EA026677B1 - Способ и система для накопления тепловой энергии - Google Patents

Abstract

Настоящее изобретение относится к способу накопления тепловой энергии в реакционной смеси при помощи эндотермической реакции конденсации, где указанная реакционная смесь содержит соединение на основе полифосфорной кислоты и/или его соль и воду, при этом указанную реакцию проводят при подводе теплоты от источника теплоты, обособленного от указанной реакционной смеси, при этом энергия в источнике тепла накапливается посредством эндотермической реакции конденсации с извлечением воды из смеси реакции и формированием полифосфорной кислоты и/или её солей. Настоящее изобретение дополнительно предусматривает систему для накопления энергии для осуществления указанного способа, содержащую по меньшей мере один реакционный сосуд, по меньшей мере, частично заполненный реакционной смесью, содержащей соединение на основе полифосфорной кислоты и/или его соль и воду, система выполнена с возможностью осуществления эндотермической реакции конденсации в указанной реакционной смеси и содержит нагревательный элемент в тепловом контакте с указанным сосудом.

Description

Настоящее изобретение относится, в целом, к способу и системе для накопления тепловой энергии или к тепловому насосу, т.е. увеличению количества тепловой энергии от внешнего источника теплоты с применением обратимых химических реакций. В рамках обратимого цикла смесь содержит соединения на основе неорганической кислородсодержащей кислоты и/или их соли и воду, как, например, нитрат-, сульфат-, фосфат- и сульфонат-сложные эфиры, деполимеризуется посредством экзотермической реакции гидролиза и полимеризуется посредством эндотермической реакции конденсации для того, чтобы высвобождать и улавливать теплоту. В соответствии с этим первый аспект настоящего изобретения предусматривает применение соединений на основе неорганической кислородсодержащей кислоты и/или их солей и воды в способе накопления тепловой энергии и/или в способе увеличения количества тепловой энергии от внешнего источника теплоты, в дальнейшем в данном документе также называемом тепловым насосом, в частности, применение соединений на основе неорганической фосфорной кислородсодержащей кислоты и/или их солей, как, например, полифосфорная кислота.

Настоящее изобретение дополнительно предусматривает способ накопления тепловой энергии, причем указанный способ включает реакцию конденсации реакционной смеси, содержащей соединения на основе неорганической кислородсодержащей кислоты и/или их соли и воду, с применением внешнего источника теплоты. В дополнительном аспекте настоящее изобретение предусматривает способ высвобождения тепловой энергии из указанного накопителя теплоты, включающий этап экзотермического гидролиза соединений на основе неорганической кислородсодержащей кислоты или их солей.

При применении способа и системы по настоящему изобретению возможным является накопление тепловой энергии в условиях окружающей среды в перемещаемом носителе. Как следствие, это позволяет превратить непрерывный процесс выработки теплоты в прерываемое и даже перемещенное потребление. Более того, возможным является ''накачивание'' теплоты от источников теплоты с температурой окружающей среды или низкой температурой, например 80-200°С, до более высоких уровней температуры при низком удельном потреблении электроэнергии, т.е. применение способа по настоящему изобретению в качестве теплового насоса.

Предпосылки изобретения

Накопление тепловой энергии очень важно для многих применений, связанных с применением сбросной теплоты из промышленных процессов, возобновляемых источников энергии или из различных других источников. Кроме того, широкое внимание получает рекуперация теплоты как средство для снижения потребности в ископаемых видах топлива и как средство для снижения выпуска киотских газов.

Несколько систем улавливания теплоты уже существует. Теплоту можно получать от солнечных или тепловых радиаторов или других источников, в том числе солнца, геотермальных источников, источников отходящей теплоты или иных источников теплоты.

Примеры систем улавливания теплоты, в целом, можно разделить на 3 категории.

I. Физическая теплота <500 МДж/м³.

Водные системы.

Термальное масло.

II. Скрытая теплота фазового перехода в материалах <1 МДж/м³.

В этом случае фазовый переход материалов применяется в качестве способа накопления или высвобождения теплоты. Примером является применение кристаллизации Ыа-ацетата (теоретическая плотность теплоты 300-800 ГДж/м³).

Применение теплоты абсорбции воды на силикагеле.

III. Реакционная теплота обратимых химических реакций <3 ГДж/м³.

Применение теплоты смешивания серной кислоты и воды.

Применение теплоты реакции водорода и металлов, таких как магний (теоретическая плотность теплоты 3 ГДж/м³).

Гидраты солей.

Большая часть предложенной в качестве альтернативы энергии представляет собой применение солнца или ветра в качестве источника энергии. Благодаря процессу (химическому циклу) по настоящему изобретению с большей легкостью, чем в настоящее время может применяться другой источник теплоты - сбросная теплота. Огромное количество сбросной теплоты (также называемой отходящей теплотой) вырабатывается в промышленности и выделяется в окружающую среду как непригодное для дальнейшего использования энергии, а именно производства электроэнергии, причем это вызвано состоянием низкой эксергии. Однако применение отходящей теплоты имеет смысл, например, в жилых районах для обогрева домов или квартир и в промышленных районах для разогрева технологических потоков. Вместо применения традиционных источников энергии с высокой эксергией, как, например, природного газа или других горючих веществ, среди прочего, может применяться также низкоэксергетическая отходящая теплота. Это предотвращает применение высококалорийных источников энергии в случае, если можно применять низкокалорийный источник. Одним из главных препятствий для применения отходящей теплоты для этих целей является тот факт, что отходящая теплота в промышленности вырабатывается не- 1 026677 прерывно в отличие от прерываемого использования теплоты для жилья, и, кроме того, тот факт, что промышленность, производящая теплоту, располагается довольно далеко от жилых районов. Возможность буферизации энергии, простота транспортировки и возможности применения этого химического цикла в качестве теплового насоса, который заявляется ниже, форсирует прорыв в применении отходящей теплоты и открывает новый путь для снижения количества киотских газов. Применение экономичного и производящего небольшое количество СО₂ транспорта, такого как, например, бестарная и контейнерная перевозка с помощью судна и трубопроводы, составляет альтернативу автомобильному транспорту, интенсивно производящему СО₂.

В способе, описанном далее в данном тексте, теплота применяется для образования полимеров соединений на основе неорганической кислородсодержащей кислоты или их солей с помощью реакции (поли)конденсации неорганических молекул или молекул, содержащих неорганические субмолекулы, с соединениями на основе кислородсодержащей поликислоты или их солями. Для активации реакции синтеза (реакции конденсации) и реакции гидролиза применяются концентрации протонов, катализаторы, мембраны и т.д. Например, монофосфорная кислота и полифосфорные кислоты также полимеризуются при добавлении теплоты и с помощью удаления воды (конденсации). С другой стороны, в реакции гидролиза при добавлении воды вырабатывается экзотермическая теплота деполимеризации.

Кроме того, способ и компоненты могут применяться в качестве обратимого теплового насоса, способного вырабатывать холод из отходящей теплоты или увеличивать количество тепловой энергии источников теплоты при очень низком потреблении электроэнергии, как правило, 1-10%. Исходя из этого, он очевидно отличается от существующих систем на основе теплового насоса.

A. Органический цикл Ренкина (ОКС), ''накачивающий'' теплоту из источников с низкой температурой до более высоких уровней температуры, или применение ОКС для получения электроэнергии из отходящей теплоты. Как правило, их практическая тепловая эффективность или СОР представляет собой отношение теплоты к мощности и составляет приблизительно 3-5.

B. Применение бромида лития или воды/ΝΗ и отходящей теплоты в качестве теплового насоса для производства холода путем поглощения теплоты вследствие растворения Н-Вг в воде при условиях вакуума. В патентных документах И8 6177025В1 и 1Р 01161082 этот процесс дополнительно оптимизирован с повышением эффективности при помощи добавки для ингибирования кристаллизации.

C. Ферментативные системы, такие как, например, описанные в патентном документе СИ 101168481 А, см. документ целиком и \УР1 реферат № доступа 2008-Н14900 [46] и СА8 реферат № доступа 2008:538691. В этом документе для осуществления накопления и высвобождения высокого уровня энергии применяется АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Это осуществляется с использованием железы секреции и, следовательно, отличается от обратимой реакции гидролиза по настоящему изобретению.

Ό. Процессы кристаллизации, которые высвобождают теплоту при фазовом переходе с образованием твердой или твердокристаллической формы.

Патентный документ 1Р 58060198 А; Ма18И8Ы1а с1сс1пс \\όγ1<5 ИБ; Иошига Кагио. Материал, аккумулирующий теплоту (Неа1 ассишиШшд ша1епа1). В этом патенте фосфат натрия Иа₂НРО₄ применяется для накопления теплоты путем кристаллизации или фазового перехода при помощи специфического средства для образования зародыша кристалла.

Патентный документ ОВ 1396292 А; КаиБаИ; 10 февраля 1971 г. Усовершенствования в блоках накопления теплоты или относящиеся к ним (1шргоуешеи18 ш ог ге1а1ш§ 1о Ьеа1 81огаде ииИк). В этом патенте применение теплоты кристаллизации фосфатов используется для накопления теплоты.

Е. Применение теплоты растворения, как, например, после приведения оксида серы и серной кислоты в контакт с водой, или теплоты сгорания при приведении 8 в контакт с воздухом, как описано в 2 патентах ниже.

Патентный документ И8 4421734; Иогшаи, 20 декабря 1983 г. Цикл накопления теплоты с применением серной кислоты-серы (8и1Гштс АаБ-ыБГиг Ьеа1 81огаде сус1е). В этом патенте теплота растворения диоксида серы или высококонцентрированной серной кислоты в воде, действующей в качестве растворителя, с образованием низкоконцентрированной серной кислоты и сгорание серы в кислороде применяются для производства теплоты. Для осуществления накопления теплоты необходимо хранить высококонцентрированную серную кислоту и серу. Это накопление позволяет нормировать теплоту от солнца в течение более длительного периода.

Патентный документ И8 4532778; С1агк е1 а1., 6 августа 1985 г. Химический тепловой насос и система накопления химической энергии (СЬешюа1 Ьеа1 ришр апБ скешюа1 еиегду 81огаде 8у81еш).

В этом патенте США теплота растворения серной кислоты применяется для накопления теплоты или для осуществления теплового насоса для повышения уровня температуры (или увеличения количества тепловой энергии) сбросной теплоты.

