一种用于太阳能热发电聚热蓄能石墨材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于太阳能热发电聚热蓄能的石墨材料及其制备方法，所述石墨材料的性能参数满足：体积密度≥１．７５ｇ／ｃｍ３，电阻率≤７．５μΩｍ，灰份≤０．２％抗折强度≥１８．５Ｍｐａ，弹性模量≤８．８Ｇｐａ，热膨胀系数≤２．０×１０－６／℃－１；本发明专利技术的石墨材料具有热容量高，热导率高，使用寿命长、成本低等优点。其制备方法为：将原料通过筛分、配料、混捏、晾料、振动成型、再经过焙烧、浸渍、二次焙烧、石墨化、机械加工后即成聚焦太阳能热发电的蓄热材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种石墨材料及其制造方法，特别涉及一种用于太阳能热发电的石墨 蓄热材料及其制造方法。
技术介绍
聚焦式太阳能热发电系统(CSP)，该系统利用集热器将太阳辐射转化为高温热能， 通过热力循环过程进行发电。作为一种开发潜能巨大的新能源和可再生能源开发技术，很 多发达国家都投入大量的资金和人力进行开发和研究，建立CPS示范工程，目前该技术已 工业化应用初期。在CSP系统中，蓄热技术是一项关键技术。太阳能热发电中的蓄热材料有显热蓄热材料、相变蓄热材料和化学反应蓄热材 料。相变蓄热材料具有相变潜热大、相变温区窄等特点，但选择合适的相变材料及换热器设 计比较困难，所以，相变蓄热技术还处于试验研究或中试阶段。化学反应蓄热虽然具有储能 密度大的特点，但应用技术和工艺太复杂，存在许多不确定性。显热蓄热是目前最成熟且具 有商业可行性的蓄热方式，现有技术中成熟的显热蓄热材料有熔融盐、合成油、耐高温混凝 土和耐火浇注料等，合成油的工作温度只能达到400°C的中温阶段，而熔融盐因其熔点高， 在冬天或晚上易冻结，保证其处于液态需要高的运行成本，耐高温混凝土虽然成本低、强度 高、容易成型，但是导热率也低，耐火浇注料虽然热容量和导热率比混凝土高，但是成本也 比较高。石墨材料由于具有热容量高、导热性好、耐腐蚀、工作温度高、成本低、寿命长等优 点，近年来为欧洲一些国家所重视。普通细颗粒特炭块是由普通石油煅后焦为骨料和普通改质浙青为粘结剂，按照一 定的配方经过振动成型及后续工序处理而成，其体积密度一般在1. 70 1. 75g/cm3,故用其 作为太阳能热发电核心聚热蓄能材料，其热容量必定被限制在一定范围内。等静压特炭块主要应用于航天科技等高端行业，是通过等静压的方式生产出内部 结构均勻且体积密度高的石墨制品，其体积密度可高达1.9 2. Og/cm3，热容量比普通细颗 粒特炭块大大提高，但是造价却是普通石墨细颗粒特炭块的近10倍。本专利技术的目的主要是解决太阳能热发电过程中核心聚热蓄能材料工作温度低、蓄 热能力差、不耐用及成本高的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于太阳能热发电的石墨蓄热材料，以弥补现有技术 中聚热蓄能材料工作温度低、蓄热能力差、不耐用及成本高的问题。本专利技术的另一个目的在于提供一种用于蓄热的石墨材料的制备方法。为实现本专利技术的第一个目的，采用如下之方案本专利技术的首要技术方案为一种用于太阳能热发电的石墨蓄热材料，石墨材料 的性能参数满足体积密度彡1. 75g/cm3,电阻率< 7. 5 μ Ωπι，灰份< 0.2%，抗折强度 彡18. 5MPa，弹性模量彡8. 8Gpa，热膨胀系数彡2. OX 10_7°C ―1。4本专利技术的第二个技术方案为该石墨材料的体积密度彡1. 80g/cm3,电阻率 ^ 7.0 μ Ωπι，灰份彡0. 2%，抗折强度彡22. 5MPa，弹性模量彡8. 8Gpa。本专利技术的第三个技术方案为所述石墨蓄热材料的原料为干料和粘结剂，所述的 干料为煅后石油焦和针状焦组成的混合物，所述粘结剂为改质浙青，其中，煅后石油焦与针 状焦的质量比为16 4 19 1，优选为17 3 18 2，最优选9 1 ；所述的干料和 粘结剂的质量百分比为75 25 80 20。本专利技术的第四个技术方案为所述的煅后石油焦的粒度小于1mm，其中0. 335 <粒 度彡0. 8mm的煅后石油焦占总煅后石油焦的质量百分含量为18 22%，0. 075mm <粒度 ^ 0. 335mm的煅后石油焦占总煅后石油焦的质量百分含量为32 36 %，粒度< 0. 075mm的 煅后石油焦占总煅后石油焦的质量百分含量为42 46% ；优选为0. 335 <粒度< 0. 8mm的煅后石油焦占总煅后石油焦的质量百分含量为 20 22%，0. 075mm <粒度彡0. 335mm的煅后石油焦占总煅后石油焦的质量百分含量为 34 36%，粒度< 0. 075mm的煅后石油焦占总煅后石油焦的质量百分含量为42 45% ；更优选为0. 335 <粒度< 0. 8mm的煅后石油焦占总煅后石油焦的质量百分含量为 22%,0. 075mm <粒度< 0. 335mm的煅后石油焦占总煅后石油焦的质量百分含量为35%，粒 度< 0. 075mm的煅后石油焦占总煅后石油焦的质量百分含量为43% ；针状焦的粒度小于0.075mm。