一种基于LNG冷能的烟气水合物法海水淡化系统的制作方法

本发明属于水合物应用研究领域，涉及一种基于LNG冷能的烟气水合物法海水淡化系统。

背景技术：

近年来，由于淡水匮乏和温室效应逐渐成为全球问题，许多国家都在进行相关的研究以解决这些问题，而最有前景的技术就是CO₂捕集与海水淡化联合技术，更确切的说是CO₂水合物法海水淡化技术。这种技术的基本原理是利用CO₂和海水在一定的低温高压下生成水合物(升温、降压或二者结合会让水合物分解)，由于排盐效应的存在，海水中的钠、镁、氯等离子无法进入水合物中，会一直留存在溶液中，因此单独将水合物进行分解，即可得到淡水。目前，在已公开的专利文献和研究成果中，水合物法海水淡化技术中，产量和效率仍受水合物生成状况的限制，更重要的是此技术需要大量能量用来提供低温环境生成水合物，而LNG(液化天然气)储存温度-162℃，无论是存储、运输还是气化使用过程中都蕴藏了极大的冷能，完全可以用于水合物法海水淡化的制冷。因此，本发明结合LNG冷能，使用烟气(约40℃，约含20％CO₂和80％N₂)中的CO₂与海水生成水合物，采用更为简便有效的方案实现淡水产率和能量利用效率的提高。

本发明拟提供一种基于LNG冷能的烟气水合物法海水淡化系统，其目的是采用更为便利有效的方案进行海水淡化，利用LNG冷能降低水合物法海水淡化的成本投入，同时捕集封存CO₂，有效降低大气中CO₂含量,减少烟气的余热排放，最终实现大规模低成本的海水淡化。

技术实现要素：

本发明拟提供一种基于LNG冷能的烟气水合物法海水淡化系统，其目的是采用更为有效的方案进行低成本的水合物法海水淡化，同时实现CO₂捕集以及LNG冷能利用，最终实现大规模海水淡化。

本发明的技术方案：

一种基于LNG冷能的烟气水合物法海水淡化系统，包括制冷系统、烟气捕集系统、水合物生成分离系统、水合物分解系统、CO₂循环系统和控制系统；

所述的制冷系统包括LNG储罐1、气化室11和循环冷媒，调节LNG储罐1的旋拧阀18开度改变LNG气化量，LNG气化吸热，在气化室11将冷能传递给循环冷媒，循环冷媒由输水泵12实现封闭循环，并通过多个换热器13分别与水合物生成前的海水和气体换热，换热后的海水和气体直接进行水合物生成；

所述的烟气捕集系统包括烟气源3、换热式分解室9、第一级生成室5-1和气体分离室6，烟气源3经过换热式分解室9与水合物换热促使水合物分解，再与循环冷媒换热后，依次通过抽气泵15和单向阀20进入第一级生成室5-1，在第一级生成室5-1中与海水生成CO₂水合物，将生成后的残留气体(主要是N₂)、CO₂水合物和残余海水混合物通过混输泵14保压保温送入气体分离室6，混输泵14的蝶阀17自动根据混输泵14的启停而开合，混合物中的残留气体被气体分离室6的抽气泵15分离出去，气体分离室6内留下的CO₂水合物和残余海水依次经过混输泵14被立刻上送入第二级生成室5-2；

所述的水合物生成分离系统包括第二级生成室5-2和液体分离室7，第一级生成室5-1中的CO₂水合物在分离完残余气体后通过混输泵14快速进入第二级生成室5-2中，新进入的海水和CO₂生成CO₂水合物速率大幅提高，将生成后的大量CO₂水合物和残余海水由混输泵14全部送至液体分离室7，液体分离室7将残余海水进行分离并通过闸阀19将废液排出，剩下的纯净CO₂水合物由混输泵14送至抽气式分解室8进行分解；上述过程中混输泵14由控制系统控制；

所述的水合物分解系统将抽气式分解室8和换热式分解室9中CO₂水合物分解得到的淡水送入淡水储罐10，并输出使用，抽气式分解室8的分解压力由抽气泵15控制，换热式分解室9的分解温度由烟气源3换热决定；

所述的CO₂循环系统将抽气式分解室8抽气得到的和换热式分解室9水合物分解多出的CO₂回收到CO₂气罐4，CO₂气罐4用于提供第二级生成室5-2中水合物生成所需CO₂气体，多余的CO₂用于常规方式封存；

