CN203866061U - 采用co2压缩式制冷循环的水合物海水淡化系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种采用CO2压缩式制冷循环的水合物海水淡化系统，其特征在于，包括：水合物海水淡化装置，用于使CO2和海水进行水合反应生成水合物浆并使该水合物浆分解得到CO2和淡水；和CO2制冷循环装置，与水合物海水淡化装置相连，为水合物海水淡化装置制冷，提供CO2并将CO2循环利用。本实施例所涉及的采用CO2压缩式制冷循环的水合物海水淡化系统，因为将CO2回收，采用冷却器和节流阀使其降温，液态的CO2进入水合物反应釜来吸收水合反应热，同时采用压缩机来驱动CO2反复穿越水合物反应釜，因此该海水淡化系统可以连续地提取出淡水，无需额外配置制冷装置，从而降低了能耗。

Description

采用CO2压缩式制冷循环的水合物海水淡化系统
技术领域
本实用新型涉及海水淡化领域，具体涉及一种采用水合物法淡化海水的海水淡化系统。
背景技术
水，是生命的源泉。淡水是人类社会赖以生存和发展的物质基础之一。随着经济社会的发展和人们生活水平的提高，人们对淡水资源的需求极大，而淡水只占地球上总水量的2.5％～3％，这就使得人们面临淡水资源短缺的局面。而且由于我国淡水资源时空分布不均，人口分布不均，社会经济发展不平衡等原因，造成我国部分地区淡水资源严重紧缺。开发海水资源，进行海水淡化，是增加淡水资源的有效途径，也是解决缺水问题的必由之路。
目前世界上除了河流取水外还有地下取水、远程调水等获取淡水的方式。海水淡化也将作为常用的淡水取用方式之一。已有的通过海水淡化得到淡水的方法包括反渗透法、蒸馏法和电渗法。反渗透法需要人工加压，蒸馏法和电渗法需要用电加热和产生电场，这些方法存在的共同缺点在于能耗高，使得海水淡化获得淡水的成本很高，严重制约了这些方法在实际生产中的推广。
作为地球生物圈的组成物质之一，CO2在环境方面的优势是其他物质难以比拟的。作为一种环保的天然物质，CO2还具有无毒、无味、不可燃、传热性能好、流动性好等优良的热物理特性。
CO2水合物海水淡化是利用气体CO2分子与海水中的水分子生成水合物浆，经由循环泵抽到换热器中吸热分解得到淡水。水合物海水淡化的最大优点就是能耗低、设备简单、维修运行成本低；在水或盐水中的溶解度低；无毒，廉价易得，无爆炸危险。另外，它还具有冷冻法的一些优点如不需要对海水进行预处理、腐蚀较轻等。
水合物浆在常压下是一种类似冰浆的固液两相悬浮液，是由一些细小的微粒状笼型水合物悬浮于水溶液中形成，在5～12℃温度范围内具有很高的热量密度，在常压和低温工况下就可以生成。与常规空调兼容性好，换热效率高，化学稳定性好，而且具有很好的抽吸和运输性质。水合物具有以下特征特征：(1)水合物生成和分解过程完全互逆，生成水合物的材料只有气体和水，分解后的剩余产物也只有气体和水，对环境没有污染；(2)水合物的形成和分解的温度压力条件相对温和。
专利号为200910214077.8的发明专利公开了一种利用液态天然气(LNG)冷能进行海水淡化的系统，包括有城镇供水系统、城镇供气系统、LNG装卸和储存系统、水合物海水淡化系统、以及海水提取系统。该海水系统对LNG冷能利用率高，经济效益高，投资成本小，对环境的影响。但其缺点也是明显的，即海水淡化依赖于LNG冷能，故该海水淡化系统只能建在LNG接收站周围，限制了该海水淡化系统的推广应用。
另外，专利号为201110134047.3的发明专利中公开了一种海水淡化的方法，该方法需要在水合反应前对海水进行冷却，因而需要额外配置制冷系统，增加了设备的复杂性，并提高能耗。
实用新型内容
本实用新型是针对上述课题进行的，目的在于提供一种结构简单，无需额外配备制冷装置的海水淡化系统。
本实用新型为实现上述目的，采用了以下的技术方案：
本实用新型提供一种采用CO2压缩式制冷循环的水合物海水淡化系统，其特征在于，包括：水合物海水淡化装置，用于使CO2和海水进行水合反应生成水合物浆并使该水合物浆分解得到CO2和淡水；和CO2制冷循环装置，与水合物海水淡化装置相连，为水合物海水淡化装置制冷，提供CO2并将CO2循环利用，其中，水合物海水淡化装置包括：用于使CO2和海水进行水合反应生成水合物浆的水合物反应釜；入口端与该水合物反应釜相连通，将水合物浆抽出的循环泵；与该循环泵的出口端相连通，使水合物浆分解得到CO2和淡水的水合物分解器；以及入口端与海水相连通，通过水合物分解器，出口端与水合物反应釜的底部相连通，将海水抽入水合物反应釜的第一管道，水合物反应釜具有本体；位于该本体的侧面上方，与循环泵的入口端相连通的水合物出口；位于本体顶部，将未参加水合反应的CO2排出的出气口；位于本体底部的入口；以及位于本体底部，与第一管道的出口端相连通的入水口。
