CN85106253B - 一种新的热力循环方法 - Google Patents

Abstract

一种新的热力循环的方法包括：产生不同组成的工作流体馏分，将该工作流体在第一汽化器中加热，然后混合，再将混合流体汽化和膨胀，使其能量转换成可用的形式。此后，处理混合流体，再生重复使用的不同工作流体馏分。

Description

一种新的热力循环方法

本发明是关于能量的转换方法。具体来说，本发明是关于通过利用膨胀和蓄热的工作流体把热源的能量变成可用的能量的一种方法。本发明还进一步是关于在热力循环中提高热能利用效率的一种方法。因此，也是关于新的热力循环的使用方法。

从热源产生有用的能量最通常使用的热力循环是朗肯（Rankine）循环。朗肯循环中，诸如水、氨或氟利昂之类的工作流体在汽化器中利用现有的热源汽化，然后被汽化了的气态的工作流体经过透平机膨胀，把它的能量变成可利用的能量形式。然后经过循环后的气态工作流体在冷凝器中利用现有的冷却介质冷凝，把冷凝后的工作介质用泵增压。然后高压的工作流体再次汽化，等等以继续循环。朗肯循环的工作效率相对来说是比较低的。

改进了的热力循环其效率比朗肯循环高，降低了每千瓦能量的设备费用。在目前的燃料价格情况下，这种改进了的热力循环对利用各种废热源来说，将是有工业生命力的。

申请人在1980年4月24日申请的专利号为4346561的专利，是关于一个能量转换系统。这个系统利用二元组分或多组分的工作流体，被称为＊系统。该系统通常按照二元组分工作流体以液态用泵增压到高的工作压力的原理来工作。加热系统使工作流体部分汽化，闪蒸该系统以分离高沸点的工作流体组分和低沸点的工作流体组分，低沸点的工作流体组分在一台透平机内膨胀而驱动其运转。而高沸点组分进行热量回收以用于在汽化之前加热二元工作流体，然后和经过循环后的低沸点工作流体混合，以便在冷凝器中，在冷却介质存在下，吸收经过循环后的工作流体。

申请人的＊循环在理论上与申请人在以前的专利中的朗肯循环比较，证明提高了效率并证明了申请人的＊循环的优点。当一个可用的相对的低温热源例如海水的表面被利用的时候，这种理论上的比较已经证明申请者的＊循环比朗肯循环有更高的效率。

然而，申请人发现：当使用较高温度的现有热源的时候，申请人的Exergy循环提供的理论优点比起传统的朗肯循环来要少些。

因此，针对这样一些发明申请，申请人提出了更进一步的发明以提供一种改进的热力循环。在本发明使用的蒸馏系统中，部分工作流体被蒸馏。因此，有利于工作流体组分的再生。本发明的主题就是申请人在1982年8月6日提出的405942号在先专利申请的主题。

申请人认为：当工作流体用热源汽化的时候，如果能采取有效的步骤来解决饱和蒸汽与冷却剂最小温差点（Pinch point）问题，热力循环就可以改进。

因此，本发明的目的之一是提供一个热力循环，在这个循环中，饱和蒸汽与冷却剂最小温差点问题可以解决。

本发明提供的一种新的热力循环的方法包括：

（a）至少有一部分含有较高的和较低的沸点组分的初始混合物的初始混合物流体在中等压力下在蒸馏系统中进行蒸馏，以使部分混合物流体被蒸馏或被汽化，因此产生了富集的蒸汽馏分，该蒸汽馏分相对于富工作流体馏分和贫工作馏分富集了沸点较低的组分;

（b）把富集的蒸汽馏分与部分混合物流体混合并将它吸收于其中，至少产生一种富工作流体馏分，该馏分相对于具有较低沸点组分的混合工作流体来说富集了低沸点组分;

（c）从部分混合物流体中至少产生一种贫工作流体馏分，该贫工作流体馏分相对于这样的混合工作流体含有较少的低沸点组分;

（d）把初始混合物流体的剩余部分用作冷凝流体;

（e）冷凝富工作流体馏分和贫工作流体馏分中的蒸汽于富工作流体馏分和贫工作流体馏分中;

（f）把液态形式的富工作流体馏分和贫工作流体馏分的压力增加到工作的高压。

（g）富工作流体馏分和贫工作流体馏分分别进入到第一汽化器，以加热贫工作流体馏分至接近其沸点，使至少一部分富工作流体馏分汽化;

（h）把贫工作流体馏分和富工作流体馏分混合，产生混合工作流体;

