一种基于液化天然气冷能的高脱盐率海水淡化方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]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高脱盐率海水淡化方法及装置。
【背景技术】
[0002]LNG(Liquefied Natural Gas液化天然气)是常压、低温(_162°C )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，需要通过气化器气化后使用，LNG气化时理论上会放出830kJ/kg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，则有以下诸多好处:减轻LNG气化过程对码头附近海域生态环境的影响；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。
[0003]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，难以大规模工业化采用，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)。另外，更为关键的是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，因此未能成为主流的海水淡化方法。
[0004]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，LNG气化所释放的巨大冷能可以为冷冻脱盐法提供不受气候条件限制的免费冷源，这为采用冷冻法进行大规模工业化的海水淡化提供了发展的机遇。
[0005]即便进口 LNG接收站能够为采用冷冻法海水淡化提供低成本的冷源，仍然需要解决单纯的冷冻法脱盐率低的问题，否则要得到可供工农业生产和民用的淡水，后处理的成本很高。因此，在冷冻脱盐的基础上进一步降低盐浓度，同时不过多地增加成本和能耗，是实现利用LNG冷能进行海水淡化产业化需要解决的问题。
[0006]专利文献CN102583848A “基于液态天然气冷能的海水淡化系统及其方法”以及专利文献CN101628740A“利用液化天然气冷量的直接接触冷冻海水淡化方法”，均采用了二次冷媒与海水直接接触的制冰装置，虽然换热效率较高，但存在需要将二次冷媒与冰晶分离、冰晶洗涤以及单纯冷冻法脱盐率低的问题。
[0007]专利文献CN101624224A “利用液化天然气冷量的有相变间接冷冻海水淡化方法”以及专利文献CN101628741A“利用液化天然气冷量的无相变间接冷冻海水淡化方法”，虽然采用了二次冷媒与海水间接换热制冰的方法，不需要分离二次冷媒与冰，但仍然属于单纯的冷冻法海水脱盐技术，无法解决脱盐率低的问题。
【发明内容】
[0008]本发明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，采用冷冻法达到海水的初级脱盐，并在此基础上综合利用成本较低的重力脱盐及离心脱盐技术，经过二级和三级脱盐得到能够满足部分工农业生产或民用要求的淡水资源，最大限度地降低后处理的成本。
[0009]本发明的第一目的是提供一种基于液化天然气冷能的高脱盐率海水淡化方法。
[0010]具体而言，所述方法包括以下步骤:
[0011](I)取原始盐浓度为3?3.5%的海水；将液化天然气与气态二次冷媒充分进行间接换热，得到气态天然气和液态二次冷媒后，再将所述液态二次冷媒与所述海水充分进行间接换热，得到气态二次冷媒以及冰和浓海水；将冰水分离后，回收浓海水，冰备用；
[0012](2)取步骤(I)所得冰，在常压下静置，使冰的融化率为10?50%，回收液体，剩余的冰备用；
[0013](3)取步骤(2)所得剩余的冰，破碎至冰晶颗粒，在2000?8000rpm条件下离心，回收液体，冰晶颗粒备用；
[0014](4)将步骤(3)所得冰晶颗粒完全融化，即可。
[0015]本发明所述盐为氯化钠。所述海水的原始盐浓度为3?3.5%，优选为3%。
