将未利用热用于冷却和/或发电的系统的制作方法

专利名称：将未利用热用于冷却和/或发电的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用吸着剂材料提供制冷或驱动驱动器装置如传动轴的方法和系统， 特别是在化学加工和石油炼制操作中。
背景技术：
化学加工操作，包括石油炼制和石油化学操作，是耗能的。通常必须使用包括但不限于蒸汽的高温热源在高温下进行这些操作。在蒸汽和其他热料流完成预期功能后，仍有未利用的能量。精炼厂和石油化学设备通常仅利用使原油加工为制品所需输入能量的 70%。在努力增加能效率的过程中，希望回收和利用未利用热。在Rosser等人的美国专利5，823，003号中公开的一种现有技术方法尝试利用废热并施加该热到吸附剂材料从而在较高压力下释放被吸附的气体，其又可用于含有膨胀阀的制冷循环。美国专利5，823，003 号公开了采用沸石-水配对。在化学方法应用中由吸着剂材料获得制冷的现有方法具有局限性。通常吸着系统中所用吸着剂材料和气体需要其他工艺设备如泵送装置，其维持昂贵且不安全，并需要大的空间分配。这些局限性通常使未利用热的回收具有经济不可持续性。因此仍需要通过提供利用较低和较高等级的未利用热的机会使未利用热的回收工作更具成本效益，以降低该方法的设备和空间要求。除了制冷以外，仍还需要提供从加载未利用热的吸着剂材料释放的流体的其他用途。发明概述通过适当选择吸附剂材料和流体，可提供由较低温度的未利用热有效驱动并无需补充设备(例如压缩机和泵)的吸着系统。因此本申请的一个实施方案提供包括吸附剂材料和流体的吸着系统，其中取决于未利用热料流的类型，吸着剂材料和流体组合具有至少1. 2的“压力指数”。对于较高温度的未利用热料流(例如600K至1200K)，压力指数为至少1.2。对于较低温度的未利用热料流(例如小于600K)，吸着剂材料和流体组合具有至少1. 5的压力指数。在优选实施方案中，取决于预期应用，压力指数为至少2，或至少3，或至少4，或至少6，或至少8。在其他优选实施方案中，压力指数为低等级热的压力指数。通常压力指数基于在下文更详细描述的规定条件下处于解吸模式的含有吸附剂和流体的容器的内部容器压力。本申请还提供一种提供冷却或制冷的方法，该方法包括选择制冷剂流体和吸附剂材料使制冷剂流体吸入吸附剂材料；加热吸附剂材料以使制冷剂流体从吸附剂材料解吸并使解吸的制冷剂流体导入设备以膨胀解吸的制冷剂流体从而制冷，其中吸附剂材料和流体组合具有至少1. 2的压力指数。尽管就精炼和/或石油化学应用方面描述本发明，但本发明并不限于此。预期将压力指数以及吸着剂材料和流体组合用作精炼和石油化学领域以外的应用，其包括但不限于用作住所中的被动冷却。本申请还提供一种发电或工作的方法，该方法包括选择吸附剂材料和流体，使流体吸入吸附剂材料，加热吸附剂材料以使流体从吸附剂材料解吸，并使解吸的流体驱动驱动器装置从而发电或工作。预期产生的电可在精炼厂或石油化学厂内使用或引入电网供周围地区使用。本申请还提供一种吸附系统，该系统包括与热源连通的容器，该容器含有吸附剂材料和流体，吸着剂材料选自沸石、硅胶、碳、活性碳、金属有机骨架(MOF)和沸石咪唑骨架 (ZIF)，且流体选自二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氨、氟利昂和其他已知制冷剂。
附图简介现将与下列附图一起描述本发明

