1.本发明属于太阳能热发电系统的储热
储能技术领域，尤其涉及一种三元混合熔盐传热蓄热介质及其制备方法。
背景技术：
2.在太阳能利用过程中，其具有不连续性，随地理位置、环境、天气状况的变化而变化等缺点，为了攻克这一缺点，现在大多数的太阳能技术均采用蓄能技术，将一部分不用的能量利用
储能材料储存起来，这两种技术的结合可以在容量缓冲、调度性和时间平移、年利用率的提高、电力输出稳定程度以及高效满负荷运行等方面更加具有优势。目前，显热蓄热技术经过长时间的实践研究后，发现其具有技术成熟、原理简单易懂、原料易购及成本较低等特点，成为当前研究和应用的重点技术之一。而对于储能材料的选择，更是该技术的关键之处，蓄热材料如何选择将对整个系统的发电效率，系统内管道的优化设计及成本的高低产生重要的影响。
3.相对于其他储能材料，熔融盐因其具有使用温度宽、蒸气压力低、热容量大、粘度低、良好的稳定性等诸多特性受到人们的广泛关注。使用熔融盐作为传热工质可以提高整个系统发电效率和可靠性、同时大幅度降低成本，是太阳能热利用技术未来发展的主要趋势；而将熔融盐作为传蓄热材料不仅可以实现大规模的储能同时成本低廉，还可以保证太阳能热发电输出高品质电能。因此，将熔融盐作为传蓄材料是太阳能热利用技术未来发展中的必要途径。
4.目前，熔盐作为传热蓄热介质已经在太阳能热发电系统中得到了应用。美国加利福尼亚州的solar two和西班牙的andasol太阳能电站均采用solar salt(60wt％nano3+40wt％kno3)作为传热蓄热介质，该种混合熔盐具有良好的热稳定性和低廉的成本，但是它的熔点高达220℃，这对系统的安全稳定性提出了考验。具有较低熔点(143℃)的hitec盐(7wt％nano3+53wt％kno3+40wt％nano2)被应用在工业传热中，该种混合熔盐在454℃以下具有热稳定性，可以短时间运行到538℃，分解温度相对较低。已开发出的kno
3-nano
3-lino
3-ca(no3)2熔盐体系随着市面上硝酸锂价格的大幅度上涨，成本大大提高。相对于熔点为13℃的导热油，现用熔盐的主要缺点是其相对较高的熔点及较低的分解温度，当熔盐应用在太阳能传热蓄热系统中时，必须采取保护措施防止熔盐发生冻结，并且当前可用的熔盐配方还因为含有贵金属盐(锂)，使其成本相对较高。
技术实现要素：
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种三元混合熔盐传热蓄热介质及其制备方法，该传热蓄热介质不含有贵金属盐，并且具有较低的熔点和较高的热稳定性分解温度。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案为：
7.一种三元混合熔盐传热蓄热介质，所述传热蓄热介质由硝酸钾、亚硝酸钠和碳酸钠组成。
8.进一步地，所述传热蓄热介质由40-60wt％硝酸钾、30-50wt％亚硝酸钠和5-20wt％碳酸钠组成，任一组分高于或低于该范围混合熔盐会造成不共晶、分解温度过低、粘度过大等问题。
9.优选地，所述传热蓄热介质由51.15wt％硝酸钾、41.85wt％亚硝酸钠和7wt％碳酸钠组成。
10.本发明还提供了一种三元混合熔盐传热蓄热介质的制备方法，包括以下步骤：
11.s1：混合研磨、干燥：按照预设比例将硝酸钾、亚硝酸钠和碳酸钠混合研磨，然后干燥；
12.s2：熔融：将所述步骤s1干燥后的混合物完全融化，然后冷却结晶；
13.s3：粉碎、干燥：将所述步骤s2得到的结晶盐，粉粹后干燥处理，得到所述的传热蓄热介质。
14.具体地，所述步骤s1具体为：按照40-60wt％硝酸钾、30-50wt％亚硝酸钠和5-20wt％碳酸钠称取上述三种组分，将其混合研磨，然后放置在干燥箱中进行恒温干燥，设定温度为100℃-130℃，时间为24h-96h。
15.具体地，所述步骤s2具体为：将干燥后的混合物放置在高温炉中加热至400℃-550℃，时间为12h-24h，随炉冷却。
16.具体地，所述步骤s3具体为：采用超微粉碎机将结晶盐粉碎，粉碎后的细度为20-200目，然后将粉碎后的结晶盐恒温干燥处理。
17.本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
18.本发明的传热蓄热介质包含由硝酸钾、亚硝酸钠和碳酸钠组成，单一组分硝酸盐分解温度过低，而在硝酸盐的基础上添加高分解温度的碳酸盐形成共晶混合熔盐后能够显著提高其分解温度，共晶混合熔盐能够在较宽的运行温度范围内确保相和组分稳定、均匀的热物性。因此，本发明提供的传热蓄热介质的分解温度得到了显著的提高(分解温度为705-730℃)，将其应用在太阳能热发电系统中，拓宽了熔融盐的适用温度范围，提高了热稳定性。
