[发明专利]一种超声波辐射辅助的化学热泵装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波辐射辅助的化学热泵装置，可用于低温余热回收利用。

背景技术

随着我国经济的快速发展，能源短缺及能源利用过程中产生的环境污染问题日益凸显。而在工业生产过程中，大量的小于100℃的低温余热，如低温烟气和冷凝水等，却不能被利用而白白浪费掉。因此，加强低温余热的回收利用是提高能源利用效率、节能减排的重要途径和有效手段。热泵是一种利用低品位热源，实现将热量从低温热源向高温热源泵送的循环系统，可以提升余热品位，输出更容易被利用的高品位热能。化学热泵是利用一对可逆吸/放热化学反应，将低品位热源的热能以化学能的形式回收储存起来，然后在较高温度下释放出来用于供热、制冷、干燥及发电等，实现能量的品位提升和利用。化学热泵具有温度适应范围宽、温度提升能力高、具备能量储存功能等优点，特别适用于间歇性及不稳定性低温余热资源深度利用，具有广阔应用前景。

Prevost和Bugarel(International Seminar on Thermochemical Energy Storage,Stockholm1980,95-111)提出了一种异丙醇/丙酮/氢气-化学热泵(isopropanol-acetone-hydrogen chemical heat pump，IAH-CHP)。在该系统中，气相异丙醇在装填催化剂的吸热反应器中吸收90℃的低温余热的热量发生脱氢反应生成丙酮和氢气，反应后进入精馏塔，塔底再沸器同样吸收低温余热驱动精馏塔将反应产物及未反应的异丙醇进行分离，塔底产物异丙醇经泵返回吸热反应器，塔顶产物丙酮和氢气从冷凝器流出经压缩机压缩和回热器升温后进入放热反应器，放热反应器中丙酮与氢气在180-220℃的高温下发生反应生成异丙醇，产物经回热器后返回精馏塔。在吸热反应器及精馏塔塔釜再沸器中输入低温余热，而在放热反应器中产生的高温热量被回收利用。

Saito等(International Journal of Energy Research1987，11,549-558)提出利用异丙醇液相脱氢的丙醇/丙酮/氢气-化学热泵，即去掉以上系统中气相吸热反应器，在塔底再沸器进行液相异丙醇脱氢反应吸收80℃的低温热量，使用机械搅拌使催化剂和液相反应物混合。可将约80℃的低温余热提升至最高220℃。

以上公知技术中最主要的技术缺陷是：在约80℃条件下，使用机械搅拌器液相异丙醇脱氢反应速率较低，且产生的丙酮和氢气易吸附在催化剂表面，阻碍了反应的进行，进一步降低反应速率。系统热效率比较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声波辐射辅助的化学热泵装置，以改进公知技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供的超声波辐射辅助的化学热泵装置：

再沸器内存放的液体状的反应物中插入超声波探头，超声波探头通过换能器连接超声波发生器；

再沸器内的液体吸收余热后在超声波的作用下发生化学反应，反应产物蒸发至精馏塔，在精馏塔内反应物和产物得到分离，在塔顶冷凝器中得到的产物经回热器升温后进入放热反应器，达到平衡反应转化率并释放反应热后在回热器中降温后回到精馏塔，再次分离反应物与产物，实现化学热泵装置的循环；

冷流体通过放热反应器内置的换热管将反应热回收利用，从而实现热量从低温向中温热能转移。

所述超声波辐射辅助的化学热泵装置，其中，超声波发生器的超声波频率为20kHz，作用于再沸器内的反应物中的功率密度大于0.1W/ml。

所述超声波辐射辅助的化学热泵装置，其中，反应物为异丙醇，产物为丙酮与氢气；或反应物为叔丁醇，产物为乙烯与水。

所述超声波辐射辅助的化学热泵装置，其中，再沸器内的液体吸收的余热温度为70-80℃。

本发明的有益效果是：

a、本发明采用超声波辐射大幅度提高了低温(小于80℃)下异丙醇吸热反应转化率；

b、本发明采用超声波辐射提高的吸热反应转化率可以抵消产生超声波所需的功率，能够提高化学热泵系统热效率；

c、本发明采用超声波辐射相比机械搅拌在70℃左右仍旧保证异丙醇脱氢有较高的反应速率，相比普通化学热泵可以适用更低温的余热资源；

d、本发明输出的热能可直接用于供热、制冷、干燥等，满足不同热用户的需求；

e、本发明除可使用异丙醇/丙酮/氢气反应体系外，也可使用叔丁醇/乙烯/水反应体系。

附图说明

图1是本发明的装置示意图。

具体实施方式