石英砂復(fù)合三元硝酸熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明石英砂復(fù)合三元硝酸熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及其制備方法，屬于太陽能光熱發(fā)電領(lǐng)域。本發(fā)明的傳熱蓄熱介質(zhì)由三元硝酸熔鹽體系與石英砂組成。本發(fā)明還提供了該傳熱蓄熱介質(zhì)的制備方法。本發(fā)明的傳熱蓄熱介質(zhì)基本不改變?nèi)跛崛埯}的凝固點，同時提高了三元硝酸熔鹽的上限工作溫度，高達750℃該傳熱介質(zhì)的熱穩(wěn)定性好，導(dǎo)熱性能高，成本低，非常適合用于太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)、太陽能光熱發(fā)電的蓄熱傳熱系統(tǒng)。
【專利說明】石英砂復(fù)合三元硝酸熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于太陽能光熱發(fā)電的蓄熱傳熱復(fù)合介質(zhì)，特別是涉及一種石英砂復(fù)合三元硝酸熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)蓄能和太陽能光熱發(fā)電技術(shù)中，目前使用的蓄熱傳熱介質(zhì)主要有空氣、水、導(dǎo)熱油、熔融鹽、鈉和鋁金屬等。熔鹽因具有廣泛的使用溫度范圍，低蒸汽壓，低粘度，良好的穩(wěn)定性，低成本等諸多特性已成為太陽能光熱發(fā)電技術(shù)中頗具潛力的傳熱蓄熱介質(zhì)，成為目前應(yīng)用較多，較為成熟的傳熱蓄熱介質(zhì)。
[0003]硝酸熔鹽體系的突出優(yōu)點是原料來源廣泛、價格低廉、腐蝕性小且一般在500°C以下不會熱分解，因此與其他熔鹽相比，硝酸熔鹽具有很大的優(yōu)勢。目前，國外太陽能光熱發(fā)電的電站所使用的傳熱蓄熱介質(zhì)主要為二元硝酸鹽體系(40% KN03-60% NaN03)和三元硝酸鹽體系(KNO3-NaNO3-NaNO2)15三元硝酸鹽體系的熔點較低，比較理想，但是上限工作溫度偏低，且溶解熱較小、熱導(dǎo)率較低。
[0004]為了解決上述問題，中國專利申請00111406.9公開了一種LiN03-KN03-NaN03-NaN02體系，其工作溫度范圍為250°C _550°C，這個體系的上限工作溫度比三元硝酸鹽體系KNO3-NaNO3-NaNO2高，但其下限工作溫度也被提高，導(dǎo)致云遮時維護成本增大，而且LiN03的加入使得其腐蝕性增大，成本增高。
[0005]美國專利US007588694B1 公開了一種 LiNO3-KNO3-NaNO3-Ca (NO3)2 體系,其熔點低于100°c，上限使用溫度高于500°C，但是LiN03的加入增加了熔鹽的腐蝕性和成本。
[0006]石英砂獨特的分子鏈結(jié)構(gòu)、晶體形狀和晶格變化規(guī)律，使其具有耐高溫、抗氧化、熱膨脹系數(shù)小、高度絕緣、耐腐蝕等獨特的物理、化學(xué)等諸多特性，在許多高科技產(chǎn)品中發(fā)揮著越來越重要的作用，常被用作制造玻璃、耐火材料、冶煉硅鐵、冶金熔劑、陶瓷研磨材料、鑄造的原料。
[0007]目前為止，沒有見到將石英砂加入到三元硝酸熔鹽中作為工業(yè)蓄能和太陽能高溫?zé)崂妙I(lǐng)域的傳熱蓄熱介質(zhì)的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種石英砂復(fù)合三元硝酸熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及制備方法，以改善三元硝酸熔鹽使用上限溫度低。本發(fā)明采用石英砂作為蓄熱傳熱介質(zhì)的原料，不僅能夠提高熔融鹽的上限使用溫度，同時所得復(fù)合熔鹽有小于100°c的凝固點(即常壓下采用差示掃描儀測出的熔點)，降低云遮時的維護成本；另外石英砂價格低廉，還能夠大幅度降低蓄熱介質(zhì)的工業(yè)成本。
[0009] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]一種石英砂復(fù)合三元硝酸熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)，其特征在于:所述傳熱蓄熱介質(zhì)是在三元硝酸熔鹽體系中添加石英砂復(fù)合而成。[0011]所述三元硝酸熔鹽體系占傳熱蓄熱介質(zhì)總重量的50-99%，所述石英砂占傳熱蓄熱介質(zhì)總重量的廣50%。
[0012]所述三元硝酸熔鹽體系占傳熱蓄熱介質(zhì)總重量的50-90%，所述石英砂占傳熱蓄熱介質(zhì)總重量的10~50%。
[0013]所述三元硝酸熔鹽體系及其重量組分如下=KNO3-NaNO3-NaNO2體系:其中硝酸鉀:40-80份；硝酸納:5-15份;亞硝酸納:10-50份。
[0014]所述三元硝酸熔鹽體系及其重量組分如下=KNO3-NaNO3-Ca(NO3)2體系:其中硝酸鉀:5-40份；硝酸鈉:5-25份;硝酸鈣:10-70份。
[0015]上述任一傳熱蓄熱介質(zhì)在工業(yè)蓄能或太陽能光熱發(fā)電中的用途。
