CN105056846A - 一种工质可循环利用的冷却系统与工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工质可循环利用的冷却系统与工艺；该冷却系统包括CO₂水合物合成装置、C粉喷射装置、高温腔、气体分离装置、燃烧室、H₂O/CO₂分离装置；CO₂水合物合成装置和C粉喷射装置分别与高温腔连通，高温腔与气体分离装置连通，气体分离装置的两个出口分别与燃烧室和H₂O/CO₂分离装置连通，燃烧室与H₂O/CO₂分离装置连通，H₂O/CO₂分离装置的两个出口分别与CO₂水合物合成装置连通；本发明利用可进行吸热反应冷却工质的化学热沉，移除热量高于纯水喷雾冷却的4-6倍，帮助实际生产过程中有类似高温腔这样即需降温又可废热再利用的场合进行快速冷却和废热回收；实现高温腔的冷却并使得冷却工质循环利用。

Description

一种工质可循环利用的冷却系统与工艺

技术领域

本发明涉及一种冷却工艺，特别是涉及一种冷却工质可循环利用、移除高热流的冷却系统工艺，属于工程热物理技术领域。

背景技术

随着高新科技日新月异的发展，出现了高热流密度甚至超高热密度的场合。传统的强迫风冷、水相变、池沸腾到近年发展较快的喷雾冷却、微槽道冷却和微射流阵列冷却等冷却技术都不断的发展改进，旨在能够提升自身的热移除能力，但是许多领域比如航空领域中燃气涡轮为了提高能量效率和输出功率，一般工作温度在1300-1500℃，这样会缩短叶片乃至机器整体的寿命，可是现有空气冷却技术的提升空间逐渐变小，冷气流量也不可能无限增长，这就急需研究冷却新概念和新的高效冷却方式。

发明内容

针对现有理念和技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种冷却降温效果显著，在热量传递移除的同时，冷却工质实现大部分的循环再利用，反应条件可控、安全高效和经济的工质可循环利用的冷却系统与工艺。

本发明提出相变/化学反应耦合吸热移除高热流的工艺，相变/化学反应耦合吸热冷却手段不仅利用了冷却工质的相变潜热，更将冷却工质的快速吸热反应利用起来，既能回收大量有用热，且可以达到冷却降温的效果。本发明中的反应工质选用CO₂、H₂O和C粉，CO₂和H₂O作为原料在水合物合成装置中被合成为CO₂水合物，并循环利用。作为反应的C粉则需要适量补充。本发明设计了一种工质可循环利用的冷却系统工艺，在热量传递移除的同时，冷却工质实现大部分的循环再利用。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种工质可循环利用的冷却系统，包括CO₂水合物合成装置、C粉喷射装置、高温腔、气体分离装置、燃烧室、H₂O/CO₂分离装置；所述CO₂水合物合成装置和C粉喷射装置分别与高温腔连通，高温腔与气体分离装置连通，气体分离装置的两个出口分别与燃烧室和H₂O/CO₂分离装置连通，燃烧室与H₂O/CO₂分离装置连通，H₂O/CO₂分离装置的两个出口分别与CO₂水合物合成装置连通；

所述的CO₂水合物合成装置包括：水合物反应器、水合物/H₂O分离储存器、水储罐、气体冷却器、CO₂高压气瓶、气体循环压缩机和气体储存与缓冲罐；水合物反应器内下端设有反应器内冷却器，反应器内冷却器和H₂O/CO₂分离装置通过管道汇合后与水合物/H₂O分离储存器连通；水合物/H₂O分离储存器还通过管道分别与水储罐和水合物泵连接；水合物泵连接高温腔；水储罐通过管道与水合物反应器连接；CO₂高压气瓶通过管道连接气体储存与缓冲罐；水合物反应器通过管道连接气体出口压力调节阀，气体出口压力调节阀通过管道连接气体储存与缓冲罐；气体储存与缓冲罐与气体循环压缩机连接，气体储存与缓冲罐和气体循环压缩机分别通过管道与气体冷却器连接；气体冷却器通过管道与水合物反应器连接；气体储存与缓冲罐还与H₂O/CO₂分离装置连接；