Р. Дополнительные системы с применением теплоты растворения основаны на применении гидратов солей, как, например, М§С1₂, Мд(ОН)₂ Са(ОН)₂, карбоната натрия, и воды для использования теплоты смешивания солей в воде.

Кесеи! ра1еи18 оп епдшеегшд, 2008, 2, 208-216. Рс\1с\у оГ гесеи! ра1ей8 оп сНсписа! Ьеа1 ришр. СЬепд

- 2 026677

Ааид, Рейд Ζ1ι;·ιη§ апб Βιιζίιιι Аапд. Возможная термическая обратимая реакция превращения в химическом тепловом насосе преимущественно включает абсорбцию газа жидкостью, реакцию твердое тело-газ и адсорбцию на твердом теле.

РоззФййу о£ еНеш1са1 Ней ришр 1есЬио1од1ез, УикИака КаЮ. 31 января 2011 г., ШдЬ бепзЬу 1Ьегша1 еиегду зЮгадс \\огкз1юр. Аг1шд1ои, Упд1п1а, И8А. Описание существующего уровня техники для химических тепловых насосов преимущественно на основании сведений о том, что реакции оксидов и хлорида металлов на тот момент представляют собой наилучшие доступные методики для химических тепловых насосов.

С. В других системах для применения АТФ в качестве молекулы с высокой плотностью энергии можно просто использовать эти соединения в качестве усилителя эксплуатационных характеристик батареи или мотора, например.

Патентный документ И8 20070218345 А; 8ака1 е! а1., Топливный элемент, электронное устройство, перемещаемое тело, система совместного генерирования с системой генерирования энергии (А £ие1 се11, е1ес1гошс беуюе, шоуаЫе Ьобу, ро\усг депегабоп зуз!еш соидеиегабои зуз!еш).

Патентный документ И8 20020083710 А1; 8сйие1бег, Тйошаз. Молекулярный мотор с применением АТФ, актина и миозина для вращения цилиндров с выполнением работы (Мо1еси1аг шо!ог χνίΗι изе о£ АТР, асби & шуозш 1о го!а!е суйибегз 1о ргобисе могк).

Патентный документ ЕР 1089372 А1; Сашиз е! а1., 28 сентября 1999 г. Независимая и автономная выработка энергии и система накопления (1ибереибеи1 апб зе1£-зиз1а1паЫе ромег депегабоп апб з!огаде зуз!еш). В частности, абзацы 0006 и 0056 и фиг. 7, где используется АТФ. В этом патенте описывается способ накопления электроэнергии, при этом АТФ применяется для улучшения эксплуатационных характеристик батареи.

Однако, в отличие от настоящего изобретения, они не основаны на обратимой реакции гидролиза. Вместо этого, синтез АТФ будет запускаться ферментативно (см. СЫ 101168481 А выше) или путем фотосинтеза, например, Ыа1иге ша!еба1з, 2005, Уо1. 4(3); Ьио е! а1., рр. 220-224; Рйо1о шбисеб рго!ои дгаб1еи1з апб АТР Ыозуп1йез1з ргобисеб Ьу уезю1ез епсарзиШеб ш а зШса шабгх.

Краткое описание изобретения

Как уже объяснялось выше в данном документе, настоящее изобретение основано на сведениях о том, что соединения на основе неорганической кислородсодержащей кислоты и/или их соли и вода могут применяться в обратимой реакции гидролиза для накопления тепловой энергии источника теплоты.

Для накопления тепловой энергии теплота преобразуется в теплоту молекулярной реакции посредством реакции конденсации, запускаемой удалением воды (дегидролизом) из реакционной среды с образованием макроэргических ковалентных сложноэфирных связей в соединениях на основе неорганической кислородсодержащей кислоты и/или их солях по настоящему изобретению.

Для высвобождения тепловой энергии, как, например, в способе накопления тепловой энергии источника теплоты, из макроэргических ковалентных сложноэфирных связей соединения на основе неорганической кислородсодержащей кислоты по настоящему изобретению подвергают реакции гидролиза путем добавления воды к реакционной среде, содержащей указанные соединения на основе кислородсодержащей кислоты или их соли.

Таким образом, в одном аспекте настоящее изобретение предусматривает способ накопления тепловой энергии в реакционной смеси при помощи эндотермической реакции конденсации, где указанная реакционная смесь содержит соединение на основе полифосфорной кислоты и/или его соль и воду, при этом указанную реакцию проводят при подводе теплоты от источника теплоты, обособленного от указанной реакционной смеси, при этом энергия в источнике тепла накапливается посредством эндотермической реакции конденсации с извлечением воды из смеси реакции и формированием полифосфорной кислоты и/или её солей.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения источник теплоты, обособленный от указанной реакционной смеси, представляет собой либо отходящую теплоту из промышленных процессов, либо теплоту, происходящую из природных источников.

В другом дополнительном аспекте настоящего изобретения природными источниками являются энергия солнца или ветра.

В другом дополнительном аспекте настоящего изобретения способ дополнительно включает этап, на котором высвобождают накопленную энергию реакционной смеси на последующем этапе способа при помощи экзотермического гидролиза продуктов реакции из указанной реакционной смеси.

В другом дополнительном аспекте настоящего изобретения соединения на основе полифосфорной кислоты и/или их соли представляют собой соединения общей формулы (1а),

К-О-((ОР(О0)_П1-О)_у)-К' (1а), где каждый из К и К¹ независимо представляет собой водород, углеводород или катион металла; ш = 0 или 1;

у находится в диапазоне от 1 до 100; и

- 3 026677 каждый О представляет собой водород, углеводород или катион металла, где углеводород представляет собой любое органическое соединение, содержащее гидроксильную группу, любые сахара и основания, образующие нуклеотиды и нуклеиновые кислоты, или любую органическую молекулу, оканчивающуюся гидроксильной группой, где катион металла представляет собой катион одновалентного металла.

В очередном дополнительном аспекте настоящего изобретения полифосфорные кислоты и/или их соли являются чистыми неорганическими линейными полифосфорными кислотами и/или их солями, представленными следующей формулой:

Μ_η+2Ρ_ηΟ(3η+ΐ) (1Ь) с η = по меньшей мере 2; при этом М представляет собой Н+ или катион металла;

чистыми неорганическими циклическими полифосфорными кислотами или их солями, представленными следующей формулой:

М_пР_пО_3п (1с) с η = по меньшей мере 3; при этом М представляет собой Н+ или катион металла; разветвленными полифосфорными кислотами и/или их солями катиона одновалентного металла;

или их комбинациями, где катион металла представляет собой катион одновалентного металла.

В конкретном аспекте настоящего изобретения катион одновалентного металла представляет собой К или Να.

В конкретном аспекте настоящего изобретения у находится в диапазоне от 1 до 10, более предпочтительно в диапазоне от 1 до 3.

В конкретном аспекте настоящего изобретения соли фосфорных кислот выбирают из группы, включающей фосфоенолпируват, глицерат-1,3-бисфосфат, формилфосфат, ацетилфосфат, пропионилфосфат, бутирилфосфат или другие карбоксилфосфаты, фосфокреатин, фосфоаргинин, глюкозофосфаты (1- или 6-фосфат), фруктозофосфаты, глицерин-3-фосфат, никотинамидадениндинуклеотидфосфат (ΝΆΌΡ), дигидроксиацетонфосфат, глицеральдегидфосфаты, ксилулозофосфат, рибозофосфаты, седогептулозофосфат, эритрозофосфат, рибулозофосфат, фосфосерин, аспартилфосфат и аденозинфосфат.

В конкретном аспекте настоящего изобретения эндотермическая реакция конденсации представлена следующим уравнением:

НОХО_п(ОН)_тОК' + К-О_р-((ХО_п(ОН)_т-О)_у-₁)-Н^К-О_р-((ХО_п(ОН)_т-О)_у)-К' + Н2О, где X представляет собой фосфор.

Настоящее изобретение дополнительно предусматривает систему для накопления энергии для осуществления вышеупомянутого способа, содержащую: по меньшей мере один реакционный сосуд, по меньшей мере, частично заполненный реакционной смесью, содержащей соединение на основе полифосфорной кислоты и/или его соль, определенные выше, и воду, система выполнена с возможностью осуществления эндотермической реакции конденсации в указанной реакционной смеси и содержит нагревательный элемент в тепловом контакте с указанным сосудом.

В конкретном аспекте настоящего изобретения система выполнена с возможностью высвобождения накопленной энергии на последующем этапе экзотермического гидролиза.

Краткое описание графических материалов

Фиг. 1: А. Общая схема реакции;

В. Блок-диаграмма цикла СНЕМЕЫЕКСУ.

Фиг. 2: цикл СНЕМЕЫЕКСУ с неорганическим фосфатом/полифосфатными сложными эфирами.

Фиг. 3-11: различные возможные применения цикла СНЕМЕЫЕРСУ для увеличения количества тепловой энергии от источника теплоты. Описания элементов на блок-схемах для каждого из применений можно найти в табл. 3 ниже.

Фиг. 12: общая блок-схема для повторных элементов при практическом применении цикла СНЕМЕЫЕРСУ. Резервуары для накопления, как резервуар(ы) для накопления теплоты, так и резервуар(ы) для накопления компонентов являются необязательными.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение основано на сведениях о том, что соединения на основе неорганической кислородсодержащей кислоты и/или их соли, такие как например нитрат-, сульфат-, фосфат- и сульфонатсложные эфиры, можно применять в способе накопления тепловой энергии с применением обратимых химических реакций гидролиза и конденсации, которые являются экзо- и эндотермической соответственно.

В соответствии с этим первая цель настоящего изобретения предусматривает применение соединений на основе неорганической кислородсодержащей кислоты и/или их солей в способе накопления тепловой энергии.

Соединения на основе неорганической кислородсодержащей кислоты и/или их соли, используемые в данном документе, выбраны из группы соединений на основе неорганической кислородсодержащей кислоты и/или ее соли, включающей кислородсодержащую кислоту с либо азотом, либо серой, либо

- 4 026677 фосфором или ее соответствующую соль; и в частности неорганическая кислородсодержащая кислота или ее соль относится к кислородсодержащим кислотам на основе фосфора и/или их солям, как, например, фосфорилированные углеводороды и неорганические (поли)фосфорные кислоты и их соли.

Как, в целом, известно из настоящего уровня техники, полимеризация относится к присоединению органических групп (этерификации) к фосфору (Р), азоту (Ν) или сере (8) через кислородные линкеры или относится к полимеризации соединений на основе неорганической кислородсодержащей кислоты или их солей с либо азотом, либо серой, либо фосфором с образованием Н₂О или воды с помощью эндотермической реакции конденсации с применением спиртового предшественника указанной органической группы или гидроксильной группы указанных неорганических кислородсодержащих кислот. Общее представление указанной этерификации представлено на этапе (2) фиг. 1.

