[发明专利]一种熔融盐传热蓄热介质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工和太阳能利用领域，特别涉及一种熔融盐传热蓄热介质及其制备方法。

背景技术

可再生能源具有间歇性和不能稳定供应的缺点，不能满足大规模工业化连续供能的要求。为了有效地解决可再生能源的转换、储存与输运问题，必须发展高效传热蓄热技术。在太阳能热利用技术中，目前使用的传热蓄热介质主要有：空气、混合油、水/蒸汽、钠和铝等金属、熔融盐类等。其中，熔融盐作为传热介质可以达到较高的温度，同时具有蓄热功能，还可以克服由于云遮带来的蒸汽参数不稳定等问题，因此是目前应用较多、较为成熟的传热蓄热介质。

使用时对熔融盐介质的要求较高，必须满足各种热力学、化学和经济性条件。其中，热力学条件要求：尽可能低的熔点，以降低保温能耗，使熔融盐不易凝结；尽可能高的沸点，使熔融盐具有宽的使用温度范围，以提高发电系统的热机效率；.导热性能好，以防止熔融盐在蓄热时因为局部过热而发生分解，并使其在供热发电时能有效提供热量；比热容大，使熔融盐在相同传热量下用量较少；粘度低，使熔融盐流动性好，以减少泵输送功率。化学条件要求：.热稳定性好，使熔融盐能够反复使用，长期稳定工作；.腐蚀性小，使熔融盐与容器、管路材料相容性好；无毒以及不易燃易爆，系统安全可靠。经济性条件要求：熔融盐组分便宜易得、价格低廉。相对而言，碱金属硝酸盐体系基本能满足上述要求，混合硝酸盐有较低的熔点，在不很高的温度下热稳定性好，对容器和管路材料腐蚀性小，特别适合用于中高温传热蓄热介质。

目前，国外太阳能热发电站所使用的熔融盐传热蓄热介质主要为两元硝酸盐体系(40％KNO₃-60％N_aNO₃，工作温度范围为260℃～565℃)和三元硝酸盐体系(KNO₃-N_aNO₃-N_aNO₂，工作温度范围为149℃～538℃)。这两种传热蓄热介质在应用上都存在着各自的缺点：(1)两元硝酸盐体系的沸点高，相应的上限工作温度也高，比较理想；但其熔点偏高，相应的下限工作温度也高，在实际应用中需要消耗更多的能量来保温，以防止熔融盐在管路中凝结，而熔融盐在管路中凝结，对太阳能热发电系统产生的后果是非常严重的；因此，耗能保温是两元硝酸盐体系作为传热蓄热介质的缺点。(2)三元硝酸盐体系熔点低，实际的下限工作温度必然低，有利于降低保温能耗；但三元硝酸盐体系的沸点也偏低，沸点低会导致发电系统的热机效率偏低，导致太阳能利用效率偏低；因此，沸点低是三元硝酸盐体系作为传热蓄热介质的缺点。国内在熔盐炉中所使用的三元体系(53％KNO₃-7％N_aNO₃-40％N_aNO₂)，工作温度范围为180℃～500℃，虽然下限工作温度令人满意，但其也存在沸点低的缺陷。然而，三元硝酸盐体系的低熔点还是十分诱人的。因此，向三元硝酸盐体系中添加第四种组分，在维持熔融盐低熔点的前提下，尽可能提高其沸点是开发太阳能热发电用传热蓄热介质的重要发展方向。已经开发出来的体系有：L_iNO₃-KNO₃-N_aNO₃-N_aNO₂，其工作温度范围为250℃～550℃，这个体系的上限工作温度与三元硝酸盐体系相比有所提高，达到550℃，但其下限工作温度也被提高，而且由于L_iNO₃的加入使得其腐蚀性增大。因此，L_iNO₃-KNO₃-N_aNO₃-N_aNO₂体系作为太阳能热发电用传热蓄热介质存在着下限工作温度偏高和腐蚀性大的缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种下限工作温度低、上限工作温度高、热稳定性好、成本低、工艺简单的熔融盐传热蓄热介质。

本发明的另一目的在于提供一种上述熔融盐传热蓄热介质的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种熔融盐传热蓄热介质，包括下述按质量百分比计的组成：

硝酸钾      40～80％

硝酸钠      5～15％

亚硝酸钠    10～50％