（i）在第二汽化器中汽化该混合工作流体，以生成增压的混合工作流体;

（j）使增压的混合工作流体膨胀到经过循环后的低压，以把它的能量变成可利用的形式的能量;

（k）在吸收阶段中，在低于中等压力下，在冷凝流体中，通过冷却使经过循环后的混合工作流体冷凝，并把它吸收在冷凝物流中，以再生初始混合物流体。贫工作流体馏分和富工作流体馏分不是以液态形式产生，在它们被加压到工作高压之前，最好把它们完全冷凝或基本完全冷凝成液体。

富工作流体馏分和贫工作流体馏分在用泵增压到工作高压之前，通常需要冷凝，使它们成为液体。

在本发明的一个实施方案中，全部混合物流体可以在蒸馏系统中进行蒸馏，以产生富集蒸汽馏分和产生从其中汽提出了富集蒸汽馏分的汽提液体馏分。

在本发明的这个实施方案中的一个实施例中，富集蒸汽馏分可以分成第一和第二富集蒸汽馏分，而汽提液体馏分可以分成第一、第二和第三汽提液体馏分。然后，第一富集蒸汽馏分可以和第一汽提液体馏分混合产生富工作流体馏分，第二富集汽馏分可以和第二汽提液体馏分混合产生贫工作流体馏分，而第三汽提液体馏分是初始混合物流体的剩余部分，该剩余部分可用做冷凝流体。

在本发明的这个实施方案的另一个实施例中，汽提液体馏分可以分成第一，第二和第三汽提液体馏分，富集蒸汽馏分可以和第一汽提液体馏分混合产生富工作流体馏分，第二汽提液体馏分可以作为含贫工作流体馏分的部分初始混合物流体使用。而第三汽提液体馏分可以〈＆＆〉初始混合物流体的剩余部分使用以构成冷凝流体。

在本发明的另一个实施例中，仅部分初始混合物流体在蒸馏系统中可以进行蒸馏，以产生富集蒸汽馏分并产生从其中已经汽提出了富集蒸汽馏分的汽提液体馏分。

在本发明的这个实施方案中，例如富集蒸汽馏分可以分成第一第二富集蒸汽馏分，汽提的液体馏分可以组成冷凝流体。在本发明的本实施例中，没有进行蒸馏的初始混合物流体的剩余部分可以分成〈＆＆〉第一混合物流体和第二混合物流体。第一和第二富集蒸汽馏分可以与第一和第二混合物流体混合，以分别产生富工作流体馏分和贫工作流体馏分。

大家可以很容易明白下面的事实：根据可得的热源和冷源条件及情况的不同，富工作流体馏分和贫工作流体馏分可以通过各种比例的富集蒸汽馏分和各种比例的一种或一种以上的汽提液体馏分，一种或一种以上没有进行蒸馏的初始混合物馏分的混合而产生，或通过将得到的所需的富工作流体馏分和贫工作流体馏分进行某种组合来产生，以便在本发明中的减少饱和蒸汽与冷却剂最小温差点（Pinch poiut）的问题。

我们可以进一步明白下述事实：通过从富集蒸汽馏分、从汽提液体馏分和从初始混合物流体进行适当选择，产生二种、三种或三种以上的具有许多低沸点组分富集的工作流体馏分，该工作流体馏分是适量的，用于对第一汽化器进行有效的单独加热。随后将二种或二种以上的流体进行组合，随后在继后的汽化器中汽化等等，直到产生一种混合工作流体为止。然后该混合工作流体汽化体汽化和膨胀把它的能量转换成可利用的能量形式。

在本发明的最佳实施方案中，冷凝流体将减压到经过循环后的混合工作流体的压力，以便在吸收阶段吸收经过循环后的混合工作流体。

冷凝流体和经过循环后的混合工作流体在吸收阶段利用某种适当而便利的冷却介质可以冷却。

在吸收阶段产生的初始混合流体或它的将被蒸馏的部分初始混合物流体，可以通过用某一种适当而便利的加热介质在一个或一个以上的热交换器中加进行蒸馏。

申请人发现把初始混合物流体或它的一部分进行蒸馏的比较好的方法是用较低温度加热。这就提供了在热交换系统中的热量损失将是相当小的优点，也提供可以使用低温热源的优点。而低温热源则不可能方便地用在这个循环的其它方面。

在本发明现在的最佳实施方案中，蒸馏可以通过将初始混合物流体或它的一部分通入与一个或一个以上的下述热源有关的热交换器来实现：

（a）经过循环后的工作流体;

