陶瓷太阳板直接淡化盐水及消除外排卤水的方法与流程

(一)本技术涉及陶瓷太阳板太阳能装置、陶瓷太阳板热交换器、喷雾干燥塔等设备，特别涉及陶瓷太阳板直接淡化盐水及消除外排卤水的方法，盐水包括海水、苦咸水、咸湖水、盐湖水、卤水等，即以陶瓷太阳板制造的太阳能装置和热交换器、喷雾干燥塔等设备直接淡化盐水及消除外排卤水的方法。

背景技术：

0、(二)背景技术

1、一般来说，淡水的盐度＜0.1％，咸水湖水的盐度＞0.1％，地下苦咸水的盐度＞0.3％，海水平均盐度3.5％，盐湖水的盐度＞3.5％。人畜饮用水、人类生活用水、工农业用水一般要求采用淡水，即要求盐度＜0.1％的淡水。

2、目前淡化盐水主要采用大规模蒸馏方法(热法)和渗透膜(膜法)方法，两者能耗与成本都比较高，淡化海水、苦咸水本质上是以能源换取淡水，应该尽量采用低成本可再生能源淡化盐水。

3、国内外荒漠地区阳光都比较充分，有的地下有苦咸水，地面有盐湖、咸水湖，靠近海洋，利用阳光能量淡化盐水是发展方向。目前利用阳光主要方式装置是光伏发电、聚光集热光热发电和平面集热传统太阳能热水器等。

4、陶瓷太阳板是全瓷中空产品，基体是普通陶瓷，阳光接收表面是立体微孔钒钛黑瓷层，内壁有釉层，不腐蚀、不老化、阳光吸收率不衰减、耐高温、高效率、低成本、全水介质、不易结垢、无理论寿命，是全生命周期成本(tco)最低的太阳能产品，已列入国家建材行业标准。在济南夏天平面集热记录水温112℃，可达120℃，冬天65℃。已进行温室大棚、沼气池、建筑加热、供暖应用示范。可以用于制冷、中低温发电，淡化海水、苦咸水改造荒漠为耕地。

5、附图1是陶瓷太阳板，附图2是陶瓷太阳板向阳表面的立体微孔钒钛黑瓷阳光吸收层的断面放大照片，附图3是陶瓷太阳板内部的秞层的照片，附图4、5是陶瓷太阳板承压试验，陶瓷太阳板可以承受1mpa即10个大气压的压力。

6、附图6、7、8、9是陶瓷太阳板用于建造陶瓷太阳能屋面用于农居取暖的示范。2014年9月19日山东电视台播出“探索三十年的陶瓷太阳能房顶”18分钟视频，2015年3月12日中央电视台播出“温暖的陶瓷”25分钟视频，在网上打入上述题目可看到上述陶瓷太阳板屋面视频内容、原理、建造过程、取暖效果、意义。

7、附图10是陶瓷太阳板用于种植低矮农作物温室大棚的北墙吸收阳光加热温室大棚，附图11是陶瓷太阳板用于将一座新疆建设兵团农九师168团温室大棚改造为陶瓷太阳板屋面，吸收的阳光加热另外5座温室大棚，2018年1月，棚外最低气温-32℃，棚内6-34℃，改造的温室大棚内养殖蘑菇，养殖蘑菇不需要阳光。

8、附图12是在济南农业示范园内以厕所30平方米陶瓷太阳板屋面全年加热地下12()立方米沼气池，已连续使用7年效果良好。附图13是2018年1月10日中央电视台播出的“畜牧-沼气-果树生产模式”节目，介绍以陶瓷太阳板加热沼气池，在网上打入上述题目可看到上述视频内容，见其中第16、20、24分钟视频中陶瓷太阳板加热沼气池的内容。

9、附图14是山东济南，山东省科学院新材料研究所内的100平方米陶瓷太阳板试验屋面，附图15是上述陶瓷太阳板屋面在中午时段，连续2-3小时喷出大量蒸汽。

10、附图16是研究人员对上述陶瓷太阳板试验屋面蒸汽压力进行检测，附图17是上述陶瓷太阳板试验屋面记录水温112℃，实际水温可达到120℃以上。

11、附图18是上述陶瓷太阳板试验屋面导出水蒸气与热水混合流体的管道，附图19是通过研究使水蒸气与热水混合流体在t型接管处实现了上下分流，使热水进入下行管道，水蒸气进入上行管道。

