本发明公开了一种二氧化碳水合物制冷系统，水合物反应槽(12)的下部内置设有循环水冷却器，水合物反应槽(12)的上部设有水合物出口管道(19)，水合物出口管道(19)与水合物循环泵(16)相连，水合物循环泵(16)与末端换热设备(1)相连，末端换热设备(1)的出口连接有气液分离器(3)，所述的气液分离器(3)下部设有回流水管(17)、上部设回流气体管道(18)，所述的回流水管(17)上依次连接第二开关阀门(7)和第一水泵(9)再与所述的水合物反应槽(12)相连；回流气体管道(18)依次连接单向阀门(2)、第三开关阀门(8)和压缩机(10)与水合物反应槽(12)相连；CO2储气罐(6)的出气口接入气体回流管道(18)上。本发明是一种与常规制冷系统匹配良好、系统效率高、环境友好、成本低的二氧化碳水合物制冷系统。