DE3418705A1 - Stoffsysteme fuer sorptionsprozesse - Google Patents

Stoffsysteme fuer sorptionsprozesse

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DE3418705A1
DE3418705A1 DE19843418705 DE3418705A DE3418705A1 DE 3418705 A1 DE3418705 A1 DE 3418705A1 DE 19843418705 DE19843418705 DE 19843418705 DE 3418705 A DE3418705 A DE 3418705A DE 3418705 A1 DE3418705 A1 DE 3418705A1
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pyrrolidone
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solvent
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Horst 4300 Essen Bokelmann
Manfred 7200 Tuttlingen Renz
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ESSEN, University of
GEA Luftkuehler GmbH
GEA Luftkuehlergesellschaft Happel GmbH and Co KG
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ESSEN, University of
GEA Luftkuehler GmbH
GEA Luftkuehlergesellschaft Happel GmbH and Co KG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/04—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa
    • C09K5/047—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa for absorption-type refrigeration systems

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Description

  • Stoffsysteme für Sorptionsprozesse
  • Die Erfindung betrifft Stoffsysteme für Sorptions- Heiz- oder Kühlprozesse, mit Pyrrolidon oder Alkan-, Alken-, Alkin- oder aromatisch an einem oder meheren C und/oder an einem N-Aton subsituiertem Pyrrolidon als Lösungsmittel und mit einen halogeniertem Alkohol als Kältemittel.
  • Bisher wird für Sorptionsprozesse als Stoffpaar üblicherweise fimmoniak/Wasser verwendet. Dieses Stoffpaar hat vor allen Dinger den Nachteil, daß ammoniak giftig ist. Die Gefahr vor Umweltbeeinträchtigungen kann also nicht ausgeschlossen werden.
  • Hinzu kommt, daß mit relativ hohen Drücken gearbeitet werden muß.
  • Dadurch steigern sich die Gefahren. Außerdem erhöht sich der vorrichtungstechnische Aufwand, und es entfallen einige Möglichkeiten für mehrstufige Ärbeitsweisen.
  • Bekannt ist ferner das Stoff paar Wasser/Lithiumbromid, bei den allerdings die Gefahr einer Kristallisation aus der Lösung heraus besteht. Auch muß die Wärmequellentemperatur relativ hoch liegen, nämlich über pOC.
  • Schließlich sind auch Stoffsysteme mit Lösungsmitteln der eingangs genannten Ärt bekannt (DE-OS 3200736). Als Kältemittel werden dabei Fluor- oder Fluorchlorkohlenwasserstoffe mit einer Siedepunkt unterhalb von 0°C vorgeschlagen. Die sc zusammengesetzten Systeme erreichen bei Verwendung eines Fluorchlorkohlenwasserstoffes in Verbindung mit pyrrolidonringhaltigen Verbindungen keine für den Wärmepumpeneinsatz notwendige Stabilität, da gefunden wurde, daR Pyrrolidone in Gegenwart von Chlor zu Zerfallsreaktionen neigen.
  • Auch bei Verwendung von rein fluorierten Kohlenwasserstoffen mit einem Siedepunkt unterhalb OOC ergibt sich wieder der Nachteil der relativ hohen Drücke, so daß ein wünschenswerter Ausbau zu einer Anlage mit einer zweistufigen Astreibung, die das erreichbare Wärmeverhältnis erheblich verbessert, nur schwer zu realisieren sein dürfte.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der erwähnten Nachteile eine verbesserte Basis für Sorptions- Heiz-oder Kühl prozesse zu schaffen.
  • Zur Lösung dieser Rufgabe werden erfindungsgemäß Stoffsysteme verwendet, deren Lösungsmittel Pyrrolidon oder ein Alkan-, Rlken-, Nlkin- oder aromatisch an einem oder meheren C und/oder an einem N-Rtom substituiertes Pyrrolidon und deren Kältemittel einen halogenierten Alkohol enthalten. Vorzugsweise liegt der Siedepunkt des halogenierten Alkohols deutlich oberhalb von ooc; der besonders bevorzugte Siedepunktbereich liegt dabei zwischen 20 und 1000C.
  • Die als Lösungsmittel vorgeschlagenen pyrrolidonringhaltigen Verbindungen weisen einen Siedepunkt auf, der etwa zwischen 140 und 280QC liegt und haben die allgemeinen Formel: worin R1 unabhängig von seiner Stellung ein Wasserstoffatom, eine niedermolekulare Alkylgruppe oder eine niedermolekulare Alkoxygruppe bedeutet Repräsentative Beispiele von Lösungsmitteln, die in Stoffsystemen nach der Erfindung verwendet werden können sind: 2-Pyrrolidon Siedepunkt: 245 OC I-Ethyl-2-Pyrrol idon Siedepunkt:218 oc 5-Methyl-2-Pyrrolidon Siedepunkt bei 13mbar:133 Lr+indungsgemäß enthalten die vorgeschlagenen Stoffsysteme mindestens einen halogenierten Alkohol dessen Siedepunkt deutlich oberhalb von O°C liegt. Diese Stoff systeme arbeiten bei niedrigen Drücken, so daß der apparatetechnische Aufwand (Gewicht, Leistung der mechanischen Lösungspumpe) gering bleibt und ein ausbau zu einer Sorptionswärmepumpe mit einer zweistufigen Austreibung möglich wird.
