具有改进循环时间的吸附系统技术方案

本发明专利技术涉及方法改进和设备设计，其有助于使温度振荡(ΔT)最小化以用于获得在吸附系统中提供功和/或致冷(例如电和/或致冷)的操作压力。该方法改进和设计特别适于使用工业方法(例如化学加工或石油化学精炼操作)中的废热，其中使用低级热源驱动吸附系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使吸附床的热与冷之间温度振荡的循环时间最小化的方法改进和设备设计。特别是，本专利技术涉及吸附床的设计变化以提供更快的循环时间。这包括使用未用加热和冷却介质润湿的吸附剂，用加热和冷却介质直接加热和冷却吸附剂。这类方法改进和设计特别适于使用来自工业方法(例如化学加工或石油化学精炼操作)的先前未利用热，其中低级热源用于驱动吸附系统。
技术介绍
化学加工操作，包括石油精炼和石油化学加工操作是能量消耗量大的。通常需要使用高温热源，包括但不限于蒸汽在高温下进行这些操作。在蒸汽或其它热料流执行了其 意欲的功能以后，存在可进一步利用的“废”能。精炼厂和石油化学设备通常仅使用进行将 原油加工成产品所需输入能的约70%。在努力提高效率中，理想的是回收和使用未利用热。美国专利No. 5，823，003，Rosser等人所述一种方法企图使用废热并将该热供入吸附剂中以在较高压力下释放吸附的气体，该气体又可用于发电或含有膨胀阀的致冷循环中。美国专利No. 5，823，003描述了用于吸附致冷系统的沸石-水组合。在化学方法应用中由吸附剂得到致冷和功的现有方法具有其局限性。使用低级热源如废热提供的温度振荡(AT)小于使用初级热源提供的温度振荡。这些方法还具有较长的循环时间。这类局限性通常使从废热中回收有用热是经济上不成立的。因此，仍需要通过提供使用所有等级未利用热，降低方法的设备和空间要求的机会而改进未利用热回收努力(例如废热回收)和使它们更划算。还仍需要提供除致冷外，从带有未利用热的吸附剂中释放的工作流体的其它用途。专利技术概述本专利技术的一个方面提供一种吸附系统，其包含含有吸附剂的容器，和在容器外部的适于接收废热进料以加热工作流体进料的换热器。含有吸附剂的容器适于接收来自换热器的热工作流体进料。本专利技术的第二方面提供一种吸附床，其包含具有至少一个限定于其中的通道的吸附基质，和应用于吸附基质的通道上的表面层。通道适于接收工作流体的来源和加热或冷却流体进料以与表面层直接相互作用。本专利技术的第三方面提供一种吸附系统，其包含在第一温度下的适于接收废热进料的第一容器段，在第二温度下的适于接收冷却流体进料的第二容器段，能在第一容器段与第二容器段之间移动的吸附剂，和适于流过至少第二容器段的工作流体进料。在一个实施方案中，吸附剂使用闭锁式料斗装置移动。在可选实施方案中，吸附剂使用活塞装置移动。在又一可选实施方案中，吸附剂在第一容器段与第二容器段之间回转。附图简述图I为使用废热组合产生电和冷冻的典型吸附方法的示意图。图2为现有技术的壳管式吸附床设计。图3为根据本专利技术公开主题的一个方面的吸附方法的示意图，该方法使用吸附剂填充床(例如填充有沸石13X的床)和适于接收废热进料和工作流体(例如CO2)进料的外部换热器。该方法(和图4的方法)还包括用于使工作流体循环通过换热器的磁力驱动风扇。图4为根据可选实施方案的吸附方法的示意图，该方法使用吸附剂填充床(例如填充有沸石13X的床)、适于接收废热进料和工作流体(例如CO2)进料的第一外部换热器，和适于接收冷却流体进料(例如冷水)进料和工作流体进料的第二换热器。在该实施方案中，配置废热和冷却流体进料使得可将他们送入交替的换热器中。图5A和图5B阐述了根据本专利技术公开主题的一个方面的用于用加热介质(例如废热)和冷却介质直接加热/冷却的规整吸附剂填料(例如沸石整料)的示意图。工作流体(例如CO2)与加热和冷却介质一起在规整吸附剂填料的通道中流动。