專利名稱：一種氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料及其制備方法與用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料及其制備方法與用途。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活水平的快速提高，能源消費(fèi)也急劇增長，能源短缺問題十分嚴(yán)重。太陽能是世界上最豐富、清潔、可廣泛獲取的可再生能源，太陽能的高效利用將改變我國能源短缺和不合理的能源結(jié)構(gòu)，為保障能源供應(yīng)做出貢獻(xiàn)。太陽能熱發(fā)電是太陽能熱利用一種重要形式。由于太陽能具有間歇性、能量密度低和穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，難以滿足連續(xù)用能的需求，且太陽光聚焦后會(huì)產(chǎn)生很高的溫度。故選擇可靠的高溫傳熱蓄熱材料將是提高太陽能熱發(fā)電效率的關(guān)鍵技術(shù)之一。而用于太陽能熱發(fā)電的傳熱蓄熱流體主要有蒸汽和水、導(dǎo)熱油、液態(tài)金屬、熱空氣、熔融鹽等。熔融鹽作為一種無機(jī)化合物，電導(dǎo)率低、粘度小、導(dǎo)熱性能好、腐蝕性弱、蒸汽壓低、使用溫度范圍廣、價(jià)格便宜，成為傳熱蓄熱材料的首選。研究表明，與高溫導(dǎo)熱油相比，運(yùn)用熔融鹽可以使太陽能電站最高工作溫度提高到500°C左右，使得蒸汽輪機(jī)發(fā)電效率提高到40%。此外，運(yùn)用熔融鹽還可以使儲(chǔ)熱效率提高2.5倍，增強(qiáng)了蓄熱能力，減小了蓄熱成本。通常用于太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域的傳熱蓄熱材料包括二元混合硝酸熔鹽(60%KN03-40wt%NaN03, Solar Salt)和三元混合硝酸熔鹽(53%KN03-7%NaN03_40wt%NaN02，Hitec)。中國專利 00111406.9,200710027954.1、201110287684.4 和 201110425668.7 和美國專利US007588694B1也分別公開了五種硝酸熔鹽體系。但是，這些硝酸熔鹽在高溫下容易分解，上限使用溫度一般不超過600°C，不適用于塔式太陽能超臨界熱發(fā)電和聚光太陽能熱化學(xué)利用如熱解制氫等。 申請(qǐng)?zhí)枮?00810027638.9和200910037348.7的專利分別提供了兩種碳酸熔鹽體系，這兩種碳酸熔鹽可以在800°C高溫下使用，可以很好地滿足太陽能熱化學(xué)反應(yīng)器的要求，但是碳酸鹽體系仍存在粘度高的問題，特別是在凝固點(diǎn)附近粘度更高，不適合作為高溫傳熱蓄熱材料。我國中西部地區(qū)大量鹽湖含有數(shù)百億噸的鹵水，主要是含有鉀、鈉、鎂、鈣的氯化物和硫酸鹽。這些廢液存在著資源浪費(fèi)和環(huán)境污染嚴(yán)重，以及綜合利用產(chǎn)品附加值低等問題，所以需要對(duì)鹵水進(jìn)行開發(fā)利用。申請(qǐng)?zhí)枮?00510110315.2專利開發(fā)了一種六水氯化鈣儲(chǔ)熱體系的低溫蓄熱利用，而氯化物作為高溫傳熱蓄熱材料的應(yīng)用研究目前還比較少。雖然存在NaCl-MgCl2、NaCl-MgCl2和KC1-NaC1-MgCI2等體系，但是由于MgCl2存在脫水分解和蒸汽壓高等問題，也不適合于太陽能高溫?zé)崂妙I(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的熔融鹽太陽能傳熱蓄熱材料存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種熱穩(wěn)定性好的、工作溫度范圍寬的、成本低的以氯化鈉和氯化鈣為原料的氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料。本發(fā)明的另一目的在于提供上述的氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料的制備方法。本發(fā)明的再一目的在于提供上述的氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料的用途。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料，其制備原料包括以下質(zhì)量百分比的成分:氯化鈉:20 50%氯化鈣:50 80%。為了能有更低的熔點(diǎn)，以更好地降低保溫能耗，使熔融鹽不易凝結(jié)，上述的氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料，其制備原料優(yōu)選包括以下質(zhì)量百分比的成分:氯化鈉:30 35%氯化鈣:65 70%。