[00150339]混合熔盐储热传热材料及制备方法

目前全球能源短缺,各国政府高度重视太阳能的研究开发应用。大规模集中利用太阳能主要是太阳能发电技术。目前太阳能发电主要有两种方式：光伏发电和光热发电。光伏发电是利用太阳能电池板直接将阳光转换为电压和电流,但是其受光照条件影响较大,尤其受到阴天、夜晚和雨雪天气的制约。而光热发电是利用巨大的太阳镜将光能汇聚于一点转变为热能,在该点产生很高的温度伴随巨大的热能,再用传热材料将该点的热能传导出来,然后经过蒸汽发生器产生高温高压的水蒸汽,水蒸汽推动汽轮机发电。光热发电设备设计配置有储热单元,储热单元内填充有储热材料,以便将白天充足的太阳光能储存起来,然后在夜晚、阴天和雨雪的时间里继续发电。因此光热发电技术是今后太阳能大规模发电应用的主流。经过几十年的技术研究积累,近年来光热发电的成本已经大大降低,发达国家如美国、西班牙等已经成功实现大规模商品化光热并网发电,我国也已建设了一批实验性光热发电电站。为了降低成本,光热发电厂应用的储热材料和传热材料一般采用同一种材料。储热传热技术是太阳能光热发电厂的三大核心技术之一,其成本一般占总投资的三分之一。太阳能热电站是采用显热方式储存热能,即通过储热材料的升降温储存热能。在储热材料的比热容和质量一定的情况下,材料温度的变化范围越大,其储存的热能也就越多,这就要求储热材料的热分解温度越高越好。材料的热分解温度越高,其应用的温度范围越广,特别是对于太阳能热发电站,储热材料的热分解温度决定了产生的水蒸气的温度,而水蒸气的温度直接影响到蒸汽轮机的发电效率。热能工程,尤其是太阳能热发电厂需要宽广工作温度范围的储热传热流体。目前常见的商业化应用的熔盐储热传热材料为Solar salt（60wtwt% NaNO3 + 40wtwt% KNO3）混合熔盐体系,它的使用温度范围是：220-600 oC。其缺点是熔点相对太高,因而在使用过程中容易凝固而堵塞管道导致危险。如果要预防这种凝固危险,就需要额外铺设大量感温探头和电加热辅助设备,导致工程造价及后期的维护运行费用大幅上升。优良的熔盐储热传热材料需要具有很宽的保持稳定液态的工作温度范围,理想的储热传热材料应该在室温至600oC范围内保持稳定的液态而不发生分解,如果温度超过600oC,水蒸汽开始变得不稳定,且对钢铁管道的腐蚀性加大,更重要的是熔盐对钢铁管道的腐蚀性也会大幅增加。另外,在工业生产过程中,经常要对反应单元预加热或者将多余的热量及时转移,这也需要储热传热流体。因此,迫切需要开发新型具有更低熔点更宽工作温度范围的储热传热材料,这在工业上具有重要意义和实用价值。目前,国内外对混合熔盐的开发研究逐步发展,国内技术水平和研究还需不断深入,以追赶国外水平。孙李平等为找到三元体系NaCl–KCl–MgCl2的最低熔点做了36次以上的实验;王涛为找到三元体系Li2CO3–Na2CO3–K2CO3的最低熔点做了36次以上的实验;Raade等为获得LiNO3–NaNO3–KNO3–CsNO3–Ca（NO3）2五元体系的共晶点测试了惊人的5000多份熔盐样品。由此可见,采用传统的多次平行实验方法来寻找储热传热材料将非常耗时费力,其效率很低,如果选择合适的热力学模型并理论预测其相图,根据相图找到其最低熔点及相应组成,再对该组成点进行实验验证测试其真正的熔点或者结合预测结果做少量实验进行验证及筛选,这将会节省很多药品和时间。另外,由于碳酸盐和氟化物的单盐及混合物的熔点相对都很高,氯化物的腐蚀性很大,因而当前国际主流技术是利用混合硝酸熔融盐体系储热传热,这是因为硝酸熔盐具有比热容大、高导热性、高储能密度、合适的密度,低粘度和低蒸汽压等优点。然而,当前可用的熔盐配方还存在熔点高、热稳定性一般、使用工作温度范围窄等缺陷,无法满足光热发电技术、其他热能工程实际生产的高需求。针对上述不足,本发明的目的在于,提供低熔点、高热稳定性、工作温度范围宽的一系列低熔点混合熔盐储热传热材料及其制备方法。本发明开发了多种混合熔盐储能材料,具体组成配方及含量为：28-35wt%LiNO3、1.5-4wt%NaNO3、2.5-8wt%KNO3、5-16wt%NaNO2、48-55wt%KNO2,还可以添加3-8wt%Ca（NO3）2、Ba（NO3）2或Sr（NO3）2中的任一种;或添加3-10wt%LiCl、NaCl或KCl中的任一种;还可以添加4-10wt%Li2SO4、Na2SO4或K2SO4中的任一种,得到多种混合熔盐储热传热材料。在开发本发明技术的过程中,采用计算机相图计算技术结合物理化学理论模型,精确预测了材料的最优组成成分,这是目前国内外开发材料配方的最先进方法,效率很高。如果采用传统的实验方法进行材料配方开发,将非常费时耗力。例如：王涛为找到三元体系Li2CO3–Na2CO3–K2CO3的最低熔点做了36次以上的实验;Raade等为获得LiNO3–NaNO3–KNO3–CsNO3–Ca（NO3）2五元体系的共晶点测试了惊人的5000多份熔盐样品。本发明技术已经很成熟,使用起来有安全保证,可以应用于太阳能光热发电产业及工业上余热回收利用等方面。本发明涉及到多种储能传热材料,该材料兼具有低熔点和高热稳定温度,因此材料通过显热方式储存和释放能量（热能）。目前在某科技企业进行小规模试用,效果良好。 存在的主要问题：需要一定资金做宣传推广,或者自创小型公司。