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一種基于LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:11093211閱讀:604來源:國知局
一種基于LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統(tǒng)的制造方法與工藝

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,由于淡水匱乏和溫室效應(yīng)逐漸成為全球問題,許多國家都在進(jìn)行相關(guān)的研究以解決這些問題,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、氯等離子無法進(jìn)入水合物中,會一直留存在溶液中,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)需要大量能量用來提供低溫環(huán)境生成水合物,而LNG(液化天然氣)儲存溫度-162℃,無論是存儲、運(yùn)輸還是氣化使用過程中都蘊(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儲罐1、氣化室11和循環(huán)冷媒,調(diào)節(jié)LNG儲罐1的旋擰閥18開度改變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),并通過多個換熱器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、第一級生成室5-1和氣體分離室6,煙氣源3經(jīng)過換熱式分解室9與水合物換熱促使水合物分解,再與循環(huán)冷媒換熱后,依次通過抽氣泵15和單向閥20進(jìn)入第一級生成室5-1,在第一級生成室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自動根據(jù)混輸泵14的啟停而開合,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)過混輸泵14被立刻上送入第二級生成室5-2;

所述的水合物生成分離系統(tǒng)包括第二級生成室5-2和液體分離室7,第一級生成室5-1中的CO2水合物在分離完殘余氣體后通過混輸泵14快速進(jìn)入第二級生成室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、泵的開合啟停與聯(lián)鎖動作;通過調(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)兩級生成室的需要,通過輸水泵和單向閥自動調(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)煔庥酂峄厥铡⒉⒎蛛x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源問題,結(jié)構(gòu)合理、系統(tǒng)精妙;兩級水合物生成室,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)用價值。

附圖說明

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儲罐;2海水池;3煙氣源;4CO2氣罐;

5-1第一級物生成室;5-2第二級物生成室;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。

按照圖1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)啟動循環(huán)冷媒的輸水泵12,同時設(shè)定冷媒溫度,發(fā)布LNG儲罐1的旋擰閥18開度指令,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)入第一級生成室5-1,同時海水通過輸水泵12通入第一級生成室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,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)第二級生成室5-2;

第二級生成室5-2的海水與第一級來源相同,而氣體由CO2氣罐4提供,CO2被抽氣泵15送入第二級生成室5-2,海水與CO2均與循環(huán)冷媒換熱預(yù)冷;接下來,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并通過閘閥19排出;CO2水合物經(jīng)過混輸泵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單向閥20進(jìn)入淡水儲罐10,分解壓力由抽氣泵15控制,將CO2氣體通過單向閥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單向閥20進(jìn)入淡水儲罐10,分解溫度由與高溫?zé)煔?換熱得到,分解多出的CO2氣體通過減壓閥16進(jìn)入CO2氣罐4;CO2氣罐4儲存的CO2主要用于第二級生成室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。

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