CO2制冷循环装置包括：入口端与水合物分解器的顶部相连通，使水合物浆分解得到的CO2排出的第二管道；入口端与该第二管道的出口端相连通的干燥器；入口端与该干燥器的出口端相连通的压缩机；入口端与该压缩机的出口端相连通，出口端与水合物反应釜的入气口相连通的第三管道；连接在该第三管道上，位于压缩机和水合物反应釜之间的冷却器；连接在第三管道上，位于冷却器和水合物反应釜之间的节流阀；以及入口端与水合物反应釜的出气口相连通，出口端与干燥器的入口端相连通，将未参加水合反应的CO2排出的第四管道。
实用新型的作用与效果
本实用新型所涉及的采用CO2压缩式制冷循环的水合物海水淡化系统，因为将水合物分解得到的CO2回收，采用冷却器和节流阀使CO2降温，液态的CO2进入水合物反应釜来吸收水合反应热，因此不仅实现了CO2的循环利用，也能够利用液态CO2为水合物反应釜制冷，同时采用压缩机来驱动CO2反复穿越水合物反应釜，保证该海水淡化系统可以连续地提取出淡水，无需额外配置制冷装置，从而降低了能耗。
另外，因为采用水合物浆作为载体将水合物输送到水合物分解器中，因此避免了固态水合物堵塞管道系统的危险。采用CO2作为生成水合物浆的水合剂气体，取材简单，无毒无污染。
附图说明
图1是海水淡化系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型所涉及的采用CO2压缩式制冷循环的水合物海水淡化系统作详细阐述。
<实施例>
图1是海水淡化系统的结构示意图。
如图1所示，海水淡化系统10包括水合物海水淡化装置11和CO2制冷循环装置12。
海水淡化装置11用于使CO2和海水进行水合反应生成水合物浆并使该水合物浆分解得到CO2和淡水。海水淡化装置11包括水合物反应釜13、循环泵14、水合物分解器15、第一管道16、以及海水泵17。
水合物反应釜13用于使CO2和海水进行水合反应生成水合物浆，包括本体18、水合物出口19、出气口20、入气口21、以及入水口22。水合物出口19位于本体18的侧面上方，与循环泵14相连通。出气口20位于本体18的顶部，与CO2制冷循环装置12相连通。入气口21位于本体18的底部，与CO2制冷循环装置12相连通。入水口22位于本体18的底部，与第一管道16相连通。
循环泵14的入口端与水合物反应釜13的水合物出口19相连通，出口端与水合物分解器15相连。
水合物分解器15用于使水合物浆分解得到淡水和CO2气体，水合物分解器15具有本体23、水合物入口24、淡水出口25、以及CO2出口26。水合物入口24位于本体23的侧面下方，与循环泵14的出口端相连通。淡水出口25位于本体23的底部，与U型管27相连通。CO2出口26位于本体23的顶部，与CO2制冷循环装置12相连通。
第一管道16的入口端连接海水(图中未示出)，出口端与水合物反应釜13的入水口22相连通，第一管道16通过水合物分解器15，在水合物分解器15内的部分为螺旋结构。
海水泵17连接在第一管道16的入口端，用于抽吸海水(图中未示出)。
CO2制冷循环装置12用于对水合物反应釜13制冷，提供水合反应所需的CO2并将CO2回收循环利用。CO2制冷循环装置12包括第二管道28、干燥器29、压缩机30、第三管道31、冷却器32、节流阀33、以及第四管道34。
第二管道28的入口端与水合物分解器15的CO2出口26相连通，出口端与干燥器29的入口端相连通。干燥器29的出口端与压缩机30的入口端相连通。压缩机30的入口端与第三管道31的入口端相连通。第三管道31的出口端与水合物反应釜13的入气口21相连通。冷却器32安装在第三管道31上，位于压缩机30和水合物反应釜13之间。节流阀33安装在第三管道31上，位于冷却器32和水合物反应釜13之间。第四管道34的入口端与水合物反应釜13的出气口20相连通，出口端与干燥器29的入口端相连通。
