一种蒸汽循环过程的工作流体制造技术

本发明专利技术涉及用于汽轮机循环过程的工作流体，所述工作流体包含工作介质、润滑剂，并优选包含乳化剂。所述工作介质是C1-C4醇和/或C3-C5酮，并选择性与水混合。本发明专利技术还涉及用于蒸汽循环过程的装置，所述装置包含工作流体，并应用于有机朗肯循环中使用的工作流体。所述润滑剂是一种烃，所述乳化剂是一种表面活性物质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种蒸汽循环过程的工作流体，包括工作介质、润滑剂，优选包括乳化剂。所述工作介质是C1-C4醇和/或C3-C5酮，必要时与水混合，本专利技术还涉及包含工作流体的蒸汽循环过程装置以及工作流体在有机朗肯循环中的使用。所述润滑剂是一种烃，且所述乳化剂是一种表面活性物质。
技术介绍
有机朗肯循环，缩写为\ORC\，是以有机液体替代水汽作为工作介质的蒸汽循环过程。与常规蒸汽循环过程不同，因为不来源于水的蒸汽压，故该过程与压力和温度无关。通过使用沸点低于水的有机液体，压力和温度可以设置成低于一定数值：例如低于热电厂所用的设定值。该过程特别用于当蒸发的热源和冷凝的散热片之间可用的温度梯度低的情况，或者期望较低的总体作业温度的情况。蒸汽循环过程包括至少一个蒸发器、冷凝器、膨胀机和循环泵。根据设计，所述膨胀机是一台逆向运转的压缩机，如涡旋压缩机，往复式压缩机，径向活塞机或者涡轮机。当工作介质被加热并通过外部供热在蒸发器内蒸发时，可以获得机械能。通过蒸汽的膨胀，膨胀机运作而产生机械能。随后，工作介质在冷凝器内冷却、液化，并通过循环泵的方式反馈给蒸发器。由此，完成整个循环回路。例如，机械能可以通过发电机转换为电能或机械地导回传动系统。所述工作介质受闭合回路引导。该循环回路包括移动部件，并需要润滑。因此使用包括工作介质和润滑剂的工作流体。已公开在蒸汽循环中使用含有工作介质和润滑剂的。例如，根据专利US3603087，使用水作为工作介质，其中含有有机润滑剂：如乙二醇、聚丙二醇、醚或聚乙二醇醚，该工作介质中的润滑剂是完全可溶的。润滑剂在工作介质中的溶解度会增加工作介质的粘度。专利DE102008005036A1公开了一种通过ORC过程进行余热利用的装置，该装置作为具有热回收功能的内燃机的一部分。使用水与甲醇和/或乙醇的混合溶液作为工作介质。专利DE2215868A公开了一种根据克劳修斯朗肯循环运行的发电设备的操作方法，其中工作介质采用三氟代乙醇和水以及润滑剂。润滑剂优选与工作介质不混溶的烃。专利DE102006052906A1公开了一种蒸汽循环，可以在温度高于170℃的蒸发器中运作。使用的工作介质含有C1-C4醇。工作介质可与润滑剂混合，其中适当地指示冷凝温度高于蒸汽出口温度，以便润滑剂首先在膨胀机中蒸发和凝结。由于是闭合回路，对润滑剂的抗老化有较高要求，。因此，本专利技术旨在提供工作流体，包括工作介质和润滑剂的特别适宜的组合，其中润滑剂应该是热稳定的，且基本不与循环的工作介质混溶，从而确保膨胀机的充分润滑。
技术实现思路
从上述现有技术出发，本专利技术的主要目的是提供含有工作介质和润滑剂的工作流体组合物，该组合物具有热稳定和长期稳定性，并适合于有机朗肯循环(ORC)的运作，且利用内燃机余热。如果ORC用于与内燃机结合，排出气流的高温要求工作介质-润滑剂混合物具有很高的热稳定性。在诸如汽车排气系统中的换热器的高热应力装置中，ORC对于内燃机应是可用且耐用的。操作润滑剂需要膨胀机，所述润滑剂与工作介质一起均匀通过ORC循环，并具有足够高的热和化学稳定性。具有独立权利要求1所述特征的结构实现上述目的。优选实施方式由从属权利要求限定，或说明如下。所述组合物为用于蒸汽循环的工作流体，包括工作介质(a)、润滑剂(b)，以及可选择性加入的乳化剂(c)和其他可选组分(d)。其他可选组分未包含在(a)、(b)或(c)中，而同时不论其是否可以作为工作介质或工作介质的一部分，都属于工作流体。优选地，以下给出的工作流体配方比例中，基于所述工作流体，所述工作流体仅包括工作介质(a)、润滑剂(b)可选择性加入的乳化剂(c)以及可选组分(d)，即(a)、(b)、(c)和(d)的质量比之和为100％。基于工作介质的总组成，工作介质(a)包括：(a.1)至少一种C1-C4醇，或(a.2)至少一种C3-C4酮或(a.1)和(a.2)的混合物以及(a.3)可选最高75％质量比的水，优选最高50％质量比的水。工作介质中组分(a.1)到(a.3)的比例按(a.3)水组分的例中所示以质量百分比(％)计算如下：＝(a.3)/((a.1)+(a.2)+(a.3))*100)。在计算中最终只输入了组分(a.1)、(a.2)和(a.3)。工作流体中工作介质(a)的质量百分比优选为99％-60％，特别优选质量百分比95％-75％，进一步更优选质量百分比90％-80％。