使用纤维吸着系统的废热利用及其使用方法

专利名称：使用纤维吸着系统的废热利用及其使用方法
使用纤维吸着系统的废热利用及其使用方法公开主题领域所公开主题涉及纤维吸着系统，特别是能快速加热和冷却的用于快速热传递的吸着系统。公开主题背景化学加工操作，包括石油精炼和石油化学加工操作是能量消耗量大的。通常需要使用高温热源在高温下进行这些操作，高温热源包括但不限于蒸汽及精炼和石油化学加工设备中存在的其它热料流。在蒸汽或其它热料流执行了其意欲的功能以后，存在可进一步利用的“废”或未利用能。精炼厂和石油化学设备通常仅使用进行将原油加工成产品所需输入能的约70%。
在提高效率的努力中，理想的是回收和使用废或未利用热。美国专利No. 5，823，003，Rosser等人所述一种方法，企图使用废热并将该热供入吸附剂材料中以在较高压力下释放吸附的气体，该气体又可用于含有膨胀阀的致冷循环中。美国专利No. 5，823，003描述了用于吸着致冷系统的沸石-水组合，将其全部内容并入本文中。在化学方法应用中由吸着剂材料得到致冷和功的现有方法具有局限性。通过较低级热源如废热提供的温度振荡(AT)小于使用初级热源提供的。这类局限性通常使从废热中回收有用的能是经济上不成立的或不可行的。因此，仍需要通过使由较低级源提供的温度振荡(AT)的输出最大化而改进未利用热回收努力(例如废热回收)和使这类努力更划算。需要提供具有改进传热速率的吸着系统，其能快速加热和冷却，因此使通过低级热源驱动的吸着系统在经济上更可行。公开主题概述所公开主题的目的和优点在以下描述中陈述和获悉，以及通过所公开主题的实践学习。所公开主题的其它优点会通过特别是其书写的说明书和权利要求书以及附图
中指出的方法和系统实现和获得。为实现这些和其它优点以及根据如所具体化和广泛描述的所公开主题的目的，所公开主题包括中空纤维吸着系统，特别是能快速加热和冷却的吸着系统。根据本发明的一个方面，提供纤维吸着系统。该系统包括至少一个容器、工作流体、至少一种热流体和至少一个位于所述至少一个容器内的中空纤维。各中空纤维包含一起形成细长体的吸着剂材料和粘合剂材料。细长体具有中空内部和邻接中空内部的内表面。内表面和外表面中的一个具有在其上形成的涂层。涂层对工作流体和热流体是不可透的。涂层可由选自聚(氯乙烯)、聚(偏二氯乙烯)、聚(氟乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、乙烯乙烯醇共聚物、聚乙烯醇、聚酰胺、聚乙烯(优选高密度)、聚丙烯(优选高密度)、聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚砜、聚氨酯、其组合及其衍生物的材料形成。根据本发明一个方面，涂层在内表面上形成。热流体通过中空内部，但不通过涂层进入吸着剂材料中。热流体可包括加热流体和冷却流体。工作流体可包括二氧化碳。二氧化碳来自石油化学或化学加工操作中的工艺流。工作流体与中空纤维的外表面流体连通。
根据本发明的另一方面，涂层在外表面上形成。工作流体通过中空内部使得它能被细长体中的吸着剂材料吸附和解吸。根据本发明的另一方面，公开了纤维吸着系统，该系统包括至少一个容器、工作流体、至少一种热流体和至少一个位于所述至少一个容器内的中空纤维。各纤维包含形成具有外表面的细长体的吸着剂材料和粘合剂材料。工作流体流过外表面并能被吸着剂材料吸附和解吸。热流体可流过外表面并能够传递热而不润湿纤维表面。热流体与纤维表面的接触角大于90°。纤维可进一步包含在外表面上的外涂层。外涂层对工作流体而言是可透的使得工作流体可通过外涂层以被吸着剂材料吸附和解吸。外涂层对热流体不可透，由此防止热流体通过外涂层进入吸着剂材料中。外涂层可由有机金属化合物形成。根据所公开主题的另一方面，公开了纤维吸着系统，该系统包括包含至少一个对热流体(即加热流体或冷却流体)以及工作流体而言一般不可透的内涂层的中空纤维。