[发明专利]用于储存冷能的低温相变材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温相变材料，用于储存冷能的低温相变材料及其制备方法，属于复合材料的技术领域。

背景技术

我国能源的主力为煤，虽然其在总能源中所占的比例逐渐下降，其总量却仍在不断增加。目前，用于发电的煤的比例从50%增至70%以上，而煤的开采及燃烧更是造成了严重的环境污染问题。据统计，70%-80%以上的SO₂、NOX、汞、颗粒物、CO₂等都是由煤的直接燃烧引起。在这种状况下，环境中的温室气体就很难减排，使得发电效率降低10个百分点左右。

作为低排放的清洁燃料，液化天然气（LNG）是当今世界增长最快的能源，全球LNG贸易量已经超过一亿吨，其中亚洲LNG进口占全球总量的70%以上。我国天然气缺口严重，急需进口LNG。根据国家发展规划，2015年LNG进口将达到4200万吨。国内现已建成或在建的LNG接收站从南至北共有四座，其中广东大鹏已建成投入运行，福建莆田、上海小洋山、宁波北仓在建。各接收站建设规模都为600万吨左右。

为了便于天然气运输，常将天然气液化。在常压下，天然气的液化温度为零下163℃，每液化一吨LNG耗电约为850kW.h。而在LNG接收站，一般又需要将LNG通过气化器气化后使用，气化时放出很大的冷量，其值为850kJ/kg。但是，目前在天然气气化器中冷能通常随海水和空气被舍弃了，造成了能源浪费。若LNG拥有的冷量能以100%的效率转换化为电力，每吨LNG可利用的冷能能够折合的电量约为240千瓦时。据此递算，一座600万吨/年的LNG接收站，每年可利用的冷量约为14.4亿千瓦时，全国LNG4200万吨进口规模，每年可利用的冷量约为100亿千瓦时，由此可见，可供利用的LNG冷量是相当可观的。

冷能可采用直接或者间接的方法加以利用。冷能直接利用方法包括冷能发电、海水发电、液化分离空气（液氮、液氧）、轻烃分离、冷冻仓库、液化碳酸、制取干冰、空气调节等；冷能间接利用有食品冷冻、低温粉碎废物处理、冻结保存、低温医疗、食品保存等。

从目前世界上冷能利用情况来看，冷能利用率都比较低，不超过20%。全国LNG冷能利用较多的国家是日本，日本每年从国外进口LNG约5500万吨，约20%的LNG其冷能得到利用。由于LNG主要用于调峰发电和城市燃气，LNG的气化负荷随时间和季节发生波动。天然气需求白天和冬季多，LNG气化所提供的冷能也多。在夜晚和夏季，可以利用的LNG冷能也随之减少。以上海为例，LNG气化量每小时最高将能达到104万立方米，而最低只有8.5立方米，起伏波动有十几倍，这给LNG利用带来了很大的影响，为了保证冷能利用设备的平稳运行，目前只能按最低气化量来设计冷能利用的规模，导致了LNG利用率仅为15.1%。

在使用中国专利用于液化天然气冷能储存的低温相变材料及其制备方法（申请号200910048456.4）多次实验下，发现通过案例4所配置的蓄冷材料相变温度较高，稳定性较差，如图5所示。该发明实施例的己烷毒性大，稳定性差。

在中国专利纳米多孔石墨的制备方法（专利号ZL200410052871.4）的复合蓄冷材料分布不均匀，蓄冷能力差。

因此，必须解决目前冷能供应波动性大等的问题，以提高LNG冷能得利用率。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于储存冷能的低温相变材料及其制备方法，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。本发明提供的一种节能环保、适用范围广的、相变温度为-40℃的冷能储存材料。

本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：

作为本发明的第一方面，一种用于储存冷能的低温相变材料，其特征在于，所述低温相变材料，按照重量份数计，其配方包括：

纳米金属材料        0.2~5份，

纳米多孔石墨基体    0.2~5份，

表面活性剂          0.2~5份，

低温有机相变物质    20~98份。

其中，所述低温有机物质选自于相变温度在-150~0℃之间的烷烃、醇类中的一种或者组合。

其中，所述烷烃为溴乙烷或庚烷，所述醇类为庚醇或乙二醇。

其中，所述纳米金属材料为TiO₂。

其中，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂，所述阳离子表面活性剂为思盘系列产品。

作为本发明第二方面，一种用于储存冷能的低温相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）纳米多孔石墨基体的制备：