图1为本申请示例性实施方案的示意图，该方案采用沸石13X作为吸附剂材料，采用二氧化碳作为流体并利用未利用热实现约212° F的温度。图2为注释有显示对应于图1中所述示例性实施方案的四个阶段的四个点的 Mollier 图。图3为注释有显示基于使用未利用热实现约450° F的温度的替换方法的点和基于使用较高吸着压力的替换方法的点的Mollier图。图4为沿着y轴绘制吸附剂容量并沿着χ轴绘制平均吸附热的图。图5为本发明实施方案吸附系统的示意图。发明详述现将结合图和下列术语更详细地描述本发明。本文所用术语“吸着剂材料”指对流体可逆结合(bind)的材料。吸着剂材料包括但不限于吸附剂。本文所用术语“流体”或“工作流体”指可对吸着剂材料可逆结合的液体或气体。本文所用术语“驱动器装置”指汽轮机、轴或由流体驱动以发电或进行工作的其他合适机械装置。本文所用术语“容器”指适用于在合适条件下含有吸附剂材料和流体以允许流体在吸着剂材料中吸附和解吸的密闭容器。本文所用术语“未利用热”或“未利用热源”指在热源已在精炼或石油化学加工操作中用于其主要目的后在加工操作之后残留的剩余或残留热源(例如蒸汽)。未利用热还称作废热。未利用热或未利用热源指在精炼和/或石油化学加工操作中不再具有任何用途并常规将废弃的热源。未利用热可以以未利用热料流提供。例如但不限于，未利用热可包括石油和石油化学加工中所用热交换器中采用并对现有方法不具价值且将废弃的蒸汽。本文所用术语“泵”指协助使流体从一个地方运输到另一地方的物理装置。根据本申请一方面，提供吸着系统。该吸着系统从未利用热料流回收未利用热。未利用热源可为来自热交换器或化学加工厂或石油化学精炼厂其他工艺区域的余热。吸着系统包括至少一个含有吸着剂材料或吸着剂材料混合物以及工作流体或工作流体混合物的容器，和至少一个与该容器操作性连接的未利用热源，使得来自未利用热源的未利用热可转移到含在容器中的吸着剂材料和流体中。根据本发明一方面的吸着系统10显示于图5中。该吸着系统10包括第一吸附容器11和第二吸附容器12。未利用热料流21通过第一吸附容器11。含在料流21中的未利用热通过含有该料流的管线壁传入第一吸附容器11。未利用热料流22通过第二吸附容器 12。含在料流22中的未利用热通过含有该料流的管线壁传入第二吸附容器12。未利用热料流22通过第二吸附容器12。未利用热料流21和22可由相同未利用热源或分离的未利用热源供应。第一和第二吸附容器11和12与压力缓冲器(pressure damper) /冷却器15操作性连接。将阀组件13插在第一吸附容器11和冷却器15之间。阀组件13起类似回压调节器的作用，其允许工作流体在预定或预调压力下从第一吸附容器11逃逸。预定或预调压力可为 170psig至 3400psig，其取决于含在容器中的吸着剂材料量和废料流温度。阀组件14插在第二吸附容器12和冷却器15之间。类似第一阀组件13，第二阀组件14起类似回压调节器的作用，其允许第二吸附容器中的工作流体在预调压力下从第二吸附容器12 逃逸。管线31从冷却器15伸出。含在冷却器15和管线31中的工作流体具有Pl的压力和Tl的温度。根据本发明一方面，管线31与膨胀阀16连接。当工作流体通过膨胀阀16进入管线32时，工作流体的温度从Tl降为T3使得Tl > T3且工作流体的压力从Pl降为P2使得 Pl > P2。由于这样的设置，工作流体可用于为热交换器18提供冷却，其与管线32操作性连接。随着工作流体通过热交换器18，工作流体的温度从T3增到T2使得T2 > T3且Tl > T2，这与从通过热交换器18的其他流体回收热相对应。工作流体的压力仍接近P2。工作流体经由回流管线33送回第一吸附容器11和第二吸附容器12。工作流体的温度为T2且压力为P2。阀41控制工作流体从回流管线33到第一吸附容器11的流动。 阀42控制工作流体从回流管线33到第二吸附容器12的流动。当工作流体送回第一吸附容器11时，使工作流体吸附到含在第一吸附容器11中的吸着剂材料上。当工作流体送回第二吸附容器12时，使工作流体吸附到含在第二吸附容器12中的吸着剂材料上。现将更详细地描述系统10的操作。根据本发明，第一和第二吸附容器11和12级联协作地(in tandem)操作。当阀41打开时，工作流体流入第一吸附容器11。阀41保持打开直到第一容器11内建立平衡。未利用热料流21通过第一容器11使得加热吸着剂材料和工作流体，这导致工作流体从吸着剂材料解吸。