[发明专利]一种三元共熔氯化盐传热蓄热材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种三元共熔氯化盐传热蓄热材料及其制备方法和应用，所述三元共熔氯化盐传热蓄热材料由氯化钠、氯化钾和无水氯化钙共熔制备而成，按质量比计，所述氯化钠∶氯化钾∶无水氯化钙为20～30∶20～50∶30～50。制备方法包括：将氯化钠、氯化钾进行恒温干燥；按所述配比称取干燥后的氯化钠和氯化钾与无水氯化钙混合，研磨，加热形成均一的液体，冷却至室温后取出，研磨粉碎。本发明通过利用热稳定性高，高温下蒸汽压低以及价格便宜等优点，并采用多元氯盐共熔来降低单元氯盐过高的熔点，得到的三元共熔氯化盐传热蓄热材料具有良好的蓄热和传热能力，可作为蓄热传热介质应用于太阳能热发电站。

技术领域

本发明属于太阳能热发电领域，具体涉及一种三元共熔氯化盐传热蓄热材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着化石能源的不断减少以及对能源需求的日益增加，发展清洁的可再生能源已经是大势所趋。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源，受到了越来越多的重视。

集中式太阳能热发电技术(CSP)可以结合低成本和大规模的蓄热技术并提供连续稳定高品质的电能，被认为是未来大规模利用太阳能最有希望的途径。由于太阳能具有间歇性，所以必须使用蓄热材料来储存吸收的热量，以提高太阳能热利用效率。

在太阳能热发电的储热和蓄热材料(PCM)中，熔融盐被看成是最有希望的候选材料。因为其良好的热稳定性、高的潜热值以及低的蒸气压，此外其相对导热油、液态金属等传热介质价格便宜且储量丰富。

目前，在太阳能热发电熔融盐系统中，使用最多的是硝酸盐/亚硝酸盐体系，即Solar salt(60％NaNO₃-40％KNO₃，熔点为220℃，上限使用温度达到565℃)和Hitec(7％NaNO₃-53％KaNO₃-40％NaNO₂，熔点142℃，使用温度＜500℃)。硝酸盐价格便宜并具有较小的腐蚀性，其缺点是适用温度范围有限，在大于500℃时不稳定易分解。为进一步提高热效率，CSP应用要求下一代太阳能热转换系统的工作温度至少为550℃～720℃。

申请号201310092911.7的专利提供了二元共熔氯化钠-氯化钙的制备方法及用途，虽然其比硝酸盐体系有更高的使用温度，但是它的潜热值不高，也没有对其热性能进行分析。申请号201510134557.9专利提供了一种高导热的金属-氯化物熔盐材料的制备方法与应用，虽然其有着良好的导热性能，高温下该体系导热系数高，但它的熔点过高，并不适合用于太阳能热电站。

目前存在的NaCl-KCl-MgCl₂和NaCl-CaCl₂-MgCl₂等体系，无水MgCl₂具有很强的吸水性，在空气中脱水时，仅能脱出4个水分子，不致发生严重的副反应。若脱除剩余2个分子的水，氯化镁将显著水解，生成羟基氯化镁、氧化镁和氯化氢等。纯物质的无水MgCl₂熔融效果非常差，脱出自由水和结晶水的吸热峰表现明显，脱不掉的含有两个水分子的MgCl₂影响着后面继续升温的共熔现象。同时由于MgCl₂晶格中质点间键的强度比NaCl和KCl中离子键的强度小的缘故，表现出在同一温度下，MgCl₂的蒸汽压比其他氯盐的蒸气压高。由于MgCl₂有较强的吸水性，并且熔融状态下易挥发，并不适应于太阳能热发电领域。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种潜热值高，熔点低，比热容较好的以氯化钠、氯化钾和氯化钙为原料的一种三元共熔氯化盐传热蓄热材料及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种三元共熔氯化盐传热蓄热材料，由氯化钠、氯化钾和无水氯化钙共熔制备而成，其中，按质量比计，氯化钠∶氯化钾∶无水氯化钙的质量比为20～30∶20～50∶30～50。