内涂层限定适于接收供应的热流体(例如蒸气)的通道。中空纤维进一步包含对工作流体而言可透的外表面。室由外表面和内涂层限定，并在外表面和内涂层之间，其中吸着剂材料含在室内。纤维吸着系统进一步包括与中空纤维的外表面流体连通的工作流体源(例如二氧化碳)。另外，内涂层可例如为聚(氯乙烯)、聚(偏二氯乙烯)、聚(氟乙烯)、聚(偏二氟·乙烯)、乙烯乙烯醇共聚物、聚乙烯醇、聚酰胺、聚乙烯(优选高密度)、聚丙烯(优选高密度)、聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚砜、聚氨酯等一它们的组合或衍生物。所公开主题还包括由加压工作流体产生功的方法，该方法包括提供含有本文所公开的纤维吸着系统的容器，并将供应的工作流体引至外涂层的外表面；将热流体(例如加热流体)引入内通道中以得到加压工作流体；并将加压工作流体送入功组件中。功组件可以为膨胀阀以提供致冷，或涡轮膨胀器以提供电。根据所公开主题的另一方面，公开了纤维吸着系统，该系统包括包含至少一个对工作流体而言可透的内表面的中空纤维，其中内表面限定适于接收供应的工作流体(例如二氧化碳)的通道。中空纤维进一步包含对热流体和工作流体不可透的外涂层，其中外涂层限定外涂层与内表面之间的室，其中吸着剂材料含在室内。纤维吸着系统进一步包括与内表面流体连通的工作流体源。另外，外涂层可例如为聚(氯乙烯)、聚(偏二氯乙烯)、聚(氟乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、乙烯乙烯醇共聚物、聚乙烯醇、聚酰胺、聚乙烯(优选高密度)、聚丙烯(优选高密度)、聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚砜、聚氨酯等一其组合或衍生物。所公开主题还包括产生加压工作流体的方法，该方法包括提供含有本文所公开的纤维吸收系统的容器，并将供应的工作流体引入通道中；将加热流体引入室的外表面中以得到加压工作流体；并将加压工作流体送入功组件中。功组件可以为膨胀阀以提供致冷，或涡轮膨胀器以提供电。在典型实施方案中，通道和室各自的横截面为圆形且彼此同心，其中通道的横截面直径为约50至约400 μ m。另外，从外部膜的内表面至内部膜的外表面的直线距离为约50至约400 μ m。吸着剂材料为沸石，例如沸石13X，且为室总重量的约10至约95%。本文公开的纤维吸着系统适用于其中二氧化碳由石油化学或化学加工操作如燃烧操作内的工艺流得到的应用中。应当理解前述一般描述和以下详述是示例性的并意欲提供对所要求保护的公开主题的进一步解释。
包括并入并构成本说明书的一部分的附图以阐述和提供对所公开主题的方法和系统的进一步理解。附图与说明书一起用于解释所公开主题的原理。附图简述图I为常规吸附系统的示意图。图2为描述根据所公开主题的工作流体的吸附性能的图。图3为根据本发明实施方案用于纤维吸着系统中的未涂覆纤维的剖视图。图4为根据本发明另一实施方案用于纤维吸着系统中的涂覆纤维的剖视图。图5为根据本发明另一实施方案用于纤维吸着系统中的中空纤维的剖视图。图6为根据本发明又一实施方案用于纤维吸着系统中的另一中空纤维的剖视图。 图7为根据本发明用于纤维吸着系统中的又一中空纤维的剖视图。公开主题详述现在连同图和以下术语更详细地描述所公开主题。如本文所用，术语“吸着剂材料”指可逆地粘合工作流体的材料。吸着剂材料包括但不限于吸附剂。如本文所用，术语“工作流体”指可在化学或物理意义上可逆地粘合于吸着剂材料上的液体或气体。当将工作流体引入膨胀阀中时，它也可称为冷冻剂。如本文所用，术语“驱动装置”指由工作流体驱动以产生电或功的涡轮机、轴或其它机制。如本文所用，术语“容器”指在合适条件下适于容纳纤维和热流体以容许吸着和解吸的容器。