一種二元混合熔鹽傳熱蓄熱介質制造技術

一種二元混合熔鹽傳熱蓄熱介質，屬于高新技術中物理傳熱儲能技術領域。低熔點混合熔鹽傳熱蓄熱介質組分比例如下：47wt％四水合硝酸鈣，53wt％硝酸鉀，該種混合熔鹽熔點約為116.9℃左右，具有較寬的使用溫度范圍。并且相比于常見蓄熱材料,其平均比熱為1.484J/(g·K)，顯熱蓄熱成本為35.76元/(kW·h)，該二元混合熔鹽成本相對可觀。其熱擴散系數約為0.192mm2/s，導熱系數約為0.553W/(m·K)，導熱系數值較高，導熱性能較好。其粘性活化能為7309J/mol·K，粘度和密度相對于已有蓄熱介質無很大差距。

【技術實現步驟摘要】

：本專利技術涉及一種用于中高溫傳熱蓄熱的混合熔鹽的配方，屬于高新技術中物理傳熱儲能

技術介紹
：由于太陽能熱發電可與低成本大規模的蓄熱技術結合，可提供穩定的高品質電能，克服了風力和光伏電站由于無法大規模使用蓄電池而造成輸電品質差，對電網沖擊大的缺陷，被認為是可再生能源發電中最有前途的發電方式之一，有可能成為將來的主力能源。目前，在技術成熟的槽式太陽能熱發電領域，商業化電站均采用導熱油作為傳熱介質，這導致電站大規模化裝機成本高、工作溫度低、系統壓力大、可靠性低、導熱油壽命短、成本高，最終只能達到14％的年平均發電效率。塔式太陽能熱發電系統一般采用水蒸氣或空氣作為傳熱工質。水蒸氣和空氣高溫下傳熱系數低且不均勻、系統壓力非常高等缺點，這很大程度上降低了系統的可靠性，提高了系統投資和后期維護成本。熔鹽具有使用溫度高，系統壓力低，單位成本低，熱性能優良等諸多優點，因此采用適宜的熔融鹽作為傳熱蓄熱介質，可以有效提升太陽能熱發電系統的性能。具體體現在：首先，熔融鹽工作溫度較導熱油等介質高出100℃左右，使得系統發電效率得以提高；其次，由于熔融鹽的工作壓力(約2個大氣壓左右)遠低于導熱油等介質的壓力(10-20大氣壓)，使得太陽能熱發電系統的可靠性得到提高；第三，采用熔融鹽作為傳熱蓄熱介質，同高溫導熱油相比，全壽命可由2年左右提高到20年以上，價格可由2-3萬元/噸降至1萬元/噸以下；第四，熔融鹽蓄熱是解決太陽能熱發電蓄熱問題的主要手段。目前，熔鹽作為傳熱蓄熱介質已經在太陽能熱發電系統中得到了應用。美國加利福尼亞州的solartwo和西班牙的Andasol太陽能電站均采用solarsalt(60wt％NaNO3+40wt％KNO3)作為傳熱蓄熱介質。該種混合熔鹽具有良好的熱穩定性和低廉的成本，但是它的熔點高達220℃，這對系統的安全穩定性提出了考驗。具有較低熔點(143℃)的Hitec鹽(7wt％NaNO3+53wt％KNO3+40wt％NaNO2)被應用在工業傳熱中。該種混合熔鹽在454℃以下具有熱穩定性，可以短時間運行到538℃，但是必須使用氮氣保護來防止亞硝酸鹽組分的緩慢氧化。已開發出的KNO3-NaNO3-LiNO3-Ca(NO3)2熔鹽體系隨著市面上硝酸鋰價格的大幅度上漲，成本大大提高。相對于熔點為13℃的導熱油，現用熔鹽的主要缺點是其相對較高的熔點，當熔鹽應用在太陽能傳熱蓄熱系統中時，必須采取保護措施防止熔鹽發生凍結。當前可用的熔鹽配方還因為含有鋰鹽，使其成本相對較高。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是不含成本高的鹽，降低混合熔鹽的熔點的同時及降低太陽能熱發電及工業蓄熱成本，盡可能提高其熱穩定性。為了解決上述技術問題，本專利技術提供一種混合熔鹽的配方。低熔點低成本二元混合熔鹽傳熱蓄熱介質，其特征在于：包括47wt％四水合硝酸鈣，53wt％硝酸鉀。本專利技術的有益效果在于：1本專利技術技術方案制備的混合熔鹽熔點大大降低(熔點范圍為：110-140℃)，其應用在太陽能熱發電系統中，將大大降低傳熱蓄熱系統的成本，簡化系統初始運行程序，增加了整個系統的安全穩定性。2本專利技術技術方案制備的混合熔鹽成本相比于常見蓄熱材料Solarsalt和Hitec鹽，KNO3-Ca(NO3)2·4H2O二元混合熔鹽的成本較低，導熱系數較高，粘度和密度無很大差距。附圖說明圖1混合熔鹽的DSC曲線。(質量比為Ca(NO3)2·4H2O：KNO3＝0.47：0.53)圖2混合熔鹽的TG曲線。(質量比為Ca(NO3)2·4H2O：KNO3＝0.47：0.53)圖3實例1二元混合熔鹽的比熱測量結果。