Соединения на основе неорганической кислородсодержащей кислоты и/или их соли, применяемые в способах по настоящему изобретению, представлены общей формулой (I),

К-О_р-((О_ПХ(ОР)_П1-О)_у)-К' (I), где

Ζ представляет собой -(О_пХ(ОР)_т-О)_у-К;

К представляет собой водород, углеводород или Ζ;

каждый К' и К независимо представляет собой водород, углеводород или катион металла, в частности катион одновалентного металла, еще более конкретно К или Να;

X представляет собой серу (8), азот (Ν) или фосфор (Р); в частности X представляет собой Р; η = 1 или 2; ш= 0 или 1; р = 0 или 1;

у = по меньшей мере 1; в частности от 1 до 100; более конкретно от 1 до 10; еще более конкретно от 1 до 4; и каждый О независимо представляет собой водород, углеводород или катион металла; в частности катион одновалентного металла; еще более конкретно К или Να.

В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения соединения на основе неорганической кислородсодержащей кислоты и/или их соли представляют собой полифосфорные кислоты и/или их соли, представленные общей формулой (1а),

К-О-((ОР(О(3)_т-О)_у)-К' (1а), где

К представляет собой водород, углеводород или катион металла, в частности катион одновалентного металла, еще более конкретно К или Να;

К' представляет собой водород, углеводород или катион металла, в частности катион одновалентного металла, еще более конкретно К или Να;

ш = 0 или 1;

у = по меньшей мере 1; в частности от 1 до 100; более конкретно от 1 до 10; еще более конкретно от 1 до 4; и каждый О представляет собой водород, углеводород или катион металла, в частности катион одновалентного металла, еще более конкретно К или Να.

Углеводородный остаток в любой из вышеуказанных формул может представлять собой любое органическое соединение, содержащее гидроксильную группу, как, например, спирты, карбоновые кислоты, сложные эфиры и т.д., или может представлять собой любые сахара и основания, образующие нуклеотиды и нуклеиновые кислоты, или любую органическую молекулу, оканчивающуюся гидроксильной группой; где указанная гидроксильная группа способна образовать неорганический сложный эфир с фосфатом, полифосфатом, нитратом, сульфатом или сульфокислотой. В частности с фосфатом или полифосфатом.

Нуклеотиды имеют хорошо известное значение в данной области техники и состоят из любой комбинации различных азотистых оснований и различных сахаров (пентоз) и могут иметь один, два и три фосфата в качестве фосфорильной группы

Основание

I (Саха р—Ф осфат) в качестве основании могут использоваться, например, пурин, пиримидин, аденин, гуанин, тимин, цитозин, урацил, гипоксантин, 5-метилцитозин, Ж-метиладенин. дигидроурацил, 1-метилгуанин, риботимидин, псевдоуридин или 1-метилинозин;

в качестве сахаров (пентоза) могут использоваться, например, фруктозу, рибозу, Ό-рибофуранозу или 2-дезокси-Э-рибофуранозу.

Нуклеиновые кислоты имеют хорошо известное значение в данной области техники и могут состоять из любой комбинации различных нуклеотидов. Нуклеотиды связаны в полинуклеотиды или нуклеи- 5 026677 новые кислоты с помощью скелета, образованного из сахаров и фосфатных групп, соединенных сложноэфирными связями.

Основание —(Сахар—Фосфат),,—

В одном варианте осуществления настоящего изобретения неорганические сложные эфиры содержат или состоят из ''полифосфата''. Полифосфаты представляют собой полимеры фосфатных анионов со связями между гидроксильными группами и атомами водорода. Полимеризация, которая происходит, известна как реакция конденсации. Фосфатные химические связи представляют собой, как правило, макроэргические ковалентные связи, что означает, что энергия становится доступной при разрыве таких связей при самопроизвольных или катализируемых ферментом реакциях. В указанном варианте осуществления конкретная группа сложных эфиров неорганического фосфата состоит из, но без ограничения, фосфоенолпирувата, глицерат-1,3-бисфосфата, формилфосфата, ацетилфосфата, пропионилфосфата, бутирилфосфата или других карбоксилфосфатов, фосфокреатина, фосфоаргинина, глюкозофосфатов (1или 6-фосфата), фруктозофосфатов, глицерин-3-фосфата, никотинамидадениндинуклеотидфосфата (ΝΆΌΡ), дигидроксиацетонфосфата, глицеральдегидфосфатов, ксилулозофосфата, рибозофосфатов, седогептулозофосфата, эритрозофосфата, рибулозофосфата, фосфосерина, аспартилфосфата и аденозинфосфата.

Одним из главных преимуществ этих молекул является тот факт, что они уже доступны в природе и что их влияние на окружающую среду уже известно. Эти молекулы образуют, со времени возникновения жизни на земле, одну из наиболее важных структур, которая служит для накопления/обеспечения энергией всех живых клеток. Тот факт, что эти компоненты используются в живых клетках, обеспечивает то, что они подходят для умеренных температур, давления и рН.

Эти свойства делают их приемлемыми для тепловых процессов в условиях окружающей среды, например, которые предусматриваются в различных вариантах осуществления настоящего изобретения.

В другом конкретном варианте осуществления настоящего изобретения линейные полифосфорные кислоты и/или их соли представлены следующей формулой:

С η = по меньшей мере 2; в частности от 1 до 10; более конкретно от 2 до 5; при этом М представляет собой Н+ или катион металла, в частности катион одновалентного металла, еще более конкретно К или Να.

В другом конкретном варианте осуществления настоящего изобретения циклические полифосфорные кислоты и/или их соли представлены следующей формулой:

М_пР„О_3п (1с) с η = по меньшей мере 3; в частности от 3 до 12; более конкретно 3, 4, 5 или 6.

При этом М представляет собой Н+ или катион металла, в частности катион одновалентного металла, еще более конкретно К или Να.

В способах по настоящему изобретению продукты реакции могут представлять собой смесь, содержащую любую комбинацию продуктов, описанных выше.

В способе накопления тепловой энергии обратимые химические реакции гидролиза и конденсации, которые являются экзо- и эндотермическими соответственно, объединены с улавливанием/накоплением теплоты, транспортировкой теплоты и процессами выработки теплоты для применения возможности накопления/обеспечения энергии при помощи вышеуказанных молекул.

Таким образом, в дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает способ накопления тепловой энергии, причем указанный способ включает реакцию конденсации, как представлено на этапе (2) фиг. 1, в дальнейшем в данном документе также упоминаемую как полимеризация неорганических кислородсодержащих кислот и/или их солей с применением внешнего источника теплоты.

Любой доступный источник теплоты может применяться в способах по настоящему изобретению. Типичный источник теплоты включает теплоту, уловленную из солнечной радиации, и отходящую теплоту из промышленности. С помощью реакции полимеризации неорганических кислородсодержащих кислот и/или их солей тепловая энергия источника теплоты преобразуется в теплоту молекулярной реакции, т.е. в макроэргическую ковалентную связь, обнаруживаемую у неорганических кислородсодержащих кислот и/или их солей формул (I), (Ια), (ΙΒ) и (1с); также называемых ''полимеризованные соединения''.

Макроэргические ковалентные связи неорганическое вещество-кислород-неорганическое вещество и, в частности, макроэргические связи фосфор-кислород-фосфор обеспечивают накопление тепловой энергии в молекулярной форме с плотностью энергии приблизительно 400 кДж/кг - см. табл. 1. В табл. 1 теплота растворения не включается, при этом в случае, например, если применяется неорганическая ки- 6 026677 слородсодержащая кислота или полифосфорная кислота, теплота растворения превышает указанную теплоту реакции. Например, в случае полифосфорных кислот, плотность энергии может достигать >1 Г Дж/м³ в зависимости от степени полимеризации и уровней температуры.

В указанной макроэргической молекулярной форме прежде непрерывный поток теплоты может накапливаться/транспортироваться в условиях окружающей среды. Это соответственно приводит к способу буферизации непрерывного процесса выработки теплоты для прерываемого или перемещенного потребления. Его можно, например, задействовать для накопления энергии ветра в ветреную ночь с помощью электрического сопротивления с получением уловленной теплоты и высвобождения теплоты при утреннем пике путем выработки пара или ОКС, как показано в применении 7 и 9.

_ Таблица 1

	N	кДж/кг	ккал/кг	ккал/моль	г/моль
АТР		71	16.83	8.4	499,12
АДФ		84	19.99	8.4	420.15
АМФ		103	24.62	8.4	341.18
БР		190	45.16	7.9	174.95
Полный гидролиз АТФ		258	61.44	30,7	499,12
Ацетил фосфат		308	73.37	11.3	154.01
Ы-ФосФоенолпируват	1	377	89.69	14.8	165.02
N фосфоенолпируват	10	412	98.09	85.9	875.75

В вышеуказанном способе накопления тепловой энергии, ''полимеризованные соединения'' необязательно удаляются из водного реакционного раствора и хранятся. Водный реакционный раствор, применяемый в способах по настоящему изобретению, определяется, среди прочего, природой компонентов, применяемых для катализа превращения, далее в данном документе также называемых компонентами для превращения или компонентами для кондиционирования, и известных специалисту в данной области техники. Например, если для катализа превращения применяются ферменты, водный реакционный раствор будет представлять собой подходящий буферный раствор, как, например, применение раствора с 5 мг/л дефосфорилазы, экстрагированной из ЕксйейсЫа сой; при этом если для катализа превращения используются живые клетки, вместо этого будет применяться подходящая культуральная среда для клеток. Живые клетки, используемые для катализа превращения, как правило, включают микроорганизмы, такие как, например, бактерии, например сальмонеллу, легионеллу или ЕксйейсЫа сой, известные тем, что они поглощают теплоту при дегидролизе неорганического фосфата и фосфорилировании соединений.

Можно использовать изменения в концентрации растворителя, т.е. изменение концентрации воды, в случае водного раствора, или компонентов, присутствующих в растворителе, как, например, без ограничения ионы металлов, или повышение концентрации компонентов реакции, как, например, выпаривание, в случае водного раствора, или экстракция воды органическими растворителями таким способом, что, во-первых, растворитель выпаривается вместе с водой и, во-вторых, осуществляется конденсация для того, чтобы осуществить отделение от растворителя на третьем этапе с помощью, например, гравиметрического разделения фаз жидкость-жидкость, для влияния на реакцию, ее запуска, катализа или ингибирования.