图6为根据本专利技术公开主题的可选方面的吸附方法的示意图，其中吸附剂在适于接收废热进料的热与冷容器之间连续循环。固体吸附剂使用机制如闭锁式料斗从一个容器 移至另一个中，该料斗保持两个容器保持于不同的压力和温度下。图7为根据本专利技术公开主题的可选实施方案的吸附方法的示意图，其中吸附床使用活塞装置在冷与热区之间移动以产生高压工作流体用于电和冷冻。图8为转轮设计的阐述，其用于使吸附剂在热与冷区之间移动以产生加压的CO2用于发电和随后冷冻。图9为使用沸石13X和二氧化碳的典型吸附系统的示意图。附图说明图10和11为二氧化碳在各种温度和压力下的莫里尔(Mollier)图。专利技术详述现在连同图和以下术语更详细地描述本专利技术。如本文所用，术语“吸附剂”指可逆地粘合工作流体的材料。吸附剂包括但不限于吸收剂和吸附剂。如本文所用，术语“工作流体”指可在化学或物理意义上可逆地粘合于吸附剂上的液体或气体。当吸附剂为液体时，吸附剂应吸收工作流体，因此吸附剂可称为吸收剂材料。当吸附剂为固体时，吸附剂应吸附工作流体，因此吸附剂为吸附剂材料。如本文所用，术语“总温度振荡时间”指一个完整循环，包括将吸附剂冷却以能够使CO2吸附，然后加热吸附剂以释放高压co2。如本文所用，术语“泰勒流方式”，也称为“段塞流方式”指液体和气体在两相毛细管中流动，其中形成长度大于管直径的气泡，其沿着通过液塞相互分离的毛细管移动。取决于气体和液体流速和性能，气泡通常具有半球形顶部和底部。如本文所用，术语“驱动装置”指由工作流体驱动以产生电或功的涡轮机、轴或其它机制。如本文所用，术语“容器”指适于容纳在合适条件下的吸附剂和工作流体以容许吸附(例如吸收或吸附)和/或解吸的容器。如本文所用，术语“废热”、“未利用热”或“未利用热源”指在精炼或石油化学加工操作中在热源用于其主要目的以后伴随加工操作的残余或剩余热源(例如蒸汽)。未利用热也称为“废热”。未利用热或未利用热源通常为在精炼和/或石油化学加工操作中不再具有任何用途且传统上被抛弃的热源。未利用热可作为未利用热流提供。例如，但不限于，未利用热可包括在用于石油和石油化学加工中的换热器中使用的蒸汽。鉴于以上定义，现在参考所公开主题的各个方面和实施方案。方法的参考可连同并由本文所公开的系统理解。对现有技术未认可的背景和目的而言，常规吸附系统1000显示于图I中。提供吸附床(110)，该吸附床含有填充有吸附剂(例如M0F/ZIF/沸石/碳)的管。吸附床适于接收废热(120)或冷水(130)的进料。在吸附冲程中，吸附床具有冷水进料且吸附剂吸附在较低温度T3和较低压力P2下的工作流体(例如CO2)。用阀阻断冷水供应，然后将废热进料供入吸附床中以将吸附床加热至Tl (>T2)以释放所吸附的工作流体。加热将释放的工作流体的压力P10P2)提高至超临界区域中。将加压工作流体引入涡轮膨胀机(140)中以发电。在涡轮膨胀机下游，工作流体现在在较低压力P2和较低温度T2下。热力学条件使得工作流体为至少部分冷凝相。在离开涡轮膨胀机以后，将冷凝的工作流体供入蒸发器(150)中以冷却精炼厂中的给定工艺流，这又将工作流体的温度提高至T3。再次将工作流体引入吸附床中并重复该方法。 图I所示吸附系统装配有第二吸附床(160)，该吸附床也适于接收废热(170)或冷水(180)的进料。具有两个并联的吸附床容许一个吸附床以吸附模式(吸附冲程)操作，同时另一吸附床以解吸模式操作。壳管式吸附床(2000)显示于图2中，其中加热和冷却介质(210)将热传递通过管壁(220)。吸附剂(230)填充于管内部。该设计具有缺点吸附剂的间接加热和冷却导致较慢的热传递速率和较长的温度振荡循环时间。因此，该设计需要较大的床和/或多个床(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·S·米哈斯，赵苏芳，M·S·耶加内，T·I·米赞，
申请(专利权)人：埃克森美孚研究工程公司，
类型：
国别省市：