一种五元硝酸熔盐传热蓄热介质及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种熔点低，相变潜热大，热稳定性好，腐蚀性小，价格便宜的太阳能热发电用五元硝酸熔盐传热蓄热介质及其制备方法，该五元硝酸熔盐包括30-70wt%的硝酸钾，5-15 wt %的硝酸钙，20-50wt%的亚硝酸钠，1-10 wt %的碳酸钠和1-20 wt %的磷酸氢二钠。本发明专利技术在三元硝酸盐体系（KNO3—Ca(NO3)2—NaNO2）中加入磷酸盐（Na2HPO4）和碳酸盐（Na2CO3）组成一种新的五元熔盐体系（KNO3—Ca(NO3)2—NaNO2 —Na2CO3—Na2HPO4），具有较好的耐热性，热稳定性，不易劣化分解、挥发，有效减缓熔盐对其腐蚀作用。

【技术实现步骤摘要】
一种五元硝酸熔盐传热蓄热介质及其制备方法
本专利技术涉及一种太阳能热发电用传热蓄热介质，具体涉及一种五元硝酸熔盐传热蓄热介质。
技术介绍
由于太阳能热发电可与低成本大规模的蓄热技术结合，可提供稳定的高品质电能，克服了风力和光伏电站由于无法大规模使用蓄电池而造成输电品质差，对电网冲击大的缺陷，被认为是可再生能源发电中最有前途的发电方式之一，有可能成为将来的主力能源。在工业蓄能和太阳能热发电技术中，目前使用的蓄热传热介质主要有空气、水、导热油、熔融盐、钠和铝等金属。熔盐因具有广泛的使用温度范围，低蒸汽压，低粘度，良好的稳定性，低成本等诸多特性已成为太阳能热发电技术中颇具潜力的传热蓄热介质，采用适宜的熔盐作为传热蓄热介质，可以有效提升太阳能热发电系统的性能。太阳能热发电对熔盐介质的要求较高，必须满足各种热力学、化学和经济学条件。热力学条件要求：尽可能低的熔点和尽可能高的沸点，导热性能好，比热容大，粘度低。化学条件要求：热稳定性好，腐蚀性小，无毒，不易燃易爆、系统安全可靠。经济条件要求：熔盐组分来源广泛，价格低廉。混合熔盐相对于单组分熔盐熔点较低，在500℃还能保持较好的热稳定性，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。硝酸熔盐体系原料来源广泛、价格低廉、腐蚀性小且一般在500℃以下不会热分解，因此与其他熔盐相比，硝酸熔盐具有很大的优势。目前，国外太阳能光热发电的电站所使用的传热蓄热介质主要为二元硝酸盐体系（40％KNO3-60％NaNO3）和三元硝酸盐体系（KNO3-NaNO3-NaNO2）。二元硝酸盐体系的工作温度范围为260-565℃，上限温度较高比较理想，但是熔点偏高，导致云遮时的维护成本过高。硝酸熔盐体系存在溶解热较小、热导率低的缺点，因此在使用时容易产生局部过热。国内通常采用的二元硝酸熔盐体系是55％KNO3-45％NaNO2,工作温度范围130-500℃，其熔点大幅度降低，减少了维护成本，但是上限使用温度也相应降低。在意大利西西里建成的Eurelios塔式太阳能热发电站和西班牙的CESA-1电站，均采用Hitec熔盐作为传热蓄热工质，Hitec熔盐(7%NaNO3+53%KNO3+40%NaNO2)为三元硝酸盐体系，该熔盐在454℃下具有热稳定性，在高于500℃温度下，熔盐中的亚硝酸盐发生分解，导致熔盐劣化、挥发等，使熔盐的熔点升高，热稳定变差，且熔盐对金属设备、管道等容器有一定腐蚀性。为了解决上述问题，中国专利201110425668.7公开了一KNO3-NaNO3-Ca(NO3)2体系，工作温度范围180～550℃，与二元硝酸盐体系相比，其熔点大幅度降低，减少了维护成本。但是硝酸钙热稳定性不好，热至132℃即分解。中国专利申请00111406.9公开了一种LiNO3-KNO3-NaNO3-NaNO2体系，其工作温度范围为250℃～550℃，这个体系的上限工作温度比三元硝酸盐体系高，达到550℃，但其下限工作温度也被提高，导致云遮时维护成本增大，而且LiNO3的加入使得其腐蚀性增大，成本增高。美国专利US007588694B1公开了一种LiNO3-KNO3-NaNO3-Ca（NO3）2体系，其熔点低于100℃，上限使用温度高于500℃，但是LiNO3的加入增加了熔盐的腐蚀性和成本。综合以上，目前太阳能热发电用熔盐配方存在熔点高，热稳定性一般，成本相对较高，对设备具有一定腐蚀性的缺陷，无法提供最优的热物性能。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种熔点低，相变潜热大，热稳定性好，腐蚀性小，价格便宜的太阳能热发电用五元硝酸熔盐传热蓄热介质。为了实现上述目的，本专利技术提供了以下混合熔盐的配方：一种五元硝酸熔盐传热蓄热介质，包括30-70wt%的KNO3，5-15wt%的Ca(NO3)2，20-50wt%的NaNO2，1-10wt%的Na2CO3，1-20wt%的Na2HPO4。