В качестве альтернативы, для катализа превращения тепловой энергии в вышеуказанные макроэргические ковалентные связи могут применяться изменения концентрации протонов. На концентрацию протонов можно оказывать влияние при помощи химических веществ, например, при помощи специально предусмотренных кислот и/или оснований, соединений, содержащих стерические кислотныеосновные функциональные группы, или с помощью применения полупроницаемых мембран.

Типичные примеры включают, например, НС1 в качестве химического вещества (например, коммерчески доступная, 30-40 вес.% в воде) для увеличения концентрации протонов.

В качестве протонных мембран можно использовать коммерчески доступные РЕМ или ''протонообменные мембраны'', например, применяемые в водородных топливных элементах, в том числе без ограничения, одну из следующих мембран: ΝαΓιον®; δοϊοροτ®, Тоуо1а РЕМ, ЗМ РЕМ и т.п.

Удаление полимеризованных соединений из реакционного раствора можно осуществлять в ходе различных технологических операций, в том числе, например, на этапе мембранного отделения, основанного на размере молекул. В указанном варианте осуществления компоненты для превращения предпочтительно намного крупнее, чем полимеризованные соединения, и их можно легко отделить друг от друга. Например, если для катализа превращения используются ферменты, то применяются мембраны для ультрафильтрации или нанофильтрации с размером отверстий приблизительно 10-100 нм и 1-10 нм соответственно. Для очень крупных сложных структур также может применяться микрофильтрация (>100 нм). Размер отверстий мембран зависит от структуры и/или молекулярного веса фермента. В зависимости от применяемых продуктов и условий реакции можно выбрать различные типы коммерчески доступных мембран. См. табл. 2 относительно различных возможных примеров. Кроме методики разделения с помощью мембранной фильтрации, описываемой выше, при нано-, ультра- и микрофильтрации специалисту в данной области техники известны другие средства для отделения полимеризованных соединений от реакционного раствора, и они включают, например, методики разделения, основанные на электрических или магнитных свойствах, например, крупных (ферментных) комплексов, отделение ко- 7 026677 торых осуществляется в электрическом/магнитном поле, основанные на плотности методики разделения с помощью центробежных сил или с помощью седиментации, основанные на осаждении, на фазовом переходе из жидкости в твердое вещество с последующим разделением жидкости и твердого вещества, или с помощью адгезии продуктов к гелям, путем выпаривания воды из реакционного раствора и многое другое.

Таблица 2. Коммерчески доступные мембраны для нано-, ультра- и микрофильтрации от 2 производителей (источник хуХУХУ.ЧегШесВсот)

Нано фильтрация (ΝΓ) Обозначение	Производитель	Полимер	Размер пор	25С, диапазон рН
СК	СЕ Оешошсе	Ацеги лце ллюло за	ОМХУСО	2-8
ΩΚ	ОЕ О511ЮШС5	ТЕ (тонкая пленка)	иМЖ’О	2-8
ЭЬ	ОЕ Οίιιιοιιΐτ;;	ТЕ (тонкая пленка)	ОМХУСО	2-8
НЬ	ОЕ ОЕ11ЮШСЕ	ТР (тонкая пленка)	ОМХУСО	3-9
ТРС-5К.З	Кос1т МетЬгапе	ТР (тонкая пленка)	200 МХУСО	4-10
ТРС-5К2	КосЬ МетЬгапе	Проприетарный	350 МХУ СО	4-9
ЗеПЮ МРР-34	КоеЬ МетЬгапе	Проприетарный	200 МХУСО	0-14
5еЖО МРР-44	КосЬ МетЬгапе	Проприетарный	250 МХУСО	3-10
ЗеПЮ МРР-Зб	Коей МетЬгапе	Проприетарный	1000 МХУСО	1-13
Ультрафильтрация (ЫГ)
со	СЕ Оешошсе	С А (ацетилцеллюлоза)	20000 МХУСО	2-9
ОЕ	ОЕ О511ЮШС5	Сложный полиамид		2-11
ОН	ОЕ Оешошсе	ТЕ (тонкая пленка)	1000 МХУСО	2-11
ОК	ОЕ ОЕ11ЮШСЕ	ТР (тонкая пленка)	2000 МХУСО	2-11
см	СЕ Оешошсе	ТР (тонкая пленка)	4000 МХУСО	2-11
ЕК	ОЕ Оешошсе	Полисульфон	30000 МХУСО	0,5-13
ЕХУ	ОЕ Оешошсе	Полисульфон	60000 МХУСО	0,5-13
РТ	СЕ Оешошсе	РЕЗ (полиэфирсульфон)	5000 МХУСО
РХУ	ОЕ Оешошсе	РЕЗ (полиэфирсульфон)	20000 МХУСО	2-11
руу	ОЕ Оешошсе	ρνορ	30000 мхусо	1-11
МХУ	СЕ Оешошсе	иЬгаЛНс	100000 МХУСО	1-10
ЗеПЮ МРР-ШО-З	Коей МетЬгапе	Проприетарный	20000 МХУСО	3-11
5е1КО МРР-и20-Т	КосЬ МетЬгапе	Проприетарный	20000 МХУСО	0-14
ЗсГОО МРР-ШО-Р	КосЬ МетЬгапе	Полиэфирсульфон	25000 МХУСО	0-14
НРК-328	КосЬ МетЬгапе	Полисульфон	5000 МХУСО	2-10
НЕК-131	КосЬ МетЬгапе	Полисульфон	10000 МХУСО	2-10
НРК-141	КосЬ МетЬгапе	Полисульфон	30000 МХУСО	2-10
НРМ-100	КосЬ МетЬгапе	Р\Т)Г	50000 МХУСО	2-10
ΗΡΝ-116	КосЬ МетЬгапе	ρνορ	50000 МХУСО	2-10
НРМ-180	КосЬ МетЬгапе	ρνορ	100000 МХУСО	2-10
НГМ-183	КосЬ МетЬгапе	ρνορ	100000 МХУСО	2-10
НРР-707	КосЬ МетЬгапе	ρνορ	120000 МХУСО	2-10
Микрофильтрация (МР)
ΊΧ	СЕ Оешошсе	ρνορ	0,3 микрона	2-11
НРК-618	КосЬ МетЬгапе	Полисульфон	0,1 микрона	2-10

В соответствии с этим дополнительная цель настоящего изобретения предусматривает применение ''полимеризованных соединений'' для накопления/транспортировки тепловой энергии при температуре окружающей среды. Это соответственно приводит к применению ''полимеризованных соединений'' в способе буферизации процесса непрерывной выработки теплоты для прерываемого потребления.

Поскольку целью является обеспечение альтернативного источника энергии, т.е. превращение процесса непрерывной выработки теплоты в систему для прерываемого высвобождения теплоты, настоящее изобретение дополнительно предусматривает средства для высвобождения теплоты из полимеризованных соединений, причем указанный способ включает реакцию гидролиза, как представлено на этапе (1) фиг. 1, в дальнейшем также упоминаемую как гидролиз неорганических кислородсодержащих кислот и/или их солей, и применение тепловой энергии, высвобождаемой указанной экзотермической реакцией, в качестве источника теплоты.

Как и в случае реакции полимеризации, 8црга, условия реакции для реакции гидролиза будут определяться, среди прочего, природой компонентов, применяемых для катализа превращения (компоненты для превращения), и они известны специалисту в данной области техники, другими словами и как очевидно из примеров в данном документе ниже, кондиционирование потока сырья (21) используется для оптимизации условий реакции для реакции гидролиза. Например; если для катализа превращения используются ферменты, то будет использоваться подходящий буферный раствор, как, например, применение раствора с 5 мг/л фосфорилазы, экстрагированной из ЕзсВегюЫа соВ; если для катализа превращения используются живые клетки, вместо этого будет использоваться подходящая культуральная среда для клеток. Живые клетки, используемые для катализа превращения, как правило, включают микроорганизмы, такие как, например, бактерии, например сальмонеллу, легионеллу или ЕзсВегюЫа соВ. Клетки вырабатывают теплоту при гидролизе фосфорилированных соединений.

Можно использовать изменения в концентрации растворителя, т.е. изменение концентрации воды, в

- 8 026677 случае водного раствора, или компонентов, присутствующих в растворителе, как, например, без ограничения ионы металлов клетки, ферменты и т.д., или повышение концентрации компонентов реакции, как, например, выпаривание, в случае водного раствора, или экстракция воды органическими растворителями таким способом, что, во-первых, растворитель выпаривается вместе с водой и, во-вторых, осуществляется конденсация для того, чтобы осуществить отделение от растворителя на третьем этапе с помощью, например, гравиметрического разделения фаз жидкость-жидкость, для влияния на реакцию, ее запуска, катализа или ингибирования.

В качестве альтернативы, для катализа превращения тепловой энергии в вышеуказанные макроэргические ковалентные связи могут применяться химические вещества и протонообменные мембраны. На концентрацию протонов можно оказывать влияние при помощи химических веществ или с помощью применения полупроницаемых мембран.

Типичные примеры включают, например, ΝαΟΗ в качестве химического вещества (например, коммерчески доступный, 50 вес.% в воде) для снижения концентрации протонов.

В качестве протонных мембран можно использовать коммерчески доступные РЕМ или ''протонообменные мембраны'', например, применяемые в водородных топливных элементах, в том числе без ограничения, одну из следующих мембран: ΝηΓίοη®; δοϊοροτ®, ТоуоТа РЕМ, ЗМ РЕМ и т.п.

И в этом случае, гидролизованные соединения необязательно удаляются из реакционной среды с применением процедур, известных из уровня техники, таких, которые предусмотрены для полимеризованных соединений выше. В указанной форме гидролизованные соединения, т.е. содержащие гидроксильную группу, обеспечивающую возможность образования соединений на основе неорганических кислородсодержащих поликислот с либо азотом, либо серой, либо фосфором или их солей, могут применяться в качестве исходного материала в реакции дегидролиза Сирта).