  • Halogenierte Alkohole, die als Kältemittel verwendet werden können, sind vorzugsweise 2.2.2.-Trifluorethanol und Hexafluorisopropanol. Es hat sich herausgestellt, daß die vorgeschlagenen Lösungsmittel erhebliche Mengen an halogenierten alkoholen bei der gewünschten Betriebstemperatur zwischen 40 und 800C lösen können.Dabei treten große Abweichungen von dem Raoultschen Gesetz in günstigem Sinne auf, d.h. daß der Partialdruck der halogenierten Kohlenwasserstoffe viel geringer ist, als sich erwarten ließe.
  • Vorzugsweise werden als Lösungsmittel Ethylpyrrolidon (C6H22ND), Methylpyrrolidon (C5H9ND) und/oder Pyrrolidon (C«H7NO) verwendet.
  • Diese genannten Stoffe weisen einen hohen Siedepunkt auf und haben als industriell verfügbare Produkte einen entsprechend niedrigen Preis.
  • Vorzugsweise wird als kältemittel 2.2.2. -Trifluorethanol (TFE) verwendet. TFE hat die Formel C2H3OF3. TFE ist in Ethylpyrrolidon, Methylpyrrolidon und Pyrrolidon in erheblichem Maße löslich (Bild 1). Die Arbeitsdrücke liegen erheblich unter denen von Ammoniak/Wasser, z.B. bei 700C noch unter 1 bar. Rauch ist der Siedepunktabstand erheblich höher, insbesondere bei der Verwendung von Methylpyrrolidon oder Pyrrolidon als Lösungsmittel.
  • In dem beiliegenden Bild 1 und in der beiliegenden Tabelle 1 werden die neu gefundenen Stoff systeme mit Methylpyrrolidon (MP), Ethylpyrrolidon (EP) und Pyrrolidon (Pyr) als Lösungsmittel und mit TFE als Kältemittel den bekannten Stoffsystemen Ammoniak-Wasser (NH3-HO), R22-DTG und R123a-ETFE gegenübergestellt. Die Bilder 2,3 und 4 zeigen vorläufige Dampfdruckdiagramme der neuen Stoffsysteme.
    spez. Lö- Siedepunkt - spez. Verdamp- Druck bei Kenngröße f. Kenngröße für
    sungsum- abstand in K fungsenthalpie 50°C in d. aufzuwen- d. Baugröße des
    Stoffsystem
    lauf in kj/kg bar dende Pump- inneren Wärme-
    energie übertragers
    TFE - EP 8,3 144 449 0,384 0,55 32,0
    TFE - MP 9,8 170 449 0,384 0,64 37,9
    TFE - Pyr 8,8 171 449 0,384 0,55 34,4
    NH3 - H2O 12,8 134 1261 20,3 19,4 42,1
    R22 - DTG 10,1 316 205 19,3 64,7 82,6
    R123a - ETFE 7,9 127 183 2,05 6,5 66,7
  • Die Berechnungen wurden für folgende Betriebsbedingungen durchgeführt: Verdampfungstemperatur:0°C Verflüssigungstemperatur:50°C Absorptionsbereich 60....50°C Tabelle 1: Stoffsysteme im Vergleich Bild 2 : Vorläufiges Dampfdruckdiagramm für TFE-EP Bild 3 : Vorläufiges Dampfdruckdiagramm für TFE-MP Bild 4 : Vorläufiges Dampfdruckdiagramm für TFE-Pyr Bild 1: Löslichkeitsisobaren des TFE bei 0°C

Claims (7)

  1. Patentansprüche 1. Stoffsysteme für Sorptions- Heiz- oder Kühlprozesse mit Pyrrolidon oder Alkan-, Alken-, Alkin- oder aromatisch an einem oder meheren C und/oder an einem N-Atom substituiertem Pyrrolidon als Lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel einen halogenierten Alkohol enthält, ausgenommen das Stoffsystem Trifluorethanol (TFE) - N-Methylpyrrolidon (NMP).
  2. 2. Stoffsysteme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der halogenierte Alkohol einen Siedepunkt deutlich oberhalb von 0°C besitzt.
  3. 3. Stoffsysteme nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 2.2.2-Trifluorethanol (TFE) als Kältemittel verwendet wird.
  4. 4. Stoffsysteme nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Hexafluorisopropanol als Kältemittel verwendet wird.
  5. 5. Stoffsysteme nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Ethylpyrrolidon (C6 H11 N D) als Lösungsmittel verwendet wird.
  6. 6. Stoffsysteme nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Methylpyrrolidon (C@ H9 N D) als Lösungsmittel verwendet wird.
  7. 7. Verwendung eines Stoffsystems nach einem der Ansprüche 1...6 in einer Wärmepumpe oder Kälteanlage.
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