[发明专利]一种基于水合物法的两级式海水淡化方法与装置

权利要求书

1.一种基于水合物法的两级式海水淡化方法，其特征在于它包括以下步骤：

a. 第一级海水淡化系统利用二氧化碳与海水生成二氧化碳水合物，然后分解得到淡水；

1）气液混合步骤：（1）由离心泵从大海中抽出的常温海水经过过滤器去除固体杂质后，进入海水储液罐，然后通过海水输送管道到达绕在水合物分离分解器上的海水换热盘管，将其热量释放后，经过海水配给管道的输送到达安装在气液混合器上部的雾化器中，经过雾化的海水以雾滴的形式喷淋进气液混合器;（2）与此同时，储气瓶中的二氧化碳气体经过压缩机从气液混合器下部的进气口进入气液混合器，与雾化的海水充分混合；

2）水合物生成及输送步骤：（1）水合物生成管道置于海底，利用海底的低温环境促使水合物快速生成;（2）在气液混合器中充分混合的二氧化碳和海水进入水合物生成管道，管道内温度由恒温控制系统提供的冷却水控制在2～6℃，管道内压力为1～5MPa;（3）生成的水合物浆液具有流动性，在气液混合器海水进口前设置一加药口，根据水合物浆液的生成情况，加入适量的水合物生成促进剂，保证水合物以较高的速率生成;（4）在管道内生成的水合物浆液通过水合物输送管道输送到水合物分离分解器，水合物浆液的管内流速控制在1.0～3.5m/s；

3）水合物分离及分解步骤：（1）连续生成的含有高含盐游离水的水合物浆液通过水合物输送管道进入水合物分离分解器，分离出的高含盐水经过处理后排入大海或直接排入大海;

（2）固液分离结束后，水合物开始分解成二氧化碳气体和淡水，释放出的二氧化碳气体经压缩机加压后通过气相循环管道汇入进气管道，并进入气液混合器;（3）水合物分解出的淡水经过绕在气液混合器上的淡水换热盘管与气液混合器进行冷量交换后，经检验合格进入淡水收集罐并外运，如果淡水中镁、硼离子含量超标，则经循环管道进入第二级海水淡化系统再次淡化;

b. 第二级海水淡化系统利用丙烷与海水生成丙烷水合物，然后分解得到淡水;

1）气液混合步骤：（1）由第一级海水淡化系统供给的水质未达标淡水通过输送管道到达绕在水合物分离分解器上的海水换热盘管，将其热量释放后，输送到安装在气液混合器上部的雾化器中，经过雾化的海水以雾滴的形式喷淋进气液混合器;（2）与此同时，储气瓶中的丙烷气体经过压缩机从气液混合器下部的进气口进入气液混合器，与雾化的未达标淡水充分混合；

2）水合物生成及输送步骤：（1）水合物生成管道置于海底，利用海底的低温环境促使水合物快速生成;（2）在气液混合器中充分混合的丙烷和未达标淡水进入水合物生成管道，管道内温度由恒温控制系统提供的冷却水控制在2～6℃，管道内压力为1～5MPa;（3）生成的水合物浆液具有流动性，在气液混合器海水进口前设置一加药口，根据水合物浆液的生成情况，加入适量的水合物生成促进剂，保证水合物以较高的速率生成;（4）在管道内生成的水合物浆液通过水合物输送管道输送到水合物分离分解器，水合物浆液的管内流速控制在1.0～3.5m/s；

3）水合物分离及分解步骤：（1）连续生成的含有高含盐游离水的水合物浆液通过水合物输送管道进入水合物分离分解器，分离出的高含盐水经过处理后排入大海或直接排入大海;（2）固液分离结束后，水合物开始分解成丙烷气体和淡水，解释放出的丙烷气体经压缩机加压后通过气相循环管道汇入进气管道，并进入气液混合器;（3）水合物分解出的淡水经过绕在气液混合器上的淡水换热盘管与气液混合器进行冷量交换后，进入淡水收集罐并外运；

在各工艺流程中，温度、压力由温度计、压力计监测后输送到计算机数据采集系统进行分析处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于水合物分离分解步骤中，在分离分解器底部安装加热器，加热器动力由太阳能提供，通过加热使水合物高效分解。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于水合物分离分解步骤中，在输水泵前设置一加药口，根据水合物的分解情况，加入适量的水合物抑制剂，从而提高水合物的分解速度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于当第一级海水淡化系统所生产的淡水质量达标时，无需使用第二级海水淡化装置，为提高海水淡化规模，此时第二级海水淡化系统改用二氧化碳，两级海水淡化系统同时进行海水淡化工作。

