[发明专利]用于制备熔融盐的装置和方法、及其用途

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于制备熔融盐及其混合物的装置和方法，是采用一个管状反应器和一个连续搅拌反应器，在其中起始原料熔化并进行反应，反应产物接着流经纯化柱而实现的。

现有技术

盐类熔体，例如NaAlCl₄，具有多领域的应用。熔融盐可用作热库中的蓄热介质、用作传热试剂如用于加热池，用来覆盖和纯化熔融金属、用来电涂层高熔点材料或者在一次电池中用作熔融电解质，如在GB2046506中所述。这些盐类的另一种可能的应用是用于可充电的钠电池之中。所述盐类应用于工作温度在130-200℃之间的电池中(K.M.Abraham，D.M.Pasquariello，J.Electrochem.Soc.(电化学协会杂志)，Vol.137，1189-1190(1990))。

DE3419279公开了一种电化学电池，其中的阴极基质充满有一种钠/铝卤化物熔融盐电解质。

一种相对较新领域的应用，是“ZEBRA电池”。这种高温电池由一种液态钠电极、一种β-铝电解质和一种过渡金属氯化物电极在NaAlCl₄熔体中所组成(B.Cleaver，V.S.Sharivker，J.Electrochem.Soc.(电化学协会杂志)，Vol.142，3409-3413(1995))。

DE3718920公开了熔融盐的制备方法，是通过添加纯金属和碱金属卤化物到所述熔体中制备的。反应电池是在高于所述熔融盐的熔点之上温度进行工作的。在工作实例中，所述碱金属卤化物为NaCl，所述熔融碱金属为钠，隔板为β-氧化铝。由于采用纯钠，必须要采取特别的安全防护，例如在保护性气氛下进行操作。所述反应必须在分隔的电池中进行，这是由于所述隔板被形成的副产物AlHal₃的污染必须要避免。

迄今为此所有的用来制备熔融盐方法都是以间歇方式进行操作的。间歇方式与连续方式相比，有很多不利之处。在间歇的变化过程中，装置必须是打开的。产物因而可能会被环境空气中氧、水和灰尘所污染。间歇方式会导致停工时间，从而导致降低的时空收率。一种有效的不连续方式，需要较大的装置。起动步骤相应地需要更多的能量和时间。业已经发现，特别是在工厂的起动过程中，杂质可能会进入到该步骤之中。FR2168912公开了一种碱金属卤素铝酸盐的复杂的纯化方法。该二步骤纯化方法由用于有机杂质降解的氧处理步骤和用于沉淀铁和重金属的铝处理步骤所组成。所述铝处理步骤必须要在氮气或氩气氛中进行。

对于所述碱金属卤素铝酸盐的制备方法来说，反应是采用相应的铝卤化物和碱金属卤化物在密封管中进行的(Friedman，Taube，J.Am.Chem.Soc.(美国化学协会杂志)，72，2236-2243(1950))。在这种方法中，观察到压力提高到6-7大气压，它会导致难题(FR2168912)。装置必须要配备有合适的安全防护设备。

对于所述盐的连续处理来说，基本呈管状反应器和连续搅拌反应器是适合采用的。

管状反应器是连续处理液态介质的理想反应器。此处的停留时间分布是非常狭窄的，这意味着所有的颗粒都具有大致相同的停留时间，从而可以获得非常狭窄的质量分布。高的表面积/体积比和紊流意味着管状反应器是非常适合于热传递的。但是，对于固体的使用，不具备流动性的先决条件。另外，由于粒状起始原料差的热传导性，所以用于熔化盐混合物的热传递也是很差的，这会导致非常长的停留时间。

实现连续反应的另一种可能性，是采用连续搅拌反应器。这里，粒状的起始原料可计量配料到所述的搅拌熔体中。这将有利于对流热传导，它可很好地加速起始原料的加热。特别地，如果升华的盐类是用来作起始原料，则为了避免系统中额外的压力，在低于升华温度下进行是必要的。这种连续搅拌反应器的一个致命弱点是其停留时间的分布。这会导致有数量的未反应起始原料沉淀存在于产物排放物流之中。

本发明的目的是提供一种用于制备纯熔融盐的连续方法，它可排除环境的不利影响，使得能量需要最小化，并能获得最佳的时空收率。还有一个目的是可在最短的可能时间内制备大量的熔融盐。

本发明的目的是采用一种用来制备通式如下的熔融盐及其混合物的装置而实现的，

             MDX₄          (I)

其中，

M为Li，Na，K，Rb或Cs，

D为Al，Ga，In或Tl，和

X为F，Cl，Br或I，