[发明专利]作为传热介质的具有改进粘度的流体硫

说明书

本发明涉及一种包含元素硫和含阴离子的添加剂的混合物，一种制备包含元素硫和含阴离子的添加剂的混合物的方法，一种包含元素硫和含阴离子的添加剂的混合物作为热载体和/或蓄热剂的用途，包含一种包含元素硫和含阴离子的添加剂的混合物的热载体和/或蓄热剂以及包括各自如权利要求书中所定义的用包含元素硫和含阴离子的添加剂的混合物填充的管线、热交换器和/或容器的太阳能热电厂。

根据应用领域，对热载体或蓄热剂流体所要求的特征在很大程度上变化并且因此在实践中使用多种流体。流体应为液体且在室温或者甚至更低温度下具有低粘度。对于较高的使用温度，水不再是一个选项；其蒸气压太大。因此，在至多约320°C下使用烃基矿物油并且对于至多400°C的温度使用含合成芳族化合物的油或硅油(Verein Deutscher Ingenieure，VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen(GVC)，VDI，第10版，Springer Verlag Berlin Heidelberg，2006)。

热载体流体的近期应用是间接由太阳辐射大规模产生电能的太阳能热电厂(Butscher，R.，Bild der Wissenschaft 2009，3，第84-92页)。

这涉及例如借助抛物面形反射镜槽将太阳辐射聚焦到反射镜的焦线中。在该焦线处为可以在玻璃管内以防止热损失的金属管，其中已经抽空同心管之间的空间。由太阳辐射加热的热载体流体流过该金属管。当前使用的热载体流体的一个实例是二苯基醚和联苯的混合物。

以此方式通过聚焦的太阳辐射将热载体加热至最高400°C。该热热载体在蒸汽发生器中将水加热成蒸汽。该蒸汽驱动涡轮，后者又如在常规发电厂中一样驱动发电机发电。

该方法可以实现基于太阳辐射的含能量为约16%的平均效率。蒸汽轮机在该入口温度下的效率为约37%。

迄今为止，已经以几百兆瓦的装机功率建造这类发电厂并且正计划建造许多其他的发电厂，尤其是在西班牙，但也在北非和USA。

用作热载体的二苯基醚和联苯的混合物(该混合物在下文称为“热油”)的两种成分在标准压力下在约256°C下沸腾。联苯的熔点为68-72°C，而二苯基醚的熔点为26-39°C。这两种物质的混合物将熔点降至12°C。这两种物质的混合物可以在高达最大400°C下使用；在更高温度下发生分解。蒸气压在该温度下为约10巴，该压力在工业上仍可忍受。

理想的是获得高于37%的涡轮效率。然而，高于400°C的蒸汽入口温度对该目的是必需的。

蒸汽轮机的效率随着涡轮入口温度上升。现代火电厂在蒸汽入口温度高达650°C下操作且因此实现约45%的效率。

在技术上也完全可能的是在太阳能热电厂中将热载体流体在反射镜的焦线中加热至约650°C的温度，并因此同样可以在火电厂中实现该高效率；然而，这因当前使用的热载体流体的有限热稳定性而受到抑制。

比抛物槽式发电厂中要高的温度可以在太阳能塔式热电厂中实现，其中塔被将阳光聚焦于该塔上部的接收器上的反射镜包围。在该接收器中，热载体被加热，然后经由热交换器用于产生蒸汽并操作涡轮。在塔式发电厂(例如Solar II，California，USA)中，已经将硝酸钠(NaNO₃)和硝酸钾(KNO₃)的混合物(60:40)用作热载体。该混合物可以在高达550°C下无任何问题地使用，但具有240°C的非常高熔点，即该混合物在该温度以下固化并因此再也不能作为热载体在管线中循环。

所建议的另一可能的高温热载体是基于硫的热载体。硫在标准压力下在120°C下熔融且在标准压力下在440°C下沸腾。然而，液态硫作为热载体成问题，因为它在160-220°C的温度范围内通常高度粘稠且不可泵送。

因此，理想的是降低熔融硫的粘度。

为了降低硫熔体的粘度，WO 2005/071037描述了将该硫与小比例的硒和/或碲混合。US 4 335 578描述了通过加入溴或碘降低硫熔体的粘度。

然而，所有这些添加剂在低温下已经具有高度腐蚀性并且在该硫熔体的高温下甚至更具腐蚀性。

有利的是连续操作太阳能热电厂。这例如通过在高太阳辐射期间储热而实现，在日落后或者在不良气候期间可以将热用于发电。

可以通过将受热的热载体介质储存于良好绝缘的储罐中直接储热或者通过将该热由受热的热载体介质转移至另一介质(蓄热剂)，例如硝酸钠-硝酸钾盐熔体而间接储热。