CN103923612A - 石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质及其制备方法 - Google Patents

石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质及其制备方法，属于太阳能光热发电的蓄热传热领域。本发明的传热蓄热介质由二元硝酸熔盐体系与石英砂组成。本发明还提供了该传热蓄热介质的制备方法。本发明的传热蓄热介质基本不改变二元硝酸熔盐的凝固点，同时提高了二元硝酸熔盐的上限工作温度，该传热介质的热稳定性好，导热性能高，成本低，非常适合用于太阳能热动力发电***、太阳能光热发电的蓄热传热***。

Description

石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质及其制备方法
技术领域
本发明涉及用于太阳能光热发电的蓄热传热复合介质，特别是涉及一种石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质及其制备方法。
背景技术
在工业蓄能和太阳能光热发电技术中，目前使用的蓄热传热介质主要有空气、水、导热油、熔融盐、钠和铝等金属。熔盐因具有广泛的使用温度范围，低蒸汽压，低粘度，良好的稳定性，低成本等诸多特性已成为太阳能光热发电技术中颇具潜力的传热蓄热介质，成为目前应用较多，较为成熟的传热蓄热介质。
太阳能光热发电对熔融盐介质的要求较高，必须满足各种热力学、化学和经济学条件。热力学条件要求：尽可能低的熔点和尽可能高的沸点，导热性能好，比热容大，粘度低。化学条件要求：热稳定性好，腐蚀性小，无毒，不易燃易爆、***安全可靠。经济条件要求：熔盐组分来源广泛，价格低廉。混合熔盐相对于单组分熔盐熔点较低，在500℃还能保持较好的热稳定性，对容器和管路材料腐蚀性小，特别适合用于中高温传热蓄热介质。
硝酸熔盐体系原料来源广泛、价格低廉、腐蚀性小且一般在500℃以下不会热分解，因此与其他熔盐相比，硝酸熔盐具有很大的优势。目前，国外太阳能光热发电的电站所使用的传热蓄热介质主要为二元硝酸盐体系（40％KNO3-60％NaNO3）和三元硝酸盐体系（KNO3-NaNO3-NaNO2）。二元硝酸盐体系的工作温度范围为260-565℃，上限温度较高比较理想，但是熔点偏高，导致云遮时的维护成本过高。硝酸熔盐体系存在溶解热较小、热导率低的缺点，因此在使用时容易产生局部过热。国内通常采用的二元硝酸熔盐体系是55％KNO3-45％NaNO2,工作温度范围130-500℃，其熔点大幅度降低，减少了维护成本，但是上限使用温度也相应降低。
为了解决上述问题，中国专利201110425668.7公开了一种KNO3-NaNO3-Ca(NO3)2体系，工作温度范围180-550℃，与二元硝酸盐体系相比，其熔点大幅度降低，减少了维护成本。但是硝酸钙热稳定性不好，热至132℃即分解。有氧化性，加热放出氧气，遇有机物、硫等即发生燃烧和***。
中国专利申请00111406.9公开了一种LiNO3-KNO3-NaNO3-NaNO2体系，其工作温度范围为250℃-550℃，这个体系的上限工作温度比三元硝酸盐体系高，达到550℃，但其下限工作温度也被提高，导致云遮时维护成本增大，而且LiNO3的加入使得其腐蚀性增大，成本增高。
美国专利US007588694B1公开了一种LiNO3-KNO3-NaNO3-Ca（NO3）2体系，其熔点低于100℃，上限使用温度高于500℃，但是LiNO3的加入增加了熔盐的腐蚀性和成本。
石英砂是陶瓷材料的一种，其独特的分子链结构、晶体形状和晶格变化规律，使其具有耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、抗氧化、耐化学腐蚀等优点，在许多高科技产品中发挥着越来越重要的作用，常被用作制造玻璃、耐火材料、冶炼硅铁、冶金熔剂、陶瓷研磨材料、铸造的原料；同时被大量地选做工业蓄热体。
