本發(fā)明屬于水合物應(yīng)用研究領(lǐng)域，涉及一種基于LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，由于淡水匱乏和溫室效應(yīng)逐漸成為全球問(wèn)題，許多國(guó)家都在進(jìn)行相關(guān)的研究以解決這些問(wèn)題，而最有前景的技術(shù)就是CO₂捕集與海水淡化聯(lián)合技術(shù)，更確切的說(shuō)是CO₂水合物法海水淡化技術(shù)。這種技術(shù)的基本原理是利用CO₂和海水在一定的低溫高壓下生成水合物(升溫、降壓或二者結(jié)合會(huì)讓水合物分解)，由于排鹽效應(yīng)的存在，海水中的鈉、鎂、氯等離子無(wú)法進(jìn)入水合物中，會(huì)一直留存在溶液中，因此單獨(dú)將水合物進(jìn)行分解，即可得到淡水。目前，在已公開(kāi)的專利文獻(xiàn)和研究成果中，水合物法海水淡化技術(shù)中，產(chǎn)量和效率仍受水合物生成狀況的限制，更重要的是此技術(shù)需要大量能量用來(lái)提供低溫環(huán)境生成水合物，而LNG(液化天然氣)儲(chǔ)存溫度-162℃，無(wú)論是存儲(chǔ)、運(yùn)輸還是氣化使用過(guò)程中都蘊(yùn)藏了極大的冷能，完全可以用于水合物法海水淡化的制冷。因此，本發(fā)明結(jié)合LNG冷能，使用煙氣(約40℃，約含20％CO₂和80％N₂)中的CO₂與海水生成水合物，采用更為簡(jiǎn)便有效的方案實(shí)現(xiàn)淡水產(chǎn)率和能量利用效率的提高。

本發(fā)明擬提供一種基于LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統(tǒng)，其目的是采用更為便利有效的方案進(jìn)行海水淡化，利用LNG冷能降低水合物法海水淡化的成本投入，同時(shí)捕集封存CO₂，有效降低大氣中CO₂含量,減少煙氣的余熱排放，最終實(shí)現(xiàn)大規(guī)模低成本的海水淡化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明擬提供一種基于LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統(tǒng)，其目的是采用更為有效的方案進(jìn)行低成本的水合物法海水淡化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)CO₂捕集以及LNG冷能利用，最終實(shí)現(xiàn)大規(guī)模海水淡化。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統(tǒng)，包括制冷系統(tǒng)、煙氣捕集系統(tǒng)、水合物生成分離系統(tǒng)、水合物分解系統(tǒng)、CO₂循環(huán)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；

所述的制冷系統(tǒng)包括LNG儲(chǔ)罐1、氣化室11和循環(huán)冷媒，調(diào)節(jié)LNG儲(chǔ)罐1的旋擰閥18開(kāi)度改變LNG氣化量，LNG氣化吸熱，在氣化室11將冷能傳遞給循環(huán)冷媒，循環(huán)冷媒由輸水泵12實(shí)現(xiàn)封閉循環(huán)，并通過(guò)多個(gè)換熱器13分別與水合物生成前的海水和氣體換熱，換熱后的海水和氣體直接進(jìn)行水合物生成；

所述的煙氣捕集系統(tǒng)包括煙氣源3、換熱式分解室9、第一級(jí)生成室5-1和氣體分離室6，煙氣源3經(jīng)過(guò)換熱式分解室9與水合物換熱促使水合物分解，再與循環(huán)冷媒換熱后，依次通過(guò)抽氣泵15和單向閥20進(jìn)入第一級(jí)生成室5-1，在第一級(jí)生成室5-1中與海水生成CO₂水合物，將生成后的殘留氣體(主要是N₂)、CO₂水合物和殘余海水混合物通過(guò)混輸泵14保壓保溫送入氣體分離室6，混輸泵14的蝶閥17自動(dòng)根據(jù)混輸泵14的啟停而開(kāi)合，混合物中的殘留氣體被氣體分離室6的抽氣泵15分離出去，氣體分離室6內(nèi)留下的CO₂水合物和殘余海水依次經(jīng)過(guò)混輸泵14被立刻上送入第二級(jí)生成室5-2；

所述的水合物生成分離系統(tǒng)包括第二級(jí)生成室5-2和液體分離室7，第一級(jí)生成室5-1中的CO₂水合物在分離完殘余氣體后通過(guò)混輸泵14快速進(jìn)入第二級(jí)生成室5-2中，新進(jìn)入的海水和CO₂生成CO₂水合物速率大幅提高，將生成后的大量CO₂水合物和殘余海水由混輸泵14全部送至液體分離室7，液體分離室7將殘余海水進(jìn)行分離并通過(guò)閘閥19將廢液排出，剩下的純凈CO₂水合物由混輸泵14送至抽氣式分解室8進(jìn)行分解；上述過(guò)程中混輸泵14由控制系統(tǒng)控制；

所述的水合物分解系統(tǒng)將抽氣式分解室8和換熱式分解室9中CO₂水合物分解得到的淡水送入淡水儲(chǔ)罐10，并輸出使用，抽氣式分解室8的分解壓力由抽氣泵15控制，換熱式分解室9的分解溫度由煙氣源3換熱決定；

所述的CO₂循環(huán)系統(tǒng)將抽氣式分解室8抽氣得到的和換熱式分解室9水合物分解多出的CO₂回收到CO₂氣罐4，CO₂氣罐4用于提供第二級(jí)生成室5-2中水合物生成所需CO₂氣體，多余的CO₂用于常規(guī)方式封存；