上述的氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料的制備方法，包括以下步驟:取氯化鈉與氯化鈣混合，攪拌均勻，再加熱至固體全部熔融，保溫10 30分鐘，然后冷卻至室溫，粉碎，干燥后得到氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料。上述的氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料可應(yīng)用于太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域，特別是應(yīng)用在塔式太陽能超臨界熱發(fā)電和聚光太陽能熱化學(xué)利用領(lǐng)域。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:(I)本發(fā)明制備的氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料熔點(diǎn)約為500°C，且上限使用溫度高達(dá)800°C，工作溫度范圍廣，熱穩(wěn)定性好，可以應(yīng)用于塔式太陽能超臨界熱發(fā)電和聚光太陽能熱化學(xué)利用領(lǐng)域。(2)本發(fā)明制備的熔融鹽傳熱蓄熱材料克服了硝酸熔鹽體系因上限使用溫度低而不能應(yīng)用于太陽能高溫?zé)崂妙I(lǐng)域的缺陷。(3)本發(fā)明制備的熔融鹽傳熱蓄熱材料，使氯化物的應(yīng)用擴(kuò)展到可再生能源和工業(yè)余熱領(lǐng)域，提高了鹽湖鹵水的開發(fā)利用價(jià)值。


圖1是實(shí)施例1制備的氯化物熔融鹽的差示掃描曲線圖。圖2是實(shí)施例3制備的氯化物熔融鹽的差示掃描曲線圖。圖3是實(shí)施例5制備的氯化物熔融鹽的差示掃描曲線圖。圖4是實(shí)施例3制備的氯化物熔融鹽的質(zhì)量損失曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1一種氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料，由以下步驟制備得到:將30wt%的氯化鈉、70wt%的氯化鈣混合并攪拌均勻，靜態(tài)加熱到固體全部熔融，然后保溫10 30分鐘，再自然冷卻至室溫，機(jī)械粉碎，得到氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料。
采用差示掃描儀對(duì)本實(shí)施例制備得到的氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料進(jìn)行熔點(diǎn)測(cè)試，得到的曲線如圖1所示。測(cè)試結(jié)果顯示，熔融鹽的熔點(diǎn)為527.39°C。實(shí)施例2一種氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料，由以下步驟制備得到:將31.5wt%的氯化鈉、68.5wt%的氯化鈣混合并攪拌均勻，靜態(tài)加熱到固體全部熔融，然后保溫10 30分鐘，再自然冷卻至室溫，機(jī)械粉碎，得到氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料。采用差示掃描儀對(duì)本實(shí)施例制備得到的氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料進(jìn)行熔點(diǎn)測(cè)試，測(cè)得熔融鹽的熔點(diǎn)為510.25°C，較實(shí)施例1都有所降低。實(shí)施例3一種氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料，由以下步驟制備得到:將32.7wt%的氯化鈉、67.3wt%的氯化鈣混合并攪拌均勻，靜態(tài)加熱到固體全部熔融，然后保溫10 30分鐘，再自然冷卻至室溫，機(jī)械粉碎，得到氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料。采用差示掃描儀對(duì)本實(shí)施例制備得到的氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料進(jìn)行熔點(diǎn)測(cè)試，得到的曲線如圖2所示。測(cè)試結(jié)果顯示，熔融鹽的熔點(diǎn)為500.45°C。較實(shí)施例2都有所降低。 實(shí)施例4一種氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料，由以下步驟制備得到:將34.2wt%的氯化鈉、65.8wt%的氯化鈣混合并攪拌均勻，靜態(tài)加熱到固體全部熔融，然后保溫10 30分鐘，再自然冷卻至室溫，機(jī)械粉碎，得到氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料。