（b）冷凝流体;

（c）贫工作流体馏分;

（d）富工作流体馏分;

（e）辅助热源。

申请人认为：本发明的循环的许多申请中，辅助热源将是不需要的。因此，申请人认为，从经过循环后的混合工作流体中，从冷凝流体中和从贫工作流体馏分及富工作流体馏分中能够提取足够的热量供给部分初始混合物流体进行有效的蒸馏或汽化，以产生相对于低沸点组分或混合物流体组分来说是富集蒸汽馏分。

初始混合物流体进行这种蒸馏的时候，低沸点的一种组分或多种组分将自然地汽化或开始蒸馏，由此产生富集的蒸汽馏分。

对富工作流体馏分和贫工作流体馏分的组成应进行优选，以便使它们在具有加热介质的第一汽化器中能够最有效地被加热。第一汽化器通常是汽化器的低温阶段。

例如，成分和相对量将这样选择：以便当富工作流体馏分将加热到接近它的饱和蒸汽压时，贫工作流体馏分在第一汽化器中将被加热到接近它的沸点。

富工作流体馏分最好富集到尽可能多的一种低沸点组分或多种低沸点组分，与使用的贫工作流体馏分一致。这种贫工作流体馏分具有在富工作流体馏分的露点时的沸点。

在现在的最佳实施方案中，组分和量将这样选择;以便当富工作流体馏分在第一汽化器中将基本上汽化或完全汽化成饱和蒸汽时，贫工作流体馏分在第一汽化器中将被加热到它的沸点或基本上达到它的沸点。

尽管贫工作流体馏分和富工作流体馏分二者在第一汽化器中都可被加热到更高温度，但申请人认为：在本发明的热力循环中，这种情况将不提供任何真正热力学的优点。

因此，富工作流体馏分和贫工作流体馏分应这样选择：以便在它们通过第一汽化器之后，基本上或通常至少在温度和压力两方面都达到平衡，以减少在混合中发生的任何热力学损失。

根据本发明，当贫工作流体馏分和富工作流体馏分开始产生的时候，通常它们二者都含有蒸汽。因此，必须冷却，使它们完全冷凝，然后，在它们被加到第一汽化器之前，用泵分别将它们的压力增加到工作高压。当贫工作流体馏分有时可能不含蒸汽、不必冷却时，富工作流体馏分通常含蒸汽。因此必须冷却，使蒸汽冷凝，然后提供流体馏分，以便有效地加压。

可以利用任何冷却介质来冷却这些蒸汽。根据本发明申请人现在的最佳实施方案，贫工作流体馏分在热交换器内与初始混合物流体进行热交换而冷却，与此同时，初始混合物流体则被蒸馏。

同样，申请人现在的最佳实施方案，富工作流体馏分在热交换器内与辅助冷却源进行热交换而被冷却。在冷却了的富工作流体馏分和还没有用辅助冷源的冷却介质冷却的富工作流体馏分之间，也可以安置一个预热系统。

在本发明的最佳申请方案中，富工作流体馏分和贫工作流体馏分将被冷却，以使在它们进入第一汽化器之前，它们的温度通常是相同或相近的。

在贫工作流体馏分和富工作的流体馏分通过第一汽化器并被混合构成混合工作流体之后，它们可以在第二汽化器中加热到使混合物工作流完全或至少基本完全汽化。

申请人认为：如果混合工作流体在第二汽化器中完全汽化，将提供最好的热力学优点。否则，热力学优点较少。

如果混合工作流体仅部分汽化，一些混合工作流体被加热到相对较高的温度，将不利于能量转换。因此，这种情况将降低过程的效率，在第二汽化器中用相对较高温度热源，完全汽化混合的工作流体并用全部或基本全部汽化了的混合工作流体作为供给的混合工作流体。申请人认为，利用高温能源是最有效的。

在本发明现在的最佳实施方案中，来自第二汽化器的混合工作流体将在过热器中过热。

供给的混合工作流体膨胀到经过循环后的低压，把它的能量变成可用的能量形成，为此目的，可利用任意合适而便利的装置，这种特性的装置一般是透平机形式。在本说明书中总称为透平机。

可采用各种单级或多级的透平机，为了有效地利用本发明，可选择工作压力和温度范围适当的透平机。

在本发明的实施方案中，可以采用多级透平机系统。至少部分混合工作流体在通过透平机的高压级之后。在进入透平机的低压级之前，可以再循环到过热器之中。本专业的技术人员将容易地看到，用于本发明的蒸馏系统的相对低温度的热可根据不同情况由各种热源获得。可以从经过循环后的较高温度的热源得到，可以从高温热源的较低温度的热得到或低温废热和其它可用的热得到，和/或在本发明的方法中再生的较低温度的热源得到。并且该热源是不能够被有效地利用或更有效地利用，或不能够用来完全汽化混合工作流体的热源。