目前为止，没有见到将石英砂加入到二元硝酸熔盐中作为工业蓄能和太阳能高温热利用领域的传热蓄热介质的报道。
发明内容
本发明基于上述领域的空白和需求，提供一种新的传热蓄热介质及其制备方法，该介质的上限使用温度高，对于设备的腐蚀性低且材料成本也很低，克服了目前二元硝酸熔盐存在的缺陷，本发明的技术方案是：
1.一种石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质，其特征在于：所述传热蓄热介质是在二元硝酸熔盐体系中添加石英砂复合而成。
2.根据权利要求1所述的石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质，所述二元硝酸熔盐体系占传热蓄热介质总重量的50～99%，所述石英砂占传热蓄热介质总重量的1～50%。
3.根据权利要求1所述的石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质，所述二元硝酸熔盐体系占传热蓄热介质总重量的50～90%，所述石英砂占传热蓄热介质总重量的10～50%。
4.根据权利要求1所述的石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质，所述二元硝酸熔盐体系占传热蓄热介质总重量的50～80%，所述石英砂占传热蓄热介质总重量的20～50%。
5.根据权利要求1所述的石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质，所述二元硝酸熔盐体系占传热蓄热介质总重量的60～80%，所述石英砂占传热蓄热介质总重量的20～40%。
6.根据权利要求1所述的石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质，所述二元硝酸熔盐体系占传热蓄热介质总重量的60～70%，所述石英砂占传热蓄热介质总重量的30～40%
7.根据权利要求1～6任一所述的石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质，所述二元硝酸熔盐体系为KNO3-NaNO3体系：其中硝酸钾：30-60份；硝酸钠：30-60份。
8.根据权利要求1～6任一所述的石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质，所述二元硝酸熔盐体系为KNO3-NaNO2体系：其中硝酸钾：30-60份；亚硝酸钠：40-70份。
9.权利要求1～8任一所述的石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质在工业蓄能或太阳能光热发电中的用途。
10.用于制备权利要求1～8任一所述石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质的方法，所述设备包括热源装置、带夹层的熔盐罐（2）、气流粉碎干燥器（3）、造粒装置（5-1）、冷却装置（5-2）和输出装置；
所述热源装置包括热载体承载腔，所述热载体承载腔与所述夹层内腔（13）之间通过热载体管道（20-1）连通；
所述熔盐罐（2）、气流粉碎干燥器（3）、造粒装置（5-1）、冷却装置（5-2）和输出装置之间通过熔盐管道向连通，所述熔盐管道由所述夹层内腔（13）的下部伸出并进入气流粉碎干燥器（3）的上端；所述气流粉碎干燥器（3）的下端与热交换器（4）相连；
所述热源装置指太阳能集热***（9）、移动式电伴热（10）或相互独立控制且并联的太阳能集热***（9）和移动式电伴热（10）；
所述太阳能集热***（9）与所述熔盐罐之间的热载体管道（20）设为相互独立控制的两根，其中一根上设置有高温储存罐（1）；所述高温储存罐（1）与所述带夹层的熔盐罐（2）之间设有热载体泵（19）；
