CN114618381A - 一种利用lng冷能生成co2水合物并兼作制冷剂的制备系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用LNG冷能生成CO2水合物并兼作制冷剂的制备系统，包括供气装置、注入泵、水合物发生装置、空调机组、汽化器、LNG储存罐、供冷管路以及制冷液循环管路，所述供气装置的进气端连接有CO2气体源，供气装置的出气端通过管线及注入泵与水合物发生装置相连接，水合物发生装置内部安装有搅拌装置，水合物发生装置与空调机组相连接，LNG储存罐与汽化器相连接，汽化器内部设有与供冷管路相连接的天然气换热管。本发明通过水合物发生装置生成的二氧化碳水合物作为优质的载冷剂，将LNG气化产生的冷量进行合理再利用，利用二氧化碳水合物具有的较好流动性，从而将冷量合理输送至需要制冷的客户端，使得资源得到充分的利用。
Description
技术领域
本发明涉及LNG冷能利用技术领域，尤其是一种利用LNG冷能生成CO2水合物并兼作制冷剂的制备系统。
背景技术
目前，用于空调的蓄冷方式较多，按蓄冷介质种类可分为水蓄冷、冰蓄冷、共晶盐蓄冷和气体水合物蓄冷。其中的气体水合物蓄冷克服了冰蓄冷效率低、水蓄冷密度小、共晶盐换热效率低而且易老化失效等蓄冷介质的缺点，具有蓄冷密度大、蓄冷效率高等优点，因此气体水合物是较为理想的新一代蓄冷工质。
利用LNG低温传热已有很多方面的研究，目前LNG冷能利用主要受到两大方面问题的影响：(1)、利用LNG冷能生成的水合物产品与如何下游产业有效衔接，是LNG冷能利用面临的一大问题，LNG冷能利用产品的销售受下游产业需求的影响较大，尤其在下游产业存在季节性波动时，产业融合困难。(2)、目前的 LNG低温换热介质存在着不具备普遍适用性、换热效率低、设备成本高、过程控制难，以及面对LNG气化流量或下游用户冷量负荷变化时系统运行稳定性等问题。因此，解决目前进行LNG冷能利用的技术关键在于LNG冷能利用设备及工艺的优化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种利用LNG冷能生成CO2水合物并兼作制冷剂的制备系统，以期实现LNG接收站或卫星站内部的能量高效利用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用LNG冷能生成CO2水合物并兼作制冷剂的制备系统，包括供气装置、多个注入泵、水合物发生装置、空调机组、汽化器、LNG储存罐、供冷管路以及制冷液循环管路，所述供气装置上安装有进气阀以及出气阀，所述的进气阀的进气端端部连接有CO2气体源，所述的出气阀出气端通过管线及注入泵与水合物发生装置相连接；
所述水合物发生装置包括高压反应釜以及第一控制阀，所述高压反应釜内部安装有搅拌装置，所述水合物发生装置通过第一控制阀、两个注入泵和制冷液循环管路与空调机组相连接；
所述供冷管路环绕设置在水合物发生装置上，所述供冷管路与汽化器之间通过第二控制阀连接；
所述LNG储存罐上安装有第三控制阀，所述LNG储存罐通过第三控制阀、管线和注入泵与汽化器相连接；
所述汽化器内部设有天然气换热管，所述天然气换热管与供冷管路相连接，且所述供冷管路上安装有低温循环泵。
具体说，所述的CO2气体源包括碳捕集装置，所述碳捕集装置具有依次管路连接的预处理装置、吸收塔以及再生塔。
进一步地，所述的高压反应釜上端设有向高压反应釜内部添加SDS添加剂的加料口。
优选地，所述的高压反应釜与供气装置之间安装有减压阀，所述减压阀的进口压力为0～15MPa、出口压力为0～6MPa。
为方便检测反应流量、压力计温度，所述的高压反应釜与供气装置之间安装有气体流量计，所述高压反应釜上安装有铂电阻温度传感器和压力传感器；所述的气体流量计、铂电阻温度传感器和压力传感器输出端连接至数据采集终端。
进一步地，所述的汽化器上设有天然气排出口，所述天然气排出口连接至天然气储存装置。
优选地，所述的搅拌装置为磁力耦合搅拌装置，且所述磁力耦合搅拌装置的转速可调。