这增加了含在第一容器11中的工作流体的压力。一旦达到预调压力，工作流体就从第一容器11经由阀组件13释放，使得工作流体释放到冷却器15和管线31中。在管线31内工作流体具有Pl的压力和Tl的温度。当操作膨胀阀16时，在管线32中工作流体的压力和温度降为P2的压力和T3的温度。使工作流体通过热交换器18以冷却含在其中的流体。根据本发明，热交换器18 用于冷却用于精炼或石油化学加工操作的工艺料流。由于这样的设置，使通常会浪费的未利用热收回并用于进行另一工艺料流的冷却。还预期工作流体可用于将水冷却而为蒸馏塔中的塔顶冷凝器提供冷却水。还预期通过工作流体进行的冷却可用于从燃料料流回收气体分子。本发明不是要限制于用于精炼和石油化学加工应用中的工艺料流。预期热交换器可与位于设备中的配件(building)之一中的配件冷却系统连接使用，使得未利用热可用于冷却一个或多个配件。在通过热交换器18之后，工作流体进入回流管线33。工作流体的温度为T3且压力仍接近P2。关闭阀41使得工作流体不送回第一容器11 ；而是打开阀42使得工作流体可流入第二吸附容器12中。阀42保持打开直到第二容器12内建立平衡。未利用热料流22 通过第二容器12使得加热吸着剂材料和工作流体，这导致工作流体从吸着剂材料解吸。这增加了含在第二容器12中的工作流体的压力。一旦达到预调压力，工作流体就经由阀组件13从第二容器12释放，使得工作流体释放到冷却器15和管线31中。在管线31内工作流体具有Pl的压力和Tl的温度。工作流体如上所述通过该系统。通过热交换器后，工作流体送回第一吸附容器11。第一和第二吸附容器11和12级联协作地操作使得当一个以解吸模式操作时，另一个以吸附模式操作，反之亦然。由于这样的设置，第一和第二容器11和12操作从而将工作流体连续供应到处于压力Pl下的冷却器15和管线31。根据本发明一方面，膨胀阀16可用驱动器装置51 (例如汽轮机)代替。工作流体通过驱动器装置而发电或通过驱动轴或其他合适机械装置而进行工作，由此工作流体的温度和压力将如上所述降低。然后工作流体可用于热交换器18。还预期膨胀阀16和驱动器装置51可级联协作地使用从而既进行发电又进行制冷。吸着系统包括吸着剂材料或吸着剂材料混合物以及工作流体或工作流体混合物。 吸着剂材料和流体组合具有至少1. 2，或至少1. 5，或至少2，或至少3，或至少4，或至少6， 或至少8的压力指数。在各实施方案中，压力指数可为低级热的压力指数(例如对于600K 以下的未利用热的应用)，或高级热的压力指数(例如对于600K至1200K的未利用热的应用)。各种组合或吸着剂材料和流体被认为是处于本发明范围内，只要这类组合满足所需压力指数。应注意到适用于具有较高温度的未利用热料流的应用的组合可能并不适用于较低温度的未利用热料流。下文更详细地描述压力指数的测定。吸着系统中的吸附剂材料具有约^ccal/摩尔至约20kcal/摩尔，或更优选约 3kcal/摩尔至约IOkcal/摩尔的平均吸着热(Q)。在本申请的一个实施方案中，工作流体选自二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氨、 氟利昂或其他合适制冷剂。吸附剂材料选自沸石、硅胶、吸附性聚合物、碳、活性碳、金属有机骨架(MOF)和沸石咪唑骨架(ZIF)。在一个实施方案中，流体为二氧化碳和/或吸附剂材料为沸石。在一个实施方案中，流体为二氧化碳且沸石为沸石X，优选沸石13X。根据本申请的另一方面，提供了一种提供制冷的方法。提供制冷的方法包括选择制冷剂流体和吸着剂材料，使制冷剂流体吸入吸着剂材料，加热吸着剂材料以使制冷剂流体从吸着剂材料解吸，并且将解吸的制冷剂流体导入仪器以膨胀解吸的制冷剂流体从而制冷。该方法优选采用如上所述的吸着剂系统。该吸着剂材料和流体组合具有至少1. 5，或至少2，或至少3，或至少4，或至少6，或至少8的压力指数。