19.本发明的传热蓄热介质相比于传统的传热蓄热介质(solar salt，hitec盐，kno
3-nano
2-na2co3)分解温度大大的提高，相比solar salt降低了熔点。
附图说明
20.图1为本发明实施例1的混合熔盐的tg曲线；
21.图2为本发明实施例1的混合熔盐的dsc曲线；
22.图3为本发明实施例1的混合熔盐的比热测量结果；
23.图4为本发明实施例1的混合熔盐的密度测量结果；
24.图5为本发明实施例1的混合熔盐的热扩散系数测量结果；
25.图6为本发明实施例1的混合熔盐的导热系数测量结果；
26.图7为本发明实施例1的混合熔盐的粘度测量结果；
27.图8为本发明实施例2的混合熔盐的dsc曲线；
28.图9为本发明实施例2的混合熔盐的tg曲线；
29.图10为本发明实施例3的混合熔盐的dsc曲线；
30.图11为本发明实施例3的混合熔盐的tg曲线；
31.图12为本发明实施例4的混合熔盐的dsc曲线；
32.图13为本发明实施例4的混合熔盐的tg曲线。
具体实施方式
33.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种三元混合熔盐传热蓄热介质及其制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
34.一种三元混合熔盐传热蓄热介质，所述传热蓄热介质由40-60wt％硝酸钾、30-50wt％亚硝酸钠和5-20wt％碳酸钠组成。可以由以下的步骤制备得到，
35.s1：混合研磨、干燥：按照上述的质量组分比例，采用高精度分析天平称量好以上三种组分，将其充分混合研磨，然后放置于干燥箱中进行恒温干燥，设定温度为100℃-130℃，时间为24h-96h，使混合物中含有的水分溢出；
36.s2：熔融：将步骤s1干燥后的混合物放置在马弗炉中加热至400℃-550℃，时间为12h-24h，以使混合物完全融化并混合均匀，随炉冷却，形成坚硬的固态结晶盐；
37.s3：粉碎、干燥：将步骤s2得到的结晶盐，采用超微粉碎机粉粹，粉碎的细度可达到20-200目，然后再将粉碎后的结晶盐放置于干燥箱中恒温干燥。
38.实施例1
39.三元混合熔盐传热蓄热介质由51.15wt％硝酸钾，41.85wt％亚硝酸钠，7wt％碳酸钠组成。
40.由以下的步骤制备得到，
41.s1：混合研磨、干燥：按照上述的质量组分比例，采用高精度分析天平称量好以上三种组分，将其充分混合研磨，然后放置于干燥箱中进行恒温干燥，设定温度为150℃，时间为96h，使混合物中含有的水分溢出；
42.s2：熔融：将步骤s1干燥后的混合物放置在马弗炉中加热至450℃，加热时间为12h，以使混合物完全融化并混合均匀，随炉冷却，形成坚硬的固态结晶盐；
43.s3：粉碎、干燥：将步骤s2得到的结晶盐，采用超微粉碎机粉粹，粉碎的细度可达到20-200目，然后再将粉碎后的结晶盐放置于干燥箱中恒温干燥。
44.通过dsc(差示扫描量热技术)测试分析得到的混合熔盐的熔点，结果如图2所示，从图2可以得出熔点为144.5℃，通过tg(热重技术)分析，结果如图1所示，可得到分解温度为727.8℃。然后分别测量得到的混合熔盐的比热容、密度、扩散系数、导热系数和粘度，结果如图3-7所示,将实施例1的混合熔盐的性能与目前市场上主流的熔盐相比，结果如表1所示
45.表1混合熔盐的性质
[0046][0047]
与常用的solar salt相比，三元混合盐熔点降低75℃左右，分解温度提高151℃左右。与hitec盐相比，熔点高出1.5℃，分解温度提高273℃左右。比热容均比两种常用盐较低，粘度较大。其蓄热成本比solar salt贵2.92元、比hitec盐便宜19.17元。本实施例得到的三元混合盐以其较宽的使用温度范围，较低的熔点可解决太阳能传蓄热系统的管路冻堵危险，减少成本。
[0048]
实施例2
[0049]
三元混合熔盐传热蓄热介质由50.05wt％硝酸钾，40.95wt％亚硝酸钠，9wt％碳酸钠组成。
[0050]
由以下的步骤制备得到，
[0051]
s1：混合研磨、干燥：按照上述的质量组分比例，采用高精度分析天平称量好以上三种组分，将其充分混合研磨，然后放置于干燥箱中进行恒温干燥，设定温度为120℃，时间为48h，使混合物中含有的水分溢出；
[0052]
s2：熔融：将步骤s1干燥后的混合物放置在马弗炉中加热至450℃，加热时间为12h，以使混合物完全融化并混合均匀，随炉冷却，形成坚硬的固态结晶盐；
[0053]
s3：粉碎、干燥：将步骤s2得到的结晶盐，采用超微粉碎机粉粹，粉碎的细度可达到20-200目，然后再将粉碎后的结晶盐放置于干燥箱中恒温干燥。
[0054]
通过dsc测试分析得到的混合熔盐的熔点，结果如图8所示，从图8可以得出熔点为142.3℃，通过tg分析，结果如图9所示，可得到分解温度为722.1℃。