如本文所用，术语“热流体”指能将温度变化弓I入吸着剂材料中的液体或气体。热流体可以为加热流体或冷却流体。如本文所用，术语“未利用热”或“未利用热源”指在精炼或石油化学加工操作中在热源用于其主要目的以后伴随加工操作的残余或剩余的热(例如蒸汽)。未利用热源的一个实例是“废热”。例如，未利用热或未利用热源可以为在精炼和/或石油化学加工操作中不再使用且传统上被抛弃的热源。未利用热可作为未利用热流提供。例如，但不限于，未利用热可包括用于石油和石油化学加工中所用换热器中的蒸汽。鉴于以上定义，现在参考所公开主题的各个方面和实施方案。方法的参考可连同并由本文所公开的系统理解。出于背景技术的目的而并不认可是现有技术，吸附系统1000显示于图I中。系统 1000 公开于标题为 “System Using Unutilized Heat For Cooling and/or PowerGeneration”的美国专利申请No. 12/603,243中。将其公开内容全部并入本文中。提供吸附床(110)，该吸附床含有填充有吸附剂(例如M0F/ZIF/沸石/碳)的管。吸附床适于接收废热(120)或冷水(130)的进料。在吸附冲程中，吸附床具有冷水进料且吸附剂吸附在较低温度T3和较低压力P2下的工作流体(例如CO2)。然后用阀阻断冷水供应，然后将废热进料供入吸附床中以将吸附床加热至Tl (>T2)以释放所吸附的工作流体。加热提高释放的工作流体的压力Pl 0Ρ2)。因此吸附剂充当压缩机，不需要常规装置如泵来驱动循环。可将加压工作流体引入涡轮膨胀机(140)中以发电。在涡轮膨胀机下游，工作流体现在在较低压力Ρ2和较低温度Τ2下。热力学条件使得工作流体为至少部分冷凝相。在离开涡轮膨胀机以后，将冷凝的工作流体供入蒸发器(150)中以冷却精炼厂中的给定工艺流，这又将工作流体的温度提高至T3。再次将工作流体引入吸附床中并重复该方法。图I所示吸附系统装配有第二吸附床(160)，该吸附床也适于接收废热(170)或冷水(180)的进料。具有两个并联的吸附床容许一个吸附床再生(吸附冲程)，同时另一吸附床为解吸模式。关于吸着系统的其它细节可在美国专利申请No. 12/603, 243中找到，通过引用将其全部并入本文中。然而，常规设计具有某些缺点。例如吸附剂的间接加热和冷却导致较慢的热传递速率和较长的温度振荡循环时间。因此，该设计需要较大的床和/或多个床，该床提高了吸附系统的成本和下部结构着地点。另外，这类现有技术系统对于低级废热，即300 T以下的温度而言是无效和/或成本上抑制的。所公开主题的一个方面是常规吸附床的置换。特别是提供用于产生加压工作流体 的纤维吸着系统和方法，其包含至少一个中空纤维。中空纤维可构造有内涂层，所述内涂层对热流体和工作流体而言一般是不可透的，并限定适于接收供应的热流体的通道。中空纤维还包含外表面，所述外表面对工作流体一般不具有抗性，工作流体限定外表面与内涂层之间的室。吸着剂材料含在内涂层与外表面之间的室内。在该构型中，将供应的工作流体弓I入纤维的外表面中，并将热流体如加热流体弓I入通道中以由吸着剂材料得到加压工作流体。作为选择，所公开主题提供了用于产生加压工作流体的纤维吸着系统和方法，其中中空纤维构造有内表面，所述内表面对工作流体渗透不具有抗性，并限定适于接收供应的工作流体的通道。中空纤维还包含外涂层，所述外涂层对热流体(例如加热流体)和工作流体而言一般不可透以限定外涂层与内表面之间的室。吸着剂材料含在内表面与外涂层之间的室内。在该构型中，将供应的工作流体引入纤维的内通道中，并将热流体引入室的外表面中以由吸着剂材料得到加压工作流体。所公开主题的系统和方法利用所选择吸着剂如MPF/ZIF/沸石等对工作流体如CO2等的吸附性能。这些吸附关系的示意图阐述于图2中。特别是，温度的提高降低CO2吸收的量。另外，压力的提高降低CO2吸收。为阐述而不限制，现在参考本发明的几个代表性实施方案。