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该方法采用了混合脱盐工艺,包括冷冻法淡化海水和膜蒸馏脱盐(MD)过程。利用LNG汽化过程释放的冷量通过冷媒将海水冻结,经过固液分离器得到固态冰,海冰经过洗涤、融化后得到淡水,所产生的卤水被输送到低温蒸馏膜原料储罐内,在储罐系统内通过低温膜蒸馏,得到超纯水,同时,卤水被进一步浓缩。在系统的另一侧LNG汽化器所产生的冷能冷却冷冻流程与MD膜冷凝流程如图 5所示。
图 5 冷冻与低温蒸馏膜法海水淡化流程
通过LNG冷能冷冻与低温蒸馏膜相结合的海水淡化法,采用优化运行参数后,其淡水回收量高达71.5%〔8〕,水质可以达到饮用水标准。在该方法的研究过程中,采用了一种新型的MD低温蒸馏膜,该膜蒸馏工艺是一种基于气液平衡与传热传质原理的热驱动过程〔6〕,相对高温的卤水产生的蒸汽透过疏水膜微孔,在另一侧被低温冷凝为液态水,由于该膜为疏水结构,从而使得液态水更容易被收集,最终得到高纯度的淡水。该膜被一些科研人员认为是一种十分适合于海水淡化的过滤膜〔7〕。
3.2.2 LNG冷能冷冻法与其他膜法联用
海水经前段LNG冷能初步冷冻后,后段配合纳滤膜或反渗透膜的方法,这也是近年提出的一种新理论。此方法的流程与LNG冷能冷冻与低温蒸馏膜相结合的海水淡化法相似,区别在于后处理阶段使用的纳滤膜、反渗透膜均为目前的成熟技术,是目前最具可行性的冷冻法海水淡化技术。
4 结论
以LNG冷能冷冻法海水淡化为研究背景,阐述了传统冷冻法的各种优缺点,并得到了以下结论:
(1)由于单一直接接触法的冷媒选择、真空冷冻法压缩机的高能耗、间接法的设备选型及稳定性等硬性缺陷,特别是上述方法的设备均为非标准设备,现有制造业水平很难满足需求,导致这些概念提出已久但至今仍未工业化。
(2)采用混合脱盐工艺即LNG冷能冷冻与低温蒸馏膜相结合或LNG冷能冷冻法与其他膜法联用是当今利用LNG冷能淡化海水的新技术发展方向,并将节省大量能量和运营成本。只要方法科学、工艺设备选取得当,LNG冷能将会创造出可观的价值。
(3)与常规的生产工艺技术相比,利用LNG冷能淡化海水需要开发相应的新工艺技术。研发最佳制冰工艺、开发经济高效冷媒将是未来技术攻关的主要方向。现阶段,从科学研究转变到工程化需要进一步的开发,实现真正的工业化,还需要通过国内各科研院所和生产企业等相关方面的共同努力。
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