本发明的有益效果是：本发明通过供气装置向水合物发生装置提供二氧化碳来源，并由注入泵提供高压环境，同时汽化器将液态的LNG气化，气化过程中吸收热量，为水合物发生装置提供低温环境，所生成的CO2水合物制冷液通过空调机组对员工宿舍及调控中心等场所进行制冷降温，整个过程降低了大气中二氧化碳含量，减少了大气污染，充分利用了LNG气化产生的冷量，将LNG气化产生的冷量进行合理再利用，通过水合物生成装置生成的二氧化碳水合物作为优质的载冷剂，可以将冷量合理地输送到需要制冷的客户端，使得资源得到充分的利用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、供气装置；2、注入泵；3、水合物发生装置；4、空调机组； 5、汽化器；6、LNG储存罐；7、供冷管路；8、制冷液循环管路；9、进气阀；10、出气阀；11、高压反应釜；12、第一控制阀；13、搅拌装置；14、第二控制阀；15、第三控制阀；16、碳捕集装置；17、预处理装置；18、吸收塔；19、再生塔；20、加剂口；21、减压阀；22、气体流量计；23、铂电阻温度传感器；24、压力传感器；25、天然气排出口。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种利用LNG冷能生成CO2水合物并兼作制冷剂的制备系统，包括供气装置1、多个注入泵2、水合物发生装置3、空调机组4、汽化器5、LNG 储存罐6、供冷管路7以及制冷液循环管路8，所述供气装置1上安装有进气阀 9以及出气阀10，方便控制CO2气体的进入和排出，供气装置1为一个能够对CO2气体进行储存的高压腔体，所述供气装置1的进气阀9进气端连接有CO2气体源，所述供气装置1的出气阀10出气端通过管线和注入泵2与水合物发生装置3相连接。
所述CO2气体源由碳捕集装置16采集，所述碳捕集装置16包括预处理装置 17、吸收塔18以及再生塔19，碳捕集装置16先由预处理装置17对烟气进行脱硝、除尘、脱硫预处理，脱除烟气中对后续工艺有害的物质，然后在吸收塔18 内复合溶液与烟气中的二氧化碳发生反应，将二氧化碳与烟气分离，其后在再生塔19内将其生成物分解，从而释放出二氧化碳，能够为整个过程提供足够的二氧化碳来源，降低了大气中二氧化碳的含量，减少大气污染，有利于控制碳排放。
所述水合物发生装置3包括高压反应釜11以及多个第一控制阀12，所述高压反应釜11内部配有搅拌装置13，所述搅拌装置13为磁力耦合搅拌装置，且所述磁力耦合搅拌装置的转速可调，磁力耦合搅拌装置能够对高压反应釜11内部的高压环境进行搅拌，从而能够提高反应效率和反应效果。
所述水合物发生装置3通过两个第一控制阀12、两个注入泵2及制冷液循环管路8与空调机组4相连接，所述供冷管路7环绕设置在高压反应釜11外周，能够为高压反应釜11提供低温反应环境，且所述供冷管路7与汽化器5之间通过第二控制阀14管路连接。
所述LNG储存罐6连接有第三控制阀15，所述LNG储存罐6通过第三控制阀15、管线和注入泵2与汽化器5相连接；所述汽化器5内部设有天然气换热管，所述天然气换热管与供冷管路7相接触连接，且所述供冷管路7上安装有对供冷管路7中的乙二醇冷媒进行循环的低温循环泵。
所述的高压反应釜11上端设有向高压反应釜11内部添加SDS添加剂的加料口20，SDS即十二烷基硫酸钠，是一种解于水时具有阴离子性质的表面活性剂，表面活性剂溶于水后，由于其吸附作用能显著降低表面张力，改变体系界面状态，从而产生增溶、润湿、乳化、起泡作用，在二氧化碳水合物生成体系中加入添加剂SDS能够缩短诱导时间，加快其生成速率，防止出现沉淀现象，改善二氧化碳水合物制冷液的流动性。
所述的高压反应釜11与供气装置1之间安装有减压阀21，所述减压阀21 的进口压力为0～15MPa、出口压力为0～6MPa，可调，能够将水合物反应环境的压力控制在适宜的范围内。
所述高压反应釜11与供气装置1之间安装有气体流量计22，能够对供气装置1提供的二氧化碳用量进行监测，所述高压反应釜11上安装有铂电阻温度传感器23和压力传感器24，能够对高压反应釜11内部的温度以及压力进行实时监测。
所述气体流量计22、铂电阻温度传感器23和压力传感器24各自的输出端连接至数据采集终端，能够实时对二氧化碳水合物的反应数据进行收集，确保反应环境能够保持在合适的范围，提高反应的效率。
所述汽化器5上设有天然气排出口25，所述天然气排出口25管路连接至天然气储存装置，能够对气化换热后的天然气进行收集和储存，从而能够方便对天然气进行后续使用。