图3公开了根据本发明用于吸着系统中的未涂覆纤维10。纤维10包含吸附剂11和粘合剂12。根据本发明，纤维10由吸附剂11和粘合剂12构成，其工作流体吸附和解吸的能力和速率不受热流体的存在影响。以该配置，纤维10对工作流体和热流体可透且不润湿纤维表面。合适的吸附剂更详细地描述于下文中。粘合剂12或粘合试剂可以为无机材料(包括但不限于粘土和二氧化硅树脂)或聚合材料(包括但不限于聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙烯醇和纤维素)。认为其它粘合剂材料在本发明范围内是合适的，条件是这类粘合剂材料不会不利地影响吸附剂11对工作流体的吸附和解吸的能力和速率。根据使用纤维10的本发明，吸着系统包含容纳或包含在容器(例如吸附床110和160)中的多个纤维10。工作流体和热流体能够在容器内混合。尽管与图I所述系统1000联合描述了本发明，但本发明不意欲限于此；而是预期纤维10可用于容许工作流体和热流体混合的任何吸着系统中。图4公开了根据本发明用于吸着系统中的涂覆纤维20。纤维20包含吸附剂21、粘合剂22和外涂层23。外涂层23对工作流体可透，但对热流体不可透。以该配置，吸附剂21和粘合剂22的选择不限于其工作流体的吸附和解吸的能力和速率不受热流体的存在影响的那些材料。外涂层23优选为有机金属化合物。有机金属化合物的金属组分来自基于具有1-18族的周期表IUPAC版式的4-15族，优选14族，更优选硅和锡，尤其是硅。有机金属化合物的有机组分为具有1-30个碳原子，优选1-20个碳原子，更优选1-10个碳原子的烃基。烃基可以为脂族或芳族基团，其中脂族或芳族基团可被官能团如氧、卤素、羟基等取代。优选的经基包括甲基、乙基、甲氧基、乙氧基和苯基。优选的有机金属化合物包括烧氧基娃烧、硅烷、硅氮烷和苯基硅氧烷。尤其优选的化合物包括具有1-4个烷氧基的烷氧基硅烷，尤其是四烷氧基化合物如四乙氧基硅烷，具有1-6个烷氧基的二烷氧基硅烷，尤其是六甲基二硅氧烷。纤维20上的有机金属材料外涂层23应具有高于90°，优选高于110°的高水接 触角。外涂层23可能不覆盖纤维20的整个外表面。根据本发明，外涂层23应覆盖纤维20外表面的大于25%至表面的100%，优选50-100%，更优选80-100%。覆盖的外表面的量最优选为100%或尽可能接近100%。根据使用纤维20的本发明，吸着系统包含容纳或包含在容器(例如吸附床110和160)内的多个纤维20。工作流体和热流体能够在容器内混合。外涂层23防止热流体通过纤维20进入纤维20的内部至吸附剂21和粘合剂22中。尽管与图I所述系统1000联合描述了本发明，但本发明不意欲限于此；而是预期纤维20可用于容许工作流体和热流体混合、防止热流体进入纤维20中的任何吸着系统中。图5公开了根据本发明用于吸着系统中的中空纤维30。中空纤维30包含吸附剂31、粘合剂32和内涂层33。中空纤维30含有延长纤维30的长度的中空内部34。配置中空内部34以容许热流体流入其中。内涂层33将中空内部34与吸附剂31和粘合剂32分离。内涂层33对工作流体和热流体而言均不可透。以该配置，吸附剂31和粘合剂32的选择不限于其工作流体的吸附和解吸的能力和速率不受热流体的存在影响的那些材料。热流体不会从中空内部34进入纤维30的内部。工作流体通过纤维30的外部被吸附到吸附剂中。内涂层33可以为例如聚(氯乙烯)、聚(偏二氯乙烯)、聚(氟乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、乙烯乙烯醇共聚物、聚乙烯醇、聚酰胺、聚乙烯(优选高密度)、聚丙烯(优选高密度)、聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚砜、聚氨酯等、其组合及其衍生物。