在本发明的循环的汽化器中可以采用多种形式的热源来汽化混合工作流体。根据所利用的热源的不同，在每种情况下可以调整循环使其用最有效的方式利用这些热源。例如，申请人预料从高到1000°F或更高的热源，低到如像从海洋温差所获得的热源都可以使用。可以相信，象这样的热源，例如初级燃料、废热、地热、太阳热和海洋热能量转化系统等全都能开发用于本发明。

用于本发明的工作流体可以是任何一种含有两个或两个以上低和高沸点流体的混合物的多组分工作流体。这种低和高沸点流体可以是若干有良好热力学性能且有适当的或大溶解度的任何一些化合物中的任何一种的混合物，这样，例如工作流体可以〈＆＆〉，如〈＆＆〉

氨-水的热焓-浓度＊容易得到，而且是常用的。根据请求，国家标〈＆＆〉将提供该局公布的明细表7＊8-8＊项目的文件，〈＆＆〉文件于1983年由Wil＊ec Reseurcn Compan＊，〈＆＆〉（该公司位于488South 500 West，prove，Uta〈＆＆〉），论及在大范围的温度和压力下水-氨混合物和它们的性质试验研究。此文件的复制件附于本说明书后，且在此列入参考文献。

氨-水系统构成一个很宽范围的沸点温度，且良好的热力学性质。因此，在本发明的许多运用中，氨-水系统是一种实际地和可能地有用工作流体。然而，申请人认为，在开本发明的工业实施方案过程中，当设备的经济性和透平机的设计变成头等需要考虑的问题的时候，考虑氟利昂-22和甲苯或和其它碳氢化合物的混合物或混合氟利昂将变得更为重要。

通常，标准设备可以用于实施本发明的方法。因此，如象热交换器、贮汽器、泵、透平机、阀门等设备和用于典型的热力循环（如朗肯循环）类型的装置都可用于实施本发明的方法。申请人认为，对本发明结构材料上的限制应与对一般的朗肯循环动力或致冷系统结构材料的限制是一样的。然而，申请人深信由于本发明的热力效率较高，因此回收每单位有用能量所需的费用较低。主要是节省了热交换器和锅炉设备的费用。申请人认为本发明将降低所转换出的每单位能量的总成本。

现在将参照某些较佳的发明实施方案和参照附图详述本发明。

在附图中：

图1列出实施本发明方法的一种系统的示意图;

图2列出图1系统、但省略了过热段的示意图;

图3列出本发明的另一个实施方案的示意图;

图4列出根据本发明的实施方案示意图;

图5是一种温度/热焓的曲线图，用以说明应用本发明为何能够解决饱和蒸汽与冷却剂最小温差点问题。

参照附图1，标号50.1通常指的是根据本发明的热力系统或循环的一种实施方案。

循环系统50.1包括吸收段52、热交换器54、同流换交换器56、主热交换器58、分离器60、预热器62、泵64和66、第一汽化器68、第二汽化器70、过热器72、和包括高压段74和低压段76的多级透平机。

现在用使用氨-水工作流体作为初始混合物的实施例来说明本发明的系统或循环。

这是一个连续的系统，在比系统中使供给的混合工作流体发生膨胀，把它的能量转化为可利用的能量形式，然后使流体连续再生。因而，在使用该系统的长时间期限内，在系统中应保持基本上恒定不变的混合工作流体量。

在分析此系统的时候，从系统中用标号1标志的这一点开始是有帮助的，标号1包含氨和水形式的有较高和较低沸点组分的初始组成的初始混合流体。在点1初始混合物流体处于经过循环后的低压，用泵51将它增压到中等压力，在此处它的压力参数应与泵51后的点2处的一样。

从流线的点2，处于中等压力的初始混合物流体在热交换器54中、在同流热交换器56中和主热交换器58中连续被加热。

用从透平机74和76来的经过循环后的混合工作流体通过热交换在热效换器54、同流热交换器56和主热交换器58中加热初始混合物流体。此外，在热交换器54中初始混合物流体被将在后面说明的冷凝流体加热，在同流热交换器56中初始混合物流体用冷凝流体和用将在后面说明的贫工作流体馏分和富工作流体馏分通过热交换进一步加热。