[0016]本发明步骤(I)所述间接换热具体是指:参与热交换的液化天然气与气态二次冷媒、以及液态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。
[0017]所述二次冷媒选用稳定、无毒、工作压力下相变温度符合系统要求的单一介质或混合介质，优选为丙烷或R410a制冷剂，进一步优选为R410a制冷剂。
[0018]经过步骤(I)处理后，所得冰中的盐浓度优选为海水原始盐浓度的35?60%。
[0019]本发明步骤(I)，在充分利用能源的基础上实现初步脱盐效果。
[0020]本发明步骤(2)的原理为重力脱盐，在常压下进行。该步骤在冰可融化的温度条件下均可实施。本发明在经过步骤(I)处理的基础上，步骤(2)通过合理地控制重力脱盐过程中冰的融化程度进而间接控制脱盐率，同时确保技术方案节省能耗、易于实现。为了提高分离效率并节省能耗，本发明优选在静置的同时实现冰水的分离。
[0021]本发明步骤(3)所述破碎后，冰晶颗粒的粒径应小于冰中所含盐胞的直径。充分的破碎可以使冰中所含的盐胞破碎，并通过过滤离心使盐与冰充分分离。为了实现最佳的离心除盐效果，所述离心优选为在3000?5000rpm条件下离心3?5min。为了提高分离效率并节省能耗，本发明优选在离心的同时实现冰水的分离。
[0022]作为本发明的一种优选方案，所述方法包括以下步骤:
[0023](I)取原始盐浓度为3?3.5%的海水；将液化天然气与气态二次冷媒充分进行间接换热，得到气态天然气和液态二次冷媒后，再将所述液态二次冷媒与所述海水充分进行间接换热，得到气态二次冷媒，以及冰和浓海水；冰水分离后，回收浓海水，冰备用；
[0024]冰中盐的浓度为海水原始盐浓度的35?40% ;
[0025](2)取步骤(I)所得冰，在常压下静置，使冰的融化率为45?50%，静置的同时使冰水分离；回收液体，剩余的冰备用；
[0026](3)取步骤(2)所得剩余的冰，破碎至冰晶颗粒，在3000?3500rpm条件下离心3?5min，离心的同时使冰水分离；回收液体，冰晶颗粒备用；
[0027](4)将步骤(3)所得冰晶颗粒完全融化，即可。
[0028]该方案通过对各个步骤的处理条件进行制和优化，在充分降低成本、能耗、减排环保的基础上，可以将脱盐率提尚至99%以上。
[0029]作为本发明的另一种优选方案，所述方法包括以下步骤:
[0030](I)取原始盐浓度为3?3.5%的海水；将液化天然气与气态二次冷媒充分进行间接换热，得到气态天然气和液态二次冷媒后，再将所述液态二次冷媒与所述海水充分进行间接换热，得到气态二次冷媒，以及冰和浓海水；冰水分离后，回收浓海水，冰备用；
[0031]冰中盐的浓度为海水原始盐浓度的55?60% ;
[0032](2)取步骤(I)所得冰，在常压下静置，使冰的融化率为35?40%，静置的同时使冰水分离；回收液体，剩余的冰备用；
[0033](3)取步骤(2)所得剩余的冰，破碎至冰晶颗粒，在4500?5000rpm条件下离心3?5min，离心的同时使冰水分离；回收液体，冰晶颗粒备用；
[0034](4)将步骤(3)所得冰晶颗粒完全融化，即可。
[0035]该方案通过对各个步骤的处理条件进行控制和优化，在充分降低成本、能耗、减排环保的基础上，可以实现较高脱盐率，同时获得较高的淡水回收率。
[0036]本发明所述融化率是指:融化掉的冰占融化前冰质量的百分比。
[0037]本发明所述脱盐率是指:处理后所得水中盐的浓度占海水原始盐浓度的百分比。
[0038]本发明提供的方法利用LNG冷能作为初步冷冻脱盐的低成本冷源，在此基础上，以重力脱盐作为二级脱盐，以离心脱盐作为三级脱盐，并通过对各级脱盐操作的参数进行优化，实现了高脱盐率和降低工程成本、节省能耗、便于实施等因素的平衡，具有极强的工业推广价值。
[0039]本发明的第二目的是提供一种基于液化天然气冷能的高脱盐率海水淡化装置。
[0040]所述装置包括顺序连接的海水供应系统、海水冷冻及重力离心脱盐系统、以及淡水系统。所述装置还包括为所述海水