[发明专利]用正漂浮或负漂浮/助漂浮水化物脱盐同时捕获二氧化碳产生液态二氧化碳

说明书

发明领域

一般地，本发明涉及利用水化物从盐水或污水中提取淡水使水脱盐或其它净化。特别地，本发明涉及盐水或污水的脱盐或净化，用例如工业废气用作二氧化碳源；通过形成二氧化碳水化物从所述气体中捕获二氧化碳；并直接以脱盐副产物形式生产液态二氧化碳。

发明背景

一般地，用漂浮的气体水化物使盐水或污水脱盐和净化为本领域已知。参见例如US5 873 262和南非专利申请No.98/5681，其公开引入本文供参考。按此水脱盐或净化方法，使在足够高的深度感应压力和/或足够低的温度下与水混合时自发形成漂浮气体水化物的气体或气体混合物在处理塔的较深的底层与水混合。按照现有技术，所述处理塔位于海上。由于所述水化物正漂浮而通过所述塔向较温的水和较低的压力上升。随着水化物的上升，它变得不稳定而解离成纯水和形成正漂浮水化物的气体或气体混合物。然后提取净化水，并处理所述气体再用于形成水化物的后续循环。(所述湿气体可用于其它用途如近处发电时，可能不必处理所述气体而以通过方式利用所述气体；这样仅少量未回收气体是运行成本。)适用的气体包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、及其混合物。

用漂浮气体水化物脱盐或净化的已知方法依靠深海中天然的高压和低温，使用纯甲烷时在海下450至500米，用混合气体扩大水化物稳定“范围(envelope)”时稍浅一些，所述脱盐设施建造后基本上不能移动，安装在向陆地输送淡水的管道上。但在某些海域如地中海，水不够凉以致在足够浅的深度不能获得所需压力；而必需使用长得多的塔，这是不切实际的。此外，许多淡水非常珍贵的地方位于宽阔的浅水大陆架，海上脱盐设备必须远离岸边。而且，固定设施不如可移动设施用途多。另外，已知的方法都要求水化物本身漂浮以有效地收集水化物及其释放的淡水。

除利用水化物脱盐之外，还已知利用水化物由气体混合物如燃烧矿物燃料产生的电厂排放气捕获二氧化碳，通过选择性地形成二氧化碳水化物，然后在所述水化物保持稳定的环境中如在海底处理二氧化碳水化物。参见例如US5 660 603、5 562 891和5 397 553。虽然这种深海处理水化物形式的二氧化碳在海上或海边(例如在石油钻塔上、船上或海边工厂)形成水化物时可能是经济可行的，但在内地生产水化物时经济上不可行。这是因为将含二氧化碳的水化物输送至处理地点的成本很高，水化物的重量和体积很大。(象甲烷水化物和其它I型水化物一样，二氧化碳水化物含有约85％水(基于分子)。换言之，这些水化物中约85％的分子是水，约15％的分子是气体分子。确切的比例稍有不同，与存在所述气体分子的“客体”晶格位的占有程度有关。)因此，水化物中附加重量和体积的水的运输成本(不必要，如本发明所证明的)导致深海处理二氧化碳水化物的成本显著增加。此外，通过二氧化碳水化物处理二氧化碳的已知教导完全被忽视，因而通过形成二氧化碳水化物然后使之解离获得脱盐或其它净化水的巨大能力未被利用。

发明概述

本文所公开的各种发明克服了与现有技术相伴的一或多种限制，通过基于陆地或基于可移动设施利用正或负漂浮水化物使供入所述设施的海水脱盐(或其它污水净化)极大地扩大了水化物脱盐分馏法的应用和益处。本发明方法可在进水太温的地方或在对于利用气体水化物进行海上脱盐而言在合理的距离内不能获得适合的海洋深度的地方使用，并且可用产生正或负漂浮水化物的气体或气体混合物甚至液体进行。此外，可利用由例如工业废气获得的二氧化碳实施本发明，从而同时提供净化水并以对于处理(或其它用途，根据需要)而言最有效的形式捕获二氧化碳。

本发明方法要求在适合用于形成水化物的特定物质的压力-深度和温度下在脱盐分馏塔底部使海水冷却至足以形成水化物的温度。一优选实施方案利用在深处形成水化物期间放出的热量基本上等于所述水化物解离成纯水和形成水化物的物质时所述水化物吸收的热量这一性质。特别地，当液体或气体形成水化物时，水化物晶体通过水塔上升(因水化物的固有浮力或靠水化物网壳内捕集的气体的“帮助”)并继续增长，形成水化物期间释放的热量将塔周围的海水加热。随着水化物在水塔中上升和对其的压力下降，水化物吸热解离--形成水化物主要是靠深处增加的压力驱动--而从水塔周围吸热。通常，所述水化物解离过程中吸收的热能与形成水化物期间放出的热能基本相同，因此系统中的热能基本上没有净变化。