一种高吸热效率的硝酸熔盐及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种高吸热效率的硝酸熔盐及其制备方法与应用。所述硝酸熔盐由纯三元硝酸熔盐和向其中添加的氢氧化钠组成，所述纯三元硝酸熔盐的组成是：40wt％亚硝酸钠、7wt％硝酸钠、53wt％硝酸钾，所述氢氧化钠的添加量占所述纯三元硝酸熔盐的1wt％～10wt％。本发明专利技术是以太阳能热发电系统常用的纯三元硝酸熔盐为基础，通过将氢氧化钠以添加物的形式添加到该纯三元硝酸熔盐中，提供一种高吸热效率的硝酸熔盐，本发明专利技术还通过相关手段对其性能进行表征，证明该硝酸熔盐相比纯三元硝酸熔盐的熔点下降了7℃，比热在一定程度上也有所增加，可有力降低太阳能热发电系统的成本以及提高整体发电效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能热发电领域，更具体地涉及一种高吸热效率的硝酸熔盐及其制备方法与应用。
技术介绍
太阳能热发电(Concentrating Solar Power，简称CSP)是一种非常有发展前途的可再生资源。传热蓄热技术是太阳能热发电系统中的关键技术之一，用于太阳能热发电的传热蓄热介质主要有蒸汽和水、导热油、液态金属、热空气、熔盐等。熔盐作为一种高温传蓄热流体，导热性能好、蒸汽压低、使用温度范围广、价格便宜，使其成为非常有发展潜力的候选介质，其吸热效率对整个CSP系统发电效率有很大影响。使用熔盐作为直接吸收太阳能的介质，早在上世纪九十年代就已经得到应用。三元硝酸熔盐(简称HTS熔盐)，作为一种由三种单盐混合均匀加热制备而成的三元共晶盐，是CSP系统常用的一种传蓄热介质，它具有低熔点、高分解温度、高比热、低价格等多种优点。该三元硝酸熔盐(HTS熔盐)仅以一种标准配比提供，具体组成为：40wt％NaNO2、7wt％NaNO3、53wt％KNO3，其在300℃条件下的吸热效率大约为15.52％每厘米(波长范围400-4000nm，波长范围不同，此值略有不同)。虽然除了上述提到的三元硝酸熔盐之外，其它物质(包括蒸汽和水、导热油、液态金属、热空气等)也可以用于直接吸收太阳能的介质，但是，要么是使用温度较低，例如水，在常压下水的最高使用温度为100℃(HTS可以达到600℃)，要么是价格昂贵，例如导热油，价格是熔盐的数倍。而HTS作为一种在CSP系统经常使用的经典熔盐，其优良的传蓄热性能已经得到了验证。尽管将纯HTS熔盐用作太阳能直接吸收的介质在一定程度上提高了太阳能利用效率，但是，总体利用效率还是偏低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高吸热效率的硝酸熔盐及其制备方法与应用，从而解决现有技术中的硝酸熔盐吸热效率偏低的缺陷。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：根据本专利技术的第一方面，提供一种高吸热效率的硝酸熔盐，所述硝酸熔盐由纯三元硝酸熔盐和向其中添加的氢氧化钠组成，所述纯三元硝酸熔盐的组成是：40wt％亚硝酸钠、7wt％硝酸钠、53wt％硝酸钾，所述氢氧化钠的添加量占所述纯三元硝酸熔盐的1wt％～10wt％。现有技术中的纯三元硝酸熔盐(HTS)就是指具有：40wt％NaNO2、7wt％NaNO3、53wt％KNO3这样一种标准配比的三元硝酸熔盐，作为一种在太阳能热发电系统经常使用的经典熔盐，其优良的传蓄热性能已经得到了验证。但是经过测量，该三元硝酸熔盐在300℃条件下的吸热效率大概仅为15.52％每厘米(波长范围400-4000nm)，因此其作为一种吸热介质对太阳能的吸热效率并不高。虽然现有技术中曾经有公开报道在硝酸熔盐中添加某些物质以改变其熔点，但是对于吸热效率的提高尚未提及。根据本专利技术所提供的一种具有更高的吸热效率的熔盐是建立在向基础熔盐(HTS)中增加添加物的方式实现的。首先，这要求在提高吸热效率的同时不能降低熔盐的其它相关热物性性能，比如，熔点，导热、粘度等。其次，对于添加物的要求是，在一定的添加量范围内必须保证其可以完全溶解于基础熔盐中。虽然专利技术人尝试了多种添加物，但是根据我们的研究结果发现，对于NaCl、KCl以及一些其他氯盐LiCl，MgCl2等，光谱测量结果显示熔盐本身没有明显的吸收峰。而添加碳酸盐虽然也可以提高一定的吸热效率，但其相关的热物性也会发生较大的变化，这并不符合专利技术人的初衷。本专利技术正是筛选到一种优良的添加物将其添加到这样一种纯三元硝酸熔盐中，制备得到一种高吸热效率的硝酸熔盐。这种通过最终筛选得到的添加物即为氢氧化钠(NaOH)，并且经过详细的实验发现，当向纯三元硝酸熔盐中添加一定量的氢氧化钠时，是能够增加熔盐吸收峰且降低熔点的，能够有效提高该硝酸熔盐的吸热效率。证明了添加剂的种类对熔点影响较大，而添加剂的比例对熔