在主热交换器58中，只用从透平机出口来的流体的余热来进行加热。因此，基本上补偿了同流换热的不足。

在主热交换器58和分离器60之间的点5处，初始混合物流体在中等压力下，在包括热交换器54、58和同流热交换器56的蒸馏系统中已经被蒸馏。如果需要，从任何合适的或可用的热源来的辅助加热手段都可用于热交换器54或58的任一个中或者同流热交换器56中。例如，这种辅助加热手段用虚线59表示在热交换器54中。

在点5处初始混合物流体在蒸馏系统中部分气化并送入重力分离器60，在分离器60中在蒸馏系统中富集蒸汽馏分产生并富集低沸点组分，即氨，该富集蒸汽馏分与初始混合物流的剩余部分分离以使其在点6生成一种富集蒸汽馏分和在点7生成汽提液体馏分，富集蒸汽馏分已从点7汽提出来。

在图1中说明本实施方案，从点6来的富集蒸汽馏分被分成第一和第二富集蒸汽馏分，它们分别位于点9和点8。

此外，在图1的实施方案中，从点7来的汽提液体馏分被分成第一、第二、第三汽提液体馏分，它们分别地位于标点11、10、14的位置。

相对于将在下面讨论的富工作流体馏分和贫工作流体馏分二者来说，点6的富集蒸汽馏分是富集较低沸点组分，即氨。

从点9来的第一富集蒸汽馏分与点11的第一汽提液体馏分混合使在点13形成一个富工作流体馏分。

在点8的第二富集蒸汽馏分与点10的第二汽提液体馏分混合使在点13形成一个贫工作流体馏分。

相对于混合工作流体（如在下文讨论的）来说，富工作流体馏分富集了含氨的较低沸点组分。另一方面，相对于混合工作流体（如在下文讨论的）来说，贫工作流体馏分含较少较低沸点组分。

点14的第三汽提液体馏分由初始混合物流体的剩余部分组成，常用于构成冷凝流体。

点12和13的贫工作流体馏分和富工作流体馏分组成上的差别是通过在形成这两种馏分时使用蒸汽对汽提液体的不同比例的手段来实现。

贫工作流体馏分在点12与15之间在同流热交换器56中冷却，以使它完全冷凝并在点15生成一种冷凝贫工作流体馏分。

点13的富工作流体馏分于同流热交换器中部分冷凝到点16。然后，富工作流体馏分进一步冷却并在预热器62中冷凝（从点16至18）并在吸收段52与通过点47至48供应的冷却水用热交换的方法进行最后冷凝。

然后，点15的贫工作流体馏分用泵64增压到工作高压以提供给它点24的参数。同样地，富工作流体馏分用泵66增压到相同的或基本相同的高压。然后，它通过预热器62到达点25，在这里它基本上处于与点24的贫工作流体馏分相同的压力和温度。

在实践中，点24和25的温度应当足够的高以防止水在汽化器68中的管道表面上凝结。

然后，将点24和点25的两支流体分别送到第一汽化器68，这是汽化器系统的低温段，在这里富工作流体馏分和贫工作流体馏分用从温度的＊＊

贫工作流体馏分在从点24至26的第一汽化器63中同样被加热，使贫工作流体馏分在到达点26的时候加热到或者基本加热到它的沸点，这是最好的加热方式。申请人还认为，对于第一汽化器68中的贫工作流体馏分来说，这将是最有效的热利用，〈＆＆〉为加热至较低或较高的温度将降低循环的效率。

然后，点26和27的贫工作流体馏分和富工作流体馏分混合，于点28形成一种混合工作流体。当它们混合的时候它们是处在温度和压力的热力平衡中，因而混合时热力损失应非常小。

然后，将从点28来的混合工作流体送入第二流化器70，在这里最好使它完全汽化以生成气态的供给的混合工作流体，这里在点29，从点29到点30供给的混合工作流体在过热器72中过热。

然后，将具有点30参数的混合工作流体送入透平机的高压段74，使它的能量转化成为可利用的能量形式。

已经说明透平机的高压段74和低压段76二者各包括4个分离的级。然而，任何合适的透平系统都可以用来代替它们。

混合工作流体在通过透平机高压段74后就有了点34的参数，点34的压力和温度参数较点30的低。将混合工作流体从点34送回汽化段的过热器72，在这里从点34到点35将它再加热，然后送进透平机的低压段76，在这里混合工作流体充分膨胀直到它达到点39的经过循环后的低压值。在点39混合工作流体最好达到这样的低压以使它在此压力和适当的环境温度下不能冷凝。经过循环后的混合工作流体从点39流过主热交换器58，同流热交换器56和热交换器54，在这里部分冷凝〈＆＆〉放出来的热用来预热先前讨论过的进入〈＆＆〉

