二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法技术

本发明专利技术“二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法”,属于太阳能光热发电领域。本发明专利技术提供的二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质，其特征在于：将纳米粒子分散到高温条件下的KNO

Two yuan nitric acid nano molten salt heat transfer and heat storage medium and preparation method thereof

The invention relates to a two yuan nitric acid nanometer molten salt heat transfer and heat storage medium and a preparation method thereof, belonging to the field of solar thermal power generation. The invention provides a two yuan nitric acid nanometer molten salt heat transfer and heat storage medium. The utility model is characterized in that nanoparticles are dispersed into KNO under high temperature conditions

【技术实现步骤摘要】
二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法
本专利技术涉及用于太阳能光热发电的蓄热传热复合介质，尤其涉及一种二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法。
技术介绍
在工业蓄能和太阳能光热发电技术中，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光热发电技术中颇具潜力的传热蓄热介质，成为目前应用较多，较为成熟的传热蓄热介质。高温熔盐主要有硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氟化物、氯化物、氧化物等。硝酸熔盐体系的原料来源广泛、价格低廉、腐蚀性小且一般在500℃以下不会热分解，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）。但是硝酸熔盐体系存在熔解热较小、热导率低的缺点，三元硝酸盐体系的熔点低至142℃，但是上限温度偏低，造成热机效率和太阳能利用率偏低，且组分NaNO2在高温条件下易发生分解反应，产生硝酸钠、氧化钠和氮气，如果与空气接触还会产生氧化反应。二元硝酸盐体系的工作温度范围为290℃-600℃，上限温度较高比较理想，但是熔点偏高，云遮时的维护成本过高，而且会导致在实际应用中需要消耗更多的能量来保温，以防止熔盐在管路中凝结，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。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。中国专利技术专利申请200910074994.0公开了一种氟盐基纳米高温相变蓄热复合材料，是将纳米级的金粒子、银粒子、铜粒子按一定比例复合到高温相变的氟盐中得到的，克服了氟盐基相变材料存在的传热性能差，导热率低，凝固时体积收缩大等缺陷。但是在氟盐基盐中复合银粒子、铜粒子或金粒子后并没有克服氟盐基存在的熔点偏高、热传导率低、热稳定性差等缺陷。关于如何对二元硝酸熔融盐进行改性从而提高其各种性能，如工作温度范围、热稳定性和/或导热系数等，使其更适合在工业蓄能和太阳能光热发电
使用，有必要进一步研究和尝试。
技术实现思路
本专利技术根据上述领域存在的缺陷和空白，提供一种二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质的配方，其制备工艺，克服了现有二元硝酸熔融盐体系存在的导热系数低，热稳定性差，使用温度范围窄等缺点。本专利技术的技术方案如下：二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质，其特征在于：是将纳米粒子分散到固-液相变状态的二元硝酸熔盐体系中复合而得；所述纳米粒子为SiO2、ZnO、Al2O3、CaO,TiO2和/或MgO纳米粒子。所述纳米粒子的重量在所述二元硝酸纳米熔盐中占1％-5％。所述纳米粒子的粒径为10-30nm。上述任意二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质，所述二元硝酸熔盐体系为KNO3-NaNO3，各成分的重量份组成为：硝酸钾20-40份；硝酸钠60-80份。所述二元硝酸熔盐体系KNO3-NaNO3中各成分的重量份组成为：硝酸钾40份；硝酸钠60份。所述二元硝酸熔盐体系为KNO3-NaNO2，各成分的重量份组成为：硝酸钾30-60份；亚硝酸钠40-70份。所述二元硝酸熔盐体系为KNO3-NaNO2中各成分的重量份组成为：硝酸钾55份；亚硝酸钠45份。上述任一二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质在工业蓄能或太阳能光热发电中的用途。用于制备上述任一所述二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质的制备工艺，其特征在于采用以下熔盐制备装置：所述设备包括热源装置、带夹层内腔（13）的熔盐罐（2）、气流粉碎干燥器（3）、造粒装置（5-1）、冷却装置（5-2）和输出装置；所述热源装置包括热载体承载腔，所述热载体承载腔与所述夹层内腔（13）之间通过热载体管道（20-1）连通；所述熔盐罐（2）、气流粉碎干燥器（3）和输出装置之间通过熔盐管道向连通，所述熔盐管道由所述熔盐罐（2）的下端伸出并连通气流粉碎干燥器（3）的上端；所述气流粉碎干燥器（3）的下端与热交换器（4）相连；所述热源装置指太阳能集热系统（9）、移动式电伴热（10）或相互独立控制且并联的太阳能集热系统（9）和移动式电伴热（10）；步骤如下：将按比例组成的二元硝酸熔盐体系的原料加入到所述带夹层的熔盐罐（2）中，启动热源装置加热到熔融状态后按比例加入所述纳米粒子，继续加热并搅拌至熔盐体系均匀为止；将加入均匀的复合熔盐抽至气流粉碎干燥器（3）中，进行气流粉碎和干燥，得到二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质，最后通过输出装置输出。所述太阳能集热系统（9）与所述熔盐罐之间的热载体管道（20-1）设为相互独立控制的两根，其中一根上设置有高温储存罐（1）。所述带夹层的熔盐罐（2）与所述气流粉碎干燥器（3）之间的熔盐管道上设置有高温熔盐泵（14）。所述带夹层的熔盐罐（2）的夹层内腔底部与所述热交换器（4）之间通过一段热载体管道（20-2）相连通。所述热交换器（4）与所述热源装置之间通过一段热载体管道（20-3）相连通，所述热载体管道（20-3）上设置有低温储存罐（18）。所述带夹层的熔盐罐（2）还包括搅拌装置（11）和进料口（12）。所述输出装置依次包括造粒装置（5-1）、冷却装置（5-2）、料仓（6）、包装装置（7）和/或存储装置（8）。每一段所述热载体管道上都至少设置有一个热载体泵。任一方法中采用的熔盐制备设备。本专利技术的传热蓄热介质相比原二元硝酸熔盐，熔点降低不显著，但都有所降低，但是纳米粒子的加入大大提高了二元硝酸熔盐的导热系数和热稳定性，避免了一般高温熔盐使用时容易局部过热的缺陷，大大拓宽了二元硝酸熔盐体系的工作温度范围，可广泛用于工业蓄能和太阳能光热发电
本专利技术中采用的纳米粒子的理化性质简介如下，特别注意的是，本专利技术次采用的这些纳米粒子符合工业纯级即可，也就是说，该纯级以及更高纯级的材料都可以用于本专利技术。二氧化硅：又称硅石。在自然界分布很广，如石英、石英砂等。白色或无色，含铁量较高的是淡黄色。密度2.2～2.66，熔点1670℃（鳞石英）、1710℃（方石英），沸点2230℃，相对介电常数为3.9。不溶于水微溶于一般的酸，但溶于氢氟酸及热浓磷酸，能和熔融碱类起作用。用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、硅铁、型砂、单质硅等。氧化锌：氧化锌（ZnO），俗称锌白，是锌的一种氧化物。难溶于水，可溶于酸和强碱，氧化锌是一种常用的化学添加剂，广泛地应用于塑料、硅酸盐制品、合成橡胶、润滑油、油漆涂料、药膏、粘合剂、食品、电池、阻燃剂等产品的制作中。熔点：1975℃，密度5.6,沸点2950℃。氧化铝：化学符号：Al2O3、分子量102，纯净氧化铝是白色无定形粉末，俗称矾土，密度3.9-4.0g/cm3，熔点2050℃、沸点2980℃，不溶于水。氧化钛：化学式：TiO2，分子量：79.87；密度：4.26g/m，Lat25℃(lit.)，熔点：1840℃，沸点：2900℃，白色无定形粉末，加热时变黄色，受高温变棕色，冷时再呈白色，化学性质相当稳定，不溶于盐酸、硝酸和稀硫酸。氧化镁：白色或淡黄色粉末，无臭、无味，该品不溶于水或乙醇，微溶于乙二醇，熔点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质的方法，其特征在于：所述二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质是将纳米粒子分散到固‑液相变状态的二元硝酸熔盐体系中复合而得；所述纳米粒子为SiO

