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"海水淡化"蒸汽空压机领域蕴商机

      "海水淡化"蒸汽空压机领域蕴商机

      《MIT科技评论》评出的2016年“全球最聪明的50家公司”中有6家能源公司入榜,其中以色列IDE Technologies公司排名第19。MIT对该公司的颁奖词是:大规模的海水淡化过程为其赢得了很多用户,包括美国、中国和澳大利亚。它的前景光明,从海水中提取盐,可饮用水也能用于商业用途;需求量大,在世界范围内,约有700万人无法用到清洁的水,预计到2025年这个数字会提高到18亿人。

      以色列拥有250家水科技公司,是世界上拥有最多水处理公司的国家。这主要由于其地理环境决定。以色列全境只有一条河、一座湖,一年下不到200毫米的雨。水资源短缺使得以色列政府始终强调建设节水型社会,千方百计开拓新的淡水资源渠道,把海水淡化看作解决水资源问题的根本出路。

    工业污水处理厂

      20世纪60年代,以色列科学家萨尔钦(Alexander Zarchin)就一直研究如何从海水中取得饮用水。他多次和以色列建国国父戴维·本·古里安见面,并一次一次地向国父表明:“海水饮用将是以色列的未来!” 最终,他向古里安申请到了27万美金(当时币值)的资金,并在1965年成立了IDE Technologies公司,研发海水淡化技术。

      海水淡化领域主要有两种技术:一是膜法技术,二是热法技术。膜法技术主要指反渗透(RO),即利用渗透原理,使水渗透过一系列半透膜来去除盐分和其他杂质。热法海水淡化主要包括低温多效蒸馏MED、机械蒸汽压缩MVC和多级闪蒸MSF,所用热量一般是源自发电厂或炼油厂的余热,对水进行蒸发和冷凝处理,得到纯净水。

      这其中,低温多效蒸馏和机械蒸汽压缩海水淡化技术是IDE Technologies首创。低温多效蒸馏净化是指将水在串联蒸发器中煮沸,每一级均降低一些温度,以减少所需的能量,通过沸腾和冷凝过程得到清洁的水。这是热法工艺中能效最高的工艺,不需要进行预处理,且容许海水水质的变动。同时具有高度可靠、易于操作和维护成本低的优点。几乎任何热源都能利用,因此适应性很强。

      而蒸汽压缩净化技术是指海水预热后,进入蒸发器并在蒸发器内部分蒸发。所产生的二次蒸汽经空压机压缩提高压力后引入到蒸发器的加热侧。蒸汽冷凝后作为产品水引出,从而实现热能的循环利用。这些创新技术的研发让IDE Technologies成为全球最大海水淡化厂的技术提供商。

      阿什科隆淡化厂是世界第一个超大产水量海水反渗透(SWRO)淡化厂,每日产水量40万立方米。其主要技术系统就包括IDE专有的压力中心设计、三根管路取水、能量回收系统(ERS)和独特的脱硼系统。

      2010年竣工的海德拉淡化厂就以每日产水量52.6万立方米成为世界最大的海水反渗透(SWRO)淡化厂。IDE在海德拉工厂的设计中采用了专有的三中心(泵中心、膜中心和能量回收中心)、串联的硼处理和其他技术来降低能量需求和提高整体效率。

      2013年开始运行的索莱克淡化厂以每日产水量62.4万立方米成为继海德拉之后又一个世界上规模最大的反渗透海水淡化厂。索莱克水厂采用创新设计的突破性技术,在大型水厂中引入16英尺膜组件垂直布局。

      而与其他海水淡化公司不同的是,IDE Technologies更注重如何在建厂或生产上压缩成本。IDE不是生产“膜”的厂家,而是有设计、使用的经验。海水淡化厂是一个整体,不是部件,这就好比买汽车,不能一味地追求发动机,而是要看整体配置、综合成本。

      如何把这些部件有机地组合在一起,确保经济、高效、稳定运行和低水价,才是一个成功的海水淡化厂最需要的技术和经验,而这恰恰是IDE的核心竞争力。

      比如海德拉每年可生产1.27亿吨的净水,足够提供全以色列5%的净水。而海德拉淡化厂的建厂成本约4.2亿美金,其中政府出资2.6亿美金。但某个澳大利亚悉尼海水淡化厂,产量比海德拉略少,可建厂成本却高出其4倍以上。

