[发明专利]用于液化天然气冷能储存的低温相变材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及储能复合材料领域，尤其涉及用于液化天然气冷能储存的低温相变材料及其制备方法。

背景技术

作为低排放的清洁燃料，液化天然气(LNG)是当今世界增长最快的能源。全球LNG贸易量已超过一亿吨，其中亚洲的LNG进口占全球总量的70％以上。我国天然气缺口严重，急需进口LNG。根据国家发展规划，2015年LNG进口将达到4200万吨。国内现已建成或在建的LNG接受站从南至北共有4座，其中广东大鹏已建成投入运行，福建莆田、上海小洋山、宁波北仑在建。各接受站建设规模都为600万吨左右。

为便于天然气运输，通常将天然气液化。在常压下，天然气的液化温度为零下163℃，每液化一吨LNG耗电约为850kW·h。而在LNG接收站，一般又需将LNG通过气化器气化后使用，气化时放出很大的冷量，其值为830kJ/kg。但是，目前在天然气气化器中该冷能通常随海水和空气被舍弃了，造成了能源的浪费。若LNG拥有的冷量能以100％的效率转化为电力，每吨LNG可利用的冷能折合电量约为240千瓦时。据此推算，一座600万吨/年的LNG接收站，每年可利用的冷能约为14.4亿千瓦时，全国LNG4200万吨进口规模，每年可利用的冷能约为100亿千瓦时，由此可见，可供利用的LNG冷能是相当可观的。

LNG冷能可采用直接或间接的方法加以利用。LNG冷能直接利用方法包括冷能发电、海水淡化、液化分离空气(液氧、液氮)、轻烃分离、冷冻仓库、液化碳酸、制干冰、空调等；LNG冷能间接利用有冷冻食品、低温粉碎废弃物处理、冻结保存、低温医疗、食品保存等。

从目前世界上冷能利用情况来看，冷能利用率都比较低，不超过20％。全世界LNG冷能利用较多的国家是日本，日本每年从国外进口LNG约5500万吨，约20％的LNG其冷能得到利用。由于LNG主要用于调峰发电和城市燃气，LNG的气化负荷随时间和季节发生波动。天然气需求白天和冬季多，LNG气化所提供的冷能也多。在夜晚和夏季，可以利用的LNG冷能也随之减少。以上海为例，LNG气化量每小时最高将达104万立方米，而最低只有8.5万立方米，起伏波动有十几倍，这给LNG冷能的利用带来了很大影响，为了保证冷能利用设备的平稳运行，目前只能按最低气化量来设计冷能利用规模，导致LNG利用率仅为15.1％。

因此，必须解决目前冷能供应波动性大等的问题，以提高LNG冷能的利用率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种节能环保、适用范围广的用于液化天然气冷能储存的低温相变材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

用于液化天然气冷能储存的低温相变材料，其特征在于，该低温相变材料包括以下组分及含量(wt％)：

纳米多孔石墨基体    5～20；

低温有机相变物质    80～95。

所述的低温有机相变物质选自相变温度在-150～0℃之间的烷烃、醇类、羧酸衍生物中的一种或几种。

所述的烷烃包括己烷、庚烷或壬烷等，所述的醇类包括庚醇、丁醇或乙醇，所述的羧酸衍生物包括乙酸、丁酸或丙酸等。

一种用于液化天然气冷能储存的低温相变材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)纳米多孔石墨基体的制备：纳米多孔石墨基体由鳞片石墨和合适的氧化剂以及插层剂运用热化学方法进行插层反应，然后采用微波膨胀方法制备得到；

(2)用于液化天然气冷能储存的低温相变材料的制备：将纳米多孔石墨基体与低温有机相变物质按比例(wt％)5～20∶80～95混合，充分搅拌，混合均匀，静置，放入深冷试验箱，完全凝固后得到用于液化天然气冷能储存的低温相变材料。

所述的低温有机相变物质选自相变温度在-150～0℃之间的烷烃、醇类、羧酸衍生物中的一种或几种。

所述的烷烃包括己烷、庚烷或壬烷等，所述的醇类包括庚醇、丁醇或乙醇，所述的羧酸衍生物包括乙酸、丁酸或丙酸等。

所述的深冷试验箱的温度为-150℃～0℃。

针对节能环保等领域对相变储能材料的要求，本发明采用纳米多孔石墨基相变储能复合材料制备具有储存液化天然气冷能能力的低温相变储能复合材料，纳米多孔石墨基相变储能复合材料主要由纳米多孔石墨和有机相变材料构成，具体制备方法如下：