〈＆＆〉

参照图3，标号〈＆＆〉的是根据本发明的又一个能量系统或循环的〈＆＆〉案。

50.3系统基本上〈＆＆〉的50.1系统一样，且相同的部分用相同的标号〈＆＆〉标志。

在50.3系统中〈＆＆〉汽提液体馏分分成第一、第二、第三汽体液体馏＊，它们分别地位于点11、15和10。此外，在这一〈＆＆〉方案中，仅只一种富集蒸汽馏分在点6生成。〈＆＆〉象在50.1和50.2循环中一样分成两种蒸汽馏分。

〈＆＆〉的富集蒸汽〈＆＆〉从点11来的第一汽提液体馏分混合，于点〈＆＆〉工作流体馏分。

〈＆＆〉的富工作流〈＆＆〉用参照图1所讨论过的一样的方式通过同流〈＆＆〉器56、预热器62和吸收段52冷凝。然后，用泵〈＆＆〉将它增压到供给高压，通过预热器62到达点25。

在与第三汽提液体〈＆＆〉一起通过同流换热器56后，在点15得到第二提液体馏分。在点17之后，分成第二和第三汽提液体馏分，一支被输送到点15以构成贫工作流体馏分。第三汽提液体馏分从点10通过热交换器54、从点19至点20它被节流阀调节，使达到经过循环后的低压值，且这样构成冷凝流体，使其在吸收段52吸收从点42来的经过循环后的混合工作流体。

点15的贫工作流体馏分用64增压到供给的高压并到达点24，在这里它具有与点25的富工作流体馏分基本一样的压力和温度参数。

然后，操作过程的其余部分与参照图1所述的完全一样。

参照附图4，标号50.4指的是根据本发明的热力系统或循环的又一个的实施方案。

50.4循环基本上与50.2循环一样，因而与在附图2和附图1中所说明的50.1循环也一样。因此相同的部分用相同的标号来指明。

在50.4系统中不同于前面附图的实施方案，只是点2的中等压力下部分初始混合物流体在蒸馏段被蒸馏。

在50.4系统中点6的富集蒸汽馏分如同在50.1系统的情况一样又分成第一和第二富集蒸汽馏分，它们分别地位于点9和点8，这两支流体经同流换热器56，在这里将它冷却，使其部分冷凝。

从点7来的汽提液体馏分构成冷凝流体。它从点14流经同流换热器56到达点17，经热交换器54到达点19，然后流经节流阀到达点20，以在这里被吸收在吸收段52中。经过循环后的混合工作流体，如参照图1所述的那样在点1再生初始混合物流体。

在点2之后未经蒸馏系统蒸馏的初始混合物流体的剩余部分被提取并分成第一和第二混合物流体，它们分别地位于点11和点10。

从点8来的第二富集蒸汽馏分，在经过同流换热器56之后与从点10来的第二混合物流体混合以在点15构成贫工作流体馏分。然后将它用泵增压到供给的高压，以生成点24的贫工作流体馏分。

来自点9的第一富集蒸汽馏分通过同流换热器56和预热器62。此后来自点18的蒸汽馏分与来自点11的第一混合物流体混合。混合后在点13产生富工作流体馏分，该工作流体馏分通过吸收段52、泵66、预热器62，达到有适当的温度和压力参数的点25。

正如在图1实施方案的情况那样，这两支流体通过第一吸收段，然后在点28混合，并在第二吸收段70中汽化。

图4中说明的实施方案相应于循环50.2。当然，该实施方案也可以包括过热器72和如同在图1中说明的点34到点35的再循环回路。

在该技术领域中普通的人员会知道，对适当的环境和条件，按需要可通过从最低点以上选择富集蒸汽馏分量和通过选择适当量的汽提的液体馏分和/或初始混合物流体馏分而产生多种贫工作流体馏分或富工作流体馏分。

申请人试图根据图5的曲线图解释本发明的理论基础，但不希望受该理论限制。在这个图中画出温度对热焓的曲线。申请人认为该曲线图是与本发明一致的典型的水-氨系统。在该曲线图中给定的点是相应于在图的循环50.1中用于表示各种参数的点。

