一种基于LNG冷能利用的二元水合物相变蓄冷供冷系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于LNG冷能利用的二元水合物相变蓄冷供冷系统，包括LNG供给

【技术实现步骤摘要】
一种基于LNG冷能利用的二元水合物相变蓄冷供冷系统


[0001]本专利技术涉及水合物应用
，尤其涉及一种基于LNG冷能利用的二元水合物相变蓄冷供冷系统。

技术介绍

[0002]制冷技术几乎渗透到各个生产技术和科学领域中，在日益提升人民生活质量的同时，还伴随着高耗电量和高温室气体排放。在过去30年里，空间冷却的能源需求增长了两倍多，每年排放的二氧化碳量约1亿吨。与此同时，随着信息技术(IT)行业的快速发展，近年来全球对数据中心的需求呈指数级增长，数据中心具有内部负荷大、需持续运行、对冷却环境要求高等特点，是建筑行业的主要电力用户之一，对空间冷却提出了更高的需求。
[0003]液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)所携带的冷能具有重大的经济价值，其在气化过程中会产生大量冷能，温度从
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162℃上升到25℃左右，释放830kJ/kg冷能，如果不能合理利用，不仅会造成能源的浪费，还会导致冷污染。LNG冷能和数据中心冷却的组合被认为是供需之间的理想搭配，因为这两者在可靠性、连续性上都有较高要求。采用LNG冷能不仅可以节省大量能源和空间、降低制冷成本，还可以减少二氧化碳排放。
[0004]气体水合物(Clathrate Hydrate)是由常规气体(或易挥发液体)和水形成的包络状晶体，其重要特点是可以在冰点以上结晶固化，常见的可以形成水合物的物质有二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷等。水合物具有生成过程中放热、分解过程中吸热的特性，因此，可在一处生成水合物后(放热过程)，再运送至另一处将其分解(吸热过程)，从中利用水合物的相变的吸/放热达到制冷的效果。
[0005]二氧化碳水合物潜热高、相变温度合适，是一种很有发展前景的载冷剂或蓄冷剂，但其平衡压力高，因此对空调系统的工艺设计要求较高，极端的形成条件大大降低了以相对较低的成本使用这种化合物的实际可行性。
[0006]四正丁基溴化铵(TBAB：(C4H9)4NBr，以下简写为TBAB)作为一种环保型添加剂可以调节水合物的形成条件，加速水合物的形成，降低能源消耗，例如添加10wt％TBAB能够将相平衡条件从3.6℃、1.90MPa(无TBAB)调节到12.2℃、0.89MPa。CO2+TBAB双水合物(当水合物的客体有两种化合物时，生成的水合物称为双水合物)，相较于CO2水合物更稳定，并且具有更高的相变潜热。CO2+TBAB双水合物属新一代蓄冷介质，又称“暖冰”。它克服了冰、水、共晶盐等蓄冷介质的致命弱点，其相变温度在5～12℃之间，其蓄冷密度与冰相当，熔解热约为302.4～464.0kJ/kg，储
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释冷过程的热传递效率高，而且可采用直接接触式储、释冷系统，进一步提高传热效率。其低压蓄冷系统的造价相对较低，被认为是一种比较理想的蓄冷方式。另一方面，在制冷技术中，大多数制冷剂都具有很高的全球变暖潜势(GWP)和臭氧消耗潜能(ODP)，如果处理不当并释放到大气中，可能会对环境造成严重影响。相较而言，CO2+TBAB双水合物可以在较高温度(0℃以上)下形成，因此提高了整体能源效率；潜热高、循环稳定性好，相变时密度变化小；减少CO2排放，为节能减排做出重要贡献。
[0007]在现有方案中，LNG冷能一般应用在水合物法海水淡化、CO2捕集、CO2封存当中，目
前还没有一种将LNG冷能利用、CO2+TBAB双水合物、数据中心冷却相结合的应用方法。

