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来源:Frontiers in Energy 发布时间:2021/6/1 10:22:59
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FIE | 前沿综述: 水合物法海水淡化技术的研究进展与未来展望

论文标题:Progress and prospect of hydrate-based desalination technology (水合物法海水淡化技术的研究进展与未来展望)

期刊:Frontiers in Energy

作者:Jibao ZHANG,Shujun CHEN,Ning MAO,Tianbiao HE(贺天彪)

发表时间:14 May 2021

DOI:10.1007/s11708-021-0740-5

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原文信息

Progress and prospect of hydrate-based desalination technology

Jibao ZHANG, Shujun CHEN, Ning MAO, Tianbiao HE

作者单位:

Department of Gas Engineering, College of Pipeline and Civil Engineering, China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, China

原文链接:

https://link.springer.com/article/10.1007/s11708-021-0740-5

https://journal.hep.com.cn/fie/EN/10.1007/s11708-021-0740-5

研究背景及意义

海水淡化是解决当前淡水资源紧缺问题的重要途径之一。与传统的海水淡化方法相比,水合物法海水淡化(HBD)技术凭借其经济环保等优势近来备受关注。目前,对HBD技术的研究主要集中在通过采用不同的水合物生成剂和多孔介质来增加水合物生成量、加快水合物生长速度、缩短诱导时间、提高脱盐效率和水回收率等方面。此外,对水合物晶体的形成机理、形貌和微观结构的研究也一直是该领域的研究热点。然而,HBD工艺商业化的道路还较为漫长,阻碍HBD工艺发展的主要原因有三个:水合物形成动力学缓慢、晶体从盐水溶液中分离困难,以及HBD工艺所需的制冷能耗较高。随着对HBD技术的研究,证明有可能解决以上三个问题,这对HBD技术的实际应用来说是较大的进步。本文根据近十年来有关HBD技术的文献,对HBD技术的最新进展进行了分析和讨论。

研究内容及主要结论

本文在分析近年来文献的基础上,讨论了HBD技术的最新研究进展和应用。首先,分析总结了水合物生成剂的选择以及不同类型多孔介质对水合物生成速率和脱盐效率的影响。然后,对不同水合物的生成形态和晶体结构进行了分析和比较,并进行了分子动力学模拟,研究了水合物的形成和分解机理。最后,通过将LNG冷能与HBD工艺相结合,可以大大降低淡水的单位能耗,说明利用LNG冷能是实现HBD技术商业化的一种有前景的解决方案。然而,HBD技术水合物生成动力学缓慢、潜在的环境污染、晶体与卤水分离困难、能耗高等问题尚未完全解决。因此,今后的研究应着眼于开发利用LNG冷能的可持续技术,改进反应器设计,选择合适的水合物生成剂,并重点研究多种水合物生成剂的组合以缩短诱导时间。此外,能量分析和成本估算也是影响水合物淡化工业化的关键因素。要进一步发展创新节能技术。

Fig.1 The concept of the HBD process

研究亮点

本文对水合物法海水淡化技术的相关研究进行了综述。1)讨论了水合物生成剂、多孔介质等对水合物生成速率和脱盐效率的影响;2)对不同水合物的生成形态和晶体结构进行了分析和比较;3)通过分子动力学模拟研究了水合物的形成和分解机理;4)将LNG冷能与HBD工艺相结合,可大大降低能耗。

ABSTRACT

With the continuous growth of the population and the improvement of production, the shortage of freshwater has plagued many countries. The use of novel technologies such as desalination to produce fresh water on a large scale has become inevitable in the world. Hydrate based desalination (HBD) technology has drawn an increasing amount of attention due to its mild operation condition and environmental friendliness. In this paper, literature on hydrate-based desalination is comprehensively analyzed and critically evaluated, focuses on experimental progress in different hydrate formers that have an impact on thermodynamics and dynamics in hydrate formation. Besides, various porous media promotion is investigated. Besides, the hydrate formation morphology and hydrate crystal structure with different hydrate formers are analyzed and compared. Moreover, molecular dynamic simulation is discussed to further understand microscopic information of hydrate formation. Furthermore, simulations of the HBD process by considering the energy consumption are also investigated. In conclusion, the hydrated based desalination is a potential technology to get fresh water in a sustainable way.

Keywords gas hydrates, desalination, crystal morphology, molecular dynamic, cold energy

作者简介

贺天彪,中国石油大学副教授,硕士生导师。从事液化天然气利用技术、低温热力过程与传热技术等课程的教学,主要研究方向:天然气液化技术、LNG冷能综合利用技术、水合物法海水淡化技术、过程工程模拟优化等。

详情:http://cj.upc.edu.cn/2018/0516/c8319a150665/page.htm

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