[发明专利]基于化学反应选择性吸收-压缩复合热泵循环装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于化学反应选择性吸收‑压缩复合热泵循环装置及方法，该装置主要由放热反应器、吸热反应器、吸收器、发生器、压缩机、罗茨风机以及溶液热交换器等部件组成，该装置利用气体循环工质在放热反应器内合成反应加热热媒水，利用合成反应物在吸热反应器内分解反应吸收低品位热能；分解产生的混合气体首先经过罗茨风机一次升压后，再通过吸收进行分离，选择性吸收气体通过热压缩进行二次升压，吸收剩余气体从吸收器上部离开并进入压缩机提升压力，进入反应器，形成循环。本发明经过选择性吸收之后进行压缩至需要的工作压力，电压缩与热压缩并用，主要驱动能量为低品位热能驱动，提高了系统一次能源利用率。

技术领域

本发明涉及热泵循环装置及制热方法，具体涉及一种基于化学反应选择性吸收-压缩复合热泵循环装置及方法。

背景技术

目前通常采用热泵技术进行余热或废热回收，传统的热泵技术多是应用制冷工质的物理相变实现能量提升。一方面受到制冷剂热力性质的限制，制冷剂单位质量制热量、系统性能系数不高；另一方面，多数应用广泛的相变制冷剂，如CFCs(氟氯烃)，会引起臭氧层破坏和加剧全球变暖，正在逐渐被取缔。因此，考虑采用氨基甲酸铵可逆化学反应实现能量转换，系统循环制冷工质氨气和二氧化碳为环保工质。

氨基甲酸铵是尿素生产过程中间产物，在无水环境中加热易分解为氨气和二氧化碳并伴随强烈热效应，在20-100℃范围内，化学反应热可达2010kJ/kg。氨基甲酸铵可逆反应与温度和压力密切相关，可以通过调节温度和压力改变化学反应方向。根据已有研究对氨基甲酸铵可逆反应平衡的研究，在常规制冷或制热工况下，循环的压缩比较大，对提压方式要求较高，而当温差一定时，温度区间越高，可逆反应压比反而越小。因此，氨基甲酸铵可逆化学反应在高温热泵领域比较有优势。

中国专利201480031214.3公开了一种包括双重制冷剂和液体工作流体的吸收制冷系统，其以氨气和二氧化碳为制冷工质，该专利提供的吸收制冷系统用一个吸收器，同时吸收氨气和二氧化碳，但是由于吸收剂的限制，在一个吸收器中很难同理做到物理吸收酸性和碱性气体；工业上成熟的碳捕捉技术为二氧化碳的吸收升压提供了方向，但是应用广泛的物理吸收剂多是在高压下工作，而化学吸收剂由于强烈的化学键作用，二氧化碳再生能耗非常大，不适用于热泵系统。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于化学反应选择性吸收-压缩复合热泵循环装置及方法，解决制冷剂物理相变热效应小，系统性能系数较低、混合气体工质升压困难的问题。

技术方案：本发明所述的基于化学反应选择性吸收-压缩复合热泵循环装置及方法，包括吸热反应器、放热反应器、吸收器、发生器、压缩机和罗茨风机，所述的吸热反应器的气体出口与所述罗茨风机的气体入口连通，所述的罗茨风机气体出口与所述的吸收器的气体入口连通，所述吸收器上部的剩余气体出口与压缩机的气体入口连通，所述吸收器的液体出口与所述发生器的液体入口连通，所述发生器的气体出口与所述压缩机的气体出口汇合后与所述放热反应器的气体出口连通形成气体工质循环回路，所述放热反应器液体出口和液体进口分别与吸热反应器液体进口和液体出口连通形成液体循环回路，所述吸收器的液体出口和液体进口分别与发生器的液体进口和液体出口连通形成吸收剂循环回路。

为了防止低压下吸收器内出现结晶，同时增大吸收器NH3饱和浓度，保证放气范围，所述放热反应器和吸收器之间设置有罗茨风机，所述吸热反应器的气体出口与所述罗茨风机的气体入口连通，所述的罗茨风机气体出口与所述的吸收器的气体入口连通。

为了提供较大的液气比，从而保证混合气体中氨气能被充分吸收，所述吸收器内设置有降膜管。

为了防止发生过程出口气体带液，所述发生器内设置有波形板分离器。

为了吸热反应器出口低温溶液与放热反应器出口高温溶液进行换热，实现回热，提高循环的制热量和热泵性能系数，所述吸热反应器液体出口依次通过第一溶液泵和第一溶液热交换器与放热反应器液体进口连通，所述放热反应器液体出口依次通过第一溶液热交换器和第一节流装置与吸热反应器液体进口连通。