12、附图21是全球阳光强度分布示意图，颜色越深处，阳光强度越强，从图中可以看到山东济南的阳光强度远不如亚洲南部、中东地区、非洲、美国南部、南美洲、澳大利亚等。

13、附图22是在长期研究中发现水蒸气与热水在t型接管处的上下管道采用相同内径管道或内径接近的管道，热水会与水蒸气混合喷出，热水与水蒸气不能分流。附图23是如果在t型接管处的上下管道采用相同内径管道或内径接近的管道，即便在管道上安装大直径薄壁空心不锈钢球，试图分流热水与水蒸气，也没有成功，热水仍然会与水蒸气混合喷出。

14、图24是中管口四倾角陶瓷太阳板的剖面图，图25是四倾角组合陶瓷太阳板剖面图。

15、山东济南陶瓷太阳能屋面夏天水温达到112-120℃，从附图21可以看到在我国西北、西南地区水温可以达到更高温度，在全球阳光强度更高、日照时间更长，面积更大的南北非洲、中东、南亚、澳大利亚、南北美洲的大量荒漠地区水温可以达到比国内更高温度，产生更多水蒸气。

16、传统大规模蒸馏方法(热法)淡化海水、苦咸水是将海水、苦咸水加热到80度以上进入大型真空罐或低压罐中，蒸发转化为水蒸气，水蒸气经过热交换器冷凝为淡水。存在问题1：海水或苦咸水加热到80℃以上泵入真空罐或低压罐内，在真空罐或低压罐内热水蒸发气化为水蒸气，此技术方案一般采用大规模、耐腐蚀金属制造的真空或低压罐及运行系统，投资和运行成本、维护费用比较高。存在问题2：产生大量卤水，大量高盐度卤水会污染海洋，损害海洋生物，尤其如相对封闭的红海、波斯湾相邻的中东地区等；大量高盐度卤水会在陆地上形成新的卤水湖，一般称作尾水湖。

17、2022年01月08日专利申请“陶瓷太阳板用于淡化海水、苦咸水及其热交换器”申请号202210119548.2提出：在荒漠建造陶瓷太阳板阳光集热场，阳光将通过陶瓷太阳板中的海水或苦咸水加热到80℃以上泵入真空罐或低压罐内，在真空罐或低压罐内热水蒸发气化为水蒸气，将水蒸气导入热交换器中与新进入的常温的海水或苦咸水进行换热，水蒸气冷凝为淡水，新进入热交换器中的海水或苦咸水被预热，预热后的海水或苦咸水被陶瓷太阳板阳光集热场进一步加热到80℃以上；采用陶瓷太阳板作为热交换器的主要耐腐蚀部件；新进入的海水或苦咸水通过热交换器中的串并联的中空的陶瓷太阳板经过预热到达陶瓷太阳板阳光集热场，被阳光加热到80℃以上，进行淡化为淡水。此技术方案也会产生上述两个问题，即1、需要大量投资建造大规模、耐腐蚀的真空或低压罐及运行系统，投资和运行成本、维护费用比较高，2、产生大量高盐度卤水。

技术实现思路

0、(三)技术实现要素：

1、发明的目的：

2、使盐水即海水、苦咸水、盐湖水、卤水等在普通陶瓷太阳板中直接完成蒸发产生水蒸气和盐度为15-20％的卤水的混合流体，实现水蒸气与卤水的简单、直接分流，冷却水蒸气、湿热空气产生淡水，避免大量投资建造大规模、耐腐蚀的真空或低压蒸发罐及运行系统；蒸发卤水，产生固体盐和淡水，消除卤水外排，固体盐作为食盐和盐化工原料。

