CN101185873B - 吸附制冷系统用的吸附剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种吸附制冷系统用的吸附剂，该吸附剂由以下原料按重量百分比组成：氯化锶50％-90％，氯化钙6-41％％，添加剂4％-9％。本发明中的氯化锶与氯化钙在添加剂的作用下导热性能明显改善，解吸喷粉现象得以抑制。吸附能力与解吸能力明显提高。与纯氯化钙吸附剂相比，相同体积发生器腔体空间提高制冷能力50％-60％。

Description

吸附制冷系统用的吸附剂
技术领域
本发明涉及一种吸附制冷系统用的吸附剂，用于吸附制冷领域中二台及二台以上发生器系统吸附制冷。
背景技术
作为一种以蒸汽、燃气、尾气、热油或热水等流态热能作为驱动热源力的绿色制冷技术，吸附制冷技术得到广泛关注。而吸附制冷中的化学吸附具有吸附量与解吸量较大，制冷功率较大的优点。但以纯氯化钙为代表的化学吸附剂存在一系列缺点：如饱和吸附后体积大幅度膨胀，解吸时氨气将氯化钙粉末夹带到氨循环系统中，简称“喷粉”，制冷功率仍然不够理想等。其中吸附膨胀严重制约了发生器中吸附剂的装填量，从而制约了制冷能力的提高，而解吸的“喷粉”则容易堵塞和污染氨循环系统的通道与阀门。克服以氯化钙为代表的化学吸附剂的这些缺点，成为使吸附制冷走向实用与商品化的重大课题。
以无水氯化钙为代表的化学吸附剂，其吸附氨气的饱和吸附量达到1.23kgNH3/kgCaCl2，而在制冷工况下，氨循环时制冷能力约为259kcal/kgNH3。这样一来，每kg氯化钙所吸附的1.23kg氨似乎可以达到318kcal/kgCaCl2的制冷能力。实际上相差甚远。由于无水氯化钙以白色多孔晶体粉末状态存在，其导热性能很差，吸附氨的速度很慢，在20℃，压力为0.20Mpa相当于蒸发温度-19℃的吸附条件下，吸附量越接近饱和程度，吸附速度越慢。按此推算，每kg无水氯化钙在吸附速度最快的第一个小时里，吸附氨量约为0.5kg，其吸附制冷能力约为130kcal/kgCaCl2·h。如果吸附温度升高，吸附温度主要取决于冷却水的温度，同时制冷深度加深，每kg吸附剂在1个小时里的制冷能力还要进一步降低。另外，由于无水氯化钙吸附氨以后体积大幅度膨胀以及解吸时的“喷粉”问题，使发生器腔体中单位空间里吸附剂装填量只能达到三分之一，必须留出足够的空间供吸附剂膨胀，安装过滤网以及提供氨气进出的通道。结果使发生器的体积进一步增大。造成在制冰工况下每dm3腔体空间只能装填吸附剂0.25kg，而分析纯的氯化钙粉末状态比重为0.76kg/dm3。按此推算，单位空间每小时的制冷能力只能达到30.5kcal/dm3·h。可见，要想获得足够大的小时制冷量，发生器必须有较大的体积。如何缩小发生器体积，必须在提高吸附剂的吸附与解吸性能上以及减少吸附后的膨胀上进行研究，从提高单位腔体空间吸附剂装填量上找出路。
对于多发生器吸附制冷系统来说，在吸附制冰工况下，吸附剂氯化锶具有优异特性。无水氯化锶吸附氨的饱和吸附量为0.86kgNH3/kgSrCl2。无水氯化锶粉末状态比重为1.19g/cm3。单位体积氯化锶饱和吸附量为1.023gNH3/cm3SrCl2，而单位体积氯化钙饱和吸附量为0.934gNH3/cm3CaCl2，当然两者在饱和吸附后都会严重膨胀。可见在相同体积的条件下，氯化锶的吸附能力高于氯化钙。同时，在相同的吸附与解吸条件下，氯化锶的吸附速度与解吸速度均高于氯化钙。特别是在解吸时，氯化锶的解吸温度比氯化钙低5-8℃。每个氯化锶分子可以吸附8个氨分子，其中有7个氨分子可以自由吸附与解吸，并且吸附热与解吸热基本相同，不分内外层，并低于氯化钙吸附内层氨分子的吸附热与解吸热。在吸附制冰工况下，吸附剂氯化锶内氨的浓度低于50％，一般在30-45％之间。如果采用氯化锶作为吸附剂，则解吸温度有所降低，有利于解吸，这些因素在吸附制冷工程上都是有利的。
添加剂也是一种盐类混合物。少量的添加剂能显著提高氯化锶与氯化钙的吸附与解吸速度，其中，添加剂对氯化锶的作用更显著。同时，添加剂还能起到抑制“喷粉”的作用。
发明内容