Очевидно, системы (установки), применяющие цикл ΟΗΕΜΕΝΕΚΟΥ, описываемый в данном документе, также находятся в пределах объема данной заявки. В первом аспекте такие системы могут представлять собой системы для улавливания или накопления энергии, отличающиеся тем, что они содержат средства улавливания для улавливания энергии от источника теплоты с помощью реакции полимеризации (конденсации), описываемой в данном документе (представлено как А в применениях ниже); и средства накопления для накопления уловленной энергии в форме реакционных продуктов указанной реакции конденсации. Указанные средства для улавливания теплоты включают по меньшей мере один реакционный сосуд для реакционной смеси, содержащей соединение на основе неорганической кислородсодержащей кислоты и/или его соль, описываемые в данном документе, и воду, который подходит для осуществления эндотермической реакции конденсации в указанной реакционной смеси и содержит нагревательный элемент в тепловом контакте с указанным сосудом.

Во втором аспекте такие системы могут представлять собой системы для высвобождения тепловой энергии, накопленной в реакционных продуктах реакции конденсации по настоящему изобретению, отличающиеся тем, что они содержат средства высвобождения для высвобождения энергии, уловленной и накопленной в реакционных продуктах реакции конденсации по настоящему изобретению, с помощью этапа экзотермического гидролиза (представлен как С в применениях ниже). Указанные средства для высвобождения энергии включают по меньшей мере один реакционный сосуд для реакционной смеси, содержащей соединение на основе неорганической кислородсодержащей кислоты и/или ее соли, описываемое в данном документе, который подходит для осуществления экзотермической реакцией гидролиза и содержит нагревательный элемент в тепловом контакте с указанным сосудом.

В дополнительном аспекте система включает как средства для улавливания энергии от источника теплоты с помощью реакции полимеризации (конденсации), описываемой в данном документе, представленной как А в применениях ниже, так и средства для высвобождения энергии, уловленной и накопленной в реакционных продуктах реакции конденсации по настоящему изобретению, с помощью этапа экзотермического гидролиза (представлен как С в применениях ниже). Такая система с обоими средствами (А) и (С) обеспечивает возможность того, что теплота со статусом низкой эксергии и используемая для запуска эндотермической реакции конденсации (А) ''накачивается'' до статуса с более высокой эксергией в экзотермической реакции гидролиза (С), т.е. при создании теплового насоса, в котором используется цикл ΟΗΕΜΕΝΕΚΟΥ по настоящему изобретению.

В конкретном варианте осуществления системы для высвобождения тепловой энергии из реакционных продуктов реакции конденсации по настоящему изобретению могут дополнительно содержать теплообменник (представлен как В в применениях ниже). Этот теплообменник будет применяться для увеличения температуры реакционных продуктов реакции конденсации, подаваемых в реакционную смесь, используемую в экзотермической реакции гидролиза (С). Без ограничения этим, применяемые температуры находятся в диапазоне от приблизительно 60°С до 500°С, как правило, от приблизительно 120°С до 500°С и более конкретно от приблизительно 150°С до ЗОО°С.

Настоящее изобретение будет лучше понятным исходя из подробного описания экспериментов, которое следует ниже, но специалисты в данной области техники легко поймут, что это только иллюстрация настоящего изобретения, описываемого более полно в формуле изобретения, которая следует после них. Кроме того, на протяжении данной заявки цитируются различные публикации.

- 9 026677

Раскрытие этих публикаций настоящим включается посредством ссылки в данную заявку для более полного описания области техники, к которой настоящее изобретение относится.

Примеры

Пример 1 - фосфатные/полифосфатные сложные эфиры

Плотность энергии

Гидролиз соединения фосфора характеризуется энергией реакции приблизительно 150-500 кДж/кг, в зависимости от условий реакции. Как правило, предлагаемые компоненты характеризуются плотностью энергии 400-1000 МДж/м³. Если применяются источники с более высокой температурой, как, например, солнце, можно, например, конденсировать (дегидролизовать) фосфорную кислоту с получением сухого Р₂О₅, который характеризуется плотностью энергии приблизительно 3000 МДж/м³.

По сравнению с другими материалами, накапливающими теплоту, теплоемкость полимеризованных компонентов, которые заявляются в данном документе, существенно выше. Например, реакция фазового перехода парафина обеспечивает 20-90 кДж/кг, в зависимости от условий реакции (соруп§Ы@2002 ϊοΐιη \УПсу & §оп8, ПП.). Растворение серной кислоты в воде дает теплоту реакции 300-400 кДж/кг, в зависимости от условий реакции (Сйеш1са1 апй епдшеегтд Шегшойупашюз 81ап1еу I. ЗапФег соруп§Ы@1989 1оНп XV Псу & §оп8, Ый.). Единственным исключением является кристаллизация Ыа-ацетата, которая обеспечивает 400 МДж/м³, но для нее требуется фазовый переход при превращении теплоты.

Применяемые продукты

Описанный в данном документе цикл характеризуется своей энергией, происходящей от химической энергии: СНЕМЕЫЕКСУ. В нем используются молекулы, которые могут быть фосфорилированными, нитрированными или сульфонированными, или углеводороды (РН), или неорганические (поли)фосфаты (ΙΡ), полифосфорные кислоты или соединения на основе неорганической кислородсодержащей кислоты с либо азотом, либо серой и/или их соли.

1. Нуклеотиды: состоят из любой комбинации различных азотистых оснований и различных сахаров (пентоз) и могут иметь в качестве фосфорильной группы моно-, ди- и трифосфат(ы).

В качестве оснований могут использоваться: пурин, пиримидин, аденин, гуанин, тимин, цитозин, урацил, гипоксантин, 5-метилцитозин, Ыб-метиладенин, дигидроурацил, 1-метилгуанин, риботимидин, псевдоуридин, 1-метилинозин.

В качестве сахаров (пентоза) могут использоваться фруктоза, рибоза, Ό-рибофураноза, 2-дезокси-Эрибофураноза.

2. Нуклеиновые кислоты: они могут состоять из любой комбинации различных нуклеотидов. Нуклеотиды связаны фосфатными связями между двумя основаниями в нуклеиновых кислотах.

3. Наиболее часто встречающиеся энергетические молекулы во всех живых клетках: фосфоенолпируват, глицерат-1,3-бисфосфат, формилфосфат, ацетилфосфат, пропионилфосфат, бутирилфосфат или другие карбоксилфосфаты, фосфокреатин, фосфоаргинин, глюкозофосфаты (1- или б-фосфат), фруктозофосфаты, глицерин-3-фосфат, никотинамидадениндинуклеотидфосфат (ΝΆΌΡ), дигидроксиацетонфосфат, глицеральдегидфосфаты, ксилулозофосфат, рибозофосфаты, седогептулозофосфат, эритрозофосфат, рибулозофосфат, фосфосерин, аспартилфосфат, аденозинфосфат.

4. Неорганические полифосфорные кислоты и их соли.

5. Неорганические (поли)нитраты, как, например, нитрат целлюлозы.

6. Неорганические (поли)сульфаты и сульфонаты.

Заявляется не процесс фосфорилирования, или процесс конденсации или полимеризации как таковой, или процесс этерификации в живых клетках, а конденсация и, в частности, процесс конденсации фосфорной кислоты, и/или полифосфорных кислот, и/или их солей в сочетании с накоплением теплоты, тепловым насосом, транспортировкой и процессами выработки в промышленных применениях, который называется ''цикл Сйешепегду''.

Все варианты осуществления могут применяться в крупном масштабе или в очень малом масштабе.

Примером крупного масштаба может быть большая промышленная или жилая сеть микрорайонов (город) или квартир, присоединенных к одной системе отопления, получающей теплоту из промышленной сбросной теплоты, забуференной с помощью цикла сйешепегду, транспортированной с помощью трубопроводов и бестарной перевозки.

Примером малого масштаба может быть применение в пределах дома/фермы с небольшими возможностями выработки теплоты, как, например, солнечная батарея/навозная куча/выгребная яма, и при этом небольшой механизм Сйешепегду улучшает эксплуатационные характеристики теплоты.

Общий технологический процесс процесса СНЕМЕЫЕКОУ (фиг. 1)

Накопление теплоты

1. Накопление 1.1 гидролизованных компонентов.

2. Зона кондиционирования 1: добавление ферментов, ионов, клеток, свежих веществ.

3. Накопление 1.2 продуктов кондиционирования.

4. Зона реакции 1: применение тепловой теплоты для полимеризации компонентов с помощью, например, но без ограничения, удаления, экстракции или выпаривания воды из раствора.

5. Зона разделения 1: применение различных методик разделения и этапов для отделения полимери- 10 026677 зованных компонентов от продуктов кондиционирования, отработанных ферментов, средств для отделения ферментов и растворителей (или, в частности, воды).

6. Накопление 1.3 полимеризованных компонентов. Высвобождение теплоты

1. Накопление 2.1 полимеризованных компонентов.

2. Зона кондиционирования 2: добавление ферментов, ионов, клеток, свежих веществ, воды.

3. Накопление 2.2 продуктов кондиционирования.

4. Зона реакции 2: применение радиатора (тепловая нагрузка) для гидролиза компонентов с помощью, например, но без ограничения, добавления небольших количеств, например 1-10%, воды (раствор для кондиционирования) либо в жидкой фазе, либо в паровой фазе.

5. Зона разделения 2: применение различных методик разделения и этапов для отделения полимеризованных компонентов от продуктов кондиционирования, отработанных ферментов, средств для отделения ферментов и растворителей (или, в частности, воды).

6. Накопление 2.3 гидролизованных компонентов.

Процесс СНЕМЕЫЕКСУ с фосфорилированными соединениями (фиг. 2)

Контур улавливания теплоты

1. Накопление сырьевых потоков.

2. Кондиционирование сырьевых потоков с помощью добавления из буферного накопления. Важными факторами влияния на реакции являются, среди прочих, рН, концентрация ионов (Са²⁺, М§²⁺, К, Ыа, С1^-, Ρΐ, кислоты), ферменты, клетки, вода, растворители, температура и многое другое.

3. Реакция: реакция конденсации с образованием полифосфорной кислоты или ее соли при поглощении теплоты с помощью, например, без ограничения, уменьшения концентрации воды, как, например, с помощью экстракции, удаления и/или выпаривания воды.

4. Разделение компонентов: разделение можно осуществлять на различных этапах процесса. Конкретной методикой разделения является мембранное разделение, основанное на размере и/или полярности молекул. Например, более крупные компоненты не могут проходить через мембрану, а более мелкие компоненты могут.

Мембранное разделение 1а: ультрафильтрация, средства для отделения АТФазы (или части АТФазы) и АТ(Д)Ф отделяются от остального, (табл. 2, МАССК2000, рН<7).