所述的C粉喷射装置包括腔体、喷嘴、后盖、C粉喷嘴、压缩蒸汽喷嘴、C粉输送管和压缩蒸汽输送管；腔体上端设有后盖，下端设有喷嘴；C粉喷嘴和压缩蒸汽喷嘴设置在腔体中，C粉喷嘴的位置较低于压缩蒸汽喷嘴；C粉输送管和压缩蒸汽输送管分别与C粉喷嘴和压缩蒸汽喷嘴连接；喷嘴与高温腔连接。

为进一步实现本发明目的，优选地，反应器内冷却器和H₂O/CO₂分离装置通过管道汇合后与水合物/H₂O分离储存器连通的管道上设有压力调节阀和出口流量计。

优选地，水储罐与水合物反应器连接的管道上设有水泵、进口水流量计和低温水取样口。

优选地，水合物反应器连接气体出口压力调节阀的管道上设有气体出口流量计。

优选地，气体冷却器与水合物反应器连接的管道上设有气体进口流量计。

优选地，所述水合物反应器为水合物合成反应釜。

优选地，所述高温腔的腔体壁面高热流由外部热源提供，高温腔为反应介质C粉和CO₂水合物提供反应场所。

应用所述冷却系统的工质可循环利用的冷却工艺，包括以下步骤：

1)水储罐中的水与气体储存与缓冲罐中的CO₂气体在低温高压环境下于水合物反应器中被连续合成为CO₂水合物，CO₂水合物随未反应的水一同流动，其中水来源于水合物反应器中经水合物/H₂O分离储存器分离后未被利用的水以及来自H₂O/CO₂分离装置的循环水，CO₂气体来源于水合物反应器中未被利用的CO₂气体，CO₂高压气瓶中的CO₂气体以及来自H₂O/CO₂分离装置中的循环CO₂，一起被通入气体储存与缓冲罐25；

2)动力蒸汽由压缩蒸汽输送管通入，C粉在压缩蒸汽吹动下喷射入高温腔内；

3)CO₂水合物由CO₂水合物合成装置被泵入高温腔内，在高温腔内室温下便可吸热气化，气化后的H₂O气体在常压下、温度在250℃以上与C粉发生吸热反应，气化后的CO₂气体在常压下、温度在650℃以上与C粉发生吸热化学反应，气化吸热反应如下：

CO₂·6H₂O_(s)→CO_2(g)+6H₂O_(g)；Q＝60.2kJ/mol(1)

CO_2(g)+C_(s)→2CO_(g)；Q＝172.5kJ/mol(2)

H₂O_(g)+C_(s)→H_2(g)+CO_(g)；Q＝131.3kJ/mol(3)

反应式(1)表示CO₂水合物吸热分解成CO₂气体和H₂O蒸汽；反应式(2)表示CO₂气体与C粉发生吸热反应生成CO气体；反应式(3)表示H₂O蒸汽与C粉发生另一吸热反应生成H₂气体和CO气体；

4)高温腔中反应后气体通入气体分离装置，气体中的CO和H₂经气体分离装置分离后储备为再次燃烧的能源，而CO₂和H₂O气体则被通入H₂O/CO₂分离装置；

5)被气体分离装置分离后的CO和H₂气体被通入燃烧室，在燃烧室中充分燃烧；

6)充分燃烧后的气态产物进入H₂O/CO₂分离装，以及来自气体分离装置的CO₂和H₂O，一同被分离为H₂O和CO₂气体，分别进入CO₂水合物合成装置作为CO₂水合物合成所用原料，实现工质的循环利用。

优选地，所述的低温高压环境下的压力为2-5.5MPa，温度为1-4.5℃。

本发明的有益效果在于：

1、本发明利用可进行吸热反应冷却工质的化学热沉，移除热量高于纯水喷雾冷却的4-6倍，帮助实际生产过程中有类似高温腔这样即需降温又可废热再利用的场合进行快速冷却和废热回收；实现高温腔的冷却并使得冷却工质循环利用；