在各实施方案中，压力指数可为低级热的压力指数或高级热的压力指数。根据本发明一方面，本文所述吸着剂系统和方法不需要使用泵或有助于工作流体通过该系统的移动的另外组件。本申请另一方面提供了一种发电或工作的方法。该发电或工作的方法包括选择吸着剂材料或吸着剂材料混合物以及流体或工作流体混合物，使流体吸入吸着剂材料，加热吸着剂材料以使流体从吸着剂材料解吸，并且使解吸的流体驱动驱动器装置以发电或工作。该吸着剂材料和流体组合具有至少1. 2 (对于高温未利用热的应用)，或至少1. 5，或至少2，或至少3，或至少4，或至少6，或至少8的解吸吸着压力指数。本方法优选利用上述吸着剂系统。压力指数本申请实施方案采用“压力指数”，该压力指数可在各解吸温度下测定，其用于确定吸着剂材料与流体的合适组合。压力指数由下列方法测定。将一百(100)克吸着剂材料放于设计为用位于该容器的两端的现有阀与连接的设备分离的1升容器。该容器还具有指示器以测量内侧压力和温度。用纯流体(例如CO2)在一个大气压力下吹洗并填充该容器。 吸着剂材料吸附流体且该吸着剂可加热。使该容器在^SK和1大气压力下平衡，其中该吸着压力被定义为P1 = 1. 0。加热该容器到预选择的解吸温度(例如348K)。当该容器和吸着剂材料达到预选择的解吸温度时，测量容器内部压力以确定PF。压力指数被定义为Pf与 P1的比例。如上所述，本申请优选实施方案使用较低温度的未利用热。为了选择优选与低级热(例如利用低等级未利用热的吸着系统)一起使用的吸着剂材料/流体组合，通常希望或必须至少确定按照以上测定的低级热的压力指数。至少1. 5的压力指数通常适用于低级未利用热的应用。然而，本发明其他实施方案可使用高级热源。因此在这些实施方案中，希望选择高级热的压力指数。在这类情况下，吸着剂材料与工作流体的组合可具有低至1.2 的压力指数。使用沸石13X和CO2的示例件实施方案为了说明而不是限制，在本申请的一个代表性实施方案中提供了沸石13Χ/ω2吸着冷却系统100，其示意性地描绘在图1中。该实施方案中二氧化碳在各温度和压力下的 Mollier图显示在图2和3中用于参考。在该实施方案中，两个容器111和112分别保持吸附模式和解吸模式。当一个容器处于吸附模式时，另一容器则处于解吸模式，反之亦然。在本实施方案中，吸着剂材料为沸石13Χ。工作流体为C02。对于处于吸附模式的容器，二氧化碳在约140psi的压力和约95° F的温度下由沸石13X吸附。这些条件以阶段1表示在图2中。吸附完成后，吸附剂床通过操作相关阀(例如对于容器111的阀141或对于容器 112的阀142)分离并使用来自石油炼制或化学方法的未利用热加热。吸附模式可持续数秒 (例如10秒)至数分钟。吸附模式的持续时间基于所选吸附剂材料和流体而变化。将未利用热施加到容器以解吸C02，从而开始解吸模式。在此特定实施方案中使用未利用热将容器加热至约212° F。随着吸附剂床加热至212° F，由于CO2从13乂吸着剂材料解吸而产生加压料流。响应回压调节器阀((即对于容器111的阀113或对于容器112的阀114)的操作，高压CO2在预调压力(例如 1400psig)下从该容器释放到压力缓冲器或冷却器115， 这以阶段2表示在图2中。CO2的温度为约212° F。将加压CO2料流冷却至压力缓冲器/冷却器115到约110° F，这以阶段3表示在图2中。结果管线131中的冷却的CO2料流压力为约1380psi(Pl)且温度为约110° F。然后使冷却的工作流体料流使用膨胀阀116绝热膨胀到约140psi (P2)和-40°C (T3)，这以阶段4表示在图2中。膨胀阀116可为限流器(flow restrictor)或针阀以限制但不停止流动。该冷却的料流可用作用于其中易于得到未利用热的精炼厂或相似设备内的许多不同应用的优质冷量负荷。例如冷冻的(X)2可导入热交换器118以冷却精炼厂和化工厂内的工艺料流。在交换器118内进行制冷操作后，该代表性实施方案的二氧化碳可具有约60° F 至100° F的温度(T2)和约140psi的压力(P2)。然后使二氧化碳工作流体再循环回所述容器之一从而用于随后的吸附模式。
