本发明涉及熔盐传蓄热介质,具体涉及一种硝酸钠基四元熔盐传蓄热介质及其制备方法。
背景技术:
1、太阳能光热发电具有电力输出平稳、调峰电源和储能等优势,是加快规划建设新型能源体系的有力支撑,已吸引了越来越多的关注。熔融盐具有成本低、粘度低、热容量大、高温稳定性高、工作温度范围宽等优点,被公认为极具发展潜力的传蓄热介质之一。特别地,硝酸盐因其传蓄热性能优异、腐蚀性低已成为太阳能光热发电系统商用熔盐的首选,太阳盐(nano3-kno3:60-40wt.%)和hitec熔盐(nano3-kno3-nano2:7-53-40wt.%)已成功用于太阳能热发电系统。然而,太阳盐和hitec盐存在高温易分解的问题,即最高工作温度均不超过565.0℃,致使系统的热效率降低,限制了硝酸盐商业化应用的广度和深度。因此,以低成本的硝酸盐为基础,得到热稳定性更高的熔盐介质,提高能源的利用效率,这是助力硝酸盐规模化商业应用的有效途径之一。
2、将氯化盐、氟化盐或碳酸盐等添加到硝酸盐中是研究人员获得高热稳定性熔盐常用的方法。根据相关报道,目前研究人员已得到了三元的nano3-nacl-naf、nano3-nacl-na2co3熔盐,其热稳定性有了一定程度的提高,但这两种熔盐存在熔点高的问题(nano3-nacl-naf的熔点为288.2℃、nano3-nacl-na2co3的熔点为279.9℃),明显高于目前商用太阳盐(223.0℃)与hitec熔盐(142.0℃)的熔点,这会导致熔盐在使用过程易发生“冻堵”,从而带来伴热费用增加、系统安全性降低等一系列问题,因此亟需构建低熔点高稳定性的多元硝酸基熔盐体系。但由于硝酸盐与碳酸盐的熔点和分子间作用力相差较大,且氯化盐易吸湿等特性,对构建何种配方的多元(>3元)硝酸基熔盐提出了较大的挑战。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术所存在的熔点高、热稳定性差的不足,提供一种低成本低熔点高稳定性的硝酸钠基四元熔盐传蓄热介质,其在具有硝酸盐共有优点的同时,相比现有的三元硝酸钠基熔盐,熔点明显降低。
2、本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题:
3、一种硝酸钠基四元熔盐传蓄热介质,其组分为:53.5-55.0wt%的nano3,35.5-37.0wt%的kno3,3.5-5.0wt%的nacl,5.5-7.0wt%的na2co3。
4、作为其中第一个优选方案,其组分为:54.0wt.%的nano3,36.0wt.%的kno3,4.0wt.%的nacl,6.0wt.%的na2co3。
5、作为其中第二个优选方案,其组分为:53.5wt.%的nano3,36.5wt.%的kno3,4.3wt.%的nacl,5.7wt.%的na2co3。
6、作为其中第三个优选方案,其组分为:53.7wt.%的nano3,36.4wt.%的kno3,3.7wt.%的nacl,6.2wt.%的na2co3。
7、作为其中第四个优选方案,其组分为:54.4wt.%的nano3,36.4wt.%的kno3,3.6wt.%的nacl,5.6wt.%的na2co3。
8、作为其中第五个优选方案,其组分为:54.2wt.%的nano3,35.5wt.%的kno3,4.5wt.%的nacl,5.8wt.%的na2co3。
9、如上任一技术方案所述硝酸钠基四元熔盐传蓄热介质的制备方法,按照配比将相应的硝酸钠、硝酸钾、氯化钠、碳酸钠研磨混合至均匀,在100.0℃~180.0℃保温0.5-5.0h;再以1.0~10.0℃/min的加热速率加热至固体全部熔化,然后保温0.5~24.0h,保温过程中进行搅拌以使熔盐完全混合均匀;最后冷却至室温。
10、相比现有技术,本发明技术方案具有以下有益效果:
11、本发明首次提出并制备了四元的硝酸钠基熔盐,创造性地以nano3为主要成分,添加适量的kno3、nacl、na2co3,并克服了nano3与na2co3巨大熔点差即544.2℃而导致的熔盐制备的困难,获得了最低共熔点为199.1±0.5℃、熔化焓为107.7±5.4j/g,分解温度高达620.0℃的四元硝酸钠基熔盐体系,该体系熔盐的熔点比当前改进的三元硝酸钠基熔盐低80.8℃,比当前太阳盐的热稳定性高55.0℃,具有成本低、稳定性高、工作温度范围宽的优势,为核能、储能、太阳能热发电等领域提供了一种高稳定性的候选硝酸基熔盐传蓄热工质。
1.一种硝酸钠基四元熔盐传蓄热介质,其特征在于,其组分为:53.5-55.0wt%的nano3,35.5-37.0wt%的kno3,3.5-5.0wt%的nacl,5.5-7.0wt%的na2co3。
2.如权利要求1所述硝酸钠基四元熔盐传蓄热介质,其特征在于,其组分为:54.0wt.%的nano3,36.0wt.%的kno3,4.0wt.%的nacl,6.0wt.%的na2co3。
3.如权利要求1所述硝酸钠基四元熔盐传蓄热介质,其特征在于,其组分为:53.5wt.%的nano3,36.5wt.%的kno3,4.3wt.%的nacl,5.7wt.%的na2co3。
4.如权利要求1所述硝酸钠基四元熔盐传蓄热介质,其特征在于,其组分为:53.7wt.%的nano3,36.4wt.%的kno3,3.7wt.%的nacl,6.2wt.%的na2co3。
5.如权利要求1所述硝酸钠基四元熔盐传蓄热介质,其特征在于,其组分为:54.4wt.%的nano3,36.4wt.%的kno3,3.6wt.%的nacl,5.6wt.%的na2co3。
6.如权利要求1所述硝酸钠基四元熔盐传蓄热介质,其特征在于,其组分为:54.2wt.%的nano3,35.5wt.%的kno3,4.5wt.%的nacl,5.8wt.%的na2co3。
7.如权利要求1~6任一项所述硝酸钠基四元熔盐传蓄热介质的制备方法,其特征在于,按照配比将相应的硝酸钠、硝酸钾、氯化钠、碳酸钠研磨混合至均匀,在100.0℃~180.0℃保温0.5-5.0h;再以1.0~10.0℃/min的加热速率加热至固体全部熔化,然后保温0.5~24.0h,保温过程中进行搅拌以使熔盐完全混合均匀;最后冷却至室温。