一种通过反电渗析装置利用工业生产中产生的中低温废热发电的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用工业废热发电的方法，属于节能环保领域。特别是涉及一种利用膜法将工业废热转化为电能的方法。
【背景技术】
[0002]随着我国国民经济的快速发展，工业生产的进一步扩大，能源危机已成为制约工业发展的重要问题之一。在提高能源利用效率方面，各国都做出了各种努力，并取得了显著的成就。但是，每年在冶金、化工等行业中仍然有很多中低温废热难以得到有效利用，特别是一些中低温气体或液体排放时带走大量的热，造成了能源严重的浪费。
[0003]反电渗析发电技术是利用浓的盐溶液与稀溶液间的化学能之差发电的技术，该技术具有环境友好，结构简单等特点。现阶段，反电渗析发电技术的研究主要集中于利用沿海江河与海水之间的盐差能发电，但该技术在利用中低温废热发电方面却未见报道。
[0004]本发明主要利用工业废热浓缩含盐浓度较低的反电渗析废液，浓缩的浓溶液与淡水通过反电渗析装置发电后，排出的废液进入热交换装置继续浓缩，该盐溶液可循环使用，对环境不产生污染。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种通过反电渗析装置利用工业生产中产生的中低温废热的方法，该方法能够将工业生产过程中产生的废热用于发电。具有能量回收率高，结构简单，环境友好等特点。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案采用了一种通过反电渗析装置利用工业生产中产生的中低温废热发电的方法，具体实施方案如下:
通过换热装置利用工业生产中产生的中低温废热流体对含盐浓度较低的反电渗析废液进行加热浓缩，经浓缩后产生浓度为0.l-5mol/L的浓溶液与淡水通入反电渗析装置发电，反电渗析装置包括两个电极、两个电极液腔室及多个浓溶液腔室和稀溶液腔室；溶液腔室采用阴离子或阳离子交换膜交错隔开，交换膜之间放置隔网增强传质，浓溶液与淡水以
0.l-3L/min的流速从浓溶液入口和淡水入口进入反电渗析装置进行发电，发电产生的反电渗析废液循环至换热装置进行蒸发浓缩。
[0007]所述换热器为板式或管式换热器。
[0008]所述中低温废热流体为工业生产中的气体或液体，温度为60°C _300°C。
[0009]所述反电渗析废液的成分为氯化钠、硝酸钠或氯化钾等含一种或多种金属离子的可溶性离子化合物，盐溶液浓度为0.1-0.9mol/Lo
[0010]所述淡水为自来水或极低浓度含一种或多种金属离子的盐溶液，例如氯化钠、硝酸钠、氯化钾等可溶性离子化合物的水溶液，其盐浓度为0.001-0.lmol/Lo
[0011 ] 所述浓溶液浓度为0.4-2mol/Lo
[0012]所述两个电极分别为阴极和阳极，阴极为不锈钢材质，阳极为金属钛、石墨。
[0013]所述电极液主要成分为含一种或多种变价金属离子的盐溶液，包括锰盐、铁盐、镍盐、钴盐，其浓度为0.01-lmol/Lo
[0014]所述阴、阳离子交换膜厚度为0.05-0.1_，隔网为传统梯形或钻石型隔网。
[0015]本发明采用反电渗析发电的方法利用中低温废热发电，将工业生产中难以利用的废热用于发电。本发明具有以下优点:
1、本发明对热源的适应性强，可采用多种热源进行换热。
[0016]2、本发明采用的盐溶液组分在交换膜间选择透过性强，盐差能与电能间的转化效率高，在电流密度为5A/m2时，转化效率超过95%。产生的电流稳定，可通过串联获得较高的电压，满足应用需求。
[0017]3、本发明工艺中料液循环使用，无污染物排放，无需大型设备，工艺简单、易于实现工业化。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的反电渗析装置示意图。
[0019]图中，1:阴极2:阳极3:外电路 C:阳离子交换膜A:阴离子交换膜
图2为本发明的反电渗析液体流向示意图。图中实线为浓溶液流向，虚线为稀溶液流向。
【具体实施方式】
[0020]以下结合实施案例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。
[0021]工业生产中产生的中低温废热流体经换热器与稀的盐溶液换热后，稀盐溶液蒸发浓缩成为浓溶液。浓溶液与自来水分别进入反电渗析装置的浓溶液腔室和淡水腔室。在浓度梯度的推动下，浓溶液中的离子选择性通过阴离子交换膜和阳离子交换膜，造成溶液间离子的定向转移。溶液间离子的定向转移使电极两侧产生电势差，引起外电路电流的产生。反电渗析过程中无化学反应，为保持溶液中的电子平衡，加入电极液。电极液在阴阳两极间循环，变价金属离子发生电化学反应，保持溶液中电子的平衡。反电渗析过程中产生的稀溶液回到换热器中继续浓缩，循环使用。
[0022]实施例1:反电渗析实验用盐溶液为NaCl溶液，浓溶液浓度为0.4mol/L，反电渗析装置总腔室为30个，电极液中铁盐总浓度0.08mol/L,离子交换膜厚度为0.08mm。采用蠕动栗控制流速，浓溶液与0.02mol/L NaCl溶液以逆流方式进入腔室，流速为300ml/min。阴极为不锈钢，阳极为金属钛。输出电流密度为4.8A/m2，能量密度为1.2W/m2，输出电压为