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CO2/沸石13X系统具有大于3. 5的压力指数。该压力指数根据以上说明的程序测定。或者，可使用更高温度的热以使更多工作流体分子从吸附床解吸。如图3所示，并且为了说明而不是限制，阶段2为现在的阶段2A，其中更高温度的未利用热源用于将该床加热到450° F，而不是212° F。该加压料流在膨胀之前冷却到110° F。因此在阶段2需要更大量的冷却介质。基于450° F热源且使用选择的沸石13X和二氧化碳的该可选系统的效率将显著降低，因为它需要更高级的加热和冷却。然而，应理解基于更高级热的压力指数而选择的吸着剂材料和流体可产生更适用于更优质热的吸着系统。或者，在绝热膨胀过程中系统可在较低压差下操作。图3显示其中阶段I-B和4-B 处于较高吸附压力下的系统。这还将降低该系统的效率。通过不将流体膨胀到较低压力可限制冷却。然而，该实施方案可用于提供制冷。对于以上讨论，各容器可为其中吸附剂处于管中的管壳式(shell-in-tube type) 构造。该容器可具有约5ft的内径并含有具有约20ft的长度的管。其他容器尺寸被认为完全处于本发明范围内。此外，本发明不限于管壳式热交换器，其他交换器和其他容器可基于本领域普通技术人员而选择且认为完全处于本发明范围内。该代表性实施方案以示例目的提供；本申请或本发明并不限于本申请以上讨论或其他特定实施方案。例如其他吸附剂材料和流体可代替沸石13X和CO2，或除了沸石13X和 CO2夕卜，还可使用其他吸附剂材料和流体。吸附剂材料如上所述且本申请所用术语“吸着剂材料”或“吸附剂材料”指可逆结合流体的材料。吸着剂材料包括吸附剂。可用于本发明实施方案的吸着剂材料包括但不限于金属-有机骨架基(M0F基) 吸着剂、沸石咪唑骨架(ZIF)吸着剂材料、沸石和碳。MOF基吸着剂包括但不限于具有多个金属、金属氧化物、金属簇或金属氧化物簇结构单元的MOF基吸着剂。如在国际公布申请号W02007/111738(将其引入本文作为参考)中公开的，金属可选自周期表中的过渡金属和铍。示例性金属包括锌( )、镉(Cd)、汞(Hg)、 铍(Be)和铜(Cu)。金属结构单元可由有机化合物连接而形成多孔结构，其中用于连接相邻金属结构单元的有机化合物可包括1，3，5_苯三苯甲酸酯(BTB) ；1，4_苯二甲酸酯(BDC)； 1，4-苯二甲酸环丁酯(CB BDC) ； 2-氨基1，4苯二甲酸酯(H2NBDC)；四氢芘2，7-二甲酸酯 (HPDC)；三联苯二甲酸酯(TPDC) ；2，6-萘二甲酸酯(2,6-NDC)；芘2，7-二甲酸酯(PDC)；联苯二甲酸酯(BDC)；或任何具有苯基的二羧酸酯化合物。具体材料MOF基吸着剂材料包括M0F_177，一种具有通式&ι40(1，3，5-苯三苯甲酸酯)2的材料；M0F-5，还已知为IRMOF-I，一种具有通式Zn4O(1，4-苯二甲酸酯)3的材料；1RM0F-6，一种具有通式&ι40(1，4-苯二甲酸环丁酯)的材料；1RM0F-3，一种具有通式 ^i4O (2-氨基1，4-苯二甲酸酯)3的材料；和IRM0F-11，一种具有通式Si4O (三联苯基二甲酸酯)3或Zn4O (四氢芘2，7- 二甲酸酯)3的材料；和IRM0F-8，一种具有通式Zn4O (2,6-萘二甲酸酯)3的材料以及Cu-BTC-MOF，一种具有通式C18H6Cu3O12 (苯_1，3，5-三甲酸铜)的材料。示例性沸石咪唑骨架(ZIF)吸着剂材料包括但不限于在Los Angeles的University of California 开发且综述于 Nature 453，207-211 (2008 年 5 月 8 日)(将其整个内容引入本文作为参考)的ZIF-68、ZIF-60、ZIF-70、ZIF-95、ZIF-100。