根据使用纤维30的本发明，吸着系统包含容纳或包含在容器(例如吸附床110和160)内的多个纤维30。热流体流过纤维30的中空内部34。热流体提供所需热传递以容许工作流体在吸附剂31中吸附和解吸。工作流体能够从纤维30进入容器的内部而不与热流体混合。尽管与图I所述系统1000联合描述了本发明，但本发明不意欲限于此；而是预期纤维30可用于防止工作流体和热流体混合的任何吸着系统中。图6公开了根据本发明用于吸着系统中的中空纤维40。中空纤维40包含吸附剂41、粘合剂42和外涂层43。中空纤维40含有延伸纤维40长度的中空内部44。配置中空内部44以容许工作流体流入其中。工作流体可从中空内部44进入吸附剂41和粘合剂42中。外涂层43对工作流体和热流体而言均不可透。以该配置，吸附剂41和粘合剂42的选择不限于其工作流体的吸附和解吸的能力和速率不受热流体的存在影响的那些材料。热流体不会进入纤维40中。外涂层43可以为例如聚(氯乙烯)、聚(偏二氯乙烯)、聚(氟乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、乙烯乙烯醇共聚物、聚乙烯醇、聚酰胺、聚乙烯(优选高密度)、聚丙烯(优选高密度)、聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚砜、聚氨酯等一其组合及其衍生物。图7描述了纤维吸着系统的代表性实施方案，其中至少一个中空纤维50具有含在其中的吸着剂。然而，一般而言，吸着系统包含容纳或包含在容器中的多个纤维。在该非限定性实施方案中，通道51适于接收蒸气(加热流体)和水(冷却流体)。通道51由不可透内涂层52如聚丙烯腈(PAN)限定。室53限定于内涂层51与外涂层54之间并填充有吸着剂颗粒55如沸石13X或具有附着的胺的中孔二氧化硅。室还包含聚合物载体材料56以帮助保持中空纤维的结构完整性。·中空纤维56可以以管构型形成，且包含内涂层51和外涂层54，在内涂层51和外涂层54之间限定室53。在优选实施方案中，室53沿着长度延伸，其与内涂层和外涂层共同延伸并含有吸着剂材料(例如沸石13X)。这使可置于室内的吸着剂材料的量最大化。优选，吸着剂材料沿着中空纤维的长度以均匀的浓度或密度置于室内。内涂层限定各个中空纤维内的通道或孔。通道沿着中空纤维的整个长度延伸并适于接收用于与内涂层直接接触的供应流体。如下文进一步所述，取决于中空纤维吸着系统的实施方案，通道内接收的流体可以为工作流体或热流体(加热/冷却流体)。在一个实施方案中，内涂层一般对热流体不可透，且一般对工作流体可透的外涂层限定外涂层与内涂层之间的室。在该构型中，将供应的工作流体引入外涂层的外表面中，并将热流体(例如加热流体)引入通道内以由吸着剂材料得到加压工作流体。作为选择，内涂层可一般对工作流体可透，且外涂层可一般对热流体不可透。在该构型中，将供应的工作流体引入纤维的内通道内，并将热流体(例如加热流体)引入通道的外表面中以由吸着剂材料得到加压工作流体。在典型实施方案中，中空纤维具有约100 μ m内径和100 μ m室厚度。该构型容许吸着剂在吸着床内的密集填充。该尺度的纤维的优点在于吸着床的温度可在数秒内从热变为冷。另外，该温度振荡频率容许使吸着系统的尺寸和着地点最小化。各中空纤维的通道和室优选横截面是圆形的且以同心构型取向。例如，通道为基本圆形且直径为约50μπ 至约400 μ m。另外，线性室厚度可以为约50 μ m至约400 μ m。根据所公开主题的另一方面，多个纤维可排列成类似于壳管式换热器的管束。多个纤维可以以一般平行配置排列。作为选择，多个纤维可以彼此取向成某一角度。纤维可以以相邻纤维部分彼此接触的方式配置，或以在整个纤维长度上置于其间的均匀空间提供。在典型实施方案中，由于外表面对工作流体不具有抗性且内涂层对热和工作流体不可透，壳侧可以与工作流体(例如CO2)连通且孔侧可与加热介质(例如蒸汽)或冷却介质连通。