[发明专利]正渗透海水淡化系统

说明书

技术领域

本发明属于海水或苦咸水淡化技术领域，特别是涉及一种正渗透海水淡化系统。

背景技术

海水或苦咸水淡化是解决淡水资源短缺问题的有效的战略途径，如何低成本地实现水纯化和脱盐是人们所关注的重要科学技术问题。目前海水淡化方法主要是热法（多效蒸发、多级闪蒸、压汽蒸馏）和膜法（反渗透、电渗析）。由于热法脱盐是相变过程，一般需要加热，能耗相对较高，而反渗透法工艺过程简单，能耗较低，因此近年来反渗透法得到了较快的发展和较广泛的应用。虽然反渗透法目前已逐渐成熟，但仍存在膜成本过高，水回收率较低等缺陷，而现阶段正在发展中的正渗透法，是直接利用膜两侧溶液的渗透压差作为推动力，具有对膜材料要求低、水回收率高的特点，因此与反渗透法对比具备显著的优势，在不久的将来有可能成为水纯化和脱盐的新途径。

目前正渗透法走向实际应用亟需解决的关键技术主要是高性能正渗透膜的制备和创造经济高效的汲取液体系两方面。经济高效的汲取液体系不仅要求汲取液能够提供高渗透压、并且能够容易分离或浓缩以获得纯水，而且要求汲取液分离或浓缩工艺过程简单，能耗低。目前最具代表性的是美国耶鲁大学开发的正渗透海水淡化技术，该技术以铵盐溶液作为汲取液，将稀释后的汲取液加热到一定温度（大约60℃左右），铵盐被分解为氨气和二氧化碳与水分离从而得到产品水，再将分离出的氨气和二氧化碳融入冷却水中可得到铵盐溶液进行循环利用。该技术通过热挥发冷凝的方法实现产品水的分离和溶质的循环利用，但仍存在以下缺点：一是需要由外界提供热量进行驱动，应用范围受到限制，另外涉及到与供热体系的耦合，容易造成投资加大，运行成本增加等问题；二是外界热源一般为可再生能源或低品位热能，能量利用率不高，加上产品水低温余热的热回收率低下，必然造成整个系统能耗较高的问题，严重削弱了正渗透海水淡化原理本身具有低能耗的优势，使得正渗透技术与反渗透技术或者热蒸馏技术相比都不具备节能优势。因此目前该技术并不成熟，仍需进一步优化汲取液的能量体系才能获得显著的经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能耗低、充分利用自身渗透压的、不需外界热源加热的正渗透海水淡化系统。

本发明的目的是通过下述的技术方案加以实现的：

本发明是一种正渗透海水淡化系统，它包括正渗透器、水力涡轮机、增速器、压力变换器、热泵系统、涡轮发电机、吸收塔。

所述的正渗透器的汲取液入口通过管道与压力变换器的高压浓缩汲取液出口连接，正渗透器的汲取液出口管道分成两路：一路支管与水力涡轮机的进水管连接，另一路支管与压力变换器的高压稀释汲取液入口连接。

所述的水力涡轮机的尾水管和压力变换器的低压稀释汲取液出口管道汇合为一条管道，该汇合管道与热泵系统的冷凝器的壳程入口连接；水力涡轮机通过增速器与热泵系统的主压缩机同轴连接。

所述的压力变换器的低压浓缩汲取液入口通过管道与吸收塔的溶液出口连接。

所述的热泵系统由蒸发器、主压缩机、辅助压缩机、冷凝器、节流阀和多条管道组成并形成一个工质循环回路；所述的冷凝器的壳程出口通过管道与蒸发器的管程入口连接，冷凝器的管程出口通过管道与蒸发器的壳程入口连接且在该管道上安装有节流阀；所述的蒸发器的管程出口分成两路：一路支管与吸收塔的喷嘴连接，另一路支管对外输出产品水；所述的冷凝器的顶部设置蒸汽出口，该蒸汽出口通过管道与吸收塔的蒸汽进口连接，并在靠近吸收塔蒸汽进口的管道内部布置涡轮发电机。

所述的吸收塔内腔的顶部安装有喷嘴，吸收塔的上层内部空间布置由多孔材料构成的填料层，吸收塔的侧壁上设有蒸汽进口，吸收塔的底部设有溶液出口。

所述的汲取液选用由无毒的、具有高挥发性的或具有高温敏性溶解度差异的或可完全热分解为气体的溶质组成的汲取液。

采用上述方案后，本发明具有以下几个特点：

一、渗透能利用率高。本发明中汲取液通过正渗透膜分离过程被水分子稀释的同时获得稳定的渗透能，其中一部分渗透能通过压力变换器提供汲取液持续工作的动力，多余的渗透能用于带动涡轮机做功，再由涡轮机驱动热泵系统稳定运行完成汲取液的分离与再循环利用工艺。由上述工艺过程可知，本发明既利用正渗透过程进行水分子分离，又充分利用了正渗透过程中产生的渗透能，并通过热泵系统使渗透能得到了经济高效的利用。