沸石吸附剂材料包括但不限于由式M2/n0 · Al2O3 · ySi02 · wH20所示的硅铝酸盐，其中y为2或更大，M为电荷平衡阳离子如钠、钾、镁和I丐，N为阳离子化合价且w为含在沸石空隙中的水摩尔数。可包括在本申请的方法和系统中的沸石的实例包括天然和合成沸石。天然沸石包括但不限于菱沸石(CAS登记号12251-32-0 ；典型通式 Ca2 [(AlO2)4 (SiO2)8] · 13H20)、丝光沸石(CAS 登记号 12173-98-7 ；典型通式 Na8 [(AlO2)8 (SiO2)40] · 24H20)、毛沸石(CAS 登记号 12150-42-8 ；典型通式(Ca，Mg， Na2, K2) 4.5[ (AlO2) 9 (SiO2)27] · 27H20)、八面沸石(CAS 登记号 12173-28-3，典型通式 (Ca，Mg，Na2, K2) 29.5[ (AlO2) 59 (SiO2)133] · 235H20)、斜发沸石(CAS 登记号 12321-85-6， 典型通式Na6 [(AlO2)6 (SiO2)3J · 24H20)和钙十字石(典型通式(0. 5Ca，Na， K) 3 [(AlO2) 3 (SiO2)5] · 6H20)。合成沸石包括但不限于沸石A(典型通式=Na12 [(AlO2)12 (SiO2)12] · 27H20)、沸石 X(CAS 登记号 68989-23-1 ；典型通式=Na86[AlO2)86(SiO2) 106] · 264H20)、沸石 Y(典型通式=Na56[(AlO2)56 (SiO2)136] · 250H20)、沸石 L (典型通式=K9f(AlO2)9(SiO2)27] · 22H20)、沸石 Ω (典型通式=Naf^8TMAu [AlO2) 8 (SiO2)28] ·21Η20，其中 TMA 为四甲铵)和 ZSM-5 (典型通式 (Na, TPA) 3 [(AlO2) 3 (SiO2)93] · 16Η20，其中 TPA 为四丙铵)。可用于本申请实施方案的沸石还包括由Kirk-Othmer公开于Encyclopedia of Chemical Technology，第16卷，第四版，题目为“Molecular Sieves”中的沸石，将其整个内容引入本文作为参考。合成沸石吸着剂材料可市购，例如以来自I R. Grace and Co. (Columbia, Md.)和 Chengdu Beyond Chemical (Sichuan, P.R.China)的Sylosiv 牌子市购。例如 Sylosiv
AlO是一种市售沸石13X制品。^^如上所述，术语流体指对吸附剂材料可逆结合的液体或气体。根据本申请可使用的流体的非限制性实例包括二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氨、氟利昂和满足上述压力指数的其他合适制冷剂。选择吸着剂材料和流体根据本发明另一方面，提供了一种选择组合用于化学加工或石油化学精炼操作内的废热吸着剂系统中的吸着剂材料和流体的方法。该方法通常包括在容器中提供吸附剂材料，将流体引入容器中至预定吸附压力，使该室在预定吸附压力(例如Iatm)下达到平衡， 紧闭该室以防止流体逃逸，将紧闭的室加热到预定温度(例如348K)，在吸着剂材料达到预定温度后测量紧闭的室内的内部压力并如果紧闭的室内测得的内部压力为吸附压力的至少1. 5倍，则选择该吸着剂和流体用于组合使用。在一个实施方案中，如果紧闭的室内测得的内部压力为吸着压力的至少2倍，或至少3倍，或至少4倍，或至少6倍，或至少8倍，则选择该吸着剂材料和流体用于组合使用。该吸附系统可用于提供制冷，驱动汽轮机以提供电或驱动工作轴或其他驱动器而进行工作。