一种具有高潜热的中高温混合熔盐蓄热体系和制备方法与流程

本发明属于储热材料技术领域，具体涉及一种低熔点、高潜热、高分解温度、宽工作温度范围的一种具有高潜热的中高温混合熔盐蓄热体系的制备方法。

背景技术：

聚光式太阳能高温热发电可以与大规模储热技术相结合，以超临界二氧化碳(sco2)布雷顿循环代替朗肯循环可提高能源利用效率。筛选出低成本、高稳定性的使用上限为600-800℃高温传热蓄热工质对于大幅降低太阳能高温热发电成本至关重要。

目前，在太阳能热发电系统中，用于传热蓄热介质主要为硝酸熔盐体系，例如二元硝酸盐体系solarsalt盐(40％kno3-60％nano3，工作温度范围为290～565℃)，三元硝酸盐体系hitec盐(kno3-nano3-nano2，工作温度范围为200～538℃)。虽然以上两种熔盐熔点相对较低，但上限使用温度也不高。在文献报道中，出现在三元熔盐体系基础上加入lino3构成了四元熔盐体系，其最佳使用温度范围为250～550℃，与三元硝酸熔盐体系相比温度范围有所提高。

为了更好地满足超临界二氧化碳发电的要求，需要开发更低熔点和更高高分解温度的多元体系熔融盐。有文献报道，多元混合碳酸盐体系使用上限温度在600-800℃之间，相比于硝酸盐有了大幅提升。但其熔点多在400℃左右，使用温度区间较窄，因此开发熔点低于400℃、分解温度在600-800℃的混合熔盐体系具有重要意义。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明公开一种具有高潜热的中高温混合熔盐蓄热体系的制备方法。

本发明所述的一种具有高潜热的中高温混合熔盐蓄热体系和制备方法，其特征在于该体系包括：nano3、na2co3和naoh。所述nano3质量百分比为20％～80％；所述na2co3质量百分比为0％～30％，并且所述na2co3质量百分比不为0；所述naoh质量百分比为10％～80％。

在二元混合盐(nano3，na2co3)基础上，通过改变组分比例和添加所述氢氧化钠对二元混合盐的物性进行改性和优化，以降低混合熔盐体系的熔点和增强其稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明一种具有高潜热的中高温混合熔盐蓄热体系和制备方法，至少包括以下步骤：

s1、采用高精度分析天平称量，将所述质量分数20％～80％硝酸钠、0％～30％碳酸钠和10％～80％氢氧化钠放在容器中充分混合研磨；

s2、将所述容器放入加热装置进行加热，使所述混合物熔融，得到所述熔融物；s3、在所述加热装置中加热并保温所述熔融物，得到所述混合熔盐固体；

s4、取出所述马弗炉中所述混合熔盐固体，放置在干燥箱中自然冷却，将冷却后的所述混合熔盐放至所述超微粉碎机进行粉碎，得到所述混合熔盐粉末；

s5、再将粉碎后的所述混合熔盐粉末放置在干燥箱中恒温干燥处理，以备实验时使用。

所述加热装置选择为马弗炉，加热温度设定为500℃～600℃。

所述马弗炉的加热升温速率为5～15℃/min。

所述熔融物在所述马弗炉内保温时长为2h～3h。

粉碎后所述混合熔盐的样品细度为20～200目。

本发明相对于现有技术，其优点在于，本发明提供的一种具有高潜热的中高温混合熔盐蓄热体系和制备方法，其混合熔盐体系是一种新型三元熔盐体系，原料组分少，熔点为240～350℃，上限使用温度范围为650～750℃。而且粘度较低、流动性较好。同时具有成本低优点。其制备方法的工艺简单，对设备性能的要求低，适合规模化生产。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是实施例1获得的三元混合熔盐体系样品的温度-dsc曲线；