技术实现思路

[0008]针对上述技术问题，本专利技术提供一种基于LNG冷能利用的二元水合物相变蓄冷供冷系统，利用LNG冷能降低水合物法冷却技术的成本投入，同时封存CO2，有效降低大气中CO2含量。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0010]本专利技术提供一种基于液化天然气(LNG)冷能利用的二元水合物相变蓄冷供冷系统，所述二元水合物为四正丁基溴化铵(TBAB)+二氧化碳双水合物，该系统包括LNG供给
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气化系统、水合物制备
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分解系统、循环回收系统和计算机数据采集
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控制系统；所述水合物制备
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分解系统包括水合物制备单元和水合物分解单元；所述循环回收系统包括四正丁基溴化铵(TBAB)水溶液回收单元和二氧化碳回收单元；所述四正丁基溴化铵(TBAB)水溶液回收单元与所述水合物制备单元、所述水合物分解单元连接，构成循环回路；所述二氧化碳回收单元与所述水合物制备单元、所述水合物分解单元连接，构成循环回路；
[0011]所述LNG供给
‑
气化系统用于提供水合物制备所需的冷能，通过第一循环冷媒与所述水合物制备单元进行换热供能。
[0012]作为优选地实施方式，所述LNG供给
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气化系统包括LNG储罐和气化器；所述LNG储罐通过LNG泵与所述气化器连接，所述LNG储罐输送的LNG在气化器中将冷能传递给所述第一循环冷媒；所述第一循环冷媒通过水泵实现封闭循环；
[0013]优选地，所述LNG储罐和气化器间还设置有旋拧阀。
[0014]作为优选地实施方式，所述水合物制备单元包括水合物发生器以及分别与其连通的四正丁基溴化铵(TBAB)水溶液补给装置、二氧化碳储罐和双水合物储罐；所述水合物发生器和水合物分解单元通过第
①
三通阀连通，所述第
①
三通阀的第三接口与水合物分解单元的物料进口连通；所述二氧化碳储罐和所述水合物发生器通过第
①
气体压缩机连通；
[0015]所述二氧化碳储罐与二氧化碳回收单元连通；所述双水合物储罐和四正丁基溴化铵(TBAB)水溶液回收单元连通；所述水合物发生器内设置螺旋式换热管，所述第一循环冷媒通过螺旋式换热管与制备水合物的反应物进行换热；
[0016]优选地，所述二氧化碳储罐和所述水合物发生器间设置有闸阀；
[0017]优选地，所述水合物发生器内设置有温度传感器、压力传感器和液位传感器；
[0018]优选地，所述水合物发生器与第
①
三通阀间设置有液压阀、压力传感器、流量传感器和水合物浆体泵；
[0019]优选地，所述第
①
三通阀和水合物分解单元的物料进口间设置有流量传感器；
[0020]优选地，所述四正丁基溴化铵(TBAB)水溶液补给装置和水合物发生器间设置有液压阀和流量传感器；
[0021]优选地，所述水合物发生器还设置有废液出口，所述废液出口处设置有闸阀。
[0022]作为优选地实施方式，所述二氧化碳回收单元包括气体逸出口，所述气体逸出口设置在水合物发生器、水合物分解单元、双水合物储罐的顶部，所述气体逸出口经由第
②
气体压缩机与所述二氧化碳储罐连通，用于二氧化碳循环回收；
[0023]优选地，所述气体逸出口与二氧化碳储罐间设置有闸阀。
[0024]作为优选地实施方式，所述四正丁基溴化铵(TBAB)水溶液回收本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液化天然气冷能利用的二元水合物相变蓄冷供冷系统，其特征在于，所述二元水合物为四正丁基溴化铵+二氧化碳双水合物，该系统包括LNG供给
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气化系统、水合物制备
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分解系统、循环回收系统和计算机数据采集
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控制系统；所述水合物制备
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分解系统包括水合物制备单元和水合物分解单元；所述循环回收系统包括四正丁基溴化铵水溶液回收单元和二氧化碳回收单元；所述四正丁基溴化铵水溶液回收单元与所述水合物制备单元、所述水合物分解单元连接，构成循环回路；所述二氧化碳回收单元与所述水合物制备单元、所述水合物分解单元连接，构成循环回路；所述LNG供给
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气化系统用于提供水合物制备所需的冷能，通过第一循环冷媒与所述水合物制备单元进行换热供能。2.根据权利要求1所述的基于液化天然气冷能利用的二元水合物相变蓄冷供冷系统，其特征在于，所述LNG供给
‑
气化系统包括LNG储罐和气化器；所述LNG储罐通过LNG泵与所述气化器连接，所述LNG储罐输送的LNG在气化器中将冷能传递给所述第一循环冷媒；所述第一循环冷媒通过水泵实现封闭循环；优选地，所述LNG储罐和气化器间还设置有旋拧阀。3.根据权利要求2所述的基于液化天然气冷能利用的二元水合物相变蓄冷供冷系统，其特征在于，所述水合物制备单元包括水合物发生器以及分别与其连通的四正丁基溴化铵水溶液补给装置、二氧化碳储罐和双水合物储罐；所述水合物发生器和水合物分解单元通过第
①
三通阀连通，所述第
①
三通阀的第三接口与水合物分解单元的物料进口连通；所述二氧化碳储罐和所述水合物发生器通过第
①
气体压缩机连通；所述二氧化碳储罐与二氧化碳回收单元连通；所述双水合物储罐和四正丁基溴化铵水溶液回收单元连通；所述水合物发生器内设置螺旋式换热管，所述第一循环冷媒通过螺旋式换热管与制备水合物的反应物进行换热；优选地，所述二氧化碳储罐和所述水合物发生器间设置有闸阀；优选地，所述水合物发生器内设置有温度传感器、压力传感器和液位传感器；优选地，所述水合物发生器与第
①
三通阀间设置有液压阀、压力传感器、流量传感器和水合物浆体泵；优选地，所述第
①
三通阀和水合物分解单元的物料进口间设置有流量传感器；优选地，所述四正丁基溴化铵水溶液补给装置和水合物发生器间设置有液压阀和流量传感器。4.根据权利要求3所述的基于液化天然气冷能利用的二元水合物相变蓄冷供冷系统，其特征在于，所述水合物发生器还设置有废液出口，所述废液出口处设置有闸阀。5.根据权利要求3所述的基于液化天然气冷能利用的二...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷振元，黄海林，刘学健，李艳，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：