一種基於LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統的製作方法
2023-05-25 02:43:46 2
本發明屬於水合物應用研究領域，涉及一種基於LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統。
背景技術：
近年來，由於淡水匱乏和溫室效應逐漸成為全球問題，許多國家都在進行相關的研究以解決這些問題，而最有前景的技術就是CO2捕集與海水淡化聯合技術，更確切的說是CO2水合物法海水淡化技術。這種技術的基本原理是利用CO2和海水在一定的低溫高壓下生成水合物(升溫、降壓或二者結合會讓水合物分解)，由於排鹽效應的存在，海水中的鈉、鎂、氯等離子無法進入水合物中，會一直留存在溶液中，因此單獨將水合物進行分解，即可得到淡水。目前，在已公開的專利文獻和研究成果中，水合物法海水淡化技術中，產量和效率仍受水合物生成狀況的限制，更重要的是此技術需要大量能量用來提供低溫環境生成水合物，而LNG(液化天然氣)儲存溫度-162℃，無論是存儲、運輸還是氣化使用過程中都蘊藏了極大的冷能，完全可以用於水合物法海水淡化的製冷。因此，本發明結合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，採用更為簡便有效的方案實現淡水產率和能量利用效率的提高。
本發明擬提供一種基於LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統，其目的是採用更為便利有效的方案進行海水淡化，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,減少煙氣的餘熱排放，最終實現大規模低成本的海水淡化。
技術實現要素：
本發明擬提供一種基於LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統，其目的是採用更為有效的方案進行低成本的水合物法海水淡化，同時實現CO2捕集以及LNG冷能利用，最終實現大規模海水淡化。
本發明的技術方案：
一種基於LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統，包括製冷系統、煙氣捕集系統、水合物生成分離系統、水合物分解系統、CO2循環系統和控制系統；
所述的製冷系統包括LNG儲罐1、氣化室11和循環冷媒，調節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將冷能傳遞給循環冷媒，循環冷媒由輸水泵12實現封閉循環，並通過多個換熱器13分別與水合物生成前的海水和氣體換熱，換熱後的海水和氣體直接進行水合物生成；
所述的煙氣捕集系統包括煙氣源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，再與循環冷媒換熱後，依次通過抽氣泵15和單向閥20進入第一級生成室5-1，在第一級生成室5-1中與海水生成CO2水合物，將生成後的殘留氣體(主要是N2)、CO2水合物和殘餘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內留下的CO2水合物和殘餘海水依次經過混輸泵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水合物在分離完殘餘氣體後通過混輸泵14快速進入第二級生成室5-2中，新進入的海水和CO2生成CO2水合物速率大幅提高，將生成後的大量CO2水合物和殘餘海水由混輸泵14全部送至液體分離室7，液體分離室7將殘餘海水進行分離並通過閘閥19將廢液排出，剩下的純淨CO2水合物由混輸泵14送至抽氣式分解室8進行分解；上述過程中混輸泵14由控制系統控制；
所述的水合物分解系統將抽氣式分解室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，並輸出使用，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循環系統將抽氣式分解室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用於提供第二級生成室5-2中水合物生成所需CO2氣體，多餘的CO2用於常規方式封存；
所述的控制系統用於控制整個基於LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統的協調運行，智能控制各部分的周期性交替運行，能夠根據需要控制各閥門、泵的開合啟停與聯鎖動作；通過調節進入氣化室的LNG量，控制循環冷媒溫度；分別根據兩級生成室的需要，通過輸水泵和單向閥自動調整分配進入的海水量；根據實際生產需要，分別控制進入兩級生成室的海水量；根據煙氣源熱容量(氣量*溫度)，分配換熱分解水合物量，其餘的水合物均分配到抽氣式分解室。
所述的基於LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統，將高溫煙氣餘熱回收、並分離捕集所含CO2，分離出的殘餘N2和高濃度海水可用於其他途徑需要，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。
本發明的有益效果是：實現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，結構合理、系統精妙；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，既利用煙氣餘熱、減少熱排放，又實現了CO2的循環使用與封存，具備較強的煙氣源變化承載能力，不受季節及環境的變化影響，具有極大的現實應用價值。
附圖說明
圖1是本發明系統框圖。
圖2是本發明系統結構示意圖。
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。
具體實施方式
以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施方式。
按照圖1原理，如圖2所示連接所述的系統結構，使用該系統進行基於LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化，步驟如下：
控制系統啟動循環冷媒的輸水泵12，同時設定冷媒溫度，發布LNG儲罐1的旋擰閥18開度指令，調節進入氣化室11的LNG量，從而使冷媒達到並維持設定溫度；
煙氣進入換熱式分解室9，與待吸熱分解的水合物進行換熱，然後通過抽氣泵15流經換熱器13與循環冷媒換熱預冷進入第一級生成室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；生成後的殘留氣體、殘餘海水和CO2水合物的混合物被混輸泵14送進氣體分離室6，生成CO2水合物後氣體組分中主要是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水合物和殘餘海水混合物繼續被混輸泵14送進第二級生成室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均與循環冷媒換熱預冷；接下來，混輸泵14將含殘餘海水和CO2水合物的混合物通入液體分離室7，液體分離室7將混合物中的殘餘海水廢液分離出來並通過閘閥19排出；CO2水合物經過混輸泵14分別進入抽氣式分解室8和換熱式分解室9，進入兩個分解室的CO2水合物量由控制系統根據煙氣源3決策分配；
抽氣式分解室8採用降壓方式促使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CO2氣罐4，以保證CO2水合物持續分解；換熱式分解室9採用升溫的方式促使CO2水合物分解，分解得到的淡水通過單向閥20進入淡水儲罐10，分解溫度由與高溫煙氣3換熱得到，分解多出的CO2氣體通過減壓閥16進入CO2氣罐4；CO2氣罐4儲存的CO2主要用於第二級生成室5-2水合物生成所需，多餘的CO2進行常規方式的封存處理。
以上僅為本發明構思下的基本說明，所涉及的一種基於LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統並不僅僅限於以上實施例中所述的結構和步驟，本領域技術人員可以據此設計出類似的系統或者是將所述一種基於LNG冷能的煙氣水合物法海水淡化系統中的部分功能獨立或整體功能疊加使用，這些都是依據本發明的技術方案所作的等效變換或者使用，均應屬於本發明的保護範圍。