采用差示掃描儀對(duì)本實(shí)施例制備得到的氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料進(jìn)行熔點(diǎn)測(cè)試，測(cè)得熔融鹽的熔點(diǎn)為518.82°C，較實(shí)施例3都有所升高。實(shí)施例5一種氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料，由以下步驟制備得到:將35wt%的氯化鈉、65wt%的氯化鈣混合并攪拌均勻，靜態(tài)加熱到固體全部熔融，然后保溫10 30分鐘，再自然冷卻至室溫，機(jī)械粉碎，得到氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料。采用差示掃描儀對(duì)本實(shí)施例制備得到的氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料進(jìn)行熔點(diǎn)測(cè)試，得到的曲線如圖3所示。測(cè)試結(jié)果顯示，熔融鹽的熔點(diǎn)為523.72°C。較實(shí)施例4都有所升高。對(duì)實(shí)施例3制備的熔融鹽材料的熱穩(wěn)定性能進(jìn)行測(cè)試，即將一定質(zhì)量的熔鹽在指定高溫下保溫，一段時(shí)間后取出冷卻稱量，以質(zhì)量損失率對(duì)時(shí)間作圖即得到該溫度下熔鹽的質(zhì)量損失率。改變恒溫溫度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，可得到不同溫度下的質(zhì)量損失率曲線。根據(jù)質(zhì)量損失率曲線下降情況可判斷氯化物熔鹽的最高使用溫度。圖4所示的是實(shí)施例3制備的熔融鹽材料在不同高溫下的質(zhì)量損失曲線。結(jié)果表明:熔鹽在800°C下恒溫18h后，質(zhì)量損失不超過1%，比較穩(wěn)定；溫度升高到850°C以上進(jìn)行恒溫實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量損失非常明顯，混合熔鹽的組成開始變得不穩(wěn)定，可能是部分氯化物以離子對(duì)的形式被蒸發(fā)，造成質(zhì)量損失。
其他實(shí)施例的熔融鹽材料的質(zhì)量損失曲線與實(shí)施例3的相似，表明本發(fā)明的氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料可以在800°C下穩(wěn)定運(yùn)行。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式 ，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料，特征在于:其制備原料包括以下質(zhì)量百分比的成分: 氯化鈉:20 50% 氯化鈣:50 80%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料，特征在于:其制備原料包括以下質(zhì)量百分比的成分: 氯化鈉:30 35% 氯化鈣:65 70%ο
3.權(quán)利要求1或2所述的氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 取氯化鈉與氯化鈣混合，攪拌均勻，再加熱至固體全部熔融，保溫10 30分鐘，然后冷卻至室溫，粉碎，干燥后得到氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料。
4.權(quán)利要求1 或2所述的氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料在太陽能熱發(fā)電中的應(yīng)用。
5.權(quán)利要求1或2所述的氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料在塔式太陽能超臨界熱發(fā)電和聚光太陽能熱化學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料及其制備方法和用途，該材料的制備原料包括20～50%的氯化鈉和50～80%的氯化鈣。本發(fā)明制備的氯化物熔融鹽傳熱蓄熱材料熔點(diǎn)約為500℃，且上限使用溫度高達(dá)800℃，工作溫度范圍廣，熱穩(wěn)定性好，可以應(yīng)用于塔式太陽能超臨界熱發(fā)電和聚光太陽能熱化學(xué)利用領(lǐng)域；本發(fā)明的材料克服了硝酸熔鹽體系因上限使用溫度低而不能應(yīng)用于太陽能高溫?zé)崂妙I(lǐng)域的缺陷，使氯化物的應(yīng)用擴(kuò)展到可再生能源和工業(yè)余熱領(lǐng)域，提高了鹽湖鹵水的開發(fā)利用價(jià)值。
文檔編號(hào)C09K5/12GK103160247SQ20131009291
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者魏小蘭, 彭強(qiáng), 丁靜, 楊曉西, 胡寶華, 陸建峰, 王維龍, 楊建平 申請(qǐng)人:中山大學(xué), 華南理工大學(xué)