2、本发明中合成CO₂水合物冷却工质的CO₂、H₂O均循环利用，全过程只需补充C粉和氧气，可实现冷却工质循环利用；

3、本发明利用冷却工质的化学吸热反应回收余热，生成热值更高的产物CO和H₂，可燃烧释放热量作为动力能源，这样也实现了能量的循环利用。

附图说明

图1为工质可循环利用的冷却系统的结构示意图；

图2为图1中的CO₂水合物合成装置的结构示意图；

图3为图1中的C粉喷射装置的结构示意图；

图中示出：CO₂水合物合成装置1、C粉喷射装置2、高温腔3、气体分离装置4、燃烧室5、H₂O/CO₂分离装置6、水合物反应器7、水合物/H₂O分离储存器8、水合物泵9、水合物出口流量计10、低温水取样口11、进口水流量计12、水泵13、第一排污阀14、水储罐15、压力调节阀16、出口流量计17、反应器内冷却器18、第二排污阀19、气体进口流量计20、气体冷却器21、安全阀22、CO₂高压气瓶23、气体循环压缩机24、气体储存与缓冲罐25、放空阀26、气体出口压力调节阀27、气体出口流量计28、腔体29、喷嘴30、后盖31、C粉喷嘴32、压缩蒸汽喷嘴33、C粉输送管34、压缩蒸汽输送管35。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限如此。

如图1所示，一种工质可循环利用的冷却系统，包括CO₂水合物合成装置1、C粉喷射装置2、高温腔3、气体分离装置4、燃烧室5、H₂O/CO₂分离装置6；所述的CO₂水合物合成装置1和C粉喷射装置2分别与高温腔3连通，高温腔3与气体分离装置4连通，气体分离装置4的两个出口分别与燃烧室5和H₂O/CO₂分离装置6连通，燃烧室5与H₂O/CO₂分离装置6连通，H₂O/CO₂分离装置6的两个出口分别与CO₂水合物合成装置1的H₂O和CO₂两个进口连通。

如图2所示，所述的CO₂水合物合成装置包括：水合物反应器7、水合物/H₂O分离储存器8、水储罐15、气体冷却器21、CO₂高压气瓶23、气体循环压缩机24、气体储存与缓冲罐25；还包括水合物泵9、水合物出口流量计10、低温水取样口11、进口水流量计12、水泵13、第一排污阀14、压力调节阀16、出口流量计17、第二排污阀19、气体进口流量计20、安全阀22、放空阀26、气体出口压力调节阀27、气体出口流量计28；水合物反应器7内下端设有反应器内冷却器18，反应器内冷却器18和H₂O/CO₂分离装置6通过管道汇合后与水合物/H₂O分离储存器8连通，连通的管道上设有压力调节阀16和出口流量计17；水合物/H₂O分离储存器8还通过管道分别与水储罐15和水合物泵9连接；水合物泵9连接高温腔3；水储罐15通过管道与水合物反应器7连接，连接管道上设有水泵13、进口水流量计12和低温水取样口11；CO₂高压气瓶23通过管道连接和气体储存与缓冲罐25；水合物反应器7通过管道连接气体出口压力调节阀27，连接的管道上设有气体出口流量计28，气体出口压力调节阀27通过管道连接气体储存与缓冲罐25；气体储存与缓冲罐25与气体循环压缩机24连接，气体储存与缓冲罐25和气体循环压缩机24分别通过管道与气体冷却器21连接；气体冷却器21通过管道与水合物反应器7连接，连接的管道上设有气体进口流量计20；气体储存与缓冲罐25还与H₂O/CO₂分离装置6连接；气体储存与缓冲罐25还通过管道连接放空阀26。

来自气体进口流量计20的CO₂气体由反应气体进口管和进口水流量计12的H₂O由反应水进口管在水合物反应器7中低温高压环境下合成CO₂水合物，生成的CO₂水合物通过水合物出口管和来自H₂O/CO₂分离装置6的循环水一起流入水合物/H₂O分离储存器8，经水合物/H₂O分离储存器8分离后的H₂O进入水储罐15，而后经水泵13由进口水流量计12泵入由反应水进口管水合物反应器7，在进口水流量计12后设有低温水取样口11，对进入水合物反应器7的H₂O进行测温，实现系统的H₂O利用循环；经水合物/H₂O分离储存器8分离后的CO₂水合物经水合物出口流量计10，由水合物泵9排出系统；水合物/H₂O分离储存器8前部安装有第二排污阀19，水储罐15后安装有第一排污阀14；

水合物反应器7中未反应完的由未反应气出口管经气体出口流量计28的CO₂气体以及来自H₂O/CO₂分离装置6的CO₂气体由循环反应气进口管一起进入气体储存与缓冲罐25，而后经过气体循环压缩机24压缩、气体冷却器21降温后，再经过气体进口流量计20测量后进入水合物反应器7，实现系统的CO₂利用循环。

