一种混合熔盐传热蓄热工质及其制备方法
【专利说明】
[0001]
技术领域
[0002] 本发明涉及一种传热蓄热工质，特别涉及一种用于太阳能热发电系统使用的传热 蓄热工质，属于能源材料技术领域。
【背景技术】
[0003] 随着经济的高速发展，人类对能源的需求日益增加，作为主要能源的煤、石油、天 然气等常规能源的储量日益减少，加上在其利用过程中排放的污染物对生态环境造成的破 坏日益加重，能源与环境问题成为当今世界普遍关注的两大主要问题。为了保持社会的可 持续性发展，除需要对常规能源资源进行高效、洁净的转化利用以外，还必须开发利用各种 可再生能源和绿色能源。利用取之不尽、用之不竭的清洁太阳能补充传统的化石能源越来 越受到国际社会的广泛认可。太阳能热发电被认为是太阳能发电技术中最有前途的发电方 式。自20世纪80年代以来，美国、西班牙、意大利、法国、日本、澳大利亚、德国、以色列等相 继建立起各种不同类型的试验示范装置和商业化运行装置，促进了太阳能热发电技术的发 展和商业化的进程，太阳能热发电技术取得显著的进展。但可再生能源存在间歇性和不能 连续供能的缺点，因此必须开发低成本传热蓄热材料和发展高效蓄热技术，以有效地解决 可再生能源的储存与输运问题。
[0004] 目前，在工业蓄能和太阳能高温热利用技术中，使用的传热蓄热介质主要包括空 气、水/蒸汽、石蜡类、导热油和熔融盐类等。其中，空气的使用温度高但是工作压力大，传 热性能差；水蒸气传热性能稍好但是使用较低，工作压力仍然很大；导热油拥有良好的传 热性能和低的工作压力，但是使用温度低，工作温蒂在400°C以下，而且导热油成本很高。 而熔融盐作为传热介质可以达到较高的温度，同时具有蓄热功能，较高的液相比热容、较低 的黏度、系统压力小、腐蚀性小、单位成本低、热力学性能好等诸多优点，还可以克服由于阴 天、黑夜带来的蒸汽参数不稳定等问题，故为目前使用较多的传热蓄热介质。
[0005] 在实际应用中，理想的熔盐传热蓄热介质应具有熔点低，熔化热大，较宽的工作 温度范围，液相比热容大，密度较大，导热系数较大，粘度小，腐蚀性相对较小，经济性好等 特点。在目前的工业蓄能和太阳能高温热利用领域，国内外太阳能热发电站中使用最多的 传热蓄热熔盐为硝酸熔盐体系，主要为二元硝酸盐体系（40% KN03-60% NaNO3，工作温度 范围为280°C~565°C )和三元硝酸盐体系（KNO3-NaNO3-NaNO2，工作温度范围为200°C~ 538°C )。在这两种硝酸熔盐体系中，二元硝酸盐体系熔点偏高，需要较高的温度来保证熔盐 不在管道中凝结，保温成本较高；三元硝酸盐体系虽然熔点相比较低，但是上限使用温度也 较低，传热蓄热效率降低，且其中的NaNO2*生分解，导致熔盐劣化，热稳定性变差等问题。
【发明内容】
[0006] 针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种以硝酸盐为主体的熔盐传热蓄 热工质。本发明提供的高温传热蓄热熔盐工质具有熔点低、熔化热大，热稳定性好、腐蚀性 小及经济性好等特点。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用技术方案如下： 一种混合熔盐传热蓄热工质，其特征在于：由组分KN03、NaN03、Ca (NO3) 2、NaCl组成，其 质量百分比为：KN03:20%~50%、NaNO 3:20%~50%、Ca (NO 3) 2:20%~40%、NaCl : 1%~10%。
[0008] 作为优选：混合熔盐传热蓄热工质组分的质量百分比为：KN03:20%~40%、NaNO 3:30%~45%、Ca (NO3) 2:30%~40%、NaCl : 1%~5%。
[0009] 进一步：混合熔盐传热蓄热工质组分的质量百分比为：KN03:25%、NaN0 3:40%、 Ca (NO3) 2：33%^ NaCl ：2%〇
[0010] 混合熔盐传热蓄热工质的配制方法如下： (1) 将分析纯的KN03、NaN03、Ca(N03)2、NaCl分别放在IKTC的烘箱内干燥12h后，按质 量配比称量所需的无机盐，研磨混合均匀； (2) 再将混合熔盐加热300°C至熔化状态并保持2h，形成均一的液体； (3) 将步骤（2)中熔盐自然冷却到室温，粉碎后得到熔盐制品。
[0011] 本发明是在二元硝酸盐体系KNO3-NaNO3中加入氯化盐NaCl和硝酸盐Ca(NO 3)2组 成一种新的四元熔盐体系KNO3-NaNO3-Ca(NO3)2 - NaCl，由于K、Na为同系物，离子状态 具有类似的性质，Ca (NO3) 2、NaCl与KNO3-NaNO3混合后，能形成新的离子间的作用力，因此， 该传热蓄热工质具有良好的热力学性能如熔点低、熔化热较大、比热容较高，高温下热稳定 性好，能长时间使用后熔盐不易劣化分解。本配方可以克服二元硝酸盐体系的熔点偏高与 三元硝酸盐体系上限使用温度较低、热稳定性较差的缺点。与此同时，熔盐的组分简单、材 料来源丰富、熔盐的经济性好且易得，可以降低熔盐的成本，熔盐的制备过程简单易行，为 一种热力学性能十分优良的传热蓄热介质。