Мембранное разделение 1В: ультрафильтрация, средства для отделения АТФ от АТФазы или части этого фермента (табл. 2, МАССК100000, рН<7).

Мембранное разделение 2: нанофильтрация, отделение воды (табл. 2, МАССК100, рН<7).

Мембранное разделение 3: ионообменная мембрана, отделение ионов (табл. 2, МАССК500000, рН<7).

5. Накопление и транспорт в условиях окружающей среды.

При некоторых применениях этапы 2 и 3 вышеописанного контура могут осуществляться одновременно, например, при повышении концентрации и во время фазы реакции с поглощением теплоты используется теплота соответственно как для выпаривания растворителя, так и для полимеризации гидролизованных компонентов.

Более того, при некоторых применениях, при которых вода отделяется от раствора, этапы 3 и 4 объединяются для того, чтобы запустить реакцию в направлении полимеризованных компонентов. Методика разделения может представлять собой без ограничения выпаривание воды или органического растворителя вместе с небольшими фракциями воды и с последующей конденсацией для отделения от растворителя с помощью гравиметрической жидкость-жидкостной экстракции.

Контур процесса высвобождения теплоты

1. Накопление сырьевых потоков.

2. Кондиционирование сырьевых потоков с помощью добавления из буферного накопления. Важными факторами влияния на реакции являются, среди прочих, рН, концентрация ионов (Са²+, М§²⁺, К, Ыа, С1^-, Ρΐ, ...), ферменты, клетки, вода, растворители, температура и многое другое.

3. Реакция: гидролиз с высвобождением теплоты при добавлении воды или других гидролизующих средств, либо в жидкой фазе, либо в паровой фазе.

4. Разделение компонентов: разделение можно осуществлять на различных этапах процесса. Конкретной методикой разделения является мембранное разделение, основанное на размере и/или полярности молекул. Например, более крупные компоненты не могут проходить через мембрану, а более мелкие компоненты могут.

Мембранное разделение 4а: ультрафильтрация, средства для отделения АТФ-гидролазы (или части АТФ-гидролазы) и АТ(Д)Ф отделяются от остального (табл. 2, МАССК2000, рН<7).

Мембранное разделение 4В: ультрафильтрация, АТФ-гидролаза (или часть АТФ-гидролазы) отделяется от средств для отделения АД(Т)Ф (табл. 2, МАССК100000, рН>7).

Мембранное разделение 5: нанофильтрация, отделение воды (табл. 2, МАССК100, рН>7).

Мембранное разделение 6: ионообменная мембрана, отделение ионов (табл. 2, МАССК500000, рН >7).

Другие последовательности этапов разделения можно осуществлять с тем же эффектом.

- 11 026677

5. Накопление и транспортировка в условиях окружающей среды.

При некоторых применениях этапы 2 и 3 вышеописанного контура могут осуществляться одновременно, например, кондиционирование, например рН, может потребоваться для поддержания протекания реакции. В случае, если вторым гидролизующим компонентом является вода, разделение компонентов не будет необходимым.

В частности, дополнительные подробности по отношению к фиг. 2 могут представлять собой

1. Цикл осуществлялся при следующих температурах.

1.1. Температуры продукта реакции 1: 20°С (накопление при температуре окружающей среды).

1.2. Температуры подвода теплоты реакции 1 >50°С и предпочтительно >70°С: в частности >80°С100°С; более конкретно >140°С: поступает из доступной промышленной сбросной теплоты.

1.3. Температуры продукта реакции 2: по меньшей мере 20°С (накопление при температуре окружающей среды или более высоких температурах).

1.4. Температуры отвода теплоты реакции 2 >40°С, служила для системы центрального отопления.

2. Концентрация в реакции 1 при рН < или >7 + ионы в воде при 80°С и концентрация воды, например, <30% и предпочтительно <10%; в частности <15% и более конкретно <5-10% или ниже.

3. Концентрация в реакции 2 при рН > или < 7 + ионы в воде при 90°С и концентрация воды, например, >30%. Не все субкомпоненты, например, АМФ, пирофосфат, ионы и т.д. показаны здесь.

4. Подобно АТФ и АДФ также могут применяться все другие типы фосфатов или полифосфатов описываемых в настоящем изобретении компонентов, в частности, фосфорилированные углеводороды, неорганические кислородсодержащие кислоты фосфора или, в частности, полифосфорные кислоты и/или их соли.

5. Не все внутренние потоки показаны, но принципиальных показанных связей достаточно для того, чтобы продемонстрировать специалисту в данной области техники функциональные возможности.

6. Технические характеристики насосов, клапанов, труб и другого стандартного технологического оборудования не указаны.

7. Давление в зависимости от падения давления через мембраны и падения давления в трубах. Следует проектировать исходя из размера и геометрии.

8. Материалы оборудования следует выбирать, обращая внимание на условия среды (в основном сводятся к рН). Для описанного здесь применения подходят материалы для оборудования и труб На81е11оу или бир1ех. Другие материалы (углеродистая сталь, нержавеющая сталь или другие сплавы), устойчивые к условиям среды, следует использовать в зависимости от цены и требуемого периода эксплуатации материала.

Исходное сырье и сырьевые материалы.

Сырьевые материалы для этого процесса можно получить различными путями. Можно экстрагировать компоненты из биомассы или из доступных химических веществ и доступных путей реакций химических веществ.

Многие из применяемых материалов имеют пути, зарегистрированные, например, фармацевтическими компаниями с применением РН для тестирования лекарственных препаратов ш νίΐτο на АТФ или другие нуклеотиды. Эти процессы служат в основном для получения в малом масштабе и, например, поузлового применения теплового цикла.

Существуют также материалы, которые можно создавать в результате сочетания коммерчески доступных химических веществ, как, например, уксусной кислоты и фосфорной кислоты с получением ацетилфосфата. Это исходное сырье можно использовать для тепловых циклов крупного масштаба.

Применение коммерчески доступной (поли)фосфорной кислоты, предпочтительно химически чистого качества, типично 70%-85% Н₃РО₄.

Специфическим для этого цикла является применение фосфорилированных углеводородов или неорганических (поли)фосфорных кислот и/или их солей.

Регуляция рН

В цикле СЬешеиетду кондиционирование сырьевых потоков, как для части Накопления теплоты, так и части Высвобождения теплоты, включает регуляцию рН. Может использоваться любой известный способ регуляции рН в сырьевом потоке, и они включают, например, применение ''протонообменной мембраны'' (РЕМ), такой как, например, коммерчески доступные Ыайои®; §о1орот®, ТоуоТа РЕМ или 3М РЕМ. Указанные мембраны однонаправленно и селективно транспортируют протоны к катоду (отрицательно заряженной стороне) мембраны. В качестве альтернативы, рН регулируют с помощью специфических комплексов кислот/оснований или химических веществ в качестве регулятора рН, и они включают, например, применение НС1 или ЫаОН.

Пример 2 - лабораторное тестирование процесса СНЕМЕЫЕКСУ при различных исходных условиях

2.1. Начинается с контура процесса высвобождения теплоты при температуре окружающей среды.

1. Смешайте воду и полифосфорную кислоту при 20°С и давлении окружающей среды. Исходя из теплового баланса, описываемого подробно ниже, температура будет повышаться до приблизительно 95°С, взболтайте смесь.

- 12 026677

2. Установите вакуум над теплой смесью, поддерживайте смесь теплой с помощью электронагревателя и удаляйте испарившуюся воду с помощью воздушного холодильника. Продолжительность этого этапа выпаривания (отделения) будет зависеть от количества воды, которую следует удалить, но вероятно продолжается в течение приблизительно 1 ч.

3. Охладите полифосфатную смесь с помощью окружающего воздуха до 25°С. Возвращайтесь к этапу 1, и контур замыкается.

Расчет изменения температуры (ΔΤ).

Если массовый % смеси представляет собой 90% полифосфорной кислоты, смешанной с 10% воды, теплота реакции составляет 300 кДж/кг и общая средняя теплоемкость смеси (Ср) составляет 1,5 кДж/кгК, при этом ΔΤ можно рассчитать из простого теплового баланса следующим образом:

Теплота реакции = (масса) х(Ср)х (дельта Т).

Следовательно,

ΔΤ = (теплота реакции)/[(Ср)х(масса)].

С использованием вышеуказанных теплоты реакции, Ср и массы, изменение в температуре/кг будет составлять 75°С. Другими словами, смесь будет нагреваться от 25°С до несколько менее 100°С.

2.7.7. Вывод относительно процесса ί,ΉΕΜΕΝΕΒΟΥ. если он начинается при температуре окружающей среды.

Несмотря на то, что в данном случае реакционный контур замыкается, термодинамически он не имеет смысла из-за того факта, что теплота, выработанная на этапе 1, уравновешивается энергией, требуемой для испарения воды из смеси на этапе 2. В силу указанных причин и как объясняется в данном документе, процесс ΕΗΕΜΕΝΕΚΟΥ по настоящему изобретению является особенно применимым в сочетании с внешним источником теплоты, таким как, например, сбросная теплота из промышленных процессов. При указанных условиях и как объясняется в 2.3. ниже, контур процесса высвобождения теплоты может начинаться, например, при уровне промышленной отходящей теплоты, например, 50°С - 200°С и в частности 80-150°С, но также может начинаться при более высоких температурах, как, например, 300°С, при необходимости.

2.2. Начинается с контура процесса высвобождения теплоты при температуре промышленной отходящей теплоты.

Что касается этого эксперимента, целью было «накачивание» теплоты от одного уровня температуры до более высокого уровня. Уровень температуры этапа один в тесте 1 составлял 90°С, это является средним уровнем температуры, который называется в промышленности сбросной теплотой, а именно 60120°С.

Например, уровень охлаждения масла дизельного двигателя составляет приблизительно 90°С. Этапы 1-4 протестировали 10 раз друг за другом для того, чтобы подтвердить цикличность и/или обратимость.

1. Смешали воду и полифосфат при 90°С при давлении 6 бар. По аналогии с 2.1 выше следовало ожидать, что ΔΤ составит 75°С, и температура поднялась на приблизительно 165°С при непрерывном взбалтывании смеси.

2. Смесь охладили с помощью окружающего воздуха до приблизительно 90°С. Это можно сравнить с высвобождением по отношению к процессу.

3. Давление над теплой смесью сбрасывали до того, пока вода испарилась, при этом поддерживали смесь теплой с помощью воды при 90°С и удалили испаренную воду с помощью воздушного холодильника. Продолжительность этого этапа выпаривания (разделения) будет зависеть от количества воды, которое следует удалить, но он продолжался в течение приблизительно 1 ч.