5.一种两级式海水淡化装置，包括串联的第一级和第二级海水淡化装置，其特征在于每级淡化装置包括气液供给及其混合单元、气体水合物生成及其输送单元和气体水合物分离分解单元；具体部件如下：

（1）第一级海水淡化装置，其中：

气液供给及其混合单元，主要包括数据采集系统(21)，进液通道、进气通道和气液混合装置组成，其中进液通道由过滤器（1），海水提取泵（2），流量计（3）、（8），海水储液罐（4），海水输送泵（5），压力计（6），温度计（7），海水输送管道（9）构成，进气通道由储气瓶（15），压缩机（16），压力计（17），温度计（18），流量计（19），进气管道（20）构成，气液混合装置由海水换热管道（10），海水配给管道（11），加药口（12），气液混合器（13），液体雾化器（14）构成，海水跟气体分别经过进液通道和进气通道汇入气液混合器（13）；数据采集系统（21）通过设置在进液通道和进气通道上的压力计、温度计、流量计实时检测运行工况；

气体水合物生成及其输送单元，主要包括水合物生成及输送通道和恒温控制系统，其中水合物生成及输送通道由气液混合物输送管道（22），水合物生成管道（23），水合物输送管道（24）依次连接构成的通道构成，水合物生成管道（23）上设有压力计（25），温度计（26），数据采集系统（32）通过压力计、温度计实时监测水合物生成及输送单元运行工况，恒温控制系统由恒温水箱（27），冷却水回水管道（28），冷却水循环套管（29），冷却水供给管道（30），高压输送泵（31）构成，水合物生成管道内温度由恒温控制系统提供的冷却水控制在2～6℃，管道内压力为1～5MPa；

气体水合物分离分解单元，主要包括水合物分离分解器（33）、气体释放通道、淡水收集通道，水合物分离分解器（33）上部依次连接减压阀（38），压缩机（39），流量计（40），气体输送管道（41）构成气体释放通道；水合物分离分解器（33）下部连接高含盐水输送管道（42）排放高含盐水或依次连接淡水输送泵（43），流量计（44），淡水输送管道（45）、（47），淡水换热管道（46），淡水质量检测口（48），淡水收集罐（49），次级淡水输送管道（50）构成淡水收集通道；分离分解器（33）上部安装压力计（34），温度计（35）以监测分离分解器内的压力与温度，并由数据采集系统（51）处理分析以保证系统的正常运行；此外，分离分解器（33）设有加药口（36）、太阳能板加热器（37）以保证水合物的快速分解；

（2）第二级海水淡化装置，其中：

气液供给及其混合单元，主要包括数据采集系统（72），进液通道、进气通道和气液混合装置组成，其中进液通道由过滤器（52），海水提取泵（53），流量计（54）、（59），液体储罐（55），液体输送泵（56），压力计（57），温度计（58），液体输送管道（60）构成，进气通道由储气瓶（66），压缩机（67），压力计（68），温度计（69），流量计（70），进气管道（71）构成，气液混合装置由液体换热管道（61），液体配给管道（62），加药口（63），气液混合器（64），液体雾化器（65）构成，液体跟气体分别经过进液通道和进气通道汇入气液混合器（64）；数据采集系统（72）通过设置在进液通道和进气通道上的压力计、温度计、流量计实时检测运行工况；

气体水合物生成及其输送单元，主要包括水合物生成及输送通道和恒温控制系统，其中水合物生成及输送通道由气液混合物输送管道（73），水合物生成管道（74），水合物输送管道(75)依次连接构成的通道构成，水合物生成管道(74)上设有压力计(76)，温度计(77)，数据采集系统(83)通过压力计、温度计实时监测水合物生成及输送单元运行工况，恒温控制系统由恒温水箱(78)，冷却水回水管道(79)，冷却水循环套管(80)，冷却水供给管道(81)，高压输送泵(82)构成，水合物生成管道内温度由恒温控制系统提供的冷却水控制在2～6℃，管道内压力为1～5MPa；

气体水合物分离分解单元，主要包括水合物分离分解器(84)、气体释放通道、淡水收集通道，水合物分离分解器(84)上部依次连接减压阀(89)，压缩机(90)，流量计(91)，气体输送管道(92)构成气体释放通道；水合物分离分解器(84)下部连接高含盐水输送管道(93)排放高含盐水或依次连接淡水输送泵(94)，流量计(95)，淡水输送管道(96)、(98)，淡水换热管道(97)，淡水质量检测口(99)，淡水收集罐(100)构成淡水收集通道；分离分解器(84)上部安装压力计(85)，温度计(86)以监测分离分解器内的压力与温度，并由数据采集系统(101)处理分析以保证系统的正常运行；此外，分离分解器(84)设有加药口(87)、太阳能板加热器(88)以保证水合物的快速分解。