LiNO3 - Ionic Liquids/H2O新型吸收式热泵工质对的物性与应用研究

This project will focuse on the optimization of LiNO3/H2O working fluid, which has been proposed in autor's phd thesis, for the purpose of developing an alternative working fluid with excellent thermophysical properties and low corrosion. Through adding certain proportion alkyl substituted ionic liquids (IL) to LiNO3/H2O binary system, a new ternary working fluid of LiNO3-IL/H2O will be put forward to enhance the absorption capacity and reudce the crystallization temperature for LiNO3/H2O. The solubility, vapor pressure, density, viscosity, specific heat capacity, thermal conductivity, surface tension, molar dissolution heat, and specific enthalpy of LiNO3-IL/H2O working fluid will be systematically measured. Through the study on the complex of molybdate inhibitors (Li2MoO4 etc.) and organic inhibitors (2-mercapto benzimidazole etc.), the effects mechanism of pH, temperature, concentration, and complex inhibitor on the corrosion rates of carbon steel and copper in LiNO3-IL/H2O working fluid will be obtained, and the optimal inhibition condition will also be determined so as to reduce the corrosion of LiNO3-IL/H2O to meet the appliation requirement of high-temperature absorption heat pump. Finally, the direct- fired double effect ground scource absorption heat pump system based on LiNO3-IL/H2O will be modeled and simulated by TRNSYS.

本项目以研究具有优良热物理性质和低腐蚀性的新型吸收式热泵工质对为目的，对博士课题提出的LiNO3/H2O二元工质对进行优化。拟在LiNO3/H2O的基础上添加一定比例的烷基取代类离子液体（IL，ionic liquids），探索新型的LiNO3-IL/H2O三元工质对以提高吸收能力，降低结晶温度。系统地测定LiNO3-IL/H2O工质对的溶解度、饱和蒸气压、密度、运动黏度、比热容、热导率、表面张力、溶解热和比焓等热物性数据。通过对Li2MoO4等钼酸盐系无机缓蚀剂和2-巯基苯并咪唑等有机缓蚀剂进行复配研究，揭示pH值、温度、浓度和复配缓蚀剂对碳钢和紫铜腐蚀性的影响规律，确定最优的缓蚀条件，以降低LiNO3-IL/H2O对碳钢和紫铜的腐蚀性，从而满足高温热泵的应用要求。最后，基于TRNSYS软件对LiNO3-IL/H2O直燃型双效地源吸收式热泵系统进行模拟计算与分析。

吸收式热泵技术对于我国节能减排具有重要意义。但现有工质对存在易结晶、高温腐蚀性强和对驱动热源温度要求较高等问题。本项目对新型的LiNO3-IL（ionic liquids）/H2O三元工质对展开研究，以解决现有工质对存在的不足。. 通过对添加不同离子液体的LiNO3-IL/H2O三元工质对的饱和蒸汽压和结晶温度进行测定，确定了离子液体种类和质量比。系统地测定了LiNO3-IL/H2O的结晶温度、饱和蒸气压、密度、黏度、比热容、热导率、溶解热和比焓等热物性数据，并采用最小二乘法进行了拟合。采用热重对离子液体的热稳定性进行了研究，阴离子为卤族元素的咪唑类离子液体热稳定性优于非卤族元素离子液体。. 研究了碳钢和紫铜在LiNO3/H2O和LiNO3-IL/H2O工质对中的腐蚀性。通过对有机缓蚀剂2-巯基苯并咪唑和聚天冬氨酸与无机缓蚀剂Na2SiO3 9H2O和Li2MoO4等进行复配研究，揭示了复配缓蚀剂的影响规律，确定了最优缓蚀条件。0.4% Li2MoO4 + 0.1% 2-巯基苯并咪唑复配缓蚀剂，可以有效降低碳钢和紫铜在LiNO3/H2O工质对中的腐蚀性，从而替代传统Li2CrO4。而采用0.4%Na2SiO3 9H2 + 0.1%聚天冬氨酸复配缓蚀剂，可以有效降低碳钢与紫铜在含卤族元素的LiNO3-IL/H2O中的腐蚀速率，180oC时腐蚀速率分别为7.74 μm/y和55.74 μm/y，从而满足高温吸收式热泵的应用要求。.基于以上实验结果，对采用LiNO3-[EMIM]Cl/H2O、LiNO3-[BMIM]Br/H2O和LiNO3-[MMIM][DMP]/H2O三元工质对的单效和双效吸收式热泵的热力学性能进行了模拟计算，并与传统LiBr/H2O和LiNO3/H2O吸收式热泵热力学性能进行了比较。结果表明，在相同工况条件下，采用LiNO3-IL/H2O可有效降低LiNO3/H2O的结晶温度，最大降低约30度。而与LiBr/H2O相比，LiNO3-IL/H2O具有更低的发生温度和腐蚀性，最高使用温度可以从165oC提高到220oC。吸收式热泵采用LiNO3-IL/H2O作为工质对可以获得相近的COP。. LiNO3-IL/H2O在热物性和腐蚀性上表现出了一定的综合优势，该项目对于推动吸收式热泵技术特别是高温吸收式热泵技术的发展具有积极意义。