专利示意图
一、技术领域
水合物应用技术领域
二、专利介绍
1.专利信息
专利类型：发明
专利权人：清华大学深圳国际研究生院
申请号：202310229043.6
发明人：殷振元、黄海林、刘学健、李艳
2.专利说明书摘要
本发明公开了一种基于LNG冷能利用的二元水合物相变蓄冷供冷系统，包括LNG供给-气化系统、水合物制备-分解系统、循环回收系统和计算机数据采集-控制系统；水合物制备-分解系统包括水合物制备单元和水合物分解单元；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；四正丁基溴化铵水溶液回收单元与水合物制备单元、水合物分解单元连接，构成循环回路；二氧化碳回收单元与水合物制备单元、水合物分解单元连接，构成循环回路；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水合物制备单元进行换热供能。本发明实现了LNG冷能的高效利用，对CO2进行了封存，减少能源消耗、平衡电力资源。
3.创新点
（1）LNG冷能利用与高能耗的数据中心实现了完美的结合。不仅将LNG气化冷能充分利用于水合物相变蓄冷及供冷，实现了LNG冷能的高效利用和数据中心高效制冷，而且还将CO2进行了封存，从而减少能源消耗、平衡电力资源，为LNG冷能利用、蓄冷供冷提供了一种节能减排、高效安全的方法和工艺流程；
（2）采用具有良好流动性、高潜热的CO2+TBAB双水合物浆液进行蓄冷供冷。一方面，加入环保型促进剂TBAB可以降低水合物形成压力，加速水合物的形成，降低能源消耗，CO2+TBAB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；另一方面，与传统显热蓄冷相比，潜热蓄冷在实现相同冷负荷时可以用更少的物料和流量来分配等量的冷能，并且水合物升温分解时在反应器内自增压，减少了增压泵的能耗，因此可以大大减少化学品储存、管道、泵送、运输和热交换等设施的规模，从而降低资本成本和能源消耗方面的运行成本，该水合物系统的性能系数（COP）比冰系统、冷冻水系统分别高出至少31%和15%；
（3）结构合理，系统精妙，自动化水平高，易于监测控制。采用喷淋的方式注入反应液，增大气液接触面积；采用螺旋式盘管换热，增大换热效率；储罐蓄冷作为备用方案，峰时存储、谷时调动，提高系统可靠性；采用智能监测和自动控制系统，流程简单、工作可靠、调节灵活。
4.痛点问题
（1）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。本发明可以实现LNG接收站的能量高效利用；
（2）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。降低数据中心制冷能耗对节约能源和碳减排具有重要意义；
（3）传统制冷技术一般采用水、乙二醇等显热蓄冷介质，耗能高，碳排放高。新一代冷量储运介质CO2+TBAB二元水合物具有高潜热、稳定等优势，可以大大减少化学品储存、管道、泵送、运输和热交换等设施的规模，从而降低资本成本和能源消耗方面的运行成本。
5.技术优势
（1）相比于水的传统显热蓄冷，潜热蓄冷在实现相同冷负荷时可以用更少的物料和流量来分配等量的冷能，并且水合物升温分解时在反应器内自增压，减少了增压泵的能耗，因此可以大大减少化学品储存、管道、泵送、运输和热交换等设施的规模，从而降低资本成本和能源消耗方面的运行成本，该水合物系统的性能系数（COP）比冷冻水系统高出至少15%；
（2）相较于冰粒组成的冰浆，虽然其潜热高可以减少储罐的尺寸和泵的功率，但是水的冰点为0℃，远远低于空调系统的正常工作范围，因此为了产生冰浆，蒸发温度必须降低到零度以下，过冷现象降低了系统的能效，该水合物系统的性能系数（COP）比冰系统高出至少31%，并且冰蓄冷系统复杂、庞大，空调水温极不稳定，调控困难，效率低；
（3）加入环保型促进剂TBAB可以降低水合物形成压力，加速水合物的形成，降低能源消耗，CO2+TBAB二元水合物相较于CO2水合物、TBAB水合物更稳定，具有更高的相变潜热，并且可以通过调节压力控制冷量，循环稳定性好，制冷系数（COP）高；
（4）国际上许多国家（如日本）已经进行了水合物法供冷实际演示，国内目前没有实际应用，存在市场空白和推广潜力。
三、产业化信息
1.应用场景
（1）可以用于二氧化碳水合物捕集和封存，减少CO2排放；
（2）可以用于水合物海水淡化技术，提高淡水产量和生产效率；
（3）可以用于冷链、空调制冷、区域冷却等应用场景。
2.商业价值
（1）在水合物法制冷领域应用上的市场规模：传统制冷技术依然存在能耗高、碳排放高等问题，水合物法制冷能够实现高换热效率，安全稳定。复配TBAB动力学促进剂，可以改善CO2水合物生成条件，提高生产效率和换热效率，对于高效率低成本制冷技术具备广阔前景；
（2）在水合物法捕集二氧化碳应用上的市场规模：目前将二氧化碳水合物捕集是一种新兴的碳减排方式，考虑到近期及未来水合物法二氧化碳捕集的巨大前景，可以将烟气中二氧化碳捕集将本发明结合，实现一举两得，该发明具备广阔的应用前景。
3.发展规划
（1）该技术通过添加动力学促进剂，加快二氧化碳水合物生成，提高换热效率，缓和生成条件，使水合物法制冷成为可能，创造巨大市场空间占据制冷市场；
（2）后续基于该技术，机理与工艺联合开发，产学研紧密结合，目的在于以较低浓度TBAB达到高气体吸收量，促进水合物生成，降低系统成本，为实际应用和大规模推广奠定基础。
4.合作方式
面议
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