圖4實例1二元混合熔鹽的密度測量結果。圖5實例1二元混合熔鹽的熱擴散系數測量結果。圖6實例1二元混合熔鹽的導熱系數測量結果。圖7實例1二元混合熔鹽的粘度測量結果。具體實施方式下面結合具體實施方式對本專利技術做進一步詳細描述。本專利技術提供一種用做太陽能熱發電系統中傳熱蓄熱介質的混合熔鹽配方，該配方主要含有硝酸鈣，硝酸鉀。以上所述混合熔鹽配方中含有47wt％四水合硝酸鈣，53wt％硝酸鉀，該種混合熔鹽熔點約為116.9℃左右，分解溫度約為569.7℃，平均比熱約為1.484J/(g·K)，蓄熱成本約為35.76元/(kW·h)，導熱系數約為0.553W/(m·K)。該技術降低混合熔鹽熔點的機理主要是：單一組分熔鹽熔點過高，而將幾種熔鹽混合起來形成共晶混合熔鹽后能夠顯著降低共晶熔鹽混合物的熔點，共晶混合熔鹽能夠在較寬的運行溫度范圍內確保相和組分穩定、均勻的熱物性。混合熔鹽的成分和比例不同，其熱物性也不同。因此，在配制混合熔鹽中，應權衡各方需求，慎重選擇混合熔鹽的組分種類和配比。該系列二元混合熔鹽優選的具體實施方式為：首先，對二元混合硝酸鹽(Ca(NO3)2·4H2O，KNO3)按照不同摩爾比例配比，然后摩爾比例變換成質量比例初步配制得到了19種不同組分比例的混合熔鹽，具體操作方法為：采用高精度分析天平稱量好以上兩種組分，將其充分混合研磨；然后放置在干燥箱中進行恒溫干燥，設定加熱溫度為150℃，加熱時間為96小時，使混合物中含有的水分溢出，將干燥好的熔鹽放置在馬弗爐中加熱至300℃，加熱時間為12小時，以使混合物中結晶水完全蒸發以防止爬鹽，然后調節馬弗爐升溫程序至450℃恒溫2小時，高溫完全融化并混合均勻，此即為靜態熔融法；待混合熔鹽冷卻后，將其取出。由于熔鹽經熔融處理冷卻以后會形成堅硬的固態結晶鹽，本專利技術采用超微粉碎機將混合物進行粉碎，樣品細度可達到20～200目，在保證細度的同時也使混合物充分混合，從而保證了實驗的準確性；最后再將粉碎好的熔鹽放在干燥箱中恒溫干燥處理，以備實驗時使用。經過大量實驗分析，最終優選出一種配方的熔鹽。實施例1該種混合熔鹽由47wt％四水合硝酸鈣，53wt％硝酸鉀組成，通過DSC(差示掃描量熱技術)測試分析，其熔點為116.9℃，通過TG(熱重技術)分析，其分解溫度為569.7℃。如圖1所示為該樣品的DSC曲線。圖2所示為該樣品的TG曲線。圖3為該樣品的比熱測試結果。圖4為該樣品的密度測量結果。圖5為該樣品的熱擴散系數測量結果。圖6為該樣品的導熱系數測量結果。圖7為該樣品的粘度測量結果。相對于SolarSalt，該配方的熔點降低了近100℃，相對于Hitec鹽，該配方的熔點降低了近25℃，而分解溫度則高達560℃以上，具有較寬的使用溫度范圍。相比于常見蓄熱材料,其平均比熱為1.484J/(g·K)，顯熱蓄熱成本為35.76元/(kW·h)，該二元混合熔鹽成本相對可觀。其熱擴散系數約為0.192mm2/s，導熱系數約為0.553W/(m·K)，導熱系數值較高，導熱性能較好。其粘性活化能為7309J/mol·K，其粘度值在2.10～5.25mPa·s之間，其密度值在1.8～2.1g/ml之間，其粘度和密度相對于已有蓄熱介質無很大差距。本專利技術保護范圍不限于上述實施例，凡是依據本專利技術技術原理所做的技術變形，均落入本專利技術的保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
低熔點混合熔鹽傳熱蓄熱介質，其特征在于：包括47wt％四水合硝酸鈣，53wt％硝酸鉀。

【技術特征摘要】
1.低熔點混合熔鹽傳熱蓄熱介質，其特征在于：包括47wt％四水合硝酸鈣，53wt％硝酸鉀。2.權利要求1所述的低熔點混合熔鹽傳熱蓄熱介質的制備方法，其特征在于：稱量好以上兩種組分，將其充分混合研磨；然后放置在干燥箱中進行恒溫干燥，設定加熱溫度為150℃，加熱時間為96小時，使混合物中含有的水分溢出，將干燥好的熔鹽放置在馬弗爐中加熱至30...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳玉庭，李英，馬重芳，
申請(專利權)人：北京工業大學，中投億星紅日太陽能科技有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11