1，让反应剩余的气体通过第二反应釜的气体输出口 02排除，然后通过增加泵20注入到第一反应釜内，当第二反应釜15内的压力恢复常压时，关闭第七阀门G，打开第八阀门H，剩余的高浓度海水经出水口 X2从第二出水口排出；
⑥第二反应釜15开始水合物分解，分解产生的气体(如CH4)从第二反应釜15的气体输出口 02排出经过增压后进入第一反应釜14内；关闭第三阀门C、第五阀门E和第八阀门H，打开第一阀门A和第七阀门G，第二反应釜15内反应生成的淡水，通过出水口 X2、第七阀门G到第一水管5 (绕在第一反应釜14上的部分)，与第一反应釜进行热交换(此时第一反应釜14内进行的水合物合成过程放热)，使温度较低的淡水温度升高然后通过第二水管7和第一阀门A从第一出水口排出；将第一出水口流出的水进行检测，检测是否满足淡化要求(即满足客户需要)，如不满足淡化要求，则进行二次淡化，直到满足需要为止；(2)当第一反应釜生成水合物时，第二反应釜分解水合物，生产原理同步骤(1)。本发明的有益效果是该方法设备简单、运行维护成本低，能耗小，具有广阔的应用前景。
图1是本发明的原理图。图中1-第一气体阀门，2-第二气体阀门，3-第三气体阀门，4-第四气体阀门， 5-第一水管，6-水泵，7-第二水管，8-第三水管，9-第四水管，10-第五水管，11-第六水管， 12-第七水管，13-第八水管，14-第一反应釜，15-第二反应釜；16-第一气体管，17-第二气体管，18-第三气体管，19-第四气体管，20-增压泵，21-第一压力表，22-第二压力表;A-第一阀门，B-第二阀门，C-第三阀门，D-第四阀门，E-第五阀门，F-第六阀门，G-第七阀门， H-第八阀门，I-第九阀门，K-第十阀门。
具体实施例方式如图1所示，双作用气体水合物海水淡化的方法，其特征在于它包括如下步骤1)海水淡化系统的准备海水淡化系统包括第一反应釜14、第二反应釜15、水路管道系统、气体管道系统；水路管道系统包括第一水管5、第二水管7、第三水管8、第四水管9、第五水管10、 第六水管11、第七水管12、第八水管13，第一水管5的一段绕在第一反应釜14上，第一水管5的输入端为海水入口，第一水管5上设有水泵6、第五阀门E，第一水管5的输出端与第二水管7相连通，第二水管7的一端与第二反应釜15的海水输入接口 R2相连通，第二水管7的另一端为第一出水口，第二水管7上设有第一阀门A和第三阀门C，第一水管5的输出端位于第一阀门A与第三阀门C 之间；第三水管8的输入端与第一水管5相连通，第三水管8的输入端位于水泵6的输出端与第五阀门E之间；第三水管8的一段绕在第二反应釜15上，第三水管8的输出端与第四水管9相连通，第四水管9的一端与第一反应釜14的海水输入接口 Rl相连通，第四水管9的另一端与第二水管7的另一端相连通，第四水管9上设有第二阀门B和第四阀门D， 第三水管8的输出端位于第二阀门B与第四阀门D之间；第五水管10的一端与第一反应釜14的出水口 Xl相连通，第五水管10的另一端与第二反应釜15的出水口 X2相连通，第五水管10上设有第六阀门F和第八阀门H，第六水管11的输入端与第五水管10相连通，第六水管11的输入端位于第六阀门F与第八阀门H之间，第六水管11的输出端为第二出水口 ；第七水管12的输入端与第五水管10相连通，第七水管12的输入端位于第一反应釜14的出水口 Xl与第六阀门F之间，第七水管12的输出端与第三水管8相连通，第七水管12的输出端位于第十阀门K的输出口处，第七水管12上设有第九阀门I ；第八水管13的输入端与第五水管10相连通，第八水管13的输入端位于第二反应釜15的出水口 X2与第八阀门H之间，第八水管13的输出端与第一水管5相连通；气体管道系统包括第一气体管16、第二气体管17、第三气体管18、第四气体管19、 增压泵20，第一气体管16的输入端为进气口，第一气体管16的输出端与第二气体管17相连通，第一气体管16上设有增压泵20 ；第二气体管17的一端与第一反应釜14的气体输入口 Wl相连通，第二气体管17的另一端与第二反应釜15的气体输入口 W2相连通，第二气体管17上设有第三气体阀门3和第四气体阀门4，第一气体管16的输出端位于第三气体阀门 3与第四气体阀门4之间；第一反应釜14的气体输出口 01与第三气体管18的输入端相连通，第三气体管18的输出端与第一气体管16的输入端相连通，第三气体管18上设有第一气体阀门1 ；第二反应釜15的气体输出口 