根据一个实施方案，工作介质中不含水，根据另一个实施方案，工作介质中含有，例如5到75％质量比的水，优选10到50％质量比的水。除了以上方案，工作介质还可以只含组分(a.1)，或只含组分(a.2)，或者只含有组分(a.1)和组分(a.2)的混合物。在C1-C4醇中，C1至C4各自表示一种具有1到4个碳原子的烃基，尤其是诸如：甲醇、乙醇、丙醇或丁醇以及其位置异构体或混合物的烷基自由基。在C3-C4酮中，C3和C4分别表示一种具有3个或4个碳原子的烃基如：丙酮、甲乙酮或它们的混合物。润滑剂(b)由烃类化合物组成，40℃下粘度(运动粘度)为40到700mm2/s，优选40℃下粘度100到400mm2/s，更优选40℃下粘度150到300mm2/s(根据DINENISO3104标准测量)。润滑剂的沸点，也与选择的烃类混合物相关，优选高于300℃(根据DIN51435标准由气相色谱法测定)。适合的润滑剂例如为：烷基化合物、烷基萘、矿物油或聚α-烯烃(PAO)。特别优选PAO和其混合物，如：低粘度PAO和高粘度PAO或其它100℃下根据DINENISO3104标准测定的粘度质量在20-200mm2/s范围内的PAO的组合，其中所述低粘度PAO例如为：PAO4、PAO6、PAO8或PAO10(根据DINENISO3104标准测定，在100℃下粘度分别约为4、10、6、8和10mm2/s)，所述高粘度PAO如PAO40、mPAO40、PAO100、mPAO100(根据DINENISO3104标准测定，在100℃下粘度分别为约40或100mm2/s)，其中m表示由茂金属催化而聚合得到的PAO。混合物尤其优选由2到12个C8-C20的α-烯烃单元经茂金属催化而聚合得到的PAO。工作流体中润滑剂(b)的质量百分比优选为1到40％，更优选为5到25％，进一步优选为10到20％。润滑剂在工作介质中不可溶。此处不可溶指在25℃时，溶解质量百分比低于5％，优选低于2％。由此，润滑本文档来自技高网...

【技术保护点】
工作流体组合物，包括：(a)至少一种工作介质，包含：(a.1)至少一种C1‑C4醇，或(a.2)至少一种C3‑C4酮，或(a1)和(a2)的混合，以及(a.3)根据工作介质选择性加入最高占75％质量的水，优选加入最高占50％质量的水；以及(b)至少一种包括烃类的润滑剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.17 DE 102013110256.51.工作流体组合物，包括：
(a)至少一种工作介质，包含：
(a.1)至少一种C1-C4醇，或
(a.2)至少一种C3-C4酮，或
(a1)和(a2)的混合，以及
(a.3)根据工作介质选择性加入最高占75％质量的水，优选加入最高占50％质
量的水；以及
(b)至少一种包括烃类的润滑剂。
2.根据权利要求1所述的工作流体组合物，其特征在于所述工作流体组合物中工
作介质(a)的质量百分比为99％-60％，优选质量百分比95％-75％，进一步优选质量百分
比90％-80％。
3.根据权利要求1或2所述的工作流体组合物，其特征在于，所述润滑剂(b)包含
烃类化合物，其在40℃下粘度(运动粘度)为40到700mm2/s，40℃下粘度优选为100
到400mm2/s，40℃下粘度特别优选为150到300mm2/s(根据DINENISO3104标准
测量)。
4.根据上述任一权利要求所述的工作流体组合物，其特征在于，基于可选择性混
合的烃类化合物，即包括烃类化合物的所述润滑剂(b)沸点高于300℃(根据DIN51435
标准通过气相色谱法确定)。
5.根据上述任一权利要求所述的工作流体组合物，其特征在于，所述润滑剂是烷
基化合物、烷基萘、矿物油或聚α-烯烃(PAO)或以上的混合物。
6.根据上述任一权利要求所述的工作流体组合物，其特征在于，所述润滑剂为PAO
及以上的混合物，优选为100℃下粘度为4到10mm2/s的低粘度PAO，和100℃下粘度
为40到400mm2/s的高粘度PAO(根据DINENISO3104标准测定)的组合。
7.根据上述任一权利要求所述的工作流体组合物，其特征在于，所述工作流体中
润滑剂(b)的质量百分比为1％-40％，优选质量百分比5％-25％，进一步优选质量百分比
10％-20％。
8.根据上述任一权利要求所述的工作流体组合物，其特征在于，25℃下质量百分
比低于5％优选低于2％的所述润滑剂(b)可溶于所述工作介质。
9.根据上述任一权利要求所述的工作流体组合物，其特征在于，所述工作流体进
一步包括乳化剂(c)，并且所述乳化剂(c)优选为：
·一种或多种烯基琥珀酰亚胺(Alkenylsuccin...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤尔根·布朗，丹尼斯·艾伯特，
申请(专利权)人：福斯油品集团，
类型：发明
国别省市：德国;DE