一种低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料与制备方法

技术领域

本发明涉及物理传热储能材料技术领域，具体涉及一种低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料与制备方法。

背景技术

储能是实现“3060双碳目标”的关键技术，熔融盐作为一种优良的传热储热介质已成功应用在各太阳能热发电站中，实现了热能与电能之间的高效转换。目前，在太阳能热发电系统中，用于传热蓄热介质主要为混合硝酸盐，例如美国加利福尼亚州的solar two、西班牙的Andasol、国内中控德令哈、首航敦煌等塔式太阳能热电站均采用太阳盐(60wt％NaNO

为了降低混合熔盐的熔点，人们在太阳盐的基础上添加亚硝酸钠，制备出Hitec盐（53wt%KNO

为了进一步降低混合熔盐的熔点，人们在太阳盐的基础上添加了硝酸钙，形成Hitec XL盐（45%KNO

按照相关国家标准，混合熔盐使用温区为熔点以上50℃至分解温度以下30℃，同时综合考虑混合熔盐完全融化温度和结晶温度。综上分析可见，现有的低熔点混合熔盐使用下限温度很难拓宽到150℃以下，限制了混合熔盐应用领域。

近年来，随着“3060”双碳目标的推进，压缩空气储能、火电厂灵活性调节等技术在电网调节大规模风光消纳方面发挥越来越大的作用。但是压缩空气储能技术中压缩热的储存及火电厂蒸汽热的回收储存对于储热材料的使用下限温提出了更高的要求，希望混合熔盐储热材料的正常使用温度越低越好，即熔点低于100℃，或者结晶点小于120℃，正常使用下限温度低于150℃，使用上限温度高于550℃。现有公开报道的混合熔盐均难以满足此要求。

因此开发使用下限温度低于150℃、使用上限温度大于550℃的低成本、宽液体工作温域的混合熔盐材料对于压缩空气储能、火电厂灵活性改造、热泵储热等长时、大规模储能技术应用至关重要。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明在Hitec XL混合熔盐的基础上，调整各组分比例，提出了一种三元混合熔盐传热蓄热材料与制备方法，其具有低熔点、低成本、低腐蚀、高比热、高分解温度、宽液体工作温区的优点。

本发明公开了一种低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料，按质量百分比计，该传热蓄热材料包括：

KNO

NaNO

Ca(NO

作为本发明的进一步改进，按质量百分比计，各成分的进一步优化加入量为：

KNO

NaNO

Ca(NO

本发明还公开了一种低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料的制备方法，包括：

按预设的组分比例称取KNO

将固态混合熔盐置于干燥箱内，进行恒温干燥处理；

将干燥后的固态混合熔盐置于马弗炉中，按预设的升温速率将固态混合熔盐加热至设定温度后，使混合熔盐熔化，静置，得到熔融盐；

将熔融盐从马弗炉中取出并置于干燥箱内然冷却；

将冷却后的熔融盐置于粉碎机内进行粉碎，得到混合熔盐粉末；

将混合熔盐粉末置于干燥箱内进行干燥处理，得到低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料。

作为本发明的进一步改进，将固态混合熔盐置于85~90℃的干燥箱内，进行恒温干燥24h以上。

作为本发明的进一步改进，马弗炉预设的升温速率为5~10K/min。

作为本发明的进一步改进，马弗炉将固态混合熔盐加热至分解温度以下50~150℃，并静置12h以上，得到熔融盐。

作为本发明的进一步改进，将熔融盐置于80~85℃的干燥箱内，进行自然冷却。

作为本发明的进一步改进，混合熔盐粉末的粒径为20~200目。

作为本发明的进一步改进，混合熔盐粉末将置于85~90℃的干燥箱内进行干燥处理24h以上，从而得到低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料。

作为本发明的进一步改进，低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料的初融充装温度不小于350℃，以减小熔盐的水分和熔盐的腐蚀性影响。

作为本发明的进一步改进，低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料的适用领域包括但不限于光热发电、压缩空气储能、工业余热回收、熔盐热泵、低谷电蓄热供暖和火电厂灵活性改造。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料是一种低成本、宽液体温域的新型混合熔盐传热蓄热材料，熔点小于100 ℃，相较于商用太阳盐降低了110 ℃以上；分解温度大于580℃，正常使用液体温区在150~550℃之间，液体温域宽，储热密度大，防冻堵效果明显；可应用在压缩空气储能、火电厂灵活性调节、熔盐热泵储热、太阳能光热发电、工业余热回收等领域，可增加整个系统安全运行的稳定性。