(1)CO₂气体循环：水合物反应器7中未反应掉的CO₂气体流出后经气体出口流量计28由气体出口压力调节阀27调节通入气体储存与缓冲罐25，气体储存与缓冲罐25中同时储存来自H₂O/CO₂分离装置6的CO₂气体汇合，CO₂高压气瓶23和气体储存与缓冲罐25中的CO₂气体汇合后经气体循环压缩机24压缩、气体冷却器21降温后进入水合物反应器7。

(2)H₂O循环：水合物反应器7中未反应掉的H₂O和生成的CO₂水合物，以及来自H₂O/CO₂分离装置6的H₂O汇合后通过压力调节阀16、出口流量计17进入水合物/H₂O分离储存器8，水合物/H₂O分离储存器8分离后的CO₂水合物经水合物泵9通入高温腔3，由水合物/H₂O分离储存器8分离后的水通入水储罐15中被降温，水储罐15中的低温H₂O再由水泵13被泵入水合物反应器7，经喷雾喷嘴雾化后与CO₂气体进行充分接触。

来自反应气体进口管的CO₂和来自反应水进口管的H₂O在由反应器内冷却器18降温后的水合物反应器7中形成CO₂水合物。

如图3所示，所述的C粉喷射装置2包括腔体29、喷嘴30、后盖31、C粉喷嘴32、压缩蒸汽喷嘴33、C粉输送管34和压缩蒸汽输送管35；腔体29上端设有后盖31，下端设有喷嘴30；C粉喷嘴32和压缩蒸汽喷嘴33设置在腔体29中，C粉喷嘴32的位置较低于压缩蒸汽喷嘴33；C粉输送管34和压缩蒸汽输送管35分别与C粉喷嘴32和压缩蒸汽喷嘴33连接；喷嘴30与高温腔3连接。

C粉输送管34通入的C粉从C粉喷嘴32喷出，动力蒸汽起到分散C粉的作用，并且可以参与反应，由动力蒸汽输送管35从压缩蒸汽喷嘴33喷出，蒸汽吹送C粉共同进入腔体29，在腔体29内C粉充分雾化，压缩蒸汽即作为推射C粉的动力源，又是进入高温腔3的反应物，C粉和压缩蒸汽混合经喷嘴30喷射入高温腔3；C粉喷嘴32、压缩蒸汽喷嘴33均包含在由腔体29、后盖31提供的空腔内，C粉和压缩蒸汽在喷嘴30前充分混合。

水合物反应器7为能提供低温高压环境的一般水合物合成反应釜即可；水合物/H₂O分离储存器8是通过利用过滤法原理将水合物/H₂O混合物分离成CO₂水合物和H₂O；气体分离装置4利用多级精馏分离法分离成H₂O/CO₂和CO/H₂；H₂O/CO₂分离装置6根据不同物质间沸点差异由精馏法分离成H₂O和CO₂气体。

高温腔3的腔体壁面高热流由外部热源提供，高温腔3为反应介质C粉和CO₂水合物提供反应场所；在实际生产工作中，高温腔3的腔体壁面可以是某些急需降温冷却的高热流密度或者高温环境存在的界面，比如航空领域所用燃气轮机的透平叶片、大功率半导体激光器表面、高超音速飞行器头部表面等冷却降温，本发明冷却反应工艺通过物理/化学耦合吸热将界面的废热吸收形成热沉并通过生成物带走。

燃烧室5内由外界供氧，发生CO/H₂混合可燃气体的充分燃烧反应，将化学能转换成热能，燃烧室5可以用于进一步外接热动机械装置或者其他能量转换装置，这样就将水合物吸收的废热重新利用，燃烧所生成的CO₂和H₂O进入H₂O/CO₂分离装置6。

一种工质可循环利用的冷却工艺，包括如下步骤：

1)水储罐15中的水与气体储存与缓冲罐25(所有气体都是在气体储存与缓冲罐25中汇合后再进入反应器的)中的CO₂气体在低温高压环境下，压力一般为2-5.5MPa，温度为1-4.5℃下在水合物反应器7中被连续合成为CO₂水合物，CO₂水合物随未反应的水一同流动，其中水来源于水合物反应器7中经水合物/H₂O分离储存器8分离后未被利用的水以及来自图1中H₂O/CO₂分离装置6的循环水，同样CO₂气体来源于水合物反应器7中未被利用的CO₂气体，CO₂高压气瓶23中的CO₂气体以及来自图1中H₂O/CO₂分离装置6中的循环CO₂，一起被通入气体储存与缓冲罐25。