4. Подняли давление в смеси до 6 бар и испаренную воду вновь использовали на этапе 1, замыкая контур процесса ΟΗΕΜΕΝΕΚΟΥ. Подъем температуры составил приблизительно 30-50°С.

2.2.7. Вывод относительно процесса ΟΗΕΜΕΝΕΚΟΥ при начале при температуре отходящей теплоты.

В этом втором случае, поскольку для этапа испарения используется отходящая теплота, лишь ограниченное количество добавочной энергии требуется для того, чтобы повысить давление смеси. Следовательно, часть отходящей теплоты со статусом низкой эксергии (при 90°С) ''накачивается'' до статуса с более высокой эксергией приблизительно 165°С. В этой лабораторной установке эксперимент служит только для ''накачки'' теплой воды при 90°С в горячий воздух при 165°С. Но можно представить, что при применении других жидкостей и/или источников теплоты цикл по настоящему изобретению обеспечит создание тепловых насосов для выработки или валоризации отходящей теплоты до пригодной энергии и/или теплоты. Например, процесс ΕΗΕΜΕΝΕΚΟΥ по настоящему изобретению можно применять для запуска химических реакций на химическом заводе при 120-130°С, которые в настоящее время запускаются с помощью потока с высокой температурой, например, 6-10 бар, с применением вместо этого остаточного потока 1-2 бар.

Он представляет собой, таким образом, сочетание повышения температуры, вызванного реакцией гидролиза неорганических кислородсодержащих кислот и/или их солей, в частности, неорганических

- 13 026677 полифосфорных кислот и/или их солей, в присутствии источника теплоты/энергии, который приводит к намного более высоким повышениям температуры, например >200°С, что, таким образом, приводит к общему возрастанию тепловой энергии. Как станет очевидно из следующих приведенных в качестве примера применений цикла СНЕМЕИЕКОУ в различных окружениях, источник теплоты с одной стороны применяется для удаления воды (20) из реакционного продукта (14) реакции гидролиза (С), т.е., другими словами, для запуска реакции полимеризации (конденсации) (А); и, с другой стороны, для увеличения количества тепловой энергии конденсированных (полимеризованных) компонентов (10), используемых в реакции гидролиза (С).

В нижеприведенном списке возможных применений, в качестве примера, жидкую фосфорную кислоту (14) использовали в качестве мономера, подлежащего полимеризации (реакция конденсации (А)) с получением жидкой смеси полифосфорных кислот (10) общей формулы ΙΒ и 1с выше (длины полимера составляют, в целом, >1, и, как правило, приблизительно 2-7), при удалении воды (20) под воздействием источника теплоты/энергии. Воду, полученную из этой полимеризации (реакции конденсации), можно (вновь) применять в обратной реакции, т.е. реакции гидролиза, впоследствии после кондиционирования с помощью компонентов для кондиционирования (21) или выпустить в атмосферу. В зависимости от источника энергии реакция полимеризации осуществляется в условиях вакуума, почти вакуума или при небольшом избыточном давлении. Для источников теплоты с начальной температурой приблизительно 140°С требуется небольшое избыточное давление, как правило, 0,1-0,5 бар изб., но иногда выше в зависимости от специфических эксплуатационных требований. Для источников теплоты до приблизительно 80°С требуется пониженное давление, как правило, >0,025 бар или ниже. Для источников теплоты от приблизительно 80°С до 140°С давление находится в диапазоне от небольшого пониженного давления ± 0,025 бар до почти 1 атм. Из вышеуказанного и части цикла СНЕМЕИЕКОУ очевидно, что реакция полимеризации осуществляется при более низких температурах, находящихся в диапазоне от приблизительно 80°С до 200°С, но, как правило, от 90°С до 120°С.

В обратной реакции, т.е. реакции гидролиза (С), указанная жидкая смесь полифосфорных кислот (10) применяется по мере гидролиза полимера (добавление воды) под давлением с получением фосфорной кислоты (14) и некоторых остатков полифосфорных кислот в экзотермической реакции с высвобождением теплоты, что обеспечивает повышение исходной отходящей теплоты до более высокого уровня энергии. И в этом случае, фосфорная кислота может (вновь) применяться в качестве сырьевого потока в вышеуказанной реакции конденсации (А), таким образом, замыкая цикл СНЕМЕИЕКОУ по настоящему изобретению. При реакции гидролиза воду можно добавлять в виде теплой воды, либо в форме жидкости, либо в форме пара. Если вода находится в форме пара, это приводит к дополнительному усилению реакции гидролиза благодаря дополнительно добавленной конденсационной теплоте при смешивании пара с полифосфорными кислотами. В принципе реакция гидролиза может осуществляться при температурах окружающей среды, но при применении для повышения температуры (тепловой насос) для увеличения количества тепловой энергии источника, она осуществляется при более высоких температурах, как, например, без ограничения 60°С-500°С; как правило, 120-500°С, и более конкретно от приблизительно 150°С до 300°С. В указанном примере и как уже объяснялось в данном документе выше, источник теплоты/энергии будет также применяться для увеличения количества тепловой энергии конденсированных (полимеризованных) компонентов (10), используемых в реакции гидролиза (С).

Очевидно, что сущностью вышеуказанного процесса СНЕМЕМЕКОУ является обратимость реакции гидролиза полифосфорных кислот по сравнению с фосфорными кислотами. Таким образом, в принципе, фосфорные кислоты могут применяться в замкнутом цикле, но поскольку могут происходить некоторые необратимые побочные реакции с некоторым количеством потерь (отходов), для поддержания оптимальных эксплуатационных характеристик может потребоваться новое сырье, состоящее из фосфорных кислот. Следовательно, концентрации фосфорной кислоты являются относительно стабильными на протяжении всего цикла, причем концентрации находятся в диапазоне от приблизительно 80 до 90%; в частности от приблизительно 84 до 94% после гидролиза и от приблизительно 90 до 100%, в частности от приблизительно 94 до 100% перед гидролизом.

В зависимости от применения цикл является либо непрерывным (непрерывный поток сырьевых потоков между реакциями (А) и (С)), например применение 1 (фиг. 3): тепловой насос для валоризации отходящей теплоты при нагревании/охлаждении для процессов, складских помещений, жилых районов, супермаркетов и т.д., с применением отходящей теплоты от другого процесса, окружающей среды, солнца, ветра и т.п., применение 2 (фиг. 4): тепловой насос между тепловыми сетями для увеличения количества тепловой энергии от одного уровня температуры/давления тепловой жидкости, например, пара, воды, термального масла, до более высокого уровня температуры/давления тепловой жидкости, например, пара, воды, термального масла, применение 5 (фиг. 5): применение технологии на основе теплового насоса для выработки холода при, например, высоких окружающих температурах, для охлаждения промышленных процессов, складских помещений, супермаркетов, холодильников, домов, жилых районов и т.д. с помощью отходящей теплоты от процессов, окружающей среды, солнца, ветра, комбинированной теплоэнергии, микрорай- 14 026677 онов или другого, применение 6 (фиг. 6): превращение отходящей теплоты от процессов, солнца, ветра, комбинированной теплоэнергии и т.д. посредством теплового насоса для выработки пара для увеличения количества пара над турбиной при выработке электроэнергии, применение 7 (фиг. 7): ''накачивание'' отходящей теплоты от процессов, солнца, ветра, комбинированной теплоэнергии и т.д. и превращение с помощью турбины ''органического цикла Ренкина'' (ОКС) в электроэнергию, применение 8 (фиг. 8): превращение солнечного тепла в электроэнергию с применением практически такой же схемы, как для применения 7, отличающейся только тем, что в качестве источника теплоты применяется солнечное тепло. В этом конкретном применении солнечное тепло может применяться для полного дегидролиза некоторой части (14В) или всей жидкой фосфорной кислоты (14) в реакции полимеризации (конденсации), что дает чистый (твердое вещество) или почти чистый (взвесь) Р2О5. В этом случае достигается очень высокая плотность энергии (до 3 Г Дж/м³) и систему необходимо сконструировать так, чтобы работать с этим материалом. Это, например, можно осуществлять путем нагревания нетекучей фосфорной кислоты в контейнере (изолированное удержание) при постоянном нагревании прямыми или непрямыми солнечными лучами, и водяные пары выделяются из фосфорной кислоты до тех пор, пока не останется только сухой порошок или взвесь твердого Р₂О₅.

применение 9 (фиг. 9): для буферизации ветросиловой электроэнергии; при этом применении теплота вырабатывается с помощью электрического сопротивления, эта теплота используется посредством теплового насоса для выработки пара для увеличения количества пара над турбиной и выработки электроэнергии. Его можно применять для буферизации электроэнергии, вырабатываемой ветром, во время падения напряжения в электрической сети и сохранять его для последующих пиков в электрической сети;

либо прерываемым, например:

применение 3 (фиг. 10): при буферизации теплоты или энергии (отходящая теплота, солнечное тепло, энергия ветра, пар и т.д.) с помощью бака накопления теплоты. При этом применении отходящая теплота от процессов, солнца, ветра и прочего применяется для «накачивания» и накопления теплоты. Это, например, может использоваться для соединения прерываемого производителя теплоты с непрерывным потребителем теплоты, наоборот или для связывания прерываемого образования теплоты с прерываемым потреблением теплоты;

применение 4 (фиг. 11): при транспортировке теплоты, которое отличается от вышеуказанного тем, что отходящая теплота действительно превращается и улавливается в транспортируемой форме, что позволяет, с одной стороны, транспортировать ''отходящую теплоту'' с помощью бестарной перевозки, контейнеров, грузовиков, трубопроводов в другое место реки, дока, канала, города, промышленного или жилого района к потребителю(ям) теплоты или его сети, и, с другой стороны, позволяет превращать отходящую теплоту транспортных средств, их двигателей, как, например, теплоту двигателя машины, автобуса, лодки, грузовика и другого, в транспортируемую и валоризируемую в определенных местах, как, например, в быту, на работе;

либо их сочетанием (применение 10).

Если вышеуказанное может создать впечатление, что непрерывный или прерываемый режим цикла СНЕМЕМЕКОУ зависит от отсутствия или присутствия баков для буферизации, в вышеуказанных применениях это относится только к непрерывному или прерываемому превращению энергии. Вне зависимости от того, применяются или нет баки для буферизации реакционных растворов, все процессы 1-9 могут осуществляться непрерывно или с прерываниями. Следовательно, на общей блок-схеме (фиг. 12), представляющей повторяющийся поток в каждом из вышеуказанных применений, баки для накопления необязательны.

