CN111981727A - 含有HFO-1336mzz(Z)的溶液在吸收器中制热的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种含有HFO‑1336mzz(Z)的溶液在吸收器中制热的方法，所述溶液中含有(a)HFO‑1336mzz(Z)；(b)能吸收HFO‑1336mzz(Z)的吸收剂。在所述方法中，含有HFO‑1336mzz(Z)蒸气在吸收器中被吸收剂所吸收，并放出吸收热，传热介质或制冷剂或待加热主体通过所述吸收器被吸收过程的吸收热加热。所述吸收器出口溶液经膨胀装置降压降温后，在所述解吸器中吸收传热介质或制冷剂或被冷却主体的热量，解吸出含有HFO‑1336mzz(Z)蒸气，所述传热介质或制冷剂或被冷却主体被冷却。
Description
技术领域
本发明涉及一种含有HFO-1336mzz(Z)(Z-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯)的溶液在吸收器中制热的方法。
背景技术
自然界蕴藏着大量的低温热能，如地热能，太阳能等，此外，人类的生产过程中也会产生大量的低温热，如石油化工、冶金建材、食品加工等等，低温废热如直接排放会不仅污染环境还会造成能源浪费，与此同时，工业生产过程中对80℃甚至更高温度的热源需求量高，因此，利用余热回收技术从低温热源取热制取高温热量具有重要的环保经济效益，也是我国能源领域的一个新的发展方向。
基于蒸气压缩的热泵系统是提高热量品位的一种有效方法。现阶段广泛使用的中高温热泵工质如HFC-134a、HFC-410A等虽然对大气臭氧层没有破坏作用，但具有很高的GWP值，已经被国际社会列入逐步削减使用的行列，也将禁止使用。
现有专利中获取高温热量的思路主要有两种，一种是根据制冷剂物性参数和热工性能，筛选得到一些环保性能好且在高温下压力较低的新型制冷剂，并将其用于蒸气压缩制冷热泵系统，如授权专利号CN200610016352.1的发明专利提出一种由二氟甲烷(HFC-32)、二甲醚(DME)、1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)按一定质量百分比组成的新型高温热泵工质，授权专利号CN201280007242.2的发明专利提出使用包含Z-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的工作流体在冷凝器中冷凝产生加热作用，授权专利号CN201380039965.5的发明专利提出在超临界工作流体冷却器和冷凝器中从包含E-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(HFO-1336mzz(E))的工作流体中提取热量，专利申请号CN201280052978.1的发明专利提出在冷凝器中冷凝包含1,1,1,2,3-五氟丙烷和任选的Z-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的蒸气工作流体，并获取热量；另一种方法是提出新型高温热泵系统装置或流程，如授权专利号CN200910017389.X的发明专利提出一种由低压级和高压级加热系统组成的二级加热高温热泵装置，授权专利号CN200710018736.1的发明专利提出一种带有涡流管的高温热泵系统，将涡流管高温气体出口与冷凝器制冷剂进口相连，制取高温热水。
这些关于新型高温热泵制冷剂或新型高温热泵系统的专利虽然工作流体或系统流程不同，但都是将制冷剂蒸气在冷凝器中冷凝，并通过传热介质吸收冷凝热从而获取高温热量，制冷剂在冷凝器和蒸发器中发生的是等温或近似等温的相变过程，与传热介质的传热温差匹配性较差，不可逆损失大，系统的性能系数也会因此而降低。此外，制热温度较高时，对应的冷凝压力高，对换热设备的承压要求高，设备制造成本高。
相比这些专利，本专利提出在吸收器中采用吸收剂吸收含有HFO-1336mzz(Z)(Z-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯)的溶液，吸收器中发生的是变温放热过程，系统与传热介质的传热温差可以更好地匹配，同时，由于吸收剂的存在，吸收压力低于同样温度下的冷凝压力，设备承压能力要求降低。
发明内容
为了解决系统与传热介质的传热温差匹配性差以及对换热设备的承压要求高的问题，本发明提出了一种采用含有HFO-1336mzz(Z)(Z-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯)的溶液在吸收器中制热的方法，采用吸收器和解吸器取代传统蒸气压缩制冷系统中的冷凝器和蒸发器，同时优选含有HFO-1336mzz(Z)的溶液在吸收器和解吸器中发生变温放热和变温吸热，以实现系统与传热介质的传热温差的较好匹配；同时，由于吸收剂的存在，吸收压力或解吸压力分别要远低于同样温度时的冷凝压力或蒸发压力，从而降低了对设备的承压要求。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
