石英砂復(fù)合多元硝酸熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明石英砂復(fù)合多元硝酸熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及制備方法，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)由多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)保持了多元硝酸熔鹽的低熔點(diǎn)，同時(shí)提高了多元硝酸熔鹽的上限工作溫度，高達(dá)700℃。該傳熱介質(zhì)的成本低廉，工作溫度范圍寬，熱穩(wěn)定性好，導(dǎo)熱性能高，非常適合用于太陽能熱動(dòng)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)合多元硝酸熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及制備方法
【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)合多元硝酸熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及制備方法。
【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、鈉和鋁等金屬。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)。高溫熔融鹽主要有硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、氟化物、氯化物、氧化物等。
[0003]硝酸熔鹽體系的原料來源廣泛、價(jià)格低廉、腐蝕性小，因此與其他熔鹽相比，硝酸熔鹽具有很大的優(yōu)勢(shì)。其中的多元硝酸熔鹽熔點(diǎn)低，但是上限使用溫度低。
[0004]中國(guó)專利申請(qǐng)00111406.9公開了一種LiNO3-KNO3-NaNO3-NaNO2多元硝酸熔鹽體系，其工作溫度范圍為250° C-550。C，這個(gè)體系的上限工作溫度比三元硝酸鹽體系高，達(dá)到550° C，但其下限工作溫度也被提高，導(dǎo)致云遮時(shí)維護(hù)成本增大，而且LiNO3的加入使得其腐蝕性增大，成本增高。
[0005]美國(guó)專利US007588694B1 公開了一種 LiNO3-KNO3-NaNO3-Ca (NO3)2 多元硝酸熔鹽體系，其熔點(diǎn)低于100° C，上限使用溫度高于500° C，但是LiNO3的加入使得體系對(duì)蓄熱系統(tǒng)的腐蝕性增加，工業(yè)成本增高。
[0006]石英砂獨(dú)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(dú)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多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(bào)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)合多元硝酸熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及制備方法，石英砂的加入提高了體系的上限工作溫度，而凝固點(diǎn)(DSC差示掃描儀測(cè)出的熔點(diǎn))基本沒有變化，故拓寬了多元硝酸熔鹽體系的工作溫度范圍，可廣泛用于工業(yè)蓄能和太陽能光熱發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，而且由于石英砂價(jià)格低廉，使得熔鹽生產(chǎn)成本大幅度降低。
[0009]為實(shí)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)合多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)是在多元硝酸熔鹽體系中添加石英砂復(fù)合而成。
[0011]所述多元硝酸熔鹽體系占傳熱蓄熱介質(zhì)總重量的50-99%，石英砂占廣50%。
[0012]所述多元硝酸熔鹽體系占傳熱蓄熱介質(zhì)總重量的50-90%，石英砂占10-50%。[0013]所述多元硝酸熔鹽體系為KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3體系、
[0014]KNO3-NaNO3-NaNO2-Ca (NO3) 2 體系、
[0015]KNO3-NaNO3-NaNO2-LiNO3 體系、
[0016]KNO3-NaNO3-CsNO3-Ca (NO3) 2 體系、
[0017]KNO3-NaNO3-LiNO3-CsNO3 體系或 KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3-Ca (NO3) 2 體系。
[0018]所述KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3體系的重量組分如下:硝酸鉀40份-80份，硝酸鈉5份-15份，亞硝酸鈉20-50份，硝酸銫1份-10份；
[0019]所述KNO3-NaNO3-NaNO2-Ca (NO3) 2體系的組分如下:硝酸鉀40份-80份，硝酸鈉5份_15份，；亞硝酸鈉20份-50份,硝酸韓1份-10份；
[0020]所述KNO3-NaNO3-NaNO2-LiNO3體系的組分如下:硝酸鉀40份-80份，硝酸鈉5份-15份，亞硝酸鈉20份-50份；硝酸鋰1份-10份；
[0021 ] 所述KNO3-NaNO3-CsNO3-Ca (NO3) 2體系的組分如下:硝酸鉀40份-80份，硝酸鈉5份-15份，硝酸銫20份-50份，硝酸鈣1份-10份；[0022]所述KNO3-NaNO3-LiNO3-CsNO3體系的組分如下:硝酸鉀40份-80份，硝酸鈉5份-15份，硝酸鋰20份-50份，硝酸銫1份-10份；
[0023]所述KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3-Ca (NO3) 2的組分如下:硝酸鉀40份-80份，硝酸鈉5份-15份，亞硝酸鈉10份-50份，硝酸銫10份-30份，硝酸鈣10份-30份。
[0024]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。