工作流程简述：
通过碳捕集装置16收集起来的二氧化碳气体，由供气装置1向水合物发生装置3的高压反应釜11内供气，同时向高压反应釜11中添加水，二氧化碳气体先由注入泵2和减压阀21输入到高压反应釜11中，形成具有一定压力的反应环境，一般为0.4MPa，同时LNG储存罐6将LNG经过注入泵2送入到汽化器 5内的天然气换热管中，与供冷管路7内部的乙二醇冷媒进行换热，液态的天然气换热后吸热变为气态，从天然气排出口25排出。
低温循环泵对供冷管路7中的乙二醇冷媒进行循环，乙二醇冷媒将冷量送至高压反应釜11处，为高压反应釜11提供低温环境，一般为0℃左右，使得高压反应釜11在低温高压环境下，通过搅拌装置13不断搅拌SDS、水和CO2气体，使其生成二氧化碳水合物浆液以及晶体，水合物晶体密度较小漂浮在浆液上方，在搅拌的过程中将晶体打碎，然后利用注入泵2从上层开始将晶体以及浆液抽出到空调机组4中，利用空调机组4对员工宿舍及调控中心等使用场所进行制冷降温，二氧化碳水合物是由二氧化碳气体分子与水分子形成的笼型结构物质，消耗1kg水形成的水合物分解时可释放出约500kJ的能量，其高于1kg水转化为冰释放的能量(333kJ)，是良好的相变换热材料，同时1立方米水合物可以储存160多立方米的二氧化碳气体，储气能力高，所生成的CO2水合物制冷液通过空调机组4对员工宿舍及调控中心等场所进行制冷降温，整个过程降低了大气中二氧化碳含量，减少了大气污染，充分利用了LNG气化产生的冷量，将LNG 气化产生的冷量进行合理再利用，通过水合物发生装置3生成的二氧化碳水合物作为优质的载冷剂，二氧化碳水合物生成条件相对容易，具有很好的流动性，可以将冷量合理的输送给需要制冷的客户端使得资源得到充分的利用。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (8)
1.一种利用LNG冷能生成CO2水合物并兼作制冷剂的制备系统，包括供气装置、多个注入泵、水合物发生装置、空调机组、汽化器、LNG储存罐、供冷管路以及制冷液循环管路，其特征是：所述供气装置上安装有进气阀以及出气阀，所述的进气阀的进气端端部连接有CO2气体源，所述的出气阀出气端通过管线及注入泵与水合物发生装置相连接；
所述水合物发生装置包括高压反应釜以及第一控制阀，所述高压反应釜内部安装有搅拌装置，所述水合物发生装置通过第一控制阀、两个注入泵和制冷液循环管路与空调机组相连接；
所述供冷管路环绕设置在水合物发生装置上，所述供冷管路与汽化器之间通过第二控制阀连接；
所述LNG储存罐上安装有第三控制阀，所述LNG储存罐通过第三控制阀、管线和注入泵与汽化器相连接；
所述汽化器内部设有天然气换热管，所述天然气换热管与供冷管路相连接，且所述供冷管路上安装有低温循环泵。
2.如权利要求1所述的利用LNG冷能生成CO2水合物并兼作制冷剂的制备系统，其特征是：所述的CO2气体源包括碳捕集装置，所述碳捕集装置具有依次管路连接的预处理装置、吸收塔以及再生塔。
3.如权利要求1所述的利用LNG冷能生成CO2水合物并兼作制冷剂的制备系统，其特征是：所述的高压反应釜上端设有向高压反应釜内部添加SDS添加剂的加料口。
4.如权利要求1所述的利用LNG冷能生成CO2水合物并兼作制冷剂的制备系统，其特征是：所述的高压反应釜与供气装置之间安装有减压阀，所述减压阀的进口压力为0～15MPa、出口压力为0～6MPa。
5.如权利要求1所述的利用LNG冷能生成CO2水合物并兼作制冷剂的制备系统，其特征是：所述的高压反应釜与供气装置之间安装有气体流量计，所述高压反应釜上安装有铂电阻温度传感器和压力传感器。
6.如权利要求5所述的利用LNG冷能生成CO2水合物并兼作制冷剂的制备系统，其特征是：所述的气体流量计、铂电阻温度传感器和压力传感器输出端连接至数据采集终端。
7.如权利要求1所述的利用LNG冷能生成CO2水合物并兼作制冷剂的制备系统，其特征是：所述的汽化器上设有天然气排出口，所述天然气排出口连接至天然气储存装置。
8.如权利要求1所述的利用LNG冷能生成CO2水合物并兼作制冷剂的制备系统，其特征是：所述的搅拌装置为磁力耦合搅拌装置，且所述磁力耦合搅拌装置的转速可调。
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