Подробное описание элементов на блок-схемах для каждого из вышеописанных применений можно найти в табл. 3 ниже.

- 15 026677

Применение

Общее применение в качестве теплового насоса

Тепловой насос между сетями

Буферизация теплоты с помощью баков для накопления

Транспортировка теплоты

Тепловой насос для выработки холода

Превращение отходящей теплоты в электроэнергию

Отходящая теплота посредством РР и ОСИ в электроэнергию

Превращение солнечного тепла в электроэнергию

Превращение энергии ветра в теплоту и наоборот

Гибридное применение

Единицы измерения

Номер потока

Описание

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

Классическая солнечная система горячего водоснабжения

X

X

10

Полимеризованный или дегидролизованный продукт

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

10Ь

Полимеризованный или дегидролизованный продукт из батареи солнечного реактора

X

X

11

Полимеризованный или дегидролизованный продукт

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

12

Полимеризованный или дегидролизованный продукт, нагретый с помощью выхода С

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

13

Теплый гидролизованный или деполимеризованный продукт под давлением

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

14

Охлажденный гидролизо ванный или деполимеризованный продукт под давлением

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

14Ь

Дегидролизованный продукт в батарею солнечного реактора

X

X

15

Охлажденный гидролизо ванный или деполимеризованный продукт под давлением из бака

X

X

X

16

Свежий полимеризованный или дегидролизо ванный продукт

X

X

X

17

Свежий полимеризованный или дегидролизо ванный проду кт под давлением для транспортировки в бак для накопления

X

X

X

20

Водяной пар из зоны реактора

X

X

X

X

X

X

X

X

X

20Ь

Водяной пар из батареи солнечного реактора

X

X

21

Холодильник, частично/полностью

4,5

19

1

1

X

X

X

X

МВт

22

Конденсат

X

X

X

X

X

X

X

X

X

23

Конденсат под давлением

X

X

X

X

X

X

X

X

24

Конденсат, нагретый с помощью выхода С

X

X

X

X

X

X

X

X

X

25

Выпуск пара, вакуум или под давлением/потери

1

1

30

31

X

4

X

X

X

МВт

26

Дополнительное нагнетание

1

1

0

X

X

0

X

X

X

МВт

- 16 026677

пара в реактор для повышения температуры и тепловой мощности

27

Дополнительный конденсат

X

X

X

X

X

X

X

X

X

28

Увеличенное количество конденсата при низком вакууме, т.е. пар

X

X

29

Конденсированный пар при вакууме

X

X

30

Нагретая среда для потребителя теплоты (или сети), соответственно, потребителя холода

X

X

X

X

X

X

X

X

МВт

31

Нагретый продукт под давлением (или сеть)

X

X

X

32

Использование теплоты/элекгроэнергии от потребителя

5

23

33

33

1

2,3

2,3

0,1

X

X

МВт

33

Охлажденный продукт от потребителя теплоты

X

X

XX

XX

XX

X

34

Свежий конденсат из сети

X

X

X

X

X

35

Свежий конденсат под давлением

X

X

X

X

X

36

Конденсат из зоны реакции

X

X

X

X

X

37

Поток с низким давлением

X

X

X

X

X

38

Конденсат-сырье для образования пара с низким давлением

X

X

X

X

X

39

Резервный пар под высоким давлением

X

X

X

X

40

Пар из ОКС

X

X

42

Расширительная турбина ОК.С

X

X

43

Охлажденный пар после расширительных турбин оке

X

X

44

Конденсированная среда ОВ.С

X

X

45

Жидкая среда ОКС под давлением

X

X

А

Зона реактора полимеризации

10

42

64

67

2

42

10

1

55

МВт

В

Теплообменник пластинчатого типа

3

12

18

16

0,5

12

3

0,3

20

МВт

С

Зона реакции гидролиза

5,5

24

36

36

1

24

6

0,6

30

МВт

П

Электрическая мощность расширительной турбины

2,3

2,3

0,1

3

МВт

Потребление электроэнергии

55

240

360

360

10

240

57,1

6

10000

-

кВт

СОР

Тепло для потребителя (МВт)/электро энергия (МВт)

91

96

92

92

100

%

Эффективность

Электроэнергия/теплота

5%

23%

11%

Примечание 1

Рекуперация катализаторов и других побочных потоков не изображена на блоксхеме процесса, но на Ρ&ΙΠ.

Примечание 2

На Р1В не изображены клапаны, подробности

Примечание 3

Потеря теплоты при накоплении и транспортировке не учитывается для РРТ)

В зависимости от применений цикл может быть устроен от небольшого, например домашнего, применения до большого промышленного масштаба; на основе блоков малого масштаба, большого масштаба.

в контейнерах или других перемещаемых платформах.

В каждом из возможных применений цикл можно контролировать с помощью простых датчиков температуры, давления, потока или других датчиков, регулирующих клапаны и системы, или сконструированных из чего-то среднего между конструкцией простого электрического оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры и/или конструкцией высоко сложного электрического оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры, полностью автоматизированных установок с оптимизатором, соединенным с интернетом, мобильным телефоном и др. для использования максимального экономического выхода 24 ч в сутки. Оптимизатор можно использовать по требованию, в зависимости от темпера- 17 026677 туры окружающей среды, ветра или другого условия, определяющего экономические или эксплуатационные характеристики установки.

Исходя из экспертиз безопасности, стандартизованных для промышленности, как, например НАΖΟΡ, установки сконструированы в соответствии с высокими стандартами безопасности, причем содержат либо конструкции с собственными установками безопасности (как, например, вакуум и максимальное рабочее давление +10%), клапаны давления, либо автоматизированные системы с функцией полноты безопасности (§1Р или 81Ь), либо сочетание этих критериев для конструкций. Установки контролируются с помощью аварийных сигнализаций и отключающих устройств для того, чтобы поддерживать установку в диапазоне безопасной эксплуатации. Основная конструкция оборудования зависит от разработки технологического процесса, но детальная конструкция оборудования может отличаться с тем, чтобы соответствовать ΡΕΌ, А8МЕ или другим местным стандартам проектирования или местному состоянию области техники по отношению к технологии.

Claims (13)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ накопления тепловой энергии в реакционной смеси при помощи эндотермической реакции конденсации, где указанная реакционная смесь содержит соединение на основе полифосфорной кислоты и/или его соль и воду, при этом указанную реакцию проводят при подводе теплоты от источника теплоты, обособленного от указанной реакционной смеси, при этом энергия в источнике тепла накапливается посредством эндотермической реакции конденсации с извлечением воды из смеси реакции и формированием полифосфорной кислоты и/или её солей.
2. 2. Способ по п.1, где источник теплоты, обособленный от указанной реакционной смеси, представляет собой либо отходящую теплоту из промышленных процессов, либо теплоту, происходящую из природных источников.
3. 3. Способ по п.2, где природными источниками являются энергия солнца или ветра.
4. 4. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно включающий этап, на котором высвобождают накопленную энергию реакционной смеси на последующем этапе способа при помощи экзотермического гидролиза продуктов реакции из указанной реакционной смеси.
5. 5. Способ по любому из предыдущих пунктов, где соединения на основе полифосфорной кислоты и/или их соли представляют собой соединения общей формулы (1а)

   К-О-((ОР(Ор)_т-О)_у)-К' (1а), где каждый из К и К' независимо представляет собой водород, углеводород или катион металла; т = 0 или 1;

   у находится в диапазоне от 1 до 100; и каждый О представляет собой водород, углеводород или катион металла, где углеводород представляет собой любое органическое соединение, содержащее гидроксильную группу, любые сахара и основания, образующие нуклеотиды и нуклеиновые кислоты, или любую органическую молекулу, оканчивающуюся гидроксильной группой, где катион металла представляет собой катион одновалентного металла.
6. 6. Способ по п.5, где полифосфорные кислоты или их соли являются:

   а) чистыми неорганическими линейными полифосфорными кислотами или их солями, представленными следующей формулой:

   ^Мп+2^Рп^О(3п+1) ^(1В) с η = по меньшей мере 2; при этом М представляет собой Н+ или катион металла;

   В) чистыми неорганическими циклическими полифосфорными кислотами или их солями, представленными следующей формулой:

   М_пР_пОз_п (1с) с η = по меньшей мере 3; при этом М представляет собой Н+ или катион металла; с) разветвленными полифосфорными кислотами и/или их солями катиона одновалентного металла или

   ά) их комбинациями, где катион металла представляет собой катион одновалентного металла.
7. 7. Способ по п.5 или 6, где катион одновалентного металла представляет собой К или Να.
8. 8. Способ по п.5, где у находится в диапазоне от 1 до 10.
9. 9. Способ по п.8, где у находится в диапазоне от 1 до 3.
10. 10. Способ по п.5, где соли фосфорных кислот выбирают из группы, включающей фосфоенолпируват, глицерат-1,3-бисфосфат, формилфосфат, ацетилфосфат, пропионилфосфат, бутирилфосфат или другие карбоксилфосфаты, фосфокреатин, фосфоаргинин, глюкозофосфаты (1- или 6-фосфат), фруктозофосфаты, глицерин-3-фосфат, никотинамидадениндинуклеотидфосфат (ХАЭР), дигидроксиацетонфосфат, глицеральдегидфосфаты, ксилулозофосфат, рибозофосфаты, седогептулозофосфат, эритрозофосфат, рибулозофосфат, фосфосерин, аспартилфосфат и аденозинфосфат.
11. 11. Способ по любому из предыдущих пунктов, где эндотермическая реакция конденсации представлена следующим уравнением:

    - 18 026677

    НОХО_п(ОН)_тОК' + К-Ор-((ХО_п(ОН)_т-О)_у.₁)-Н^К-Ор-((ХО_п(ОН)_т-О)_у)-К' + Н2О, где X представляет собой фосфор.
12. 12. Система для накопления энергии для осуществления способа по п.1, содержащая по меньшей мере один реакционный сосуд, по меньшей мере, частично заполненный реакционной смесью, содержащей соединение на основе полифосфорной кислоты и/или его соль, определенные в пп.5-10, и воду, система выполнена с возможностью осуществления эндотермической реакции конденсации в указанной реакционной смеси и содержит нагревательный элемент в тепловом контакте с указанным сосудом.
13. 13. Система по п.12, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью высвобождения накопленной энергии на последующем этапе экзотермического гидролиза.