第一汽化器68或低温汽化器68可考虑分成两部分。在第一部分中，富工作流体馏分和贫工作流体馏分分别从点25和点24向上流到指定的tbr点加热。富工作流体馏分和贫工作流体馏分的温度都在它们的沸点以下。在第一汽化器68的第二部分，在tbr点以上富工作流体馏分和贫工作流体馏分的温度都在它们的沸点温度以上。

如果在给定压力下只是富工作流体馏分引入第一分离段，这样的流体会在tbr点开始沸腾，这是比较低的温度，现有的热源能充分使用。可是全部沸腾过程会在比较低的温度下进行，结果在大部分汽化器中产生增加的温度差，因此，导致比较大的热力学损失。这个理论过程由图5中点25和点tbr之间的线，从点tbr到点29a的虚线，和从点29a到点29的虚线表示。

热源的冷却用从点43直到点46的点虚线段表示。

如果试图在相同的给定的压力下导入包括在点25的富工作流体馏分和在点24的贫工作流体馏分的混合物的混合工作流体，而又试图全部应用现有的热源，则这个流体只在温度tb开始沸腾。温度tb高于在汽化器68的相应部分中热源的温度。因此，这会使该过程成为不可能。这个不可能的过程由图5中的线24-tbr-tb28-29所表示。如果不完全的应用现有的热源，则这样的过程才是可能的，并且不会发生相应的热力学损失。

可是，根据本发明将富工作流体馏分和贫工作流体馏分分别引入第一汽器68时，富工作流体馏分会在比较低的温度tbr点上开始沸腾，从而减少“饱和蒸汽与冷凝剂最小温差点（pinch point）”问题。同时，由于富工作流体馏分和贫工作流体馏分已在点28混合。当它们达到热力学平衡时，沸腾过程在比较高的温度下进行。因此，热力学损失减少了。这也允许该系统在汽化器阶段设有一个增压，就在透平机入口。这个混合过程在图5中由点24-29的实线表示。

这两个体系热焓的综合概要表明沿着通过第一汽化器68的本发明系统的曲线后面是远离饱和蒸汽与冷凝剂最小温差点（pinch point）的区域加热介质曲线。因此，减少了饱和蒸汽与冷却剂最小温差点（pinch point）的问题，而在点28后该曲线较接近加热介质曲线，减少了热力学损失。

申请人认为用两个以上的变化组成的工作流体馏分。这些工作流体馏分当连续通过汽化器时〈＆＆〉续段中混合，并有效数量段的过热，可使工作流体馏分＊加热曲线成平滑，较接近到〈＆＆〉，导致减少热力学损失。

在本发明的某些实施方案中混合工作流体〈＆＆〉

〈＆＆〉图1〈＆＆〉图2〈＆＆〉图3〈＆＆〉图4图5〈＆＆〉

Claims (33)

1、一种新的热力循环的方法，该方法包括下列步骤：

a）使至少含有较高沸点组分和较低沸点组分的初始混合物的部分初始混合物流体在蒸馏系统中，在中等压力下进行蒸馏，蒸馏或汽化部分流体，于是产生了相对于富工作流体馏分和贫工作流体馏分来说富集了一种较低沸点组分的富集蒸汽馏分;

b）将富集的蒸汽馏分与部分混合物流体混合，并在此将它吸收产生至少一种相对于混合工作流体来说富集了较低沸点组分的富工作流体馏分，

c）冷凝富工作流体馏分和贫工作流体馏分中包含的蒸汽于富工作流体馏分和贫工作流体馏分中;

d）把液体形式的富工作流体馏分和贫工作流体馏分的压力增加到工作高压;

〈＆＆〉

从步骤d）到步骤e）包括步骤：

①富工作流体馏分和贫工作流体馏分以增高的压力分别进入第一汽化器中，以加热贫工作流体馏分至接近其沸点，并使至少一部分富工作流体馏分汽化;

②将贫工作流体馏分和富工作流体馏分混合，产生混合工作流体;

2、根据权利要求1的方法，其特征在于贫工作流体馏分和富工作流体馏分不是以液体形式产生，在它们的压力增加到工作高压以前，被冷却而冷凝成液体形式。

3、根据权利要求1的方法，其特征在于全部初始混合物流体在蒸馏系统中进行蒸馏，产生富集的蒸汽馏分，并产生从其中已汽提出了富集蒸汽馏分的汽提液体馏分。

4、根据权利要求3的方法，其特征在于富集蒸汽馏分分成第一富集蒸汽馏分和第二富集蒸汽馏分，汽提液体馏分分成第一汽提液体馏分、第二汽提液体馏分和第三汽提液体馏分，第一富集蒸汽馏分与第一汽提液体馏分混合产生富工作流体馏分，第二富集蒸汽馏分与第二汽提液体馏分混合产生贫工作流体馏分，第三汽提液体馏分是由初始混合物流体的剩余部分组成，可用作冷凝流体。