所述的控制系統(tǒng)用于控制整個(gè)基于LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，智能控制各部分的周期性交替運(yùn)行，能夠根據(jù)需要控制各閥門(mén)、泵的開(kāi)合啟停與聯(lián)鎖動(dòng)作；通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入氣化室的LNG量，控制循環(huán)冷媒溫度；分別根據(jù)兩級(jí)生成室的需要，通過(guò)輸水泵和單向閥自動(dòng)調(diào)整分配進(jìn)入的海水量；根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，分別控制進(jìn)入兩級(jí)生成室的海水量；根據(jù)煙氣源熱容量(氣量*溫度)，分配換熱分解水合物量，其余的水合物均分配到抽氣式分解室。

所述的基于LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統(tǒng)，將高溫?zé)煔庥酂峄厥?、并分離捕集所含CO₂，分離出的殘余N₂和高濃度海水可用于其他途徑需要，所有部分均耐高壓二氧化碳和高濃度海水腐蝕，均具有保溫保壓功能。

本發(fā)明的有益效果是：實(shí)現(xiàn)CO₂捕集和海水淡化一體化，利用LNG冷能解決水合物法海水淡化冷能來(lái)源問(wèn)題，結(jié)構(gòu)合理、系統(tǒng)精妙；兩級(jí)水合物生成室，既解決煙氣中CO₂捕集，又保證水合物生成量；兩種水合物分解室，既利用煙氣余熱、減少熱排放，又實(shí)現(xiàn)了CO₂的循環(huán)使用與封存，具備較強(qiáng)的煙氣源變化承載能力，不受季節(jié)及環(huán)境的變化影響，具有極大的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)框圖。

圖2是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1LNG儲(chǔ)罐；2海水池；3煙氣源；4CO₂氣罐；

5-1第一級(jí)物生成室；5-2第二級(jí)物生成室；6氣體分離室；

7液體分離室；8抽氣式分解室；9換熱式分解室；10淡水儲(chǔ)罐；

11氣化室；12輸水泵；13換熱器；14混輸泵；15抽氣泵；

16減壓閥；17蝶閥；18旋擰閥；19閘閥；20單向閥。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

按照?qǐng)D1原理，如圖2所示連接所述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使用該系統(tǒng)進(jìn)行基于LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化，步驟如下：

控制系統(tǒng)啟動(dòng)循環(huán)冷媒的輸水泵12，同時(shí)設(shè)定冷媒溫度，發(fā)布LNG儲(chǔ)罐1的旋擰閥18開(kāi)度指令，調(diào)節(jié)進(jìn)入氣化室11的LNG量，從而使冷媒達(dá)到并維持設(shè)定溫度；

煙氣進(jìn)入換熱式分解室9，與待吸熱分解的水合物進(jìn)行換熱，然后通過(guò)抽氣泵15流經(jīng)換熱器13與循環(huán)冷媒換熱預(yù)冷進(jìn)入第一級(jí)生成室5-1，同時(shí)海水通過(guò)輸水泵12通入第一級(jí)生成室5-1，與煙氣中的CO₂生成CO₂水合物；生成后的殘留氣體、殘余海水和CO₂水合物的混合物被混輸泵14送進(jìn)氣體分離室6，生成CO₂水合物后氣體組分中主要是N₂，氣體分離室6將混合物中的氣體全部抽離出來(lái)，留下的CO₂水合物和殘余海水混合物繼續(xù)被混輸泵14送進(jìn)第二級(jí)生成室5-2；

第二級(jí)生成室5-2的海水與第一級(jí)來(lái)源相同，而氣體由CO₂氣罐4提供，CO₂被抽氣泵15送入第二級(jí)生成室5-2，海水與CO₂均與循環(huán)冷媒換熱預(yù)冷；接下來(lái)，混輸泵14將含殘余海水和CO₂水合物的混合物通入液體分離室7，液體分離室7將混合物中的殘余海水廢液分離出來(lái)并通過(guò)閘閥19排出；CO₂水合物經(jīng)過(guò)混輸泵14分別進(jìn)入抽氣式分解室8和換熱式分解室9，進(jìn)入兩個(gè)分解室的CO₂水合物量由控制系統(tǒng)根據(jù)煙氣源3決策分配；

抽氣式分解室8采用降壓方式促使CO₂水合物分解，分解得到的淡水通過(guò)單向閥20進(jìn)入淡水儲(chǔ)罐10，分解壓力由抽氣泵15控制，將CO₂氣體通過(guò)單向閥20送進(jìn)CO₂氣罐4，以保證CO₂水合物持續(xù)分解；換熱式分解室9采用升溫的方式促使CO₂水合物分解，分解得到的淡水通過(guò)單向閥20進(jìn)入淡水儲(chǔ)罐10，分解溫度由與高溫?zé)煔?換熱得到，分解多出的CO₂氣體通過(guò)減壓閥16進(jìn)入CO₂氣罐4；CO₂氣罐4儲(chǔ)存的CO₂主要用于第二級(jí)生成室5-2水合物生成所需，多余的CO₂進(jìn)行常規(guī)方式的封存處理。

以上僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說(shuō)明，所涉及的一種基于LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統(tǒng)并不僅僅限于以上實(shí)施例中所述的結(jié)構(gòu)和步驟，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以據(jù)此設(shè)計(jì)出類似的系統(tǒng)或者是將所述一種基于LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統(tǒng)中的部分功能獨(dú)立或整體功能疊加使用，這些都是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的等效變換或者使用，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。