所述带夹层的熔盐罐（2）与所述气流粉碎干燥器（3）之间的熔盐管道上设置有熔盐泵（14）；
所述带夹层的熔盐罐（2）的夹层内腔底部与所述热交换器（4）之间通过一段热载体管道（20-2）相连通；
所述热交换器（4）与所述热源装置之间通过一段热载体管道（20-3）相连通，所述热载体管道（20-3）上设置有低温储存罐（18），所述低温储存罐（18）两端的热载体管道（20-3）上设置有热载体泵（16）、（17）；
所述带夹层的熔盐罐（2）还包括搅拌装置（11）和进料口（12）；
所述输出装置依次包括料仓（6）、包装装置（7）和/或存储装置（8）；
步骤如下：
将按比例组成的二元硝酸熔盐体系的原料加入到所述带夹层的熔盐罐（2）中，启动热源装置加热到熔融状态后按比例加入所述石英砂，继续加热并搅拌至熔盐体系均匀为止；
将加热均匀的复合熔盐抽至气流粉碎干燥器（3）中，进行气流粉碎和干燥，得到石英砂复合硝酸熔盐传热蓄热介质，再经过造粒和冷却后由输出装置输出。
上述方法中采用的熔盐制备设备。
本发明首次选用石英砂作为硝酸熔盐的复合材料，石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要成分是SiO2，矿物中常含有少量的杂质成分如Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、Na2O等。熔点约1723℃，沸点约2230℃，具有良好的耐高温、抗氧化、和耐化学腐蚀性能。用于本发明的石英砂采用二氧化硅含量大于75%的普通石英砂即可。
实验证明，在二元硝酸熔盐体系中加入石英砂制备所得的传热蓄热介质，工业成本低，对蓄热***腐蚀性甚微，且与原二元硝酸熔盐体系相比还具有如下的优点和积极效果：
1.本发明制备的复合熔盐传热蓄热介质既有硝酸熔盐的传热性能，又提高了热稳定性和上限使用温度，熔盐的凝固点基本不发生变化。
2.本发明制备的熔盐传热蓄热介质的相变潜热大，储能密度高，降低了对蓄热***尺寸和能量的要求，能量利用率高，节能效果好。
3.本发明制备的熔盐传热蓄热介质的吸热及蓄热能力好，导热系数明显提高，导热性能大大增加，克服了二元硝酸熔盐导热性能差，易局部过热的缺点，可广泛用于太阳能光热发电技术领域。
本发明的优选实施方案中，石英砂占1～50%，石英砂含量越高，降低成本越明显；在20～30%这个范围内既能保证二元硝酸熔盐的上限温度提高，又能保证熔点不升高；另外，引入的石英砂颗粒度越细传热越均匀。
专业术语：
熔点：本发明中所得到的石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质的熔点是采用差示扫描仪在常压下，加热所述传热蓄热介质过程中所测得的值。
本发明还提供了用于规模化制备本发明的熔盐的制备工艺，其步骤依赖于一套本发明提出的设备，该套工艺和设备的创新点及优点如下：
工艺如下：
1.将熔盐体系的不同组分按照一定的顺序依次加入熔盐罐，在一定的温度和压力条件下，加热到熔盐罐内的熔盐粘度可机械搅拌时，开动机械搅拌一段时间至体系均匀。由热源装置提供加热所需的能量，热源装置可选择移动式电伴热或太阳能集热。如果是在用料现场，比如太阳能光热电站，可直接使用聚集的太阳能，环保节能。
2.开启高温熔盐泵，打开出料口，把熔盐罐内均匀的熔盐体系从气流粉碎干燥器上方注入，同时热空气自气流粉碎干燥器的底部鼓入干燥器，二者是逆向的方式。目的：使液相的熔盐混合体系在经过气流粉碎干燥器后直接形成干燥均匀的粉末状，一方面便于包装出售。另外一方面是使用时性能均一稳定。自气流干燥器得到的粉末状熔盐经冷却装置降至室温后放入料仓，包装，储存。
3.在热源装置是太阳能集热***的情况下，可以将熔盐罐夹层中的热载体（高温导热油或熔盐或过热水蒸气）疏导至热交换器中用于加热所需的热空气，充分利用了熔盐罐用过之后的热载体的余热。整体上提高了该工艺的热能利用率。
优点1：