第二步、动力蒸汽由压缩蒸汽输送管35通入，C粉在压缩蒸汽吹动下喷射入高温腔3内。

第三步、CO₂水合物由CO₂水合物合成装置1被泵入高温腔3内，在高温腔3内室温下便可吸热气化，气化后的H₂O气体在常压下、温度在250℃以上便可与C粉发生吸热反应，气化后的CO₂气体在常压下、温度在650℃以上便可与C粉发生吸热化学反应，气化吸热反应如下：

CO₂·6H₂O_(s)→CO_2(g)+6H₂O_(g)；Q＝60.2kJ/mol(1)

CO_2(g)+C_(s)→2CO_(g)；Q＝172.5kJ/mol(2)

H₂O_(g)+C_(s)→H_2(g)+CO_(g)；Q＝131.3kJ/mol(3)

反应式(1)表示CO₂水合物吸热分解成CO₂气体和H₂O蒸汽，反应吸热量60.2kJ/mol；反应式(2)表示CO₂气体与C粉发生吸热反应生成CO气体，此时反应吸热量为172.5kJ/mol；反应式(3)表示H₂O蒸汽与C粉发生另一吸热反应生成H₂气体和CO气体，反应吸热量为131.3kJ/mol。

第四步、高温腔中反应后气体通入气体分离装置4，气体中的CO和H₂经气体分离装置分离后储备为再次燃烧的能源，而CO₂和H₂O气体则被通入H₂O/CO₂分离装置6。

第五步、被气体分离装置分离后的CO和H₂气体被通入燃烧室5，在燃烧室5中充分燃烧，生成的产物是带有很高热量的媒介，可进行热交换进一步与其它能源转换装置连接，将这些热量进一步利用起来。

第六步、充分燃烧后的气态产物进入H₂O/CO₂分离装6，以及来自气体分离装置4的CO₂和H₂O，一同被分离为H₂O和CO₂气体，分别进入CO₂水合物合成装置6作为CO₂水合物合成所用原料，实现工质的循环利用。

本发明的有益效果在于：

1、本工艺反应利用可进行吸热反应冷却工质的化学热沉，移除热量高于纯水喷雾冷却的4-6倍，并且由于吸热化学反应的快速性，比现有冷却技术移除热量都快，帮助实际大型生产生活过程中，例如航空领域先进的燃气涡轮发动机、高超声速飞行器机头、大型热交换器等高温高热流场合，起到快速高效移除热量的作用，保护生产生活设施整体性能和使用寿命，如果条件成熟和允许，甚至可以将移除的热量进行高效回收；

2、本发明工艺中可实现CO₂水合物的瞬时合成，并且合成CO₂水合物冷却工质的CO₂、H₂O均循环利用，全过程只需补充C粉和氧气，可实现冷却工质循环利用的新技术；

3、利用冷却工质的化学吸热反应回收余热，生成热值更高的产物CO和H₂，可燃烧释放热量作为动力能源，这样也实现了能量的循环利用。

以上所述乃是本发明的具体实施方式，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种工质可循环利用的冷却系统，其特征在于，包括CO₂水合物合成装置、C粉喷射装置、高温腔、气体分离装置、燃烧室、H₂O/CO₂分离装置；所述CO₂水合物合成装置和C粉喷射装置分别与高温腔连通，高温腔与气体分离装置连通，气体分离装置的两个出口分别与燃烧室和H₂O/CO₂分离装置连通，燃烧室与H₂O/CO₂分离装置连通，H₂O/CO₂分离装置的两个出口分别与CO₂水合物合成装置连通；

所述的CO₂水合物合成装置包括：水合物反应器、水合物/H₂O分离储存器、水储罐、气体冷却器、CO₂高压气瓶、气体循环压缩机和气体储存与缓冲罐；水合物反应器内下端设有反应器内冷却器，反应器内冷却器和H₂O/CO₂分离装置通过管道汇合后与水合物/H₂O分离储存器连通；水合物/H₂O分离储存器还通过管道分别与水储罐和水合物泵连接；水合物泵连接高温腔；水储罐通过管道与水合物反应器连接；CO₂高压气瓶通过管道连接气体储存与缓冲罐；水合物反应器通过管道连接气体出口压力调节阀，气体出口压力调节阀通过管道连接气体储存与缓冲罐；气体储存与缓冲罐与气体循环压缩机连接，气体储存与缓冲罐和气体循环压缩机分别通过管道与气体冷却器连接；气体冷却器通过管道与水合物反应器连接；气体储存与缓冲罐还与H₂O/CO₂分离装置连接；