【技术特征摘要】
1.一种制备二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质的方法，其特征在于：所述二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质是将纳米粒子分散到固-液相变状态的二元硝酸熔盐体系中复合而得；所述纳米粒子为SiO2、ZnO、Al2O3、CaO、TiO2和/或MgO纳米粒子；所述纳米粒子的重量在所述二元硝酸纳米熔盐中占3％-5％；所述二元硝酸熔盐体系为KNO3-NaNO2，各成分的重量份组成为：硝酸钾30-60份；亚硝酸钠40-70份；采用以下熔盐制备设备：所述设备包括热源装置、带夹层内腔（13）的熔盐罐（2）、气流粉碎干燥器（3）、造粒装置（5-1）、冷却装置（5-2）和输出装置；所述热源装置包括热载体承载腔，所述热载体承载腔与所述夹层内腔（13）之间通过热载体管道（20-1）连通；所述熔盐罐（2）、气流粉碎干燥器（3）和输出装置之间通过熔盐管道相连通，所述熔盐管道由所述熔盐罐（2）的下端伸出并连通气流粉碎干燥器（3）的上端；所述气流粉碎干燥器（3）的下端与热交换器（4）相连；所述热源装置指太阳能集热系统（9）、移动式电伴热（10）或相互独立控制且并联的太阳能集热系统（9）和移动式电伴热（10）；步骤如下：将按比例组成的二元硝酸熔盐体系的原料加入到所述带夹层的熔盐罐（2）中，启动热源装置加热到熔融状态后按比例加入所述纳米粒子，继续加热并搅拌至熔盐体系均匀为止；将加热均匀的复合熔盐抽至气流粉碎干燥器（3）中，进...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾智勇，
申请(专利权)人：深圳市爱能森科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44