含有HFO-1336mzz(Z)的溶液在吸收器中制热的方法，包括在吸收器中吸收含有HFO-1336mzz(Z)的蒸气，并放出吸收热。
作为本发明的优选方案之一，所述含有HFO-1336mzz(Z)的溶液包括HFO-1336mzz(Z)和能吸收HFO-1336mzz(Z)的吸收剂。
作为本发明的优选方案之一，所述吸收剂是有机溶剂或离子液体或两者的混合物；其中，有机溶剂是二甲胺、二甲基甲酰胺、二甲醚二甘醇、四甘醇二甲醚中任一种或多种的混合物；离子液体为咪唑类、吡啶类、季铵类、季鏻类、吡咯烷类和哌啶类离子液体中的任一种或多种的混合物。
作为本发明的优选方案之一，所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、1-丁基-2,3-二甲基咪唑氯盐、1-丁基-2,3-二甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑碘盐中任一种或多种的混合物。
作为本发明的优选方案之一，使传热介质或制冷剂通过所述吸收器，所述传热介质或制冷剂被吸收过程的吸收热加热，经加热的传热介质或制冷剂再将待加热主体加热。
作为本发明的优选方案之一，使待加热主体通过所述吸收器，待加热主体被吸收过程的吸收热加热。
作为本发明的优选方案之一，采用膨胀装置降低所述来自吸收器中含有HFO-1336mzz(Z)溶液的压力和温度。
作为本发明的优选方案之一，在所述膨胀装置出口含有HFO-1336mzz(Z)溶液进入解吸器，使传热介质或制冷剂或被冷却主体通过所述解吸器，含有HFO-1336mzz(Z)溶液吸收传热介质或制冷剂或被冷却主体的热量，解吸出含有HFO-1336mzz(Z)蒸气，所述传热介质或制冷剂或被冷却主体提供解吸过程热量被冷却。
作为本发明的优选方案之一，所述解吸器出口设置气液分离器，气液分离器流出的液体由溶液泵送入吸收器，气液分离器流出的蒸气由压缩机压缩，从压缩机出来的高压高温含有HFO-1336mzz(Z)蒸气进入所述吸收器被吸收剂吸收。
作为本发明的优选方案之一，所述压缩机包括离心式、螺杆式、涡旋式、往复式、轴流式压缩机中的任一种。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：
(1)采用含有HFO-1336mzz(Z)的溶液作为吸收器内工作流体，HFO-1336mzz(Z)无毒，不可燃，臭氧消耗潜能ODP值为零，温室效应潜能GWP值为2，大气平均寿命仅约为22天，环境性能优良。
(2)传统蒸气压缩制冷/热泵系统通过工质在冷凝器和蒸发器的冷凝或蒸发实现放热和吸热过程，冷凝器对应的工作压力由冷凝温度决定，同样条件下，制取温度越高，压力越高，效率降低。本发明采用吸收器取代传统蒸气压缩制冷/热泵系统中的冷凝器，含有HFO-1336mzz(Z)的溶液在吸收器中发生吸收过程，系统最高压在同样的制热温度下，吸收过程对应的工作压力比冷凝过程对应的工作压力低，对设备的承压要求降低，制造成本降低。同样压力条件下，可获得的制热温度提高，低品位热能回收利用效果提高。
(3)传统蒸气压缩制冷/热泵系统中的冷凝器和蒸发器内部发生的是等温或近似等温相变传热过程，制冷剂与传热介质的传热温差匹配较差，而含有HFO-1336mzz(Z)的溶液在吸收器和解吸器中发生变温放热和变温吸热，变温传热过程减小了因传热温差引起的不可逆损失。
(4)同样的工作条件下，由于吸收热大于冷凝热，解吸热大于蒸发热，溶液吸收过程中单位质量制冷剂放热量大于冷凝过程中单位质量制冷剂冷凝放热量，同样制热量时，压缩机耗功量降低，系统性能系数提高。
附图说明
图1是实现本发明所述方法采用的实施例1系统流程图。
图2是实现本发明所述方法采用的实施例2系统流程图
图3是实现本发明所述方法采用的实施例3系统流程图。
1-压缩机；2-吸收器；3-解吸器；4-膨胀装置；5-溶液热交换器；6-油分离器；7-气液分离器；8-溶液泵。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步地描述，但本发明的保护范围并不仅仅限于此。
本发明提供一种含有HFO-1336mzz(Z)的溶液在吸收器中制热的方法，所述溶液含有(a)HFO-1336mzz(Z)；(b)能吸收HFO-1336mzz(Z)的吸收剂，含有HFO-1336mzz(Z)蒸气在吸收器中被吸收剂所吸收，并放出吸收热；所述的吸收剂是有机溶剂或它们的混合物、离子液体或它们的混合物。