      在IDE Technologies公司CTO利伯曼博士眼中,复杂的科学技术均来源于对“细节”的追求和研究。根据不同的项目条件,合理地选择工艺,无论是热法还是膜法,而绝非一提到海水淡化就是膜法或者是热法。

      一般来说,能耗成本占据了海水淡化成本的30%到50%左右,这直接影响制水成本,许多海水淡化厂都自建电厂来“省钱”。但是像以色列海德拉水厂这种因受地形限制的淡化厂,无法建设独立的发电厂,只能从市政电网购电。利伯曼博士经过分析研究,设计发明了错峰运行技术,即白天电价高峰期,以基本满足设备运行需求为目标,夜晚电价优惠期,利用设备余量,满负荷运行,确保全天产水量达到52.6万吨。虽然只是一个细节优化,却解决了高成本的关键性问题。

      IDE不仅建造了世界上技术最先进、规模最大的反渗透海水淡化厂,而且将每吨水的耗电量控制在1.2~1.5度,远远低于行业内4度电的程度。在技术创新上,IDE还研发了延迟渗透技术(PRO),在冬季对水量需求少的情况下,通过反渗透水厂装置余量与其他水源包括中水混合来发电,可以让膜法海水淡化厂实现水电联产。该技术预计2~3年内将投入市场。50多年来,IDE Technologies已经为全世界40个国家建设了400多个水厂,日产量达350万立方米。成为世界上最大的海水淡化技术提供商。

      而IDE Technologies的股权现在由两家企业各持一半,它们分别是以色列化工有限公司和德莱卡集团。以色列化工是全球性矿产与特种化学品公司。德莱卡集团是以色列最大的控股集团公司之一。

      现在,世界上已有120多个国家在运用海水淡化技术获取淡水,全球有海水淡化厂1.3万多座,海水淡化日产量约5560万立方米,相当于0.5%的全球用水量,可以解决1亿人的用水问题。

      但是,据联合国公布的数据,目前全球超过10亿人口居住在水资源稀缺地区,而到2025年,这个数字将会攀升至18亿。这个巨大的差距开始让越来越多的商家把海水淡化产业誉为朝阳产业。

      我国人均淡水资源量仅为世界人均占有量的1/4,沿海地区作为我国人口聚集和经济发展的重心,也是我国水资源最为短缺的地区。根据《全国水资源综合规划》,到2020年和2030年,全国用水总量力争分别控制在6700亿立方米和7000亿立方米以内。即使能达到这个目标,并算上南水北调工程供水量,到2030年我国沿海地区年缺水量仍将达到214亿立方米。因此,我们必须通过科技支撑,依靠海水淡化来提高我国沿海地区水资源保障能力。

      从世界范围看,全球海水淡化规模近年来也不断攀升。截至2013年8月,全球168个国家和地区应用淡化技术,海水淡化日产量已超8000万吨,预计到2018年,全球淡化工程总装机容量将达到日产1.38亿吨。美国研究机构发布的《2013-2018年海水淡化设备市场全球趋势与预测报告》指出,至2018年,全球海水淡化设备市场的市值将有望达到152.74亿美金,2013年至2018年的年复合增长率为9.1%。

      延伸阅读

      机械蒸汽压缩MVC原理

      MVC(Mechanical Vapor Compression)蒸发浓缩法,是指利用空压机的压缩升温原理、经特殊流体设计而组成的蒸汽压缩型蒸发浓缩工艺系统的简称。这种工艺系统,使密闭容器内经电加热生成的(从废水或海水)蒸汽,在通过蒸汽空压机时被压缩为>110℃的升温气体。这种升温气体,即可作为再生热源而循环应用于对原水的热传递和连续蒸发,又在循环传热过程中使升温气体本身也得以迅速冷却,并最终成为可回用的冷凝水(注:根据冷凝水成分和客户用途,经采用有关净化工艺可获得饮用水/软化水/纯水)。

      目前主流的MVC因采用蒸汽空压机及其特殊流体设计,不仅可以通过对电加热形成的1次蒸汽实施压缩而升温,而且经多次热循环利用可有效提高浓缩倍数和热效率,进而节省大量能源及运行费用。

      在我国已建的海水淡化装置中,反渗透法的“膜法”约占总容量的74%,蒸馏淡化的“热法”约占25%,其他海水淡化法约占1%。在目前全球海水淡化市场份额中,“膜法”约占65%,“热法”约占30%。

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