一种工质可循环利用的冷却系统与工艺的制作方法_2

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>[0035]为更好地理解本发明,下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明,但本发明的实施方式不限如此。
[0036]如图1所示,一种工质可循环利用的冷却系统,包括0)2水合物合成装置1、C粉喷射装置2、高温腔3、气体分离装置4、燃烧室5、&0/0)2分离装置6 ;所述的CO 2水合物合成装置I和C粉喷射装置2分别与高温腔3连通,高温腔3与气体分离装置4连通,气体分离装置4的两个出口分别与燃烧室5和比0/0)2分离装置6连通,燃烧室5与H 20/C02分离装置6连通,比0/0)2分离装置6的两个出口分别与CO 2水合物合成装置I的H 20和CO2两个进口连通。
[0037]如图2所示,所述的CO2水合物合成装置包括:水合物反应器7、水合物/H2O分离储存器8、水储罐15、气体冷却器21、0)2高压气瓶23、气体循环压缩机24、气体储存与缓冲罐25 ;还包括水合物栗9、水合物出口流量计10、低温水取样口 11、进口水流量计12、水栗13、第一排污阀14、压力调节阀16、出口流量计17、第二排污阀19、气体进口流量计20、安全阀22、放空阀26、气体出口压力调节阀27、气体出口流量计28 ;水合物反应器7内下端设有反应器内冷却器18,反应器内冷却器18和比0/0)2分离装置6通过管道汇合后与水合物/H 20分离储存器8连通,连通的管道上设有压力调节阀16和出口流量计17 ;水合物/H2O分离储存器8还通过管道分别与水储罐15和水合物栗9连接;水合物栗9连接高温腔3 ;水储罐15通过管道与水合物反应器7连接,连接管道上设有水栗13、进口水流量计12和低温水取样口 11 ;0)2高压气瓶23通过管道连接和气体储存与缓冲罐25 ;水合物反应器7通过管道连接气体出口压力调节阀27,连接的管道上设有气体出口流量计28,气体出口压力调节阀27通过管道连接气体储存与缓冲罐25 ;气体储存与缓冲罐25与气体循环压缩机24连接,气体储存与缓冲罐25和气体循环压缩机24分别通过管道与气体冷却器21连接;气体冷却器21通过管道与水合物反应器7连接,连接的管道上设有气体进口流量计20 ;气体储存与缓冲罐25还与&0/0)2分离装置6连接;气体储存与缓冲罐25还通过管道连接放空阀26。
[0038]来自气体进口流量计20的CO2气体由反应气体进口管和进口水流量计12的H 20由反应水进口管在水合物反应器7中低温高压环境下合成0)2水合物,生成的0)2水合物通过水合物出口管和来自&0/0)2分离装置6的循环水一起流入水合物/H2O分离储存器8,经水合物/H2O分离储存器8分离后的H2O进入水储罐15,而后经水栗13由进口水流量计12栗入由反应水进口管水合物反应器7,在进口水流量计12后设有低温水取样口 11,对进入水合物反应器7的H2O进行测温,实现系统的H2O利用循环;经水合物/H2O分离储存器8分离后的CO2水合物经水合物出口流量计10,由水合物栗9排出系统;水合物/H 20分离储存器8前部安装有第二排污阀19,水储罐15后安装有第一排污阀14 ;
[0039]水合物反应器7中未反应完的由未反应气出口管经气体出口流量计28的0)2气体以及来自&0/0)2分离装置6的CO 2气体由循环反应气进口管一起进入气体储存与缓冲罐25,而后经过气体循环压缩机24压缩、气体冷却器21降温后,再经过气体进口流量计20测量后进入水合物反应器7,实现系统的CO2利用循环。
[0040](1)0)2气体循环:水合物反应器7中未反应掉的CO 2气体流出后经气体出口流量计28由气体出口压力调节阀27调节通入气体储存与缓冲罐25,气体储存与缓冲罐25中同时储存来自&0/0)2分离装置6的CO 2气体汇合,CO 2高压气瓶23和气体储存与缓冲罐25中的0)2气体汇合后经气体循环压缩机24压缩、气体冷却器21降温后进入水合物反应器7。