在优选实施方案中，废热(例如低级废热)作为加热流体用于驱动吸着系统。在所公开主题的一些应用中，加热通过来自化学加工或石油精炼操作的废热提供。在一个实施方案中，废热为约343至约573K，或更优选约363至约523K。尽管为了简化，工作流体主要就CO2而言描述，但可使用其它工作流体。在一个实施方案中，工作流体为气体且选自二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氨、氯氟烃(例如Freon )、其它冷冻剂，或其它合适流体。类似地，吸着剂材料主要就沸石13X而言描述，但不限于它。在一个实施方案中，吸着剂材料选自沸石、硅胶、碳、活性炭、金属有机骨架(MOF)和沸石咪唑化物骨架(ZIF)。在一个实施方案中，工作流体为二氧化碳和/或吸着剂材料为沸石。在一个实施方案中，工作流体为二氧化碳且沸石为沸石X，优选沸石13X。吸着剂材料如本文所用，术语“吸着剂材料”指在化学或物理意义上可逆地粘合工作流体的材料。吸着剂材料包括吸附剂。可用于所公开主题的实施方案中的吸着剂材料包括但不限于金属有机骨架基(M0F基)吸着剂、沸石咪唑骨架(ZIF)吸着剂材料、沸石和碳。MOF基吸着剂包括但不限于具有多种金属、金属氧化物、金属簇或金属氧化物簇结构单元的MOF基吸着剂。如国际公开申请No. W02007/111738 (通过引用将其并入本文中)所公开的，金属可选自周期表中的过渡金属，和铍。典型金属包括锌(Zn)、镉(Cd)、汞(Hg) 和铍(Be)。金属结构单元可通过有机化合物连接以形成多孔结构，其中用于连接相邻金属结构单元的有机化合物可包括1，3，5-苯三苯甲酸酯(BTB) ;1，4_苯二酸酯(BDC);环丁基1，4-苯二酸酯(CB BDC) ;2_氨基1，4_苯二羧酸酯(H2N BDC);四氢芘2，7-二酸酯(HPDC)；三联苯二酸酯(TroC) ; 2，6萘二酸酯(2，6-NDC);芘2，7_ 二酸酯(TOC);联苯二酸酯(BDC)；或任何具有苯基化合物的二酸酯。具体材料MOF基吸附剂材料包括M0F-177，具有通式Zn4O (I，3，5-苯三苯甲酸酯)2的材料；M0F-5，也称为IRMOF-I，具有通式Zn4O (1，4-苯二酸酯)3的材料；IRM0F_6，具有通式Zn4O (环丁基1,4-苯二酸酯)的材料；IRM0F-3，具有通式Zn40(2-氨基1，4苯二酸酯)3的材料；和IRM0F-11，具有通式Zn4O(三联苯二酸酯)3或Zn4O(四氢芘2，7-二酸酯)3的材料；和IRM0F-8，具有通式Zn4O (2，6萘二酸酯)3的材料。典型沸石咪唑骨架(ZIF)吸着剂材料包括但不限于ZIF-68、ZIF-60、ZIF-70、ZIF-95、ZIF-100，其由洛杉矶加利福尼亚大学开发，并一般性地讨论于Nature 453，207-211 (2008年5月8日)中，通过引用将其全部并入本文中。沸石吸附剂材料包括但不限于式M2/n0 · Al2O3 · ySi02 · wH20表示的娃招酸盐,其中y为2或更大，M为电荷平衡阳离子，例如钠、钾、镁和I丐，N为阳离子化合价，且w表示沸石空隙中所含水的摩尔数。可包括在本申请的方法和系统中的沸石的实例包括天然和合成沸
O天然沸石包括但不限于菱沸石(CAS登记号12251-32-0 ；典型式 Ca2 [(AlO2)4 (SiO2)8] · 13H20)、丝光沸石(CAS 登记号 12173-98-7;典型式Na8 [(AlO2)8 (SiO2)40] · 24H20)、毛沸石(CAS 登记号 12150-42-8 ;典型式(Ca, Mg, Na2,K2) 4.5[ (AlO2) 9 (SiO2)27] · 27H20)、八面沸石(CAS 登记号 12173-28-3，典型式(Ca, Mg,Na2, K2) 29.5[ (AlO2) 59(Si02) 133] · 235H20)、斜发沸石(CAS 登记号 12321-85-6，典型式Na6 [(AlO2)6 (SiO2)3J ·24Η20)和钙十字石(典型式(O. 5Ca，Na，K) 3 [ (AlO2) 3 (SiO2) 5] ·6Η20)