本发明的目的在于：利用氯化锶、氯化钙和添加剂上述特性，以调整吸附剂组成成分和量为手段，达到提高吸附剂吸附速度于解吸速度、减少吸附时的体积膨胀，克服解吸时“喷粉”的缺点，提供一种吸附时膨胀不多，解吸时不喷粉，吸附速度与解吸速度更快，解吸温度更低的吸附制冷系统用的吸附剂。
本发明在二台或二台以上发生器吸附制冷系统中，利用氯化锶在吸附制冰工况下的吸附与解吸优势，以及添加剂能显著提高氯化锶与氯化钙的吸附与解吸速度的特性以及减缓吸附剂膨胀量，抑制吸附剂解吸“喷粉”的作用，设计出以下吸附剂配方：
吸附制冷系统用的吸附剂，该吸附剂由以下原料按重量百分比组成：氯化锶50％-90％，氯化钙6％-41％，添加剂4％-9％。
吸附剂由以下原料按重量百分比组成：氯化锶70％-90％，氯化钙6％-24％，添加剂4％-6％。
添加剂为硫氰酸钠或硫氰酸钠与硝酸锂按质量比为1∶1-2的混合物，硫氰酸钠、硝酸锂状态为粉末状态，纯度为分析纯。
上述原料各组分均为分析纯或化学纯，状态为固体粉末。
吸附制冷系统用的吸附剂在配制时，将各组分按重量比直接混合，搅拌均匀，以粉末状态装填到发生器中；将吸附剂装入发生器后，加热240-260℃，进行20-24小时的烘烤，以脱掉吸附剂中的结晶水；烘烤冷却后，对发生器中的吸附剂进行抽真空处理，进一步脱掉吸附剂中的水份与其它有害气体。
本发明由于各组分独立作用与综合作用的效果，与纯氯化钙吸附剂相比，在吸附制冰工况下，同体积发生器腔体空间提高制冷能力50％-60％左右。
具体实施方式
表1.是本发明实施例1～4所用原料及配比
原料 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
氯化锶 50 70 90 88
氯化钙 41 24 6 7
硫氰酸钠 9 0 4
硫氰酸钠与硝酸锂按1∶1混合 0 6
硫氰酸钠与硝酸锂按1∶2混合 0 0 5
表2本发明实施例2吸附剂与纯氯化钙吸附剂对比实验数据，实验条件相同
吸附与解吸循环实验次数：5次
吸附压力：P＝0.1Mpa。
解吸加热设备：空气电阻炉，炉温270℃。
吸附冷却设备：水槽，水温10℃。
吸附与解吸循环时间：40分钟。
吸附剂用量：600g。
吸附剂填装方式：翅片管壳式，外加热。
实验数据如下：
 吸附量(g)     第一次   第二次     第三次   第四次  第五次
 本发明实施例2吸附剂     112   118     108   98   98
 纯氯化钙吸附剂     86   88     80   72   72
实验结论：吸附剂低压循环实验为模拟多发生器吸附剂制冰工况的实验。实验证明，在吸附压力为P＝0.1Mpa，多次吸附与解吸循环工况下，本发明实施例2吸附剂具有吸附量较大的优势，吸附量比纯氯化钙吸附剂吸附剂高出36％。
在吸附制冰工况下，将上述表1中的三种成分以固体粉末状态充分混合，搅拌均匀，装入发生器金属管单元中，将吸附剂装入发生器后，加热240-260℃，进行20-24小时的烘烤，以脱掉吸附剂中的结晶水；烘烤冷却后，对发生器中的吸附剂进行抽真空处理，进一步脱掉吸附剂中的水份与其它有害气体。吸附剂粉末状态的空间装量比为55-60％，比纯氯化钙吸附剂粉末状态空间装量比提高67％，纯氯化钙吸附剂粉末状态空间装量一般为33％，并且吸附热与解吸热有所降低。实施例4的配方已在海洋渔船尾气制冰机上试用，在氨蒸发温度为-25℃，吸附压力为0.15Mpa条件下，该配方吸附剂仍具有较强的吸附能力，能够满足海水制冰的要求。

Claims (2)

1.吸附制冷系统用的吸附剂，其特征在于：该吸附剂由以下原料按重量百分比组成：氯化锶50％-90％，氯化钙6-41％，添加剂4％-9％，所述的添加剂为硫氰酸钠或硫氰酸钠与硝酸锂按质量比为1∶1-2的混合物，硫氰酸钠和硝酸锂为粉末状态，纯度为分析纯。
2.根据权利要求1所述的吸附制冷系统用的吸附剂，其特征在于：氯化锶70％-90％，氯化钙6％-24％，添加剂4％-6％。
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陈砺等.碱土金属氯化物吸附性能实验研究.化学工程29 5.2001,29(5),14-17.
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