02与第四气体管19的输入端相连通，第四气体管19的输出端与第一气体管16的输入端相连通，第四气体管19上设有第二气体阀门2 ；2)利用气体水合物淡化海水(1)第二反应釜15准备生成气体水合物，第一反应釜14分解水合物①关掉第九阀门I、第七阀门G和第十阀门K，打开第五阀门E和第三阀门C，用水泵6将冷却海水通过水路管道系统的第一水管5与第一反应釜14充分换热进一步冷却后由第二水管7注入第二反应釜15内；②第二反应釜15注入冷却海水后(注入冷却海水量为第二反应釜15容积的 90% )，水泵6停止工作，关闭第五阀门E和第三阀门C ；③打开第一气体阀门1和第四气体阀门4，关闭第二气体阀门2和第三气体阀门 3，通过增压泵20将一种气体[即C02、CH4或者C2H6 (通常选用CH4)气体]，从第二反应釜 15的气体输入口 W2注入到第二反应釜15内，气体进入第二反应釜15经过第二反应釜底部的海水，有一部分气体会溶解到海水中，更加有利于水合物的形成，当压力达到所述气体水合物生成的压力(如选用CH4,0°C时，3MPa的压力条件下就能生成甲烷水合物，为了加快合成的速率，可以把压力控制在5MPa)时，水合物开始生成；所述气体为C02、CH4或者C2H6(通常选用CH4)气体；④随着水合物的生成，由于有一部分气体从气态转化成了气体水合物，第二反应釜的压力会下降，通过增压泵20进一步补充气体使压力维持在水合物生成的压力以上(如维持在5MPa左右)；直到第二反应釜中大部分海水与气体反应生成了水合物；⑤打开第二气体阀门2和第三气体阀门3，关闭第四气体阀门4和第一气体阀门 1，让反应剩余的气体通过第二反应釜的气体输出口 02排除，然后通过增加泵20注入到第一反应釜内，当第二反应釜15内的压力恢复常压时，关闭第七阀门G，打开第八阀门H，剩余的高浓度海水经出水口 X2从第二出水口排出；⑥第二反应釜15开始水合物分解，分解产生的气体(如CH4)从第二反应釜15的气体输出口 02排出经过增压后进入第一反应釜14内；关闭第三阀门C、第五阀门E和第八阀门H，打开第一阀门A和第七阀门G ；第二反应釜15内反应生成的淡水(由于温度比较低)，通过出水口 X2、第七阀门G到第一水管5 (绕在第一反应釜14上的部分)，与第一反应釜进行热交换(此时第一反应釜14内进行的水合物合成过程放热)，使温度较低的淡水温度升高然后通过第二水管7和第一阀门A从第一出水口排出；将第一出水口流出的水进行检测，检测是否满足淡化要求(即满足客户需要)，如不满足淡化要求，则进行二次淡化，直到满足需要为止； (2)当第一反应釜生成水合物时，第二反应釜分解水合物，生产原理同步骤(1)。
权利要求
1.双作用气体水合物海水淡化的方法，其特征在于它包括如下步骤1)海水淡化系统的准备海水淡化系统包括第一反应釜(14)、第二反应釜(15)、水路管道系统、气体管道系统；水路管道系统包括第一水管( 、第二水管(7)、第三水管(8)、第四水管(9)、第五水管 (10)、第六水管(11)、第七水管(12)、第八水管(13)，第一水管(5)的一段绕在第一反应釜(14)上，第一水管(5)的输入端为海水入口，第一水管( 上设有水泵(6)、第五阀门(E)，第一水管(5)的输出端与第二水管(7)相连通， 第二水管(7)的一端与第二反应釜(1 的海水输入接口(似)相连通，第二水管(7)的另一端为第一出水口，第二水管(7)上设有第一阀门(A)和第三阀门(C)，第一水管(5)的输出端位于第一阀门(A)与第三阀门(C)之间；第三水管(8)的输入端与第一水管( 相连通，第三水管(8)的输入端位于水泵(6) 的输出端与第五阀门(E)之间；第三水管(8)的一段绕在第二反应釜(1 上，第三水管(8) 的输出端与第四水管(9)相连通，第四水管(9)的一端与第一反应釜(14)的海水输入接口 (Rl)相连通，第四水管(9)的另一端与第二水管(7)的另一端相连通，第四水管(9)上设有第二阀门⑶和第四阀门(D)，第三水管⑶的输出端位于第二阀门⑶与第四阀门⑶ 之间；第五水管(10)的一端与第一反应釜(14)的出水口(Xl)相连通，第五水管(10)的另一端与第二反应釜(1 的出水口拟、相连通，第五水管(10)上设有第六阀门(F)和第八阀门(H)，第六水管(11)的输入端与第五水管(10)相连通，第六水管(11)的输入端位于第六阀门(F)与第八阀门(H)之间，第六水管(11)的输出端为第二出水口 ；第七水管(1 的输入端与第五水管(10)相连通，第七水管(1 