[发明专利]用于由热产生机械能的有机朗肯循环的方法和组合物

说明书

技术领域

本发明一般涉及为减少对气候变化的影响和更高循环效率而独特地设计，从而导致更高总体系统效率的新型工作流体。具体地讲，这些工作流体可用于将来自各种热源的热有效转换成机械能的有机朗肯循环体系(ORC)。本发明还涉及使用具有新型工作流体的ORC体系从热源回收热的新型方法，其中所述新型工作流体包含至少约20重量％的顺式-1，1，1，4，4，4-六氟-2-丁烯(HFO-1336mzz-Z)、反式-1，1，1，4，4，4-六氟-2-丁烯(HFO-1336mzz-E)、或它们的混合物。

背景技术

在前的朗肯循环体系使用各种工作流体，包括易燃或可燃的工作流体-具有相对高毒性的流体、具有相对高全球变暖潜能值(GWP)的流体和具有非零臭氧损耗潜能值(ODP)的流体。工业上一直致力于更换消耗臭氧层的氯氟烃(CFC)和氢氯氟烃(HCFC)。不易燃、低毒性、环境可持续的工作流体是朗肯循环应用所迫切期望的。

已发现，令人惊奇的是本发明的新型工作流体唯一地提供ORC体系中的更高循环效率，继而导致动力循环中的更高的总体系统效率，同时提供低毒性、不易燃、零ODP、以及非常低的GWP。

发明内容

在一个实施例中，本发明涉及从热源回收热并产生机械能的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)使液相第一工作流体通过热交换器或蒸发器，其中所述热交换器或所述蒸发器与提供所述热的所述热源连通；

(b)从所述热交换器或所述蒸发器中除去至少一部分气相的所述第一工作流体；

(c)使所述至少一部分所述气相第一工作流体通过膨胀机，其中至少一部分所述热转换成机械能；

(d)使所述至少一部分所述气相第一工作流体从所述膨胀机输送到冷凝器，其中所述气相工作流体的所述至少一部分冷凝成液相第二工作流体；

(e)任选地，将所述液相第二工作流体压缩并与步骤(a)中的所述液相第一工作流体混合；以及

(f)任选地，将步骤(a)至(e)重复至少一次；

其中至少约20重量％的所述第一工作流体包含HFO-1336mzz-Z、HFO-1336mzz-E、或它们的混合物。

本发明还涉及从热源回收热并产生机械能的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)将液相第一工作流体压缩至高于所述第一工作流体的临界压力；

(b)使来自步骤(a)的所述第一工作流体通过热交换器或流体加热器，并将所述第一工作流体加热至高于或低于所述第一工作流体的临界温度的温度，其中所述热交换器或所述流体加热器与提供所述热的所述热源连通；

(c)从所述热交换器流体加热器中除去经加热的所述第一工作流体的至少一部分；

(d)使经加热的所述第一工作流体的所述至少一部分通过膨胀机，

其中所述热的至少一部分转换成机械能，并且其中使经加热的所述第一工作流体的所述至少第一部分上的压力降低至低于所述第一工作流体的临界压力，从而使得经加热的所述第一工作流体的所述至少一部分成为第一工作流体蒸气或第一工作流体的蒸气和液体的混合物；

(e)使所述第一工作流体蒸气或所述第一工作流体的蒸气和液体的混合物通过所述膨胀机到冷凝器，其中所述工作流体蒸气或所述工作流体的蒸气和液体的混合物的所述至少一部分完全冷凝成液相第二工作流体；

(f)任选地，将所述液相第二工作流体压缩并与步骤(a)中的所述液相第一工作流体混合；

(g)任选地，将步骤(a)至(f)重复至少一次；

其中至少约20重量％的所述第一工作流体包含HFO-1336mzz-Z、HFO-1336mzz-E、或它们的混合物。

在一个实施例中，本发明还涉及组合物，其包含在约250℃至约300℃范围内的温度下的HFO-1336mzz-Z，其中所述HFO-1336mzz-Z含量在约50重量％至约99.5重量％的范围内。

在另一个实施例中，本发明涉及有机朗肯循环体系，其在约3MPa至约10MPa范围内的操作压力下提取热，其中约20重量％的所述工作流体包含HFO-1336mzz-Z、HFO-1336mzz-E、或它们的混合物。

在另一个实施例中，本发明涉及作为用于动力循环的工作流体的组合物，其中所述组合物的温度在约50℃至约400℃的范围内，并且其中约20重量％的所述组合物包含HFO-1336mzz-Z、HFO-1336mzz-E、或它们的混合物。