[0041](2)H2O循环:水合物反应器7中未反应掉的H2O和生成的0)2水合物,以及来自比0/0)2分离装置6的H 20汇合后通过压力调节阀16、出口流量计17进入水合物/H2O分离储存器8,水合物/H2O分离储存器8分离后的CO2水合物经水合物栗9通入高温腔3,由水合物/H2O分离储存器8分离后的水通入水储罐15中被降温,水储罐15中的低温H2O再由水栗13被栗入水合物反应器7,经喷雾喷嘴雾化后与CO2气体进行充分接触。
[0042]来自反应气体进口管的CO2和来自反应水进口管的H 20在由反应器内冷却器18降温后的水合物反应器7中形成0)2水合物。
[0043]如图3所示,所述的C粉喷射装置2包括腔体29、喷嘴30、后盖31、C粉喷嘴32、压缩蒸汽喷嘴33、C粉输送管34和压缩蒸汽输送管35 ;腔体29上端设有后盖31,下端设有喷嘴30 ;C粉喷嘴32和压缩蒸汽喷嘴33设置在腔体29中,C粉喷嘴32的位置较低于压缩蒸汽喷嘴33 ;C粉输送管34和压缩蒸汽输送管35分别与C粉喷嘴32和压缩蒸汽喷嘴33连接;喷嘴30与高温腔3连接。
[0044]C粉输送管34通入的C粉从C粉喷嘴32喷出,动力蒸汽起到分散C粉的作用,并且可以参与反应,由动力蒸汽输送管35从压缩蒸汽喷嘴33喷出,蒸汽吹送C粉共同进入腔体29,在腔体29内C粉充分雾化,压缩蒸汽即作为推射C粉的动力源,又是进入高温腔3的反应物,C粉和压缩蒸汽混合经喷嘴30喷射入高温腔3 ;C粉喷嘴32、压缩蒸汽喷嘴33均包含在由腔体29、后盖31提供的空腔内,C粉和压缩蒸汽在喷嘴30前充分混合。
[0045]水合物反应器7为能提供低温高压环境的一般水合物合成反应釜即可;水合物/H2O分离储存器8是通过利用过滤法原理将水合物/H2O混合物分离成CO2水合物和H2O ;气体分离装置4利用多级精馏分离法分离成H20/C0jP CO/H 2;H 20/0)2分离装置6根据不同物质间沸点差异由精馏法分离成H2O和CO2气体。
[0046]高温腔3的腔体壁面高热流由外部热源提供,高温腔3为反应介质C粉和0)2水合物提供反应场所;在实际生产工作中,高温腔3的腔体壁面可以是某些急需降温冷却的高热流密度或者高温环境存在的界面,比如航空领域所用燃气轮机的透平叶片、大功率半导体激光器表面、高超音速飞行器头部表面等冷却降温,本发明冷却反应工艺通过物理/化学耦合吸热将界面的废热吸收形成热沉并通过生成物带走。
[0047]燃烧室5内由外界供氧,发生C0/H2混合可燃气体的充分燃烧反应,将化学能转换成热能,燃烧室5可以用于进一步外接热动机械装置或者其他能量转换装置,这样就将水合物吸收的废热重新利用,燃烧所生成的0)2和H 20进入&0/0)2分离装置6。
[0048]—种工质可循环利用的冷却工艺,包括如下步骤:
[0049]I)水储罐15中的水与气体储存与缓冲罐25 (所有气体都是在气体储存与缓冲罐25中汇合后再进入反应器的)中的0)2气体在低温高压环境下,压力一般为2-5.5MPa,温度为1-4.5°C下在水合物反应器7中被连续合成为0)2水合物,CO 2水合物随未反应的水一同流动,其中水来源于水合物反应器7中经水合物/H2O分离储存器8分离后未被利用的水以及来自图1中&0/0)2分离装置6的循环水,同样CO2气体来源于水合物反应器7中未被利用的CO2气体,CO 2高压气瓶23中的CO 2气体以及来自图1中H 20/0)2分离装置6中的循环CO2,一起被通入气体储存与缓冲罐25。
[0050]第二步、动力蒸汽由压缩蒸汽输送管35通入,C粉在压缩蒸汽吹动下喷射入高温腔3内。
[0051]第三步、0)2水合物由CO 2水合物合成装置I被栗入高温腔3内,在高温腔3内室温下便可吸热气化,气化后的H2O气体在常压下、温度在250°C以上便可与C粉发生吸热反应,气化后的CO2气体在常压下、温度在650°C以上便可与C粉发生吸热化学反应,气化吸热反应如下:
[0052]CO2.6H20(s)— CO 2{g)+6H20{g) ;Q = 60.2kJ/mol(I)
[0053]C02(g)+C(s)—2C0 (g);Q = 172.5kJ/mol(2)
[0054]H20{g)+
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