点影响较小。但是一旦添加量超过10％时，会导致部分氢氧化钠不能完全溶解进熔盐，而是以微小颗粒存在，从而导致部分光线被散射，而增加光能的损失。现有技术从未有公开报道过向上述纯三元硝酸熔盐中添加NaOH制备得到这样一种盐，用于太阳能直接吸热，虽然有人报道过在硝酸熔盐中添加其他物质，改变其熔点，但是添加的物质种类不同，其技术效果也不同。优选地，所述氢氧化钠的添加量占所述纯三元硝酸熔盐的3wt％～10wt％。优选地，所述氢氧化钠的添加量占所述纯三元硝酸熔盐的3wt％～5wt％。优选地，所述氢氧化钠的添加量占所述纯三元硝酸熔盐的5wt％～10wt％。最优选地是，所述氢氧化钠的添加量占所述纯三元硝酸熔盐的10wt％。根据本专利技术的第二方面，还提供一种如上所述的高吸热效率的硝酸熔盐的制备方法，包括以下步骤：1)：分别称量适量的亚硝酸钠、硝酸钠以及硝酸钾，混合均匀，然后再加入适量的氢氧化钠，再次混合均匀得到混合盐；2)：将步骤1)中得到的混合盐放进箱式炉中进行煅烧，从室温加热到120～140℃，保温4～6h，再从120～140℃加热到200～240℃保温20～30h；3)：冷却，得到高吸热效率的硝酸熔盐，隔绝水分、氧气保存。优选地，所述步骤1)的整个操作在手套箱中完成。该手套箱提供隔水、隔氧气环境(其中水和氧气含量都在10ppm以下)，这是因为硝酸盐在空气中会迅速吸潮，从而影响熔盐的真实质量，如果三种熔盐的配比有偏差，则会造成制备的熔盐出现偏析现象，因此，称量步骤优选在手套箱中进行。所述步骤2)进一步限定为：将步骤1)中得到的混合盐放进箱式炉中进行煅烧，从室温经20分钟加热到120～130℃，保温4.5～5.5h，再从120℃经20分钟加热到200～220℃保温22～26h。更优选地，所述步骤2)进一步限定为：将步骤1)中得到的混合盐放进箱式炉中进行煅烧，从室温经20分钟加热到120℃，保温5h，再从120℃经20分钟加热到200℃，保温24h。根据本专利技术的第三方面，还提供一种如上所述的高吸热效率的硝酸熔盐
在太阳能热发电中的应用。本专利技术是以太阳能热发电系统常用的HTS熔盐为基础，通过将NaOH以添加物的形式添加到该纯HTS熔盐中，提供一种高吸热效率的硝酸熔盐，该硝酸熔盐仅由亚硝酸钠、硝酸钠、硝酸钾以及氢氧化钠组成，而不包括任何其他成分。本专利技术还通过相关手段(吸收光谱、DSC)对其性能进行表征，证明本专利技术提供的硝酸熔盐相比纯HTS熔盐的熔点下降了7℃，比热在一定程度上也有所增加，这些变化都可以有力地降低太阳能热发电系统的成本以及提高整体发电效率。因此，本专利技术提供的这种高吸热效率的硝酸熔盐对太阳能热发电领域成本的降低有着巨大的贡献。附图说明图1是不同NaOH添加量的HTS熔盐的吸收光谱；图2是不同NaOH添加量的HTS熔盐的熔点结果图；图3是不同NaOH添加量的HTS熔盐在280℃到300℃之间的比热结果图。具体实施方式以下结合具体实施例，对本专利技术做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本专利技术而非用于限制本专利技术的范围。实施例1不同NaOH添加量的HTS熔盐的制备实施例1.11)在手套箱中分别称量分析纯的53g KNO3、40g NaNO2、7g NaNO3三种纯硝酸盐(此比例为纯HTS熔盐的标准配比)，混合均匀；再称量1g分析纯NaOH试剂，并将其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高吸热效率的硝酸熔盐，其特征在于，所述硝酸熔盐由纯三元硝酸熔盐和向其中添加的氢氧化钠组成，所述纯三元硝酸熔盐的组成是：40wt％亚硝酸钠、7wt％硝酸钠、53wt％硝酸钾，所述氢氧化钠的添加量占所述纯三元硝酸熔盐的1wt％～10wt％。

【技术特征摘要】
1.一种高吸热效率的硝酸熔盐，其特征在于，所述硝酸熔盐由纯三元硝酸熔盐和向其中添加的氢氧化钠组成，所述纯三元硝酸熔盐的组成是：40wt％亚硝酸钠、7wt％硝酸钠、53wt％硝酸钾，所述氢氧化钠的添加量占所述纯三元硝酸熔盐的1wt％～10wt％。2.根据权利要求1所述的硝酸熔盐，其特征在于，所述氢氧化钠的添加量占所述纯三元硝酸熔盐的3wt％～10wt％。3.根据权利要求2所述的硝酸熔盐，其特征在于，所述氢氧化钠的添加量占所述纯三元硝酸熔盐的5wt％～10wt％。4.根据权利要求3所述的硝酸熔盐，其特征在于，所述氢氧化钠的添加量占所述纯三元硝酸熔盐的10wt％。5.一种根据权利要求1-4中任一项所述的高吸热效率的硝酸熔盐的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)：分别称量适量的亚硝酸钠、硝酸钠以及硝酸钾，混合均匀，然后再加入适量的氢氧化钠，再次混合均匀得到混合盐；2)：将步骤1)中得到的混合盐放进箱式...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘舒婷，苏涛，刘洪涛，张鹏，安学会，唐晓星，王建强，谢雷东，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31