所述的C粉喷射装置包括腔体、喷嘴、后盖、C粉喷嘴、压缩蒸汽喷嘴、C粉输送管和压缩蒸汽输送管；腔体上端设有后盖，下端设有喷嘴；C粉喷嘴和压缩蒸汽喷嘴设置在腔体中，C粉喷嘴的位置较低于压缩蒸汽喷嘴；C粉输送管和压缩蒸汽输送管分别与C粉喷嘴和压缩蒸汽喷嘴连接；喷嘴与高温腔连接。

2.根据权利要求1所述的工质可循环利用的冷却系统，其特征在于，反应器内冷却器和H₂O/CO₂分离装置通过管道汇合后与水合物/H₂O分离储存器连通的管道上设有压力调节阀和出口流量计。

3.根据权利要求1所述的工质可循环利用的冷却系统，其特征在于，水储罐与水合物反应器连接的管道上设有水泵、进口水流量计和低温水取样口。

4.根据权利要求1所述的工质可循环利用的冷却系统，其特征在于，水合物反应器连接气体出口压力调节阀的管道上设有气体出口流量计。

5.根据权利要求1所述的工质可循环利用的冷却系统，其特征在于，气体冷却器与水合物反应器连接的管道上设有气体进口流量计。

6.根据权利要求1所述的工质可循环利用的冷却系统，其特征在于，所述水合物反应器为水合物合成反应釜。

7.根据权利要求1所述的工质可循环利用的冷却系统，其特征在于，所述高温腔的腔体壁面高热流由外部热源提供，高温腔为反应介质C粉和CO₂水合物提供反应场所。

8.应用权利要求1-7任一项所述冷却系统的工质可循环利用的冷却工艺，其特征在于包括以下步骤：

1)水储罐中的水与气体储存与缓冲罐中的CO₂气体在低温高压环境下于水合物反应器中被连续合成为CO₂水合物，CO₂水合物随未反应的水一同流动，其中水来源于水合物反应器中经水合物/H₂O分离储存器分离后未被利用的水以及来自H₂O/CO₂分离装置的循环水，CO₂气体来源于水合物反应器中未被利用的CO₂气体，CO₂高压气瓶中的CO₂气体以及来自H₂O/CO₂分离装置中的循环CO₂，一起被通入气体储存与缓冲罐25；

2)动力蒸汽由压缩蒸汽输送管通入，C粉在压缩蒸汽吹动下喷射入高温腔内；

3)CO₂水合物由CO₂水合物合成装置被泵入高温腔内，在高温腔内室温下便可吸热气化，气化后的H₂O气体在常压下、温度在250℃以上与C粉发生吸热反应，气化后的CO₂气体在常压下、温度在650℃以上与C粉发生吸热化学反应，气化吸热反应如下：

CO₂·6H₂O_(s)→CO_2(g)+6H₂O_(g)；Q＝60.2kJ/mol(1)

CO_2(g)+C_(s)→2CO_(g)；Q＝172.5kJ/mol(2)

H₂O_(g)+C_(s)→H_2(g)+CO_(g)；Q＝131.3kJ/mol(3)

反应式(1)表示CO₂水合物吸热分解成CO₂气体和H₂O蒸汽；反应式(2)表示CO₂气体与C粉发生吸热反应生成CO气体；反应式(3)表示H₂O蒸汽与C粉发生另一吸热反应生成H₂气体和CO气体；

4)高温腔中反应后气体通入气体分离装置，气体中的CO和H₂经气体分离装置分离后储备为再次燃烧的能源，而CO₂和H₂O气体则被通入H₂O/CO₂分离装置；

5)被气体分离装置分离后的CO和H₂气体被通入燃烧室，在燃烧室中充分燃烧；

6)充分燃烧后的气态产物进入H₂O/CO₂分离装，以及来自气体分离装置的CO₂和H₂O，一同被分离为H₂O和CO₂气体，分别进入CO₂水合物合成装置作为CO₂水合物合成所用原料，实现工质的循环利用。

9.根据权利要求8所述的工质可循环利用的冷却工艺，其特征在于，所述的低温高压环境下的压力为2-5.5MPa，温度为1-4.5℃。