本发明的热源装置提供了以下三种方案：
方案一、本发明采用聚集的太阳能提供的热量作为热源，节能环保。可采用四种方式提供热源：槽式、塔式、碟式、线性菲涅尔式太阳能光热发电方式的镜场聚集太阳能。从成本和技术成熟度的角度优选槽式和塔式。
方式一：选用光热发电的槽式镜场作为聚集太阳能的方式，通过集热管中的高温热载体直接加热熔盐罐。目前常见的高温热载体是高温熔盐、导热油、过热水蒸气，在槽式镜场中优选导热油。
方式二：选用光热发电的塔式镜场作为聚集太阳能的方式，通过吸热器中的高温热载体接加热熔盐罐。目前常见的高温热载体是高温熔盐、导热油、过热水蒸气，在塔式镜场中优选熔盐。
方案二、也可采用移动式电伴热提供热源，移动式电伴热不同于传统式的缠绕电伴热带，维修更加的方便简单。
方案三、太阳能集热***和移动式电伴热独立控制且并联地使用，二者可形成互补作用，比如太阳能辐射不充足时，可用电伴热进行补充。
优点2：
进入气流粉碎干燥器的热空气的热量来自于熔盐罐夹层中的热载体的余热，最大效率的利用热量。
优点3：
熔盐罐的温度、压力可控。
优点4：
最终产品颗粒细小均匀。
附图说明
图1本发明工艺所用的熔盐制备设备的结构示意图；
其中1-高温储存罐，2-熔盐罐，3-气流粉碎干燥器，4－热交换器,5-1-造粒装置,5-2-冷却装置，6-料仓，7-包装装置，8-存储装置，9-太阳能集热***，10-移动式电伴热，11-搅拌装置，12-进料口，13-夹层内腔，14-熔盐泵，15-鼓风机，16、17、19-热载体泵，18-低温储存罐，，20-热载体管道。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
1、实验材料：
普通石英砂（二氧化硅含量大于75%），100目购自山东鸿泰石英砂厂。
硝酸钾、硝酸钠，亚硝酸钠，工业纯级，一般化学用品公司可以购买到。
方法：
本发明石英砂复合硝酸熔盐的制备方法有两种选择：
步骤1.按表1所列的配方准备组成二元硝酸熔盐体系的材料，放入反应釜中，加热搅拌使固体完全熔融，然后保温0.5-1h，加热温度为熔盐相变温度以上80-120℃。
步骤2.搅拌条件下，将石英砂分散到熔融的二元硝酸熔盐体系中，继续搅拌1-2h，混合物呈胶状，
2、规模化生产优选采用以下工艺及配套的熔盐制备装置：熔盐制备设备：所述设备包括热源装置、带夹层内腔（13）的熔盐罐（2）、气流粉碎干燥器（3）、造粒装置（5-1）、冷却装置（5-2）和输出装置；
使用中，将按比例组成的二元硝酸熔盐体系的原料加入到所述带夹层的熔盐罐（2）中，启动热源装置加热到熔融状态后按比例加入所述石英砂，继续加热至熔盐体系均匀为止；
将加热均匀的复合熔盐抽至气流粉碎干燥器（3）中，进行气流粉碎和干燥，得到石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质，最后通过输出装置输出。
所述热源装置包括热载体承载腔，所述热载体承载腔与所述带夹层的熔盐罐（2）的夹层内腔（13）之间通过热载体管道（20-1）连通；
所述夹层内腔（13）、气流粉碎干燥器（3）、造粒装置（5-1）、冷却装置（5-2）和输出装置之间通过熔盐管道向连通，所述熔盐管道由所述夹层内腔（13）的下端伸出并进入气流粉碎干燥器（3）的上端；所述气流粉碎干燥器（3）的下端与热交换器（4）相连；熔盐罐内均匀的熔盐体系从入气流粉碎干燥器上方注入，同时热空气自气流粉碎干燥器的底部鼓入干燥器，二者是逆向的方式。目的：使液相的熔盐混合体系在经过气流粉碎干燥器后直接形成干燥均匀的粉末状，一方面便于包装出售。另外一方面是使用时性能均一稳定；
所述热源装置指太阳能集热***（9）、移动式电伴热（10）或相互独立控制且并联的太阳能集热***（9）和移动式电伴热（10）；该设备中热源装置可以是单独的所述太阳能集热***9或单独的移动式电伴热（10），也可以是相互独立控制且并联的太阳能集热***（9）和移动式电伴热（10）。