所述的控制系统用于控制整个基于LNG冷能的烟气水合物法海水淡化系统的协调运行，智能控制各部分的周期性交替运行，能够根据需要控制各阀门、泵的开合启停与联锁动作；通过调节进入气化室的LNG量，控制循环冷媒温度；分别根据两级生成室的需要，通过输水泵和单向阀自动调整分配进入的海水量；根据实际生产需要，分别控制进入两级生成室的海水量；根据烟气源热容量(气量*温度)，分配换热分解水合物量，其余的水合物均分配到抽气式分解室。

所述的基于LNG冷能的烟气水合物法海水淡化系统，将高温烟气余热回收、并分离捕集所含CO₂，分离出的残余N₂和高浓度海水可用于其他途径需要，所有部分均耐高压二氧化碳和高浓度海水腐蚀，均具有保温保压功能。

本发明的有益效果是：实现CO₂捕集和海水淡化一体化，利用LNG冷能解决水合物法海水淡化冷能来源问题，结构合理、系统精妙；两级水合物生成室，既解决烟气中CO₂捕集，又保证水合物生成量；两种水合物分解室，既利用烟气余热、减少热排放，又实现了CO₂的循环使用与封存，具备较强的烟气源变化承载能力，不受季节及环境的变化影响，具有极大的现实应用价值。

附图说明

图1是本发明系统框图。

图2是本发明系统结构示意图。

图中：1LNG储罐；2海水池；3烟气源；4CO₂气罐；

5-1第一级物生成室；5-2第二级物生成室；6气体分离室；

7液体分离室；8抽气式分解室；9换热式分解室；10淡水储罐；

11气化室；12输水泵；13换热器；14混输泵；15抽气泵；

16减压阀；17蝶阀；18旋拧阀；19闸阀；20单向阀。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

按照图1原理，如图2所示连接所述的系统结构，使用该系统进行基于LNG冷能的烟气水合物法海水淡化，步骤如下：

控制系统启动循环冷媒的输水泵12，同时设定冷媒温度，发布LNG储罐1的旋拧阀18开度指令，调节进入气化室11的LNG量，从而使冷媒达到并维持设定温度；

烟气进入换热式分解室9，与待吸热分解的水合物进行换热，然后通过抽气泵15流经换热器13与循环冷媒换热预冷进入第一级生成室5-1，同时海水通过输水泵12通入第一级生成室5-1，与烟气中的CO₂生成CO₂水合物；生成后的残留气体、残余海水和CO₂水合物的混合物被混输泵14送进气体分离室6，生成CO₂水合物后气体组分中主要是N₂，气体分离室6将混合物中的气体全部抽离出来，留下的CO₂水合物和残余海水混合物继续被混输泵14送进第二级生成室5-2；

第二级生成室5-2的海水与第一级来源相同，而气体由CO₂气罐4提供，CO₂被抽气泵15送入第二级生成室5-2，海水与CO₂均与循环冷媒换热预冷；接下来，混输泵14将含残余海水和CO₂水合物的混合物通入液体分离室7，液体分离室7将混合物中的残余海水废液分离出来并通过闸阀19排出；CO₂水合物经过混输泵14分别进入抽气式分解室8和换热式分解室9，进入两个分解室的CO₂水合物量由控制系统根据烟气源3决策分配；

抽气式分解室8采用降压方式促使CO₂水合物分解，分解得到的淡水通过单向阀20进入淡水储罐10，分解压力由抽气泵15控制，将CO₂气体通过单向阀20送进CO₂气罐4，以保证CO₂水合物持续分解；换热式分解室9采用升温的方式促使CO₂水合物分解，分解得到的淡水通过单向阀20进入淡水储罐10，分解温度由与高温烟气3换热得到，分解多出的CO₂气体通过减压阀16进入CO₂气罐4；CO₂气罐4储存的CO₂主要用于第二级生成室5-2水合物生成所需，多余的CO₂进行常规方式的封存处理。

以上仅为本发明构思下的基本说明，所涉及的一种基于LNG冷能的烟气水合物法海水淡化系统并不仅仅限于以上实施例中所述的结构和步骤，本领域技术人员可以据此设计出类似的系统或者是将所述一种基于LNG冷能的烟气水合物法海水淡化系统中的部分功能独立或整体功能叠加使用，这些都是依据本发明的技术方案所作的等效变换或者使用，均应属于本发明的保护范围。