优选的，吸收HFO-1336mzz(Z)的吸收剂可以是有机溶剂、离子液体或它们的混合物，有机溶液如：有机溶剂是DMA(二甲胺)、DMF(二甲基甲酰胺)、DMEDEG(二甲醚二甘醇)、E181(四甘醇二甲醚)等，离子液体可优选咪唑类、吡啶类、季铵类、季鏻类、吡咯烷类和哌啶类离子液体，如1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、1-丁基-2,3-二甲基咪唑氯盐、1-丁基-2,3-二甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑碘盐等。
该方法可以采用压缩机、吸收器、膨胀装置和解吸器构成的系统实现制热。如实施例1-实施例3所述系统，该系统中压缩机可采用螺杆式压缩机，也可采用离心式、活塞式或涡旋式等压缩机类型。
实施例1
如图1所示，本实施例所述溶液吸收换热系统中，压缩机1出气口与油分离器6进气口相连，油分离器6的出气口与吸收器2的进气口相连，吸收器2的溶液出口与溶液热交换器5的第一进口相连，溶液热交换器5的第一出口通过膨胀装置4与解吸器3的溶液进口相连，解吸器3的溶液出口与气液分离器7进口相连，气液分离器7的气体出口与压缩机1的进气口相连，气液分离器7的液体出口与溶液热交换器5的第二进口相连，溶液热交换器5的第二出口与吸收器2的溶液进口相连。
压缩机1出口含有HFO-1336mzz(Z)、润滑油的混合物a进入油分离器6中，所述油分离器6分离出的润滑油经液体出口并减压为k回流压缩机，所述油分离器6气体出口含有HFO-1336mzz(Z)的蒸气b进入吸收器2，在所述吸收器2中被溶液热交换器5出口能吸收HFO-1336mzz(Z)的吸收剂j吸收，放出吸收热，同时所述吸收器内传热介质或制冷剂或待加热主体m与含有HFO-1336mzz(Z)的溶液进行换热，并被加热为n。所述吸收器出口含有HFO-1336mzz(Z)与吸收剂溶液c进入所述溶液热交换器5中，与溶液泵8出口能吸收HFO-1336mzz(Z)的吸收剂溶液i进行换热，温度下降为d，经由膨胀装置4膨胀降温降压为e后进入解吸器3，在所述解吸器3内，含有HFO-1336mzz(Z)的溶液吸收传热介质或制冷剂或待冷却主体p的热量，解吸出含有HFO-1336mzz(Z)蒸气，所述传热介质或制冷剂或待冷却主体被冷却为q。所述解吸器3出口含有HFO-1336mzz(Z)和吸收剂的混合物f进入所述气液分离器7，所述气液分离器7液体出口能吸收HFO-1336mzz(Z)的吸收剂溶液h经所述溶液泵8送至所述溶液热交换器5，与所述吸收器出口混合物c进行换热，温度由i上升为j，所述气液分离器7气体出口含有HFO-1336mzz(Z)的工作流体g进入所述压缩机1再行压缩，完成一个循环。
实施例2
如图2所示，本实施例与实施例1区别之处在于，在吸收器2内设置过热管道21，解吸器3内设置过冷管道31。工作流程如下：
压缩机1出口含有HFO-1336mzz(Z)、润滑油的混合物a’进入油分离器6中，所述油分离器6分离出的润滑油经液体出口并减压为o’回流压缩机，所述油分离器6气体出口含有HFO-1336mzz(Z)的蒸气b’进入吸收器2；溶液热交换器5出口能吸收HFO-1336mzz(Z)的吸收剂k’先在所述吸收器2中预热为l’，再进入所述吸收器2，在所述吸收器2中，蒸气b’被吸收剂l’所吸收，放出吸收热，同时所述吸收器2内传热介质或制冷剂或待加热主体m与含有HFO-1336mzz(Z)的溶液进行换热，并被加热为n。所述吸收器出口含有HFO-1336mzz(Z)与吸收剂溶液c’进入所述溶液热交换器5中，与溶液泵8出口能吸收HFO-1336mzz(Z)的吸收剂溶液j’进行换热，温度下降为d’后进入解吸器3预冷为e’，再经膨胀装置4膨胀降温降压为f’后进入所述解吸器3，在所述解吸器3内，含有HFO-1336mzz(Z)的溶液吸收传热介质或制冷剂或待冷却主体p的热量，解吸出含有HFO-1336mzz(Z)蒸气，所述传热介质或制冷剂或待冷却主体被冷却为q。所述解吸器3出口含有HFO-1336mzz(Z)和吸收剂的混合物g’进入所述气液分离器7，所述气液分离器7液体出口能吸收HFO-1336mzz(Z)的吸收剂溶液i’经所述溶液泵8升压到j’后，送至所述溶液热交换器5，与所述吸收器2出口混合物c’进行换热，温度由j’上升为k’，所述气液分离器7气体出口含有HFO-1336mzz(Z)的工作流体h’进入所述压缩机1再行压缩，完成一个循环。
本实施例设置过热管道增加了吸收剂溶液进入吸收器的温度，可在不增加吸收器压力的情况下获得更高的制热温度；增加过冷管道降低了溶液进入解吸器的温度，可在不降低解吸器压力的条件下，吸收更低温度的热量；同时，系统压比降低，压缩机做功减少，系统COP增加。
实施例3
如图3所示，本实施例与实施例1不同之处在于，还包括过热器9和过冷器10，过热器9设于油分离器6与吸热器2之间，过冷器10设于解吸器3与气液分离器7之间。工作流程如下：