3、发明是这样实现的：

4、方型陶瓷太阳板1、中管口四倾角陶瓷太阳板30、四倾角组合陶瓷太阳板40统称为普通陶瓷太阳板。

5、一般来说，海水平均盐度约3.5％，苦咸水盐度0.1-5％，咸水湖水盐度＞0.1％，盐湖水盐度＞3.5％，卤水盐度＞3.5％，淡水盐度＜0.1％。

6、常温盐水进入并通过附图20中的400即以方型陶瓷太阳板制造的陶瓷太阳板热交换器的陶瓷太阳板，盐水被通过陶瓷太阳板外面的水蒸气及/或湿热空气加热，经过预热的盐水进入100即以普通陶瓷太阳板制造的陶瓷太阳板盐水蒸发系统，盐水在强烈阳光照射下的普通陶瓷太阳板中蒸发为水蒸气和盐度为15-20％的卤水的混合流体，混合流体通过100即陶瓷太阳板盐水蒸发系统上方出口管道到达t型接管处实现上下分流，使卤水进入下行垂直管道即附图20中的卤水管道，水蒸气进入上行垂直管道，即附图20中的水蒸气管道，水蒸气沿水蒸气管道进入附图20中的400即以方型陶瓷太阳板制造的陶瓷太阳板热交换器中，与方型陶瓷太阳板中运行的新进入的常温的盐水进行热交换，冷却为淡水，从100即陶瓷太阳板盐水蒸发系统下行管道流出的卤水沿卤水管道进入500即喷雾干燥塔与来自200即加热空气的陶瓷太阳能集热器的热空气相遇，热空气与卤水雾滴充分混合，进行加热，干燥，产生固体盐和湿热空气，固体盐从下口排出，湿热空气从上口排出，湿热空气进入400即以方型陶瓷太阳板制造的陶瓷太阳板热交换器中，湿热空气在相对低的温度下达到露点，析出淡水，从而达到充分淡化盐水，产生更多淡水、固体盐，固体盐作为食盐和盐化工原料，达到消除排出卤水的目的。附图20中的卤水管道的内径的截面积是附图20中的水蒸气管道的内径的截面积3倍以上，即附图20中的水蒸气管道的经济技术合理内径选定以后，卤水管道的内径的截面积是附图20中水蒸气管道的内径的截面积3倍以上；水蒸气上行垂直管道的高度即附图20中的h＞1.5米。

7、上述选择的原因是水蒸气从陶瓷太阳板盐水蒸发系统喷出时具有一定压力，在水蒸气上行垂直管道形成射流，产生负压，容易携带部分卤水一起运行进入400即以方型陶瓷太阳板制造的陶瓷太阳板热交换器中，共同冷却，产生水的盐度会超过或远超过0.1％，导致盐水淡化失败。卤水管道的内径的截面积是附图20中的水蒸气管道的内径的截面积3倍以上，水蒸气上行垂直管道的高度即附图20中的h＞1.5米，大内径卤水管道和比较高的水蒸气上行垂直管道可以避免水蒸气与卤水的混合现象，大内径卤水管道和比较高的水蒸气上行垂直管道使卤水的下行重力克服了水蒸气上行造成的负压，经过长期多种方法试验对比，以此比较简单经济的方法实现了水蒸气与卤水的分流。

8、普通陶瓷太阳板成本很低，可以大规模使用，盐水可以在大规模陶瓷太阳板盐水蒸发系统中一次蒸发为水蒸气和盐度为15-20％的卤水的混合流体，也可以依次通过多套陶瓷太阳板盐水蒸发系统将盐水逐步蒸发为水蒸气和盐度为15-20％的卤水的混合流体。受盐的溶解度限制，卤水的盐度不宜接近或超过26％，否则容易结晶，影响系统运行。

9、200即加热空气的陶瓷太阳能集热器输出的热空气的温度是100-200℃。

10、上述水蒸气沿水蒸气管道先进入附图26中的600即orc低温发电系统用于发电后再进入400即以方型陶瓷太阳板制造的陶瓷太阳板热交换器中，与方型陶瓷太阳板中运行的新进入的常温的盐水进行热交换，冷却为淡水。

11、上述水蒸气沿水蒸气管道先进入附图26中的700即溴化锂吸收式制冷机用于制冷后再进入400即以方型陶瓷太阳板制造的陶瓷太阳板热交换器中，与方型陶瓷太阳板中运行的新进入的常温的盐水进行热交换，冷却为淡水。

12、根据不同地区的阳光强度，平面集热的陶瓷太阳板集热系统可以将盐水加热到100至160℃或更高温度。