O合成沸石包括但不限于沸石A(典型式=Na12[ (AlO2) 12 (SiO2) 12] · 27Η20)、沸石X (CAS 登记号 68989-23-1 ;典型式=Na86 [AlO2) 86 (SiO2) 106] · 264Η20)、沸石 Y (典型式Na56 [(AlO2)56 (SiO2)136] ·250Η20)、沸石 L(典型式K9 [ (AlO2)9(SiO2)27] ·22Η20)、沸石 Ω (典型式=Na6.8TMAL6 [AlO2) 8 (SiO2)28] · 2IH2O,其中 TMA 为四甲铵)和 ZSM-5 (典型式(Na, TPA)3 [(AlO2) 3 (SiO2)93] · 16H20，其中 TPA 为四丙铵)。可用于本申请的实施方案中的沸石还包括Encyclopedia of ChemicalTechnology,Kirk-Othmer,第 16 卷，第 4 版,标题“Molecular Sieves”中公开的沸石，通过引用将其全部并入本文中。合成沸石吸着剂材料是市售的，例如由W. R. Grace and Co. (Columbia, Md.)和Chengdu Beyond Chemical (Sichuan, P. R.中国)以Sylosiv 商标市售。例如Sylosiv AlO为一种市售的沸石13X产品。本串请纤维吸着系统的用途本申请吸附剂系统可用于多种应用中，条件是设备容许存在含有吸着剂材料的容器、工作流体源、热源和将解吸的工作流体有效地送入膨胀装置中以提供致冷或送入驱动装置中以提供电或功的装置。例如可将解吸的气体送入焦耳-汤姆森膨胀阀中以提供致·冷。作为选择，可将解吸的工作流体送入涡轮机以提供电或送入轴中以提供功。本文所述吸着系统可用于提供致冷、功率和致冷与功率组合。本申请吸着系统的可能应用包括住宅(用于在夏季产生空气调节和在冬季的热泵)、车辆(其中车载空气调节使用废热)和工业(精炼和化学装置)。在本申请的一个优选实施方案中，吸附系统用于化学或石油化学精炼装置中，且解吸的工作流体用于提供致冷以帮助其它加工区域，特别是依赖温差分离混合物各组分的区域。例如，致冷可用于从沿着烟囱上升的烟道气中回收液化石油气(LPG，C3+)，或致冷可用于操作冷凝器以改进真空蒸馏塔的效力，特别是在夏季。通过适当选择吸附剂和工作流体，吸着系统可有效使用比现有技术中的吸着系统预先提供的更低级的热。例如，在本申请的一个实施方案中，热源为温度为约70°C至约300°C，更优选约90°C至约250°C的“未利用热”。根据本发明，预期吸附剂和工作流体可使用标题为 “System Using Unutilized Heat For Cooling and/ or Power Generation，，的美国专利申请No. 12/603，243所公开的压力指数选择。将其公开内容全部并入本文中。通过适当地选择热流体和涂料，应使毛细管作用的负面影响保持最小。通过在热流体/涂料中使用合适的表面活性剂和添加剂以降低热流体与涂层之间的界面张力，例如对于水、清净剂等和对于三甘醇、硬脂酸等。该代表性实施方案用于示例目的；本申请和本发明都不限于以上或申请中他处公开的具体实施方案。所公开主题不限于本文所述具体实施方案的范围。事实上，除本文所述那些外，本发明的各种改进由本领域技术人员从前文描述和附图中获悉。这类改进意欲属于所附权利要求的范围内。应当进一步理解所有值为近似值并用于描述。本申请中引用了专利、专利申请、公开、产品描述和协议，通过引用将其各自关于全部目的的公开内容全部并入本文中。