进一步的，该五元硝酸熔盐传热蓄热介质包括40-60wt%的KNO3，5-15wt%的Ca(NO3)2，20-40wt%的NaNO2，5-10wt%的Na2CO3，1-10wt%的Na2HPO4。优选的是，该五元硝酸熔盐传热蓄热介质由45wt%的KNO3，10wt%的Ca(NO3)2，38wt%的NaNO2，5wt%的Na2CO3和2wt%的Na2HPO4组成。优选的是，该五元硝酸熔盐传热蓄热介质由40wt%的KNO3，12wt%的Ca(NO3)2，34wt%的NaNO2，8wt%的Na2CO3和6wt%的Na2HPO4组成。同时，本专利技术还提供了上述配方五元硝酸熔盐的制备方法：将硝酸钾、硝酸钙、亚硝酸钠、碳酸钠和磷酸氢二钠混合搅拌均匀，将其加热至220～230℃保温2～3小时，冷却至室温即得。本专利技术在三元硝酸盐体系（KNO3—Ca(NO3)2—NaNO2）中加入磷酸盐（Na2HPO4）和碳酸盐（Na2CO3）组成一种新的五元熔盐体系（KNO3—Ca(NO3)2—NaNO2—Na2CO3—Na2HPO4），由于K、Na为同系物，离子状态具有相类似的性质，Na2HPO4、Na2CO3与（KNO3—Ca(NO3)2—NaNO2）混合后，能形成新的离子间的作用力，一定程度上能够抑制Ca(NO3)2的分解和NaNO2的缓慢氧化，因此，本专利技术熔盐具有较好的耐热性，热稳定性，不易劣化分解、挥发。五元熔盐体系中的Na2HPO4能与设备、管道等金属容器在表面形成转化膜，有效减缓熔盐对其腐蚀作用。而Na2CO3具有增加熔化潜热的作用。本专利技术配方提供的熔盐具有良好的热力学性能如熔点较低（熔点为115～140℃）、比热容大和相变潜热较大（熔盐的相变潜热约为60～100J/g）、高温下热稳定性好，能长时间使用后熔盐不易劣化分解，所添加的缓蚀剂Na2HPO4能有效减缓熔盐对基材的腐蚀（304、316L；321H等不锈钢在500-550℃的本专利技术配方熔盐中年腐蚀深度小于0.5mm，耐蚀等级达到6级）。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术配方熔盐的熔点低，能够减少防熔盐冻结保温成本，扩大了使用温度的范围；(2)本专利技术配方熔盐具有较大的比热容，能够用作大规模的热量传递的介质；(3)本专利技术配方熔盐的热稳定性好，在长时间的工作下能够有效的缓解劣化、减少组分挥发；(4)本专利技术配方熔盐的腐蚀性小，能够在金属设备表面形成氧化膜缓解腐蚀作用；(5)本专利技术配方熔盐的组分简单，原料来源丰富，价格低廉，经济性好，性能稳定、操作简易，可广泛在生产及科研中使用。具体实施方式为了更加清楚的理解本专利技术的目的、技术方案及有益效果，下面对本专利技术做进一步的说明，但并不将本专利技术的保护范围限定在以下实施例中。下表表示各实施例制备硝酸熔盐所用的原料及其配方：以上实施例配方的熔盐制备方法为：将各原料（硝酸钾、硝酸钙、亚硝酸钠、碳酸钠、磷酸氢二钠）混合搅拌均匀，将其加热至220～230℃保温2～3小时，冷却至室温即得本专利技术五元硝酸熔盐。对比实施例1：Hitec熔盐——7%NaNO3+53%KNO3+40%NaNO2对比实施例2：15%Ca(NO3)2+45%KNO3+40%NaNO2体系对上述实施例和对比实施例制备得到的硝酸熔盐进行DSC测试本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五元硝酸熔盐传热蓄热介质，其特征在于：包括30‑70wt%的KNO3，5‑15 wt %的Ca(NO3)2，20‑50wt%的NaNO2， 1‑10 wt %的Na2CO3，1‑20 wt %的Na2HPO4。

【技术特征摘要】
1.一种五元熔盐传热蓄热介质，其特征在于：包括30-70wt％的KNO3，5-15wt％的Ca(NO3)2，20-50wt％的NaNO2，1-10wt％的Na2CO3，1-20wt％的Na2HPO4。2.根据权利要求1所述的一种五元熔盐传热蓄热介质，其特征在于：包括40-60wt％的KNO3，5-15wt％的Ca(NO3)2，20-40wt％的NaNO2，5-10wt％的Na2CO3，1-10wt％的Na2HPO4。3.根据权利要求2所述的一种五元熔盐传热蓄热介质，其特征在于：由45wt％的KN...

【专利技术属性】
技术研发人员：白青花，毛世勇，汪元奎，金姗，杨建明，刘光明，
申请(专利权)人：东方电气集团东方锅炉股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51