[發明專利]有機工作流體

有效

• 申請號: 200680008806.9
• 申請日: 2006-02-28
• 公開（公告）號: CN101142377A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發明（設計）人: O·齊姆龍;L·Y·布羅尼基
• 申請（專利權）人: 奧馬特技術公司
• 主分類號: F01K25/08
• 分類號: F01K25/08
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 龍傳紅

發明領域

本發明涉及有機流體，并更具體地涉及在高溫有機Rankine循環(ORC)應用中用作工作流體以及在低溫和高溫熱傳遞循環中用作導熱流體的有機流體。

背景

為了克服用于熱傳遞或用于廢熱回收和發電的水蒸汽介質應用的缺點，已經引入了用作發電裝置內的工作流體和用作工作和熱傳遞中介的高溫有機工作流體。基于熱力學上的有機Rankine循環的熱-能轉換器，或類似的熱-能傳遞系統，在熱回收和發電中是有用的，特別是在遙遠的位置，在那里熱來自于不同的來源，例如氣體渦輪廢氣、常規燃料的燃燒、生物質燃料的燃燒、地熱源、太陽熱收集器和發電裝置以及其它工業過程中的廢熱，用來產生范圍在一百或更多瓦特(W)直至數十兆瓦(MW)的電能。可以承受高達約350℃的高溫的有機流體比水蒸汽有優勢，甚至在低冷凝溫度和高渦輪膨脹比下能成功地在電能生成循環中得以利用，而上述情況下蒸汽的使用會受到限制，因為蒸汽的膨脹在渦輪出口處形成液滴，這會導致渦輪葉片的腐蝕。由于有機流體的性質，它們在膨脹工藝中變得過熱(或干燥)，這一特性防止它們象蒸汽那些形成液滴。在相對低溫通常高至約200℃的范圍內可操作的有機流體和它們的衍生物通常是CFC、氟利昂、丁烷(包括正丁烷和異丁烷在內)、和戊烷(也包括正戊烷和異戊烷異構體在內)。對于需要更高操作溫度的應用，需轉用芳烴、烷基化芳烴、氟化烴例如F75和F43，和硅酮基的油。烷基化芳烴的實例是商業的Dowtherm?J(它是Dow化學公司制造的烷基化芳烴異構體的混合物)和Therminol?LT(它是Solutia?Inc制造的烷基取代芳烴)。

然而以上提到的工作流體的應用的確存在若干缺點。首先，例如F75或F43的流體是昂貴的。其次，這些工作流體需要定期處理和循環。第三，它們限制了操作溫度而導致較低的效率。

因此，需要穩定的可商購得到的有機化合物，可以在寬的溫度范圍內以其液體和蒸汽狀態下操作，這樣對于能量或電力生產循環或者對于熱傳遞循環來說，它成功地表現出作為工作流體或熱流體的改進的性能。

因此本發明的目的是提供高度熱穩定的流體，該流體對于能量或電力生產循環來說用作工作流體或對于熱傳遞循環來說用作熱傳遞流體，或用作二者。

本發明的另一個目的是提供具有高臨界溫度和在升高的溫度下相對低壓的工作流體。

本發明的又一個目的是提供具有高自燃溫度的工作流體。

本發明的再一個目的是提供具有低凍結或固化溫度的工作流體。

本發明的另一個目的是提供對人類和對環境友好的工作流體。

本發明的又一個目的是提供容易被本領域技術人員得到的工作流體。

本發明的再一個目的是提供可在寬溫度范圍內操作的工作流體。

本發明的另一個目的是提供在用于電力或能量生產的熱回收應用中用于有機Rankine循環或用于其它熱-能轉化循環的工作流體，和/或作為熱傳遞循環中的熱傳遞流體。

本發明的又一個目的是提供這類工作流體在從不同的熱源回收熱和廢熱用于電力或能量的產生和/或該熱的其它用途中的用途。

隨著下面的描述，本發明的這些和其它目的將會變得清楚。

發明概述

本發明提供改進的、可商購得到的有機工作流體，它可在寬的溫度范圍內操作，它是熱穩定的、具有高自燃溫度、低凍結點和高臨界溫度。這類有機工作流體在有機Rankine循環(ORC)發電裝置或裝置和其它類似系統中是有用的；它還用作熱回收中的中介流體，其中使用該中介流體將來自于不同熱源的熱傳遞至另一種工作流體并轉化為功，并且還用該中介流體來生產電。這類有機工作流體還可在ORC發電裝置或裝置或者在其它熱傳遞系統中用作熱傳遞流體。

出于這個目的，本發明提供了工作流體，它包含至少一種高度支化的重質異鏈烷烴，或兩種或多種這類烴的混合物。優選地，在該工作流體中存在至少一種高度支化的異鏈烷烴作為主要組份(即至少50體積％)。由于甲基(CH₃)的排列位置能得到高度穩定的化合物，這賦予這類烴高度熱穩定性。這類高度支化的重質異鏈烷烴或有機流體具有高沸點溫度以及高自燃溫度，和低凍結溫度。它們展示出高的熱穩定性，此外對環境是友好的，且對于人類使用來說是安全的。它們的高臨界溫度使其能在低于該臨界溫度的高溫下操作，由此達到了高循環效率而沒有在高壓和在臨界點之上的操作所伴隨的復雜性。另一個優點是它們可商購得到，通過它們的應用，使得從不同的熱源生產電或能量，或在發電裝置內的熱傳遞或在其它應用中是成本有效的。