压缩机1出口含有HFO-1336mzz(Z)和润滑油的混合物a”进入油分离器6中，所述油分离器6分离出的润滑油经液体出口并减压为s”回流压缩机，所述油分离器6气体出口含有HFO-1336mzz(Z)的蒸气b”分为两部分，一部分进入吸收器2，在所述吸收器2中被来自过热器9出口能吸收HFO-1336mzz(Z)的吸收剂r”吸收，放出吸收热，同时所述吸收器2内传热介质或制冷剂或待加热主体u”与含有HFO-1336mzz(Z)的溶液进行换热，并被加热为v”；另一部分进入过热器9，将来自溶液热交换器5出口能吸收HFO-1336mzz(Z)的吸收剂q”预热。所述吸收器2出口含有HFO-1336mzz(Z)与吸收剂的溶液e”，与所述过热器9出口含有HFO-1336mzz(Z)与吸收剂的溶液f”合并为g”，并进入所述溶液热交换器5中，与溶液泵8出口能吸收HFO-1336mzz(Z)的吸收剂溶液p”进行换热，温度下降为h”，经由过冷器10被来自膨胀装置4出口的一股流体t”过冷为i”，再进入所述膨胀装置4膨胀降温降压为j”后进入解吸器3，在所述解吸器3内，含有HFO-1336mzz(Z)的溶液吸收传热介质或制冷剂或待冷却主体x”的热量，解吸出含有HFO-1336mzz(Z)蒸气，所述传热介质或制冷剂或待冷却主体被冷却为y”。所述解吸器3出口含有HFO-1336mzz(Z)和吸收剂的混合物k”和所述过冷器10出口含有HFO-1336mzz(Z)和吸收剂的混合物l”合并为m”，共同进入气液分离器7，所述气液分离器7液体出口能吸收HFO-1336mzz(Z)的吸收剂溶液o”经所述溶液泵8升压为p”后送至所述溶液热交换器5，与所述吸收器2出口混合物g”进行换热，温度由p”上升为q”进入所述过热器，所述气液分离器7气体出口含有HFO-1336mzz(Z)的工作流体n”进入所述压缩机1再行压缩，完成一个循环。
本实施例采用过冷器和过热器实现与实施例2相似的功能，可获得更高的制热温度，在不降低解吸器压力的条件下，吸收更低温度的热量。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.含有HFO-1336mzz(Z)的溶液在吸收器中制热的方法，其特征在于，在吸收器中吸收含有HFO-1336mzz(Z)的蒸气，并放出吸收热。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含有HFO-1336mzz(Z)的溶液包括HFO-1336mzz(Z)和能吸收HFO-1336mzz(Z)的吸收剂。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述吸收剂是有机溶剂或离子液体或两者的混合物。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，有机溶剂是二甲胺、二甲基甲酰胺、二甲醚二甘醇、四甘醇二甲醚中任一种或多种的混合物；离子液体为咪唑类、吡啶类、季铵类、季鏻类、吡咯烷类和哌啶类离子液体中的任一种或多种的混合物。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使传热介质或制冷剂通过所述吸收器，所述传热介质或制冷剂被吸收过程的吸收热加热，经加热的传热介质或制冷剂再将待加热主体加热。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使待加热主体通过所述吸收器，待加热主体被吸收过程的吸收热加热。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，采用膨胀装置降低所述来自吸收器中含有HFO-1336mzz(Z)溶液的压力和温度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述膨胀装置出口含有HFO-1336mzz(Z)溶液进入解吸器，使传热介质或制冷剂或被冷却主体通过所述解吸器，含有HFO-1336mzz(Z)溶液吸收传热介质或制冷剂或被冷却主体的热量，解吸出含有HFO-1336mzz(Z)蒸气，所述传热介质或制冷剂或被冷却主体提供解吸过程热量被冷却。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述解吸器出口设置气液分离器，气液分离器流出的液体由溶液泵送入吸收器，气液分离器流出的蒸气由压缩机压缩，从压缩机出来的高压高温含有HFO-1336mzz(Z)蒸气进入所述吸收器被吸收剂吸收。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述压缩机包括离心式、螺杆式、涡旋式、往复式、轴流式压缩机中的任一种。
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