[0025]上述任一述傳熱蓄熱介質(zhì)的制備方法，其步驟如下:
[0026]( I)組成所述多元硝酸熔鹽體系，放入反應(yīng)釜中，加熱攪拌使熔鹽完全成熔融，然后保溫0.5-lh，
[0027](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)，
[0028](3)冷卻、包裝。
[0029]所述加熱攪拌使熔鹽完全熔融采用的溫度為所述多元硝酸熔鹽的相變溫度以上80-120°C。
[0030]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(jiān)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(diǎn)約1723°C，沸點(diǎn)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(shí)驗(yàn)證明，在多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(duì)蓄熱系統(tǒng)腐蝕性甚微，且與原多元硝酸熔鹽體系相比具有如下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0031]本發(fā)明制備的復(fù)合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)既具有硝酸熔鹽的傳熱性能，又提高了熱穩(wěn)定性和上限使用溫度。
[0032]加入石英砂基本不改變?cè)嘣跛崛埯}體系的熔點(diǎn)，但是使相變潛熱有所增大，即儲(chǔ)能密度高，這能夠降低對(duì)蓄熱系統(tǒng)尺寸和能量的要求。
[0033]本發(fā)明在多元硝酸熔鹽體系中加入的石英砂，顆粒度越細(xì)越有利于系統(tǒng)的傳熱性倉(cāng)泛。
[0034]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)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(gè)范圍內(nèi)既能保證多元硝酸熔鹽的上限溫度提高，又能保證熔點(diǎn)不升高。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0036]實(shí)驗(yàn)材料:
[0037]普通石英砂(二氧化硅含量大于75%)，100目購(gòu)自山東鴻泰石英砂廠。
[0038]硝酸鉀，硝酸鈉、亞硝酸鈉、硝酸銫、硝酸鈣、硝酸鋰:工業(yè)純級(jí)，一般化學(xué)用品公司可以購(gòu)買到。
[0039]多元硝酸鹽體系配方如表1。
[0040]表1.各實(shí)施例中的多元硝酸體系配方
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種石英砂復(fù)合多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)是在多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:所述多元硝酸熔鹽體系占傳熱蓄熱介質(zhì)總重量的50-99%，石英砂占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:所述多元硝酸熔鹽體系占傳熱蓄熱介質(zhì)總重量的50~90%，石英砂占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: 所述多元硝酸熔鹽體系為:
KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3 體系、
KNO3-NaNO3-NaNO2-Ca (NO3) 2 體系、
KNO3-NaNO3-NaNO2-LiNO3 體系、
KNO3-NaNO3-CsNO3-Ca (NO3) 2 體系、
KNO3-NaNO3-LiNO3-CsNO3 體系或
KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3-Ca (NO3) 2 體系。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳熱蓄熱介質(zhì)，其特征在于: 所述KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3體系的重量組分如下:硝酸鉀40份-80份，硝酸鈉5份-15份，亞硝酸鈉20-50份，硝酸銫1份-10份； 所述KNO3-NaNO3-NaNO2-Ca (NO3) 2體系的組分如下:硝酸鉀40份-80份，硝酸鈉5份-15份，；亞硝酸鈉20份-50份,硝酸?丐1份-10份； 所述KNO3-NaNO3-NaNO2-LiNO3體系的組分如下:硝酸鉀40份-80份，硝酸鈉5份-15份，亞硝酸鈉20份-50份；硝酸鋰1份-10份； 所述KNO3-NaNO3-CsNO3-Ca (NO3) 2體系的組分如下:硝酸鉀40份-80份，硝酸鈉5份-15份，硝酸銫20份-50份,硝酸|丐1份-10份； 所述KNO3-NaNO3-LiNO3-CsNO3體系的組分如下:硝酸鉀40份-80份，硝酸鈉5份-15份，硝酸鋰20份-50份，硝酸銫1份-10份； 所述KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3-Ca (NO3) 2的組分如下:硝酸鉀40份-80份，硝酸鈉5份-15份，亞硝酸鈉10份-50份，硝酸銫10份-30份，硝酸鈣10份-30份。
6.權(quán)利要求1~5任一所述傳熱蓄熱介質(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任一所述傳熱蓄熱介質(zhì)的制備方法，其步驟如下: (1)組成所述多元硝酸熔鹽體系，放入反應(yīng)釜中，加熱攪拌使熔鹽完全成熔融，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，其特征在于:所述加熱攪拌使熔鹽完全熔融采用的溫度為所述多元硝酸熔鹽的相變溫度以上80-120°C。
【文檔編號(hào)】C09K5/12GK103923618SQ201310040909
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)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(qǐng)人:深圳市愛能森科技有限公司