5、根据权利要求4的方法，其特征在于冷凝流体被节流减压到经过循环后的混合工作流体的压力，以吸收经过循环的混体含工作流体。

6、根据权利要求5的方法，其特征在于冷凝流体的经过循环的混合工作流体在吸收段中用现有的冷却介质冷却，而在吸收段中产生的初始混合物流体在热交换器中通过加热进行蒸馏，在热交换器中用下列热源中的一个或多个热源； (a)经过循环后的工作液体； (b)冷凝流体； (c)贫工作流体馏分； (d)富工作流体馏分； (e)辅助热源。

7、根据权利要求6的方法，其特征在于当用辅助热源时，辅助热源是较低温度的热源。

8、根据权利要求4的方法，其特征在于要选择富工作流体馏分和贫工作流体流馏分的组成以便在第一汽化器中加热时，贫工作流体馏分基本达到它的特点，而富工作流体馏分基本处于饱和蒸汽形式。

9、根据权利要求4的方法，其特征在于贫工作流体馏分和富工作流体馏分在热交换器中被冷却，将它们全部冷凝，然后在进入到第一汽化器之前分别用泵加压到工作高压。

10、根据权利要求9的方法，其特征在于贫工作流体馏分通过与初始混合物流体进行热交换而被冷却。

11、根据权利要求9的方法，其特征在于富工作流体馏分通过与辅助冷源进行热交换而被冷却。

12、根据权利要求11的方法，其特征在于富工作流体馏分进一步与下列冷源中的一个或多个冷源进行热交换被冷却;

（a）初始的混合流体;

（b）冷却后的富工作流体馏分。

13、根据权利要求9的方法，其特征在于富工作流体馏分和贫工作流体馏分在进入第一汽化器之前被冷却以使它们的温度相等或接近。

14、根据权利要求1的方法，其特征在于通过混合贫工作流体馏分和富工作流体馏分产生的混合工作流体在第二汽化器中被加热，以基本上完全汽化混合工作流体。

15、根据权利要求1的方法，其特征在于通过混合贫工作流体馏分和富工作流体馏分产生的混合工作流体在第二汽化器中基本上加热到它的露点。

16、根据权利要求8的方法，其特征在于通过混合贫工作流体馏分和富工作流体馏分产生的混合工作流体在第二汽化器中被加热，以基本上完全汽化混合工作流体。

17、根据权利要求1的方法，其特征在于来自第二汽化器的混合工作流体在过热器中＊＊。

18、根据权利要求17的方法，其特征在于过热的混合工作流体在多级透平机系统中膨胀，其中至少部分混合工作流体在通过透平机的高压段以后和进入透平机的低压段以前再循环到过热器中。

19、根据权利要求3的方法，其特征在于汽提液体馏分分成第一汽提液体、第二汽提液体和第三汽提液体，富集蒸汽馏分与第一汽提液体混合，产生富工作流体馏分，第二汽提液体馏分是包含贫工作流体馏分的部分混合物流体，第三汽提液体馏分是构成冷凝流体的初始混合物流体的剩余部分。

20、根据权利要求19的方法，其特征在于要选择富工作流体馏分和贫工作流体馏分的组成，以便在第一汽化器中加热时贫工作流体馏分基本上达到它的沸点，而富工作流体馏分基本上处于饱和蒸汽形式。

21、根据权利要求1的方法，其特征在于只有部分初始混合物流体在蒸馏系统中进行蒸馏，产生富集蒸汽馏分，并产生从中已汽提出富集蒸汽馏分的汽提液体馏分。

22、根据权利要求21的方法，其特征在于富集的蒸汽馏分分成第一富集蒸汽馏分和第二富集蒸汽馏分，汽提液体馏分构成冷凝流体，不进行蒸馏的初始混合物流体的剩余部分分成第一混合物流体和第二混合物流体，其中第一富集蒸汽馏分和第二富集蒸汽馏分分别与第一混合物流体和第二混合物流体混合，产生富工作流体馏分和贫工作流体馏分。

23、根据权利要求22的方法，其特征在于要选择富工作流体馏分和贫工作流体馏分的组成，以便当在第一汽化器中加热时贫工作流体馏分基本上达到它的沸点，而富工作流体馏分基本上处于饱和蒸汽形式。

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