的输入端位于第一反应釜(14)的出水口(Xl)与第六阀门(F)之间，第七水管(12)的输出端与第三水管⑶相连通，第七水管(1 的输出端位于第十阀门(K)的输出口处，第七水管(1 上设有第九阀门⑴；第八水管(1 的输入端与第五水管(10)相连通，第八水管(1 的输入端位于第二反应釜(15)的出水口 (X2)与第八阀门(H)之间，第八水管(13)的输出端与第一水管(5)相连通；气体管道系统包括第一气体管(16)、第二气体管(17)、第三气体管(18)、第四气体管 (19)、增压泵(20)，第一气体管(16)的输入端为进气口，第一气体管(16)的输出端与第二气体管(17)相连通，第一气体管(16)上设有增压泵00)；第二气体管(17)的一端与第一反应釜(14)的气体输入口(Wl)相连通，第二气体管(17)的另一端与第二反应釜(15)的气体输入口 (M)相连通，第二气体管(17)上设有第三气体阀门( 和第四气体阀门G)， 第一气体管(16)的输出端位于第三气体阀门(3)与第四气体阀门(4)之间；第一反应釜 (14)的气体输出口(01)与第三气体管(18)的输入端相连通，第三气体管(18)的输出端与第一气体管(16)的输入端相连通，第三气体管(18)上设有第一气体阀门(1)；第二反应釜(15)的气体输出口(02)与第四气体管(19)的输入端相连通，第四气体管(19)的输出端与第一气体管(16)的输入端相连通，第四气体管(19)上设有第二气体阀门(2)；2)利用气体水合物淡化海水(1)第二反应釜(1 准备生成气体水合物，第一反应釜(14)分解水合物①关掉第九阀门(I)、第七阀门(G)和第十阀门(K)，打开第五阀门(E)和第三阀门 (C)，用水泵(6)将冷却海水通过水路管道系统的第一水管(5)与第一反应釜(14)充分换热进一步冷却后由第二水管(7)注入第二反应釜(1 内；②第二反应釜(1 注入冷却海水后，水泵(6)停止工作，关闭第五阀门(E)和第三阀门(C)；③打开第一气体阀门(1)和第四气体阀门G)，关闭第二气体阀门( 和第三气体阀门(3)，通过增压泵00)将一种气体，从第二反应釜(1 的气体输入口 (M)注入到第二反应釜(1 内，气体进入第二反应釜(1 经过第二反应釜底部的海水，有一部分气体会溶解到海水中，当压力达到所述气体水合物生成的压力时，水合物开始生成；所述气体为C02、 CH4或者C2H6气体；④随着水合物的生成，由于有一部分气体从气态转化成了气体水合物，第二反应釜的压力会下降，通过增压泵OO)进一步补充气体使压力维持在水合物生成的压力以上；直到第二反应釜中大部分海水与气体反应生成了水合物；⑤打开第二气体阀门( 和第三气体阀门(3)，关闭第四气体阀门(4)和第一气体阀门 (1)，让反应剩余的气体通过第二反应釜的气体输出口(0 排除，然后通过增加泵OO)注入到第一反应釜内，当第二反应釜(15)内的压力恢复常压时，关闭第七阀门⑷)，打开第八阀门(H)，剩余的高浓度海水经出水口(X2)从第二出水口排出；⑥第二反应釜(1 开始水合物分解，分解产生的气体从第二反应釜(1 的气体输出口(0 排出经过增压后进入第一反应釜(14)内；关闭第三阀门(C)、第五阀门(E)和第八阀门(H)，打开第一阀门(A)和第七阀门(G)；第二反应釜(15)内反应生成的淡水，通过出水口(X2)、第七阀门(G)到第一水管(5)，与第一反应釜进行热交换，使温度较低的淡水温度升高然后通过第二水管(7)和第一阀门(A)从第一出水口排出；将第一出水口流出的水进行检测，检测是否满足淡化要求，如不满足淡化要求，则进行二次淡化，直到满足需要为止；(2)当第一反应釜生成水合物时，第二反应釜分解水合物，生产原理同步骤(1)。
全文摘要
本发明涉及一种海水淡化的方法。双作用气体水合物海水淡化的方法，其特征在于它包括如下步骤1)海水淡化系统的准备海水淡化系统包括第一反应釜、第二反应釜、水路管道系统、气体管道系统；2)利用气体水合物淡化海水(1)第二反应釜准备生成气体水合物，第一反应釜分解水合物，(2)当第一反应釜生成水合物时，第二反应釜分解水合物，生产原理同步骤(1)。该方法设备简单、运行维护成本低，能耗小，具有广阔的应用前景。
文档编号C02F1/22GK102259944SQ20111013404
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者吴翔, 秦明举, 窦斌, 蒋国盛, 高辉 申请人:中国地质大学(武汉)