[发明专利]海水淡化与二氧化碳气体分离系统及分离方法

权利要求书

1.一种海水淡化与二氧化碳气体分离系统，其特征在于，包括气体水合物合成反应釜(1)、高盐度海水缓冲釜(3)、淡化水与二氧化碳气体收集釜(7)，气体水合物合成反应釜(1)位于淡化水与二氧化碳气体收集釜(7)的正上方，气体水合物合成反应釜(1)与淡化水与二氧化碳气体收集釜(7)之间设有耐压球阀(8)，气体水合物合成反应釜(1)的下部外侧固定设有高盐度海水缓冲釜(3)，气体水合物合成反应釜(1)和高盐度海水缓冲釜(3)之间设有开关阀门(9)，开关阀门(9)设置在气体水合物合成反应釜(1)的侧壁上，开关阀门(9)的外侧设有透水滤网(4)；

所述气体水合物合成反应釜(1)的顶部表面设有活塞(13)，活塞(13)的横截面直径与气体水合物合成反应釜(1)的内径一致，且活塞(13)的环形外表面与气体水合物合成反应釜(1)的内表面之间设有密封圈，气体水合物合成反应釜(1)的底部表面设有耐压球阀(8)，气体水合物合成反应釜(1)的侧面上部设有注液口(11)、注气口(12)和排气口(2)；

所述淡化水与二氧化碳气体收集釜(7)的侧壁上部设有出气管道(5)，淡化水与二氧化碳气体收集釜(7)的侧壁下部设有排水管道(6)。

2.根据权利要求1所述的海水淡化与二氧化碳气体分离系统，其特征在于，所述气体水合物合成反应釜(1)的侧面还设有透明可视窗口(10)。

3.根据权利要求1所述的海水淡化与二氧化碳气体分离系统，其特征在于，所述高盐度海水缓冲釜(3)的外侧壁上设有排水管道。

4.一种利用权利要求1-3任意权利要求所述海水淡化与二氧化碳气体分离系统进行海水淡化与二氧化碳气体分离的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.为获得二氧化碳气体水合物最高转化率，采用海水过量条件进行二氧化碳水合物的合成：

设气体水合物合成耐压反应釜的内部半径为r，高度为h，则一次处理过程中需加入的海水质量m_sw为：

m_sw＝πr²hρ_sw (1)

其中ρ_sw为海水密度；

设完全合成二氧化碳水合物的海水占比为φ，注入的混合气体二氧化碳含量为α，二氧化碳水合物的水合指数为n,水的摩尔质量为M_w，忽略含盐量对注入水总质量的影响情况下，标准状况下气体摩尔体积为V_mol,一次处理需加入的标准状况下的气体体积V_t为：

根据式(1)控制向气体水合物合成耐压反应釜的注海水量，根据式(2)控制向气体水合物合成耐压反应釜的注混合气量，关闭注气口，使用增压泵通过注液口向气体水合物合成耐压反应釜加压至二氧化碳水合物形成所需的压力条件，将气体水合物合成耐压反应釜的温度控制在二氧化碳水合物形成所需的温度范围内；

S2.挤压固态二氧化碳水合物，挤压后剩余的高盐度海水进入到高盐度海水缓冲釜中：

待二氧化碳水合物合成完毕，通过气体水合物合成耐压反应釜的排气口，释放掉脱碳以后的气体，打开气体水合物合成耐压反应釜下部侧面的开关阀门，启动气体水合物合成耐压反应釜顶部的活塞，活塞向下挤压二氧化碳水合物和高浓度盐水组成的固、液混合物，挤压后剩余的高盐度海水通过开关阀门进入高盐度海水缓冲釜中；

S3.固态二氧化碳水合物快速分解为二氧化碳气体和纯净水，分别完成二氧化碳气体和纯净水的收集，从而实现海水的淡化和二氧化碳气体的分离。

待高盐度海水排放完毕，关闭气体水合物合成耐压反应釜下部侧面的阀门，打开气体水合物合成耐压反应釜底部的耐压球阀，将压实成块的二氧化碳水合物转移至下方的淡化水与二氧化碳气体收集釜，然后迅速关闭耐压球阀，二氧化碳水合物落入淡化水与二氧化碳气体收集釜后，快速分解为二氧化碳气体和纯净水，二氧化碳气体沿出气管道排出，纯净水通过排水管道排出，分别完成了二氧化碳气体和纯净水的收集，从而完成海水的淡化和二氧化碳气体的分离。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳水合物形成所需的压力条件为将气体水合物合成耐压反应釜加压至5MPa，将气体水合物合成耐压反应釜的温度控制在10±2℃。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述气体水合物合成耐压反应釜的温度控制在10±2℃时，当气体水合物合成耐压反应釜的压力低于3.5MPa即认为二氧化碳水合物合成完毕。