本发明的低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料不含贵金属盐，成本低，蓄热密度大，大大降低了传热蓄热系统成本。

本发明的低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料采用三种硝酸盐进行混合形成多元盐，腐蚀性较低，粘度较低、流动性较好。其制备工艺简单，对设备性能的要求低，适合规模化生产。

附图说明

下面将结合实施例及附图对本发明作进一步说明，附图中：

图1为实施例1中制备的混合熔盐样品的熔点及结晶温度示意图；

图2为实施例1中制备的混合熔盐样品的分解温度示意图（按照质量下降3%计算）；

图3为实施例1中制备的混合熔盐样品的比热容示意图；

图4为实施例2中制备的混合熔盐样品的熔点及结晶温度示意图；

图5为实施例2中制备的混合熔盐样品的分解温度示意图（按照质量下降3%计算）；

图6为实施例2中制备的混合熔盐样品的比热容示意图；

图7为现有Hitec XL商业盐和现有低熔点混合熔盐的熔点及结晶温度示意图；

图8为现有Hitec XL商业盐和现有低熔点混合熔盐的分解温度示意图（按照质量下降3%计算）。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

1、下面结合实施例1对本发明作进一步说明。

实施例1提供一种低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料，该传热蓄热材料由50wt%KNO

本发明提供一种低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料的制备方法，包括：

步骤1、按预设的组分比例称取商业盐50wt%KNO

步骤2、将固态混合熔盐置于90℃的恒温干燥箱内，进行恒温干燥36h；

步骤3、将干燥后的固态混合熔盐置于马弗炉中，按8 K/min的升温速率将固态混合熔盐加热到450℃，使混合熔盐熔化，静置18h，得到熔融盐；

步骤4、取出熔融盐并置于85℃的干燥箱内自然冷却；

步骤5、将冷却后的熔融盐置于粉碎机内进行粉碎，得到混合熔盐粉末；其中，混合熔盐粉末的粒径为150目；

步骤6、将混合熔盐粉末置于90℃的干燥箱内进行干燥处理36h，得到低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料。

实验：

对获得的低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料进行热物性测试；其中，

如图1所示，实施例1所制得的混合熔盐传热蓄热材料的熔点为98.5℃，熔化终止点为136.9℃，相变潜热为43.5J/g；初晶点为115.1℃；故该混合熔盐可以使用的最低下限温度为145.1℃；

如图2所示，实施例1所制得的混合熔盐传热蓄热材料的分解温度为582.6℃（按照质量下降3%计算），故该混合熔盐的使用上限温度为552.6℃；

如图3所示，实施例1所制得的混合熔盐传热蓄热材料在150~450℃温度范围内的液态比热为1.36~1.56 J/(g ∙ K)。

2、下面结合实施例2对本发明作进一步说明。

实施例2提供一种低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料，该传热蓄热材料由51wt%KNO

本发明提供一种低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料的制备方法，包括：

步骤1、按预设的组分比例称取商业盐51wt%KNO

步骤2、将固态混合熔盐置于90℃的恒温干燥箱内，进行恒温干燥36h；

步骤3、将干燥后的固态混合熔盐置于马弗炉中，按8 K/min的升温速率将固态混合熔盐加热到450℃，使混合熔盐熔化，静置18h，得到熔融盐；

步骤4、取出熔融盐并置于85℃的干燥箱内自然冷却；

步骤5、将冷却后的熔融盐置于粉碎机内进行粉碎，得到混合熔盐粉末；其中，混合熔盐粉末的粒径为150目；

步骤6、将混合熔盐粉末置于90℃的干燥箱内进行干燥处理36h，得到低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料。

实验：

对获得的低熔点三元混合熔盐传热蓄热材料进行热物性测试；其中，

如图4所示，实施例2所制得的混合熔盐传热蓄热材料的熔点为98.6℃，熔化终止点为134.8℃，相变潜热为35.8J/g；初晶点为114.7℃；故该混合熔盐可以使用的最低下限温度为144.7℃；

如图5所示，实施例2所制得的混合熔盐传热蓄热材料的分解温度为582.8℃（按照质量下降3%计算），故该混合熔盐的使用上限温度为552.8℃；

如图6所示，实施例2所制得的混合熔盐传热蓄热材料在150~450℃温度范围内的液态比热为1.29~1.59 J/(g ∙ K)。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。