权利要求
1.纤维吸着系统，其包括 至少一个容器； 工作流体； 至少一种热流体； 至少一个位于所述至少一个容器内的中空纤维,其中中空纤维包含 (a)形成细长体的吸着剂材料和粘合剂材料； (b)具有中空内部的细长体； (C)具有内表面和外表面的细长体，其中内表面与中空内部相邻； (d)内表面和外表面中的一个具有在其上形成的涂层，其中涂层对工作流体和热流体而言是不可透的。
2.根据权利要求I的纤维吸着系统，其中涂层在内表面上形成，其中热流体流过中空内部。
3.根据权利要求2的纤维吸着系统，其中工作流体与中空纤维的外表面流体连通。
4.根据权利要求I的纤维吸着系统，其中涂层在外表面上形成，其中工作流体通过中空内部使得它能够被细长体中的吸着剂材料吸附和解吸。
5.根据权利要求4的纤维吸着系统，其中工作流体与中空纤维的内表面流体连通。
6.根据权利要求2-5的纤维吸着系统，其中涂层选自聚(氯乙烯)、聚(偏二氯乙烯)、聚(氟乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、乙烯乙烯醇共聚物、聚乙烯醇、聚酰胺、聚乙烯(优选高密度)、聚丙烯(优选高密度)、聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚砜、聚氨酯、其组合及其衍生物。
7.纤维吸着系统，其包括 至少一个容器； 工作流体； 热流体； 至少一个位于所述至少一个容器内的中空纤维，其中中空纤维包含内涂层，其限定适于接收其中供应的热流体和工作流体中的一个的通道；外涂层，其限定外涂层与内涂层之间的室；和含在室内的吸着剂材料和粘合剂材料，其中内涂层和外涂层中的一个为对热流体而言不可透的一般不透膜，且其中内涂层和外涂层中的另一个为对工作流体而言可透的一般可透涂层。
8.根据权利要求7的纤维吸着系统，其中可透涂层选自纤维素纤维、聚砜、聚氨酯和聚酰亚胺。
9.根据前述权利要求中任一项的纤维吸着系统，其中热流体包括加热流体和冷却流体。
10.根据权利要求9的纤维吸着系统，其中加热流体包括蒸汽。
11.根据前述权利要求中任一项的纤维吸着系统，其中吸着剂材料为沸石。
12.根据权利要求11的纤维吸着系统，其中沸石为沸石13X。
13.根据前述权利要求中任一项的纤维吸着系统，其中工作流体包括二氧化碳。
14.根据权利要求13的纤维吸着系统，其中二氧化碳来自石油化学或化学加工操作中的工艺流。
15.纤维吸着系统，其包括至少一个容器； 工作流体； 至少一种热流体；和 至少一个位于所述至少一个容器内的纤维，其中各个纤维包含形成具有外表面的细长体的吸着剂材料和粘合剂材料，其中工作流体流过外表面并能够被吸着剂材料吸附和解吸。
16.根据权利要求15的纤维吸着系统，其中热流体流过外表面并且不润湿纤维表面。
17.根据权利要求15或权利要求16的纤维吸着系统，其进一步包括在外表面上的外涂层，其中外涂层对工作流体而言是可透的，使得工作流体可通过外涂层以被吸着剂材料吸附和解吸，其中外涂层对热流体不可透，由此防止热流体通过外涂层进入吸着剂材料中。
18.根据权利要求15-17的纤维吸着系统，其中外涂层由有机金属化合物形成。
全文摘要
所公开主题涉及使在吸着系统中用于得到提供功和/或致冷(例如电和/或致冷)的操作压力温度振荡(ΔT)最小化的方法改进和设备设计。这种方法改进和设计特别适于利用工业方法(例如化学加工或石油化学精炼操作)中的废热，其中低级热源用于驱动吸着系统。
文档编号F25B17/08GK102918337SQ201180026888
公开日2013年2月6日 申请日期2011年3月31日 优先权日2010年4月1日
发明者B·S·米哈斯, I·A·科迪, M·S·耶加内 申请人:埃克森美孚研究工程公司