0.4V，发电后排出的稀盐水浓度为0.27mol/L0
[0023]实施例2:反电渗析实验用盐溶液为NaCl溶液，浓溶液浓度为0.8 mol/L，反电渗析装置总腔室为40个，电极液中锰盐总浓度0.llmol/L,离子交换膜厚度为0.09mm。采用蠕动栗控制流速，浓溶液与自来水以逆流方式进入腔室，流速为300ml/min。阴极为不锈钢，阳极为石墨。输出电流密度为5A/m2，能量密度为1.5W/m2，输出电压为0.45V，发电后排出的稀盐水浓度为0.52mol/L0
[0024]实施例3:反电渗析实验用盐溶液为KCl溶液，浓溶液浓度为0.4mol/L，反电渗析装置总腔室为30个，电极液中铁盐总浓度0.10mol/L,离子交换膜厚度为0.08mm。采用蠕动栗控制流速，浓溶液与自来水以逆流方式进入腔室，流速为200ml/min。阴极为不锈钢，阳极为金属钛。输出电流密度为4.3A/m2，能量密度为1.61/1112，输出电压为0.35￥，发电后排出的稀盐水浓度为0.24mol/L0
[0025]实施例4:反电渗析实验用盐溶液为
n (KCl):n (NaCl)-1: I的混合溶液，浓溶液浓度总为1.0mol/L，反电渗析装置总腔室为50个，电极液中钴盐总浓度0.lmol/L,离子交换膜厚度为0.09mm。采用蠕动栗控制流速，浓溶液与自来水以逆流方式进入腔室，流速为400ml/min。阴极为不锈钢，阳极为石墨。输出电流密度为5.2A/m2，能量密度为1.5W/m2，输出电压为0.5V，发电后排出的稀盐水浓度为0.56mol/L0
【主权项】
1.一种通过反电渗析装置利用工业生产中产生的中低温废热发电的方法，其特征在于包括以下步骤:通过换热装置利用工业生产中产生的中低温废热流体对含盐浓度较低的反电渗析废液进行加热浓缩，经浓缩后产生浓度为0.1-5 mo I/L的浓溶液与淡水通入反电渗析装置发电，反电渗析装置包括两个电极、两个电极液腔室及多个浓溶液腔室和稀溶液腔室；溶液腔室采用阴离子或阳离子交换膜交错隔开，交换膜之间放置隔网增强传质，浓溶液与淡水以0.1-3 L/h的流速从浓溶液入口和淡水入口进入反电渗析装置进行发电，发电产生的反电渗析废液循环至换热装置进行蒸发浓缩。2.根据权利要求1所述的一种通过反电渗析装置利用工业生产中产生的中低温废热发电的方法，其特征在于:所述换热器为板式或管式换热器。3.根据权利要求1所述的一种通过反电渗析装置利用工业生产中产生的中低温废热发电的方法，其特征在于:所述中低温废热流体为工业生产中的气体或液体，温度为60 0C -300。。。4.根据权利要求1所述的一种通过反电渗析装置利用工业生产中产生的中低温废热发电的方法，其特征在于:所述反电渗析废液的成分为氯化钠、硝酸钠或氯化钾等含一种或多种金属离子的可溶性离子化合物，盐溶液浓度为0.1-0.9mol/Lo5.根据权利要求1所述的一种通过反电渗析装置利用工业生产中产生的中低温废热发电的方法，其特征在于:所述淡水为自来水或极低浓度含一种或多种金属离子的盐溶液，盐溶液为氯化钠、硝酸钠或氯化钾可溶性离子化合物的水溶液。6.根据权利要求1所述的一种通过反电渗析装置利用工业生产中产生的中低温废热发电的方法，其特征在于:所述浓溶液浓度为0.4-2.0mol/Lo7.根据权利要求1所述的一种通过反电渗析装置利用工业生产中产生的中低温废热发电的方法，其特征在于:所述两个电极分别为阴极和阳极，阴极为不锈钢材质，阳极为金属钛、石墨。8.根据权利要求1所述的一种通过反电渗析装置利用工业生产中产生的中低温废热发电的方法，其特征在于:所述电极液成分为含一种或多种变价金属离子的盐溶液，所述的盐溶液为锰盐、铁盐、镍盐或钴盐的水溶液。9.根据权利要求1所述的一种通过反电渗析装置利用工业生产中产生的中低温废热发电的方法，其特征在于:所述阴、阳离子交换膜厚度为0.05-0.1mm，隔网为传统梯形或钻石型隔网。
【专利摘要】本发明公开了一种利用反电渗析装置回收工业生产中产生的中低温废热的方法，通过换热装置利用工业生产中产生的中低温废热流体对含盐浓度较低的反电渗析废液进行加热浓缩后用电渗析装置发电；溶液腔室采用阴离子或阳离子交换膜交错隔开，交换膜之间放置隔网增强传质，浓溶液与淡水从对应的入口进入反电渗析装置进行发电，发电产生的反电渗析废液循环至换热装置进行蒸发浓缩。本发明能够实现工业生产中难以利用的中低温废热用于发电。采用的盐溶液组分在交换膜间选择透过性强，转化效率高，在电流密度为5A/m2时，转化效率超过95%。产生的电流稳定，可通过串联获得较高的电压。工艺中料液循环使用，无污染物排放，工艺简单、易于实现工业化。
【IPC分类】H02N3/00
【公开号】CN105048870
【申请号】CN201510329495
【发明人】刘久清, 吴秀锋
【申请人】中南大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月15日