图2是实施例1获得的三元混合熔盐体系样品的温度-tg曲线；

图3是实施例1获得的三元混合熔盐体系样品的温度-比热曲线；

图4是实施例2获得的三元混合熔盐体系样品的温度-dsc曲线；

图5是实施例3获得的三元混合熔盐体系样品的温度-dsc曲线。

具体实施方式

1.下面结合实施例1对本发明作进一步说明。

一种三元硝酸熔盐体系和制备方法，包括如下步骤。

s1、将60.00～70.00wt.％硝酸钠、25.00～35.00wt.％氢氧化钠和5.00～10.00wt.％碳酸钠在坩埚中混合均匀，得到混合物。

s2、将混合物放入马弗炉中加热，设置马弗炉的加热升温速率为10℃/min，设置马弗炉保温温度为500℃，设置熔融物在马弗炉内保温时长为3h。

s3、在马弗炉内加热并保温熔融物，得到所述混合熔盐固体；

s4、取出所述马弗炉中所述混合熔盐固体，放置在干燥箱中自然冷却，将冷却后的所述混合熔盐放至所述超微粉碎机进行粉碎，得到20～200目所述混合熔盐粉末；

s5、再将粉碎后的所述混合熔盐粉末放置在干燥箱中恒温干燥处理，以备实验时使用。

对获得的三元混合熔盐体系进行热物性测试，如图1所示为本实施例的三元混合熔盐体系样品的温度-dsc曲线，三元混合熔盐体系的熔点为298℃，相变潜热为226j/g；如图2所示为本实施例的三元混合熔盐体系样品的温度-tg曲线，三元混合熔盐体系的分解温度为731℃；如图2所示为本实施例的三元混合熔盐体系样品的温度-比热曲线，三元混合熔盐体系在310～500℃的液态比热为

1.11～2.12j/(g.k)。

2.下面结合实施例2对本发明作进一步说明。

一种三元硝酸熔盐体系和制备方法，包括如下步骤。

s1、将25.00～30.00wt.％硝酸钠、60.00～65.00wt.％氢氧化钠和5.00～10.00wt.％碳酸钠在坩埚中混合均匀，得到混合物。其他步骤与实施案例1相同。

对获得的三元混合熔盐体系进行热物性测试，如图4所示为本实施例的三元混合熔盐体系样品的温度-dsc曲线，三元混合熔盐体系的熔点为258.6℃，相变潜热为249.6j/g；

3.下面结合实施例3对本发明作进一步说明。

一种三元硝酸熔盐体系和制备方法，包括如下步骤。

s1、将50.00～55.00wt.％硝酸钠、40.00～45.00wt.％氢氧化钠和3.00～6.00wt.％碳酸钠在坩埚中混合均匀，得到混合物。其他步骤与实施案例1相同。

对获得的三元混合熔盐体系进行热物性测试，如图5所示为本实施例的三元混合熔盐体系样品的温度-dsc曲线，三元混合熔盐体系的熔点为265.5℃，相变潜热为274.5/g；

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆属于本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

技术特征：

1.一种高潜热的中高温混合熔盐蓄热体系，其特征在于，该体系包括nano3、na2co3和naoh；

所述nano3质量百分比为20％～80％；所述na2co3质量百分比为0％～30％，并且所述na2co3质量百分比不为0；所述naoh质量百分比为10％～80％。

2.基于权利要求1所述体系的一种高潜热的中高温混合熔盐蓄热体系的制备方法，其特征在于，该方法的实现是在二元混合盐nano3和na2co3基础上通过改变组分比例和添加氢氧化钠实现，其包括以下步骤：

s1、采用高精度分析天平称量，将所述质量分数20％～80％硝酸钠、0％～30％碳酸钠和10％～80％氢氧化钠放在容器中充分混合研磨，制得混合物；

s2、将所述容器放入加热装置进行加热，使所述混合物熔融，得到熔融物；

s3、在所述加热装置中加热并保温所述熔融物，得到混合熔盐固体；

s4、取出所述加热装置中所述混合熔盐固体，放置在干燥箱中自然冷却，将冷却后的所述混合熔盐固体放至超微粉碎机进行粉碎，得到混合熔盐粉末；

s5、再将粉碎后的所述混合熔盐粉末放置在干燥箱中恒温干燥处理，以备实验时使用。

3.根据权利要求2所述的一种高潜热的中高温混合熔盐蓄热体系的制备方法，其特征在于，所述加热装置选择为马弗炉，加热温度设定为500℃～600℃。

4.根据权利要求2所述的一种高潜热的中高温混合熔盐蓄热体系的制备方法，其特征在于，所述加热装置的加热升温速率为5～15℃/min。

5.根据权利要求2所述的一种高潜热的中高温混合熔盐蓄热体系的制备方法，其特征在于，所述熔融物在所述加热装置内保温时长为2h～3h。

6.根据权利要求2所述的一种高潜热的中高温混合熔盐蓄热体系的制备方法，其特征在于，粉碎后所述混合熔盐的样品细度为20～200目。

技术总结
本发明公开了一种具有高潜热的中高温混合熔盐蓄热体系的制备方法，所述高潜热的中高温混合熔盐传热蓄热介质采用包括如下质量分数的物质：NaNO3质量百分比为20％～80％、Na2CO3质量百分比为0％～30％和NaOH质量百分比为10％～80％，其中，Na2CO3质量百分比为不为0。本发明提供的低熔点熔盐传热蓄热介质，具有较大的相变潜热，较高的上限温度以及较宽的工作温度范围，并且具有良好的传热和蓄热性能，非常适用于中高温太阳能光热发电的传热蓄热。

技术研发人员：鹿院卫;何聪;魏海姣;吴玉庭;马重芳
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2021.05.12
技术公布日：2021.08.24