如图1所示，在使用海水淡化系统10淡化海水时，操作者首先对整个系统抽真空，再打开海水泵17，将海水(图中未示出)通过第一管道16经入水口22抽入水合物反应釜13，再通过水合物反应釜13的入气口21通入低温的CO2。低温CO2在水合物反应釜13中吸收水的热量，从而降低水合物反应釜13中的温度，然后CO2与海水发生水合反应生成水合物浆。同时，打开循环泵14，将水合物反应釜13中生成的水合物浆从水合物出口19抽出，使水合物浆从水合物入口24进入水合物分解器15。水合物分解器15中设有清洗装置(图中未示出)，首先对水合物浆进行清洗，去除海水后得到固态的水合物(CO2·5.75H2O)，该固态的水合物吸收第一管道16中的海水的热量，分解为淡水和CO2气体，水合物分解反应的方程式为CO2·5.75H2O→CO2+5.75H2O。淡水从水合物分解器15的淡水出口25进入U型管27，再进行收集利用，CO2气体从CO2出口26排出。
从水合物分解器15排出的CO2进入第二管道28，水合物反应釜13中未参加水合反应的CO2从出气口20进入第四管道34，两处CO2气体汇合后进入干燥器29，被干燥器29干燥，继而被压缩机30压缩，压缩后的CO2进入第三管道31。第三管道中的CO2在冷却器32的作用下降温，然后在节流阀33的节流作用下降温降压形成气液两相流，最后从入气口21进入水合物反应釜13。其中液态的CO2吸收水合反应热，蒸发成气态的CO2，使水合物反应釜13中的温度降低。气态的CO2与海水发生水合反应生成水合物浆，水合物浆被循环泵14抽走，在水合物分解器15中分解，未参加反应的CO2从出气口20排出，进行再一次循环。
实施例的作用与效果
本实施例所涉及的采用CO2压缩式制冷循环的水合物海水淡化系统，因为将未参加水合反应的CO2和水合物分解得到的CO2回收，采用冷却器32和节流阀33使CO2降温，液态的CO2进入水合物反应釜13来吸收水合反应热，因此不仅实现了CO2的循环利用，也能够利用液态CO2为水合物反应釜13制冷，同时采用压缩机30来驱动CO2反复穿越水合物反应釜13，保证该海水淡化系统可以连续地提取出淡水，无需额外配置制冷装置，从而降低了能耗。
另外，因为采用水合物浆作为载体将水合物输送到水合物分解器15中，因此避免了固态水合物堵塞管道系统的危险。采用CO2作为生成水合物浆的水合剂气体，取材简单，无毒无污染。
当然，本实用新型所涉及的采用CO2压缩式制冷循环的水合物海水淡化系统，并不仅仅限定于以上实施例中所述的内容。以上仅为本实用新型构思下的基本说明，而依据本实用新型的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种采用CO2压缩式制冷循环的水合物海水淡化系统，其特征在于，包括：
水合物海水淡化装置，用于使CO2和海水进行水合反应生成水合物浆并使该水合物浆分解得到CO2和淡水；和
CO2制冷循环装置，与所述水合物海水淡化装置相连，为所述水合物海水淡化装置制冷，提供所述CO2并将所述CO2循环利用，
其中，所述水合物海水淡化装置包括：用于使所述CO2和所述海水进行所述水合反应生成水合物浆的水合物反应釜；入口端与该水合物反应釜相连通，将所述水合物浆抽出的循环泵；与该循环泵的出口端相连通，使所述水合物浆分解得到所述CO2和所述淡水的水合物分解器；以及入口端与所述海水相连通，通过所述水合物分解器，出口端与所述水合物反应釜的底部相连通，将所述海水抽入所述水合物反应釜的第一管道，
所述水合物反应釜具有本体；位于该本体的侧面上方，与所述循环泵的所述入口端相连通的水合物出口；位于所述本体顶部，将未参加所述水合反应的CO2排出的出气口；位于所述本体底部的入气口；以及位于所述本体底部，与所述第一管道的所述出口端相连通的入水口，
所述CO2制冷循环装置包括：入口端与所述水合物分解器的顶部相连通，使所述水合物浆分解得到的所述CO2排出的第二管道；入口端与该第二管道的出口端相连通的干燥器；入口端与该干燥器的出口端相连通的压缩机；入口端与该压缩机的出口端相连通，出口端与所述水合物反应釜的所述入气口相连通的第三管道；连接在该第三管道上，位于所述压缩机和所述水合物反应釜之间的冷却器；连接在所述第三管道上，位于所述冷却器和所述水合物反应釜之间的节流阀；以及入口端与所述水合物反应釜的所述出气口相连通，出口端与所述干燥器的所述入口端相连通，将未参加所述水合反应的所述CO2排出的第四管道。
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