吸着热优选地，对于至多600K的热源，吸着剂材料和流体组合具有约^ccal/摩尔至约20kcal/摩尔，更优选约4kcal/摩尔至约IOkcal/摩尔的平均吸着热(Q)。如果可得到的为更高温度的热源(例如大于600K且至多1200K)，则吸着热应为^ccal/摩尔至约40kcal/ 摩尔。吸着剂材料还应对流体具有高容量。图4显示出这两种因素在选择流体和吸着材料中的影响。如图4的左侧所示，标记的“低吸着热区”，吸着剂/流体组合通常具有太低的吸着热而不能提供合适的压力“火花 (spark) ”并且该吸着剂/流体并不是合适的组合。图4底部，标记“低容量区”显示其中选择的吸着剂材料对流体提供低容量使得，与吸着热无关，该流体不能驱动吸着系统的区域。 图4的右侧，标记的“高吸着热区”显示其中选择的吸着剂提供太高的吸着热而不能提供充足的压力以驱动吸着系统的区域。因此由此标记优选区。本申请吸附剂系统的用涂本申请吸附剂系统可用于提供允许存在含有吸着剂材料的容器，流体供应，热供应和有效使解吸的流体导入膨胀装置以提供制冷或导入驱动器装置以提供电或工作的方式的装置的各种应用。例如可使解吸的气体导入Joule-Thompson膨胀阀从而提供制冷。或者可使解吸的流体导入汽轮机以提供电或导入工作轴以使机器运行从而提供工作。本申请吸着系统的可能应用包括住宅(夏天用于产生空气调节作用并且冬天用于热泵)，车辆(其中车载空气调节(on-board air conditioning)利用排放热)和工业 (精炼和化工厂)。在本申请优选实施方案中，吸附剂系统用于化工或石油化学厂内，并且解吸的流体用于提供制冷以协助其他工艺区域，特别是依靠温差分离混合物组分的区域。例如制冷可用于从沿着堆积体上升的烟道气体回收液化石油气(LPG，C3+)，或制冷可用于操作冷凝器以改善真空蒸馏塔的效率，特别是在夏季的各月中。通过适当选择吸附剂和流体，吸着剂系统相比之前由现有技术中的吸附系统可有效使用更低等级的热。例如在本申请的一个实施方案中，热供应为“未利用热”，其具有约70 至约300°C，更优选约90至约180°C的温度。本发明在范围方面并不受到本文所述具体实施方案的限制。事实上，除了本文所述那些，本发明的各种修改根据前述说明和附图而对本领域熟练技术人员而言是显而易见的。这类修改落入所附权利要求范围内。还应理解所有数值是近似的且为了说明而提供。该申请通篇引用专利、专利申请、出版物、产物说明和草案，出于所有目的将其各自公开整个内容引入本文作为参考。
权利要求
1.一种吸着系统，其包括(a)吸着剂材料；和(b)流体，其中所述吸着剂材料和流体组合具有至少1. 2的压力指数。
2.权利要求1的吸着系统，其中所述吸着剂材料和流体组合具有至少1.5的压力指数。
3.权利要求2的吸着系统，其中所述吸着剂材料和流体组合具有至少3的压力指数。
4.权利要求3的吸着系统，其中所述吸着剂材料和流体组合具有至少4的压力指数。
5.权利要求4的吸着系统，其中所述吸着剂材料和流体组合具有至少6的压力指数。
6.权利要求2的吸着系统，其中所述吸着剂材料在所述吸着系统的吸着条件下具有约 2kcal/摩尔至约20kcal/摩尔的平均吸着热(Q)。
7.权利要求6的吸着系统，其中所述吸着剂材料在所述吸着系统的吸着条件下具有约 3kcal/摩尔至约IOkcal/摩尔的平均吸着热(Q)。
8.权利要求1的吸着系统，其中所述流体选自二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氨和氟利昂；另外其中吸着剂材料选自沸石、硅胶、吸附性聚合物、碳、活性碳、金属有机骨架 (MOF)和沸石咪唑骨架(ZIF)及其组合。
9.吸附系统，其包括与热源连通的容器，该容器包含吸着剂材料和流体；所述吸着剂材料选自沸石、硅胶、吸附性聚合物、碳、活性碳、金属有机骨架(MOF)和沸石咪唑骨架(ZIF)；和所述流体选自二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氨和氟利昂。