[0012] 有益效果： (1) 本配方熔盐的熔点为200°C ~220°C，使用温度范围为230°C ~630°C，最佳使用温度 为260~587°C ;工作温度范围较宽，较低的熔点能够保证熔盐不易凝结在管路中，减少热损 失，降低保温成本，维护系统的成本降低；较高的工作上限温度可以扩大与汽轮机传热介质 温差，提高热交换能力，进一步提高熔盐循环系统的效率； (2) 相变潜热：熔盐的相变潜热约为100~120J/g ; (3) 热容：比热容较大，数值范围为1653~1885 J*kg*K \较高的液相比热容，可以提高 传热蓄热的效率，减少储存和运输设备的规模，并节约了投资成本； (4) 对材料的腐蚀性：熔盐体系对材料如304、316L、321H (温度：500-550°C)的腐蚀性 低于当前KNO3-NaNO3二元硝酸盐体系的腐蚀性； (5) 较低的粘度：良好的高温流动性，能大大降低流阻，减少能耗； (6) 热稳定性好：即能够在高温下长期使用，同时反复熔化/凝固条件下也能长期稳定 工作；在温度550°C条件下，连续工作200小时，损失为3%，热稳定性好，远低于现有技术所 提供的熔盐配方。
【具体实施方式】
[0013] 本发明专利保护范围不限于上述实施例，凡是依据本发明技术原理所做的技术变 形，均落入本发明专利的保护范围内。
[0014] 实施例1 : 将KN03、NaN03、Ca (NO3) 2、NaCl分别放在110 °C的烘箱内干燥12h，按质量配比 26. 5%KN03、32. 6%NaN03、37. 9%Ca(N03)2、3%NaCl称量所需的无机盐，研磨且混合均勾，并把 混合熔盐放在马弗炉中加热到300°C至熔化状态并保持2h，使之形成均一的液体。最后将 化合熔盐自然冷却到室温，粉碎后得到的熔盐样品。
[0015] 实施例2 : 将KN03、NaN03、Ca (NO3) 2、NaCl分别放在110 °C的烘箱内干燥12h，按质量配比 22. 9%KN03、36%NaN03、39. 7%Ca(N03)2、I. 4%NaCl称量所需的无机盐，研磨且混合均勾，并把 混合熔盐放在马弗炉中加热300°C至熔化状态并保持2h，使之形成均一的液体。最后将化 合熔盐自然冷却到室温，粉碎后得到的熔盐样品。
[0016] 混合熔盐的熔点、熔化热用DSC差热分析仪测定。测定用熔盐为15mg，在氮气气氛 中进行，氮气流量为60mL/min，温度范围为30~300°C，升温速率为10°C /min。熔盐的热重 利用TG测试仪在氮气气氛中进行测试，温度范围为30~700°C。
[0017] 表1为实施例1和2制备的熔盐热物性数据
【主权项】
1. 一种混合熔盐传热蓄热工质，其特征在于：由组分KN03、NaN03、Ca (NO3) 2、NaCl组 成，其质量百分比为：KN03:20%~50%、NaNO 3:20%~50%、Ca (NO 3) 2:20%~40%、NaCl : 1%~10%。2. 根据权利要求1所述的一种混合熔盐传热蓄热工质，其特征在于：其质量百分比为： KN03:20°/〇~40%、NaNO 3:30%~45%、Ca (NO 3) 2:30%~40%、NaCl : 1%~5%。3. 根据权利要求2所述的一种混合熔盐传热蓄热工质，其特征在于：其质量百分比为： KN03:25%、NaNO 3:40%、Ca (NO 3) 2:33%、NaCl :2%。4. 根据权利要求1所述的一种混合熔盐传热蓄热工质的制备方法，其特征在于：该制 备方法的具体步骤如下： (1) 将分析纯的KN03、NaN03、Ca(N03)2、NaCl分别放在IKTC的烘箱内干燥12h后，按质 量配比称量所需的无机盐，研磨混合均匀； (2) 再将混合熔盐加热300°C至熔化状态并保持2h，形成均一的液体； (3) 将步骤（2)中熔盐自然冷却到室温，粉碎后得到熔盐制品。
【专利摘要】一种混合熔盐传热蓄热工质及其制备方法，其中熔盐组分由KNO3、NaNO3、Ca(NO3)2、NaCl组成，其质量百分比为KNO3：20%~50%、NaNO3：20%~50%、Ca(NO3)2：20%~40%、NaCl：1%~10%。该熔盐工质具有熔点低、熔化热较大、比热容较高、高温下热稳定性好、腐蚀性小、不易劣化分解、经济性好等特点。
【IPC分类】C09K5/12
【公开号】CN105018045
【申请号】CN201510444549
【发明人】白青花, 毛世勇, 汪元奎, 金姗, 杨建明, 刘光明
【申请人】东方电气集团东方锅炉股份有限公司
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月27日