[发明专利]一种碳酸熔融盐传热蓄热介质及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能中高温热利用技术，特别涉及一种碳酸熔融盐传热蓄热介质及其制备方法与应用。

背景技术

太阳能具有间歇性和不能稳定供应的缺点，不能满足大规模工业化连续供能的要求。为了有效地解决可再生能源的转换、储存与输运问题，必须发展高效传热蓄热技术。在太阳能中高温热利用技术中，目前使用的传热蓄热介质主要有：空气、混合油、水/蒸汽、钠和铝等金属、熔融盐类等。其中，熔融盐作为传热介质可以达到较高的温度，同时具有蓄热功能，还可以克服由于云遮带来的蒸汽参数不稳定等问题，因此是目前应用较多、较为成熟的传热蓄热介质。

实际应用对熔融盐介质的要求较高，必须满足各种热力学、化学和经济性条件。其中，热力学条件要求：尽可能低的熔点，以降低保温能耗，使熔融盐不易凝结；尽可能高的沸点，使熔融盐具有宽的使用温度范围，以提高系统的热机效率；导热性能好，以防止熔融盐在蓄热时因为局部过热而发生分解，并使其在供热时能有效提供热量；比热容大，使熔融盐在相同传热量下用量较少；粘度低，使熔融盐流动性好，以减少泵输送功率。化学条件要求：热稳定性好，使熔融盐能够反复使用，长期稳定工作；腐蚀性小，使熔融盐与容器、管路材料相容性好；无毒以及不易燃易爆，系统安全可靠。经济性条件要求：熔融盐组分便宜易得、价格低廉。现有的混合硝酸熔盐具有熔点低、热稳定性好，对容器和管路材料腐蚀性小等特点，比较适合用作太阳能热发电用传热蓄热介质。然而，硝酸熔盐在高温下容易分解，其上限使用温度一般不超过600℃，不适合600～800℃范围内的太阳能高温应用。因此，有必要开发用于太阳能中高温利用的传热蓄热材料。碱金属碳酸盐熔点高、热稳定性好，是这一温度范围的首选熔盐材料。

目前，国内外关于碳酸熔盐的研究主要集中在燃料电池应用，也有少量研究尝试用碳酸熔盐回收核废料，而把碳酸熔盐用作太阳能热利用传热蓄热材料的研究还比较少见。

发明内容

本发明的目的在于制备一种热稳定性好、能在600～800℃范围内正常工作，生产成本低，可用于太阳能中高温热利用技术，特别是用于太阳能热化学反应器的碳酸熔融盐传热蓄热介质。

本发明的另一目的在于提供一种上述碳酸熔融盐传热蓄热介质的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种上述碳酸熔融盐传热蓄热介质的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种碳酸熔融盐传热蓄热介质，包括下述按质量百分比计的组份：

碳酸钾        35～80％

碳酸钠        35～80％

添加剂        10～40％

其中，所述添加剂由质量百分比为(0.1～0.9)∶1的氯化钠和氯化钾组成。

所述碳酸钾优选40～50％(质量百分比)。在此范围中，混合熔融盐比其它范围具有更低的熔点，这样可以更好地降低保温能耗，使熔融盐不易凝结。

所述碳酸钠优选40～50％(质量百分比)。在此范围中，混合熔融盐比其它范围具有更低的熔点，这样可以更好地降低保温能耗，使熔融盐不易凝结。

所述添加剂优选28～31％(质量百分比)。添加剂含量低于28％，混合熔融盐的相变潜热没有达到最大；添加剂含量高于31％对混合熔融盐的热物理性质改变不大，但会使混合熔融盐的价格有所提高。

所述熔融盐传热蓄热介质的制备方法，包括下述步骤：

(1)将质量比为(0.1～0.9)∶1的氯化钠和氯化钾混合并搅拌均匀，静态加热到固体全部熔融，然后保温10～30分钟，再自然冷却至室温，得到所述添加剂；

(2)将质量百分比为35～80％的碳酸钾、35～80％的碳酸钠、10～40％的添加剂混合并搅拌均匀，静态加热到固体全部熔融，然后保温10～30分钟，再自然冷却至室温，得到所述熔融盐传热蓄热介质。

本碳酸熔融盐传热蓄热介质可用于太阳能热化学反应器，特别是用于太阳能热化学反应器热解制氢。

本发明的作用原理是：采用添加剂对二元体系(K₂CO₃-Na₂CO₃)进行改性，所采用的添加剂中含有氯化钠和氯化钾，能有效降低二元体系(K₂CO₃-Na₂CO₃)的熔点，强化熔盐的相变潜热，提高熔盐的蓄热能力。氯化钠和氯化钾的熔点和稳定性都比较高，能提高熔盐体系的安全使用温度上限。氯化钠和氯化钾的相变潜热大，能有效增大熔融盐体系相变潜热。