10.权利要求8或权利要求9的吸着系统，其中所述流体为二氧化碳。
11.权利要求8-10中任一项的吸着系统，其中所述吸着剂材料为沸石。
12.权利要求11的吸着系统，其中所述吸着剂材料为沸石X。
13.权利要求12的吸着系统，其中所述吸着剂材料为沸石13X。
14.权利要求1的吸着系统，其中所述吸着系统从未利用热源回收未利用热。
15.权利要求14的吸着系统，其进一步包括 至少一个含有吸着剂材料和流体的容器；至少一个与所述容器操作性连接的未利用热源，使得来自未利用热源的未利用热可转移到含在容器内的吸着剂材料和流体。
16.权利要求15的吸着系统，其进一步包括与从所述至少一个容器释放的流体响应而进行工作的驱动器装置。
17.权利要求15的吸着系统，其进一步包括 与所述未利用热源操作性连接的第二容器， 含有吸着剂和流体的至少一个容器和第二容器，其中所述至少一个容器和所述第二容器各自具有吸着模式和解吸模式， 其中在解吸模式中，流体与未利用热响应而从吸着剂材料释放， 其中在吸着模式中，流体由吸着剂材料吸着， 其中当第一容器以吸着模式操作时，第二容器以解吸模式操作，和其中当第一容器以解吸模式操作时，第二容器以吸着模式操作。
18.一种提供制冷的方法，包括 选择流体和吸着剂材料；使流体吸入吸着剂材料中； 加热吸着剂材料以使流体从吸着剂材料解吸；和使解吸的流体导入仪器以膨胀解吸的流体用于制冷； 其中所述吸着剂材料和流体组合具有至少1. 5的压力指数。
19.一种发电或工作的方法，其包括 选择吸着剂材料和流体；使流体吸入吸着剂材料中； 加热吸着剂材料以使流体从吸着剂材料解吸；和使解吸的流体驱动驱动器装置从而发电或工作。
20.权利要求18或权利要求19的方法，其中所述流体选自二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、 丁烷、氨和氟利昂；另外其中所述吸着剂材料选自沸石、硅胶、吸附性聚合物、碳、活性碳、金属有机骨架(MOF)和沸石咪唑骨架(ZIF)。
21.权利要求20的方法，其中所述流体为二氧化碳。
22.权利要求20或权利要求21的方法，其中所述吸着剂材料为沸石。
23.权利要求22的方法，其中所述沸石选自沸石A、沸石X、沸石Y。
24.权利要求23的方法，其中所述沸石为沸石13X。
25.权利要求18-24中任一项的方法，其中通过来自一种精炼操作和化学加工操作的未利用热而提供加热。
26.权利要求25的方法，其中所述未利用热的温度为600°K或更低。
27.权利要求沈的方法，其中所述未利用热为约341至约571。
28.权利要求27的方法，其中所述未利用热为约361至约451。
29.权利要求18的方法，其中所述制冷用于为蒸馏塔中的塔顶冷凝器提供冷却水。
30.权利要求四的方法，其中所述制冷用于从燃料料流回收气体分子。
31.权利要求18J9或30中任一项的方法，其中所述制冷的提供不用泵。
32.权利要求19的方法，其中所述吸着剂材料和流体组合具有至少1.5的压力指数。
33.权利要求18或权利要求32的方法，其中所述吸着剂材料和流体组合具有至少4的压力指数。
34.权利要求19的方法，其中所述驱动器装置为汽轮机并提供电。
35.权利要求19的方法，其中所述驱动器装置为工作轴并提供机械工作。
全文摘要
本发明公开了一种吸着系统，该吸着系统包括吸着剂材料和流体，其中该吸着剂材料和流体组合具有至少1.2的压力指数。
文档编号F25B17/08GK102203523SQ200980142087
公开日2011年9月28日 申请日期2009年10月23日 优先权日2008年10月24日
发明者B·S·米哈斯, C·鲍尔, D·E·斯特拉顿, E·D·加马斯-卡斯特拉诺斯, I·A·科迪, M·S·也甘, S·C·雷伊斯, T·F·戴格南 申请人:埃克森美孚研究工程公司