为完成本专利技术第二个目的，采用如下之方案本专利技术石墨蓄热材料的制备方法的首要技术方案为包括以下步骤通过筛分、 配料、干混、湿混、晾料、成型、一次焙烧、浸渍、二次焙烧、石墨化以及机械加工得到成品，其 中所述的湿混是将改质浙青与干混后得到的干料在温度为130°C 140°C的条件下一起 进行混捏，得到糊料，其中改质浙青分两次加入到干料中进行混捏；所述的成型是指糊料在振动成型机内于一定压力作用下振动成型，成型后生坯的 体积密度达到1. 72g/cm3以上；所述一次焙烧的最高温度为1150 1200°C，在升温区350 500°C时每小时升 温0. 7 1°C，优选在350 500°C时每小时升温0. 75 0. 85°C;在500 900°C时每小时 升温1. 5 3°C，优选在500 900°C时每小时升温2 3°C。其中，进一步优选在500 700°C时每小时升温2 2. 5°C，在700 900°C时每小时升温2. 5 3°C。本专利技术的第一优选技术方案为加入改质浙青时，第一次加入量为总的改质浙青 质量的55 60%，第二次加入量为总的改质浙青质量的40 45%。本专利技术的第二优选技术方案为干混的时间为30 40分钟，湿混的时间为25 30分钟。本专利技术的第三优选技术方案为浸渍的预热温度330 360°C，优选345 355°C， 压力为1.95MPa，浸渍后炭块增重13% 15%。浸渍时采用的浸渍剂为中温煤浙青。中温 煤浙青的喹啉不溶物浓度较低，具有良好的渗透性。本专利技术的第四优选技术方案为二次焙烧的升温时间为510 580h，二次焙烧的 最高温度为1000 1050°C。本专利技术的第五优选技术方案为所述的石墨化的时间为115 125h，最高温度 2800 3000°C。下面对本专利技术的技术方案进行进一步的详细描述本专利技术涉及了一种石墨蓄热材料，该材料可用于聚焦式太阳能热发电系统，该石 墨蓄热材料的性能参数满足体积密度彡1. 75g/cm3,电阻率< 7. 5 μ 0!!1，灰份<0. 2%，抗折 强度彡18. 5MPa，弹性模量彡8. 8Gpa，热膨胀系数彡2. OX 10_6/°C Λ优选的，该石墨材料的 体积密度彡1. 80g/cm3 ；电阻率彡7.0 μ Ωπι ；灰份彡0. 2% ；抗折强度彡22. 5MPa ；弹性模量 ^8. SGpa0由此可见，本专利技术的石墨蓄热材料高于普通细颗粒特炭块的性能参数，接近于等 静压石墨材料对性能参数的要求。石墨材料的体积密度越大，单位体积内的石墨含量就会越高，单位体积的石墨材 料的热存储量就会越高；石墨材料的电阻率越低，其单位质量物质的热容量会越大，单位质 量物质可以存储更多的热能；石墨材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨蓄热材料，其特征在于，所述石墨材料的性能参数满足：体积密度≥１．７５ｇ／ｃｍ↑［３］；电阻率≤７．５μΩｍ；灰份≤０．２％；抗折强度≥１８．５ＭＰａ；弹性模量≤８．８Ｇｐａ；热膨胀系数≤２．０×１０↑［－６］／℃↑［－１］。

【技术特征摘要】
一种石墨蓄热材料，其特征在于，所述石墨材料的性能参数满足体积密度≥1.75g/cm3；电阻率≤7.5μΩm；灰份≤0.2％；抗折强度≥18.5MPa；弹性模量≤8.8Gpa；热膨胀系数≤2.0×10 6/℃ 1。2.根据权利要求1所述的石墨蓄热材料，其特征在于，所述石墨材料的性能参数满足 体积密度彡1. 80g/cm3 ；电阻率彡7.0 μ Ωπι ；灰份彡0. 2% ；抗折强度彡22. 5MPa ；弹性模量 (8. 5Gpa ；热膨胀系数彡 2. OX 10_6,C Λ3.根据权利要求1或2所述的石墨蓄热材料，其特征在于，所述石墨蓄热材料的原料为 干料和粘结剂，所述的干料为煅后石油焦和针状焦组成的混合物，所述粘结剂为改质浙青， 其中，煅后石油焦与针状焦的质量比为16 4 19 1，优选为17 3 18 2，最优选 9 1;所述的干料和粘结剂的质量百分比为75 25 80 20。4.根据权利要求1或2所述的石墨蓄热材料，其特征在于，所述的煅后石油焦的粒度 小于1mm，其中0. 335 <粒度< 0. 8mm的煅后石油焦占总煅后石油焦总量的质量百分含量为 18 22%，0. 075mm <粒度< 0. 335mm的煅后石油焦占总煅后石油焦总量的质量百分含量 为32 36%，粒度< 0. 075mm的煅后石油焦占总煅后石油焦总量的质量百分含量为42 46% ；优选为0. 335 <粒度< 0. 8mm的煅后石油焦占总煅后石油焦的总量质量百分含量为 20 22%，0. 075mm <粒度< 0. 335mm的煅后石油焦占总煅后石油焦总量的质量百分含量 为34 36%，粒度< 0. 075mm的煅后石油焦占总煅后石油焦总量的质量百分含量为42 45% ；更优选为0. 335 <粒度< 0. 8mm的煅后石油焦占总煅后石油焦总量的质量百分含量 为22%，0. 0...

【专利技术属性】
技术研发人员：范志利，陈少鲲，张培模，庞中海，张日清，杨晓峰，叶宛丽，阮明礼，
申请(专利权)人：大同市新成特炭有限公司，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]