[0055]
表2
[0056][0057]
实施例3
[0058]
三元混合熔盐传热蓄热介质由44wt％硝酸钾，36wt％亚硝酸钠，20wt％碳酸钠组成。
[0059]
由以下的步骤制备得到，
[0060]
s1：混合研磨、干燥：按照上述的质量组分比例，采用高精度分析天平称量好以上三种组分，将其充分混合研磨，然后放置于干燥箱中进行恒温干燥，设定温度为120℃，时间
为48h，使混合物中含有的水分溢出；
[0061]
s2：熔融：将步骤s1干燥后的混合物放置在马弗炉中加热至450℃，加热时间为12h，以使混合物完全融化并混合均匀，随炉冷却，形成坚硬的固态结晶盐；
[0062]
s3：粉碎、干燥：将步骤s2得到的结晶盐，采用超微粉碎机粉粹，粉碎的细度可达到20-200目，然后再将粉碎后的结晶盐放置于干燥箱中恒温干燥。
[0063]
表3
[0064][0065]
实施例4
[0066]
三元混合熔盐传热蓄热介质由52.25wt％硝酸钾，42.75wt％亚硝酸钠，5wt％碳酸钠组成。
[0067]
由以下的步骤制备得到，
[0068]
s1：混合研磨、干燥：按照上述的质量组分比例，采用高精度分析天平称量好以上三种组分，将其充分混合研磨，然后放置于干燥箱中进行恒温干燥，设定温度为120℃，时间为48h，使混合物中含有的水分溢出；
[0069]
s2：熔融：将步骤s1干燥后的混合物放置在马弗炉中加热至450℃，加热时间为12h，以使混合物完全融化并混合均匀，随炉冷却，形成坚硬的固态结晶盐；
[0070]
s3：粉碎、干燥：将步骤s2得到的结晶盐，采用超微粉碎机粉粹，粉碎的细度可达到20-200目，然后再将粉碎后的结晶盐放置于干燥箱中恒温干燥。
[0071]
表4
[0072][0073]
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明做出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。技术特征：
1.一种三元混合熔盐传热蓄热介质，其特征在于，所述传热蓄热介质由硝酸钾、亚硝酸钠和碳酸钠组成。2.根据权利要求1所述的三元混合熔盐传热蓄热介质，其特征在于，所述传热蓄热介质由40-60wt％硝酸钾、30-50wt％亚硝酸钠和5-20wt％碳酸钠组成。3.根据权利要求1所述的三元混合熔盐传热蓄热介质，其特征在于，所述传热蓄热介质由51.15wt％硝酸钾、41.85wt％亚硝酸钠和7wt％碳酸钠组成。4.一种三元混合熔盐传热蓄热介质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：混合研磨、干燥：按照预设比例将硝酸钾、亚硝酸钠和碳酸钠混合研磨，然后干燥；s2：熔融：将所述步骤s1干燥后的混合物完全融化，然后冷却结晶；s3：粉碎、干燥：为了后续测量各项热物性，将所述步骤s2得到的结晶盐，粉粹后干燥处理，得到所述的传热蓄热介质。5.根据权利要求4所述的三元混合熔盐传热蓄热介质的制备方法，其特征在于，所述步骤s1具体为：按照40-60wt％硝酸钾、30-50wt％亚硝酸钠和5-20wt％碳酸钠称取上述三种组分，将其混合研磨，然后放置在干燥箱中进行恒温干燥，设定温度为100℃-130℃，时间为24h-96h。6.根据权利要求4所述的三元混合熔盐传热蓄热介质的制备方法，其特征在于，所述步骤s2具体为：将干燥后的混合物放置在高温炉中加热至400℃-550℃，时间为12h-24h，随炉冷却。7.根据权利要求4所述的三元混合熔盐传热蓄热介质的制备方法，其特征在于，所述步骤s3具体为：采用超微粉碎机将结晶盐粉碎，粉碎后的细度为20-200目，然后将粉碎后的结晶盐恒温干燥处理。
技术总结
本发明属于太阳能热发电系统的储热储能技术领域，公开了一种三元混合熔盐传热蓄热介质及其制备方法，其中所述传热蓄热介质由硝酸钾、亚硝酸钠和碳酸钠组成。采用混合研磨、干燥、熔融、冷却结晶的方法，可制得上述传热蓄热介质，得到的传热蓄热介质不含有贵金属盐，降低了成本，并且具有较低的熔点和较高的热稳定性分解温度。性分解温度。性分解温度。
技术研发人员：?(74)专利代理机构
受保护的技术使用者：浙江京晟能源科技有限公司
技术研发日：2022.04.11
技术公布日：2022/11/29
声明：
“三元混合熔盐传热蓄热介质及其制备方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：浙江京晟能源科技有限公司
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2024年12月06日 ~ 08日 