[0016]上述任一傳熱蓄熱介質(zhì)的制備方法，其步驟如下:
[0017](I)組成三元硝酸熔鹽體系，放入反應(yīng)釜中，加熱攪拌使固體完全熔融，然后保溫
0.5-lh,
[0018](2)攪拌條件下，將石英砂分散到高溫熔融鹽中，繼續(xù)攪拌l_2h，混合物成膠狀狀態(tài)，
[0019](3)冷卻、包裝。
[0020]加熱攪拌使固體完全成熔融采用的溫度為所述三元硝酸熔鹽的相變溫度以上50-100。。。
[0021]本發(fā)明首次選用石英砂作為硝酸熔鹽的復(fù)合材料，石英砂是一種堅硬、耐磨、化學(xué)性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物，其主要成分是SiO2，礦物中常含有少量的雜質(zhì)成分如Fe203、Al3O2,CaO、MgO、NaO等。熔點約1723°C，沸點約2230°C，有較高的耐火性能。用于本發(fā)明的石英砂采用二氧化硅含量大于75%的普通石英砂即可。實驗證明，在三元硝酸熔鹽體系中加入石英砂制備所得的傳熱蓄熱介質(zhì)，工業(yè)成本低，對蓄熱系統(tǒng)腐蝕性甚微，且與原三元硝酸熔鹽體系相比還具有如下的優(yōu)點和積極效果:
[0022]1.本發(fā)明制備的復(fù)合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)既有硝酸熔鹽的傳熱性能，提高了熱穩(wěn)定性和和上限使用溫度，熔鹽的凝固點基本不發(fā)生變化。
[0023]2.本發(fā)明制備的熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)的相變潛熱增大，儲能密度高，降低了對蓄熱系統(tǒng)尺寸和能量的要求，能量利用率高，節(jié)能效果好。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，石英砂占f 50%，石英砂含量越高，降低成本越明顯；這個范圍內(nèi)既能保證三元硝酸熔鹽的上限溫度提高，又能保證熔點不升高，引入的石英砂顆粒度越細越系統(tǒng)的傳熱更均勻。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。
[0026]實驗材料:
[0027]普通石英砂(二氧化硅含量大于75%)，100目購自山東鴻泰石英砂廠。
[0028]硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉、硝酸鈣一般化學(xué)用品公司可以購買到。
[0029]三元硝酸鹽體系配方如表1。
[0030]表1.各實施例中的三元硝酸熔鹽體系配方
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種石英砂復(fù)合三元硝酸熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)，其特征在于:所述傳熱蓄熱介質(zhì)是在三元硝酸熔鹽體系中添加石英砂復(fù)合而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳熱蓄熱介質(zhì)，其特征在于:所述三元硝酸熔鹽體系占傳熱蓄熱介質(zhì)總重量的50、9%，所述石英砂占傳熱蓄熱介質(zhì)總重量的1~50%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳熱蓄熱介質(zhì)，其特征在于:所述三元硝酸熔鹽體系占傳熱蓄熱介質(zhì)總重量的50、0%，所述石英砂占傳熱蓄熱介質(zhì)總重量的10-50%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳熱蓄熱介質(zhì)，其特征在于:所述三元硝酸熔鹽體系及其重量組分如下=KNO3-NaNO3-NaNO2體系:其中硝酸鉀:40-80份；硝酸鈉:5_15份；亞硝酸鈉:10-50 份。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳熱蓄熱介質(zhì)，其特征在于:所述三元硝酸熔鹽體系及其重量組分如下=KNO3-NaNO3-Ca(NO3)2體系:其中硝酸鉀:5_40份；硝酸鈉:5_25份；硝酸鈣:10-70 份。
6.權(quán)利要求1~5任一傳熱蓄熱介質(zhì)在工業(yè)蓄能或太陽能光熱發(fā)電中的用途。
7.權(quán)利要求1~5任一傳熱蓄熱介質(zhì)的制備方法，其步驟如下: (O組成三元硝酸熔鹽體系，放入反應(yīng)釜中，加熱攪拌使固體完全熔融，然后保溫0.5-lh, (2)攪拌條件下，將石英砂分散到高溫熔融鹽中，繼續(xù)攪拌l_2h，混合物成膠狀狀態(tài)， (3)冷卻、包裝。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，所述加熱攪拌使固體完全成熔融采用的溫度為所述三元硝酸熔鹽的相變溫度以上50-100°C。
【文檔編號】C09K5/06GK103911119SQ201310040070
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月1日
【發(fā)明者】曾智勇 申請人:深圳市愛能森科技有限公司