所述太阳能集热***（9）与所述熔盐罐之间的热载体管道（20-1）设为相互独立控制的两根，其中一根上设置有高温储存罐（1）。所述太阳能集热***（9）与所述高温储存罐（1）之间设有阀门，用于控制太阳能集热***（9）中的热载体向高温储存罐（1）中流动；当关闭该阀门时，可以使用太阳能集热***（9）或是移动式电伴热（10）直接加热热载体进而加热熔盐罐（2）的方式来制备高温熔盐；当能源充足或熔盐罐不需要加热时，可打开太阳能集热***与高温储存罐（1）之间的阀门，经过太阳能集热***加热的热载体便可通过管道流向高温储存罐进而储存起来，当需要加热制备熔盐时，可以通过热载体泵(19)抽进夹层内腔（13）进而加热熔盐罐（2）来制备高温熔盐。
所述熔盐罐（2）与所述气流粉碎干燥器（3）之间的熔盐管道上设置有高温熔盐泵（14）。用于将加热后的熔盐抽至气流粉碎干燥器中。
所述夹层内腔（13）底部与所述热交换器（4）之间通过一段热载体管道（20-2）相连通。该段热载体管道（20-2）用于将夹层内腔（13）中的热载体引导至热交换器（4）中用于加热该设备中所需的热空气，从而实现夹层内腔（13）内的热载体的余热再利用，节能环保。
所述热交换器（4）与所述热源装置之间通过一段热载体管道（20-3）相连通，所述热载体管道（20-3）上设置有低温储存罐（18）。在热交换器中被用尽热量的热载体冷却后通过所述热载体管道（20-3）上的热载体泵（16）抽送至低温储存罐中，通过热载体泵（17）送回到热源装置中循环使用。
所述熔盐罐（2）还包括搅拌装置（11）和进料口（12）。
所述输出装置依次包括料仓（6）、包装装置（7）和/或存储装置（8）。
每一段所述热载体管道上都至少设置有一个热载体泵。
上述设备中的各段管道上均设置有充足的阀门用于控制管道中的物质的流动和流向。热源装置与带夹层的熔盐罐之间的热载体管道上的阀门通过控制热载体的输送量和速度从而控制加热温度，所述熔盐罐自身带有压力控制装置。
实施例1～3.二元硝酸盐体系KNO3-NaNO3中加入石英砂制备蓄热传热介质
步骤1.按表1所列的配方准备组成二元硝酸熔盐体系的材料，放入反应釜中，加热搅拌使固体完全熔融，然后保温0.5-1h，加热温度为熔盐相变温度以上80-120℃。
步骤2.搅拌条件下，将石英砂分散到熔融的二元硝酸熔盐体系中，继续搅拌1-2h，混合物呈胶状，
表1.各实施例中的二元硝酸熔盐体系配方
实施例编号 二元硝酸盐体系 二元硝酸盐体系配方（重量份）
1 KNO3-NaNO3 硝酸钾：10份；硝酸钠：90份；
2 硝酸钾：30份；硝酸钠：45份；
3 硝酸钾：45份；硝酸钠：30份；
加入的石英砂（规格为100目）按以下比例梯度进行：
第1组：石英砂在三种石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质中占1%，得第1～3个产品。
第2组：石英砂在三种石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质中占10%，得第4～6个产品。
第3组：石英砂在三种石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质中占20%，得第7～9个产品。
第4组：石英砂在三种石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质中占30%，得第10～12个产品。
第5组：石英砂在三种石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质中占40%，得第13～15个产品。
第6组：石英砂在三种石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质中占50%，得第16～18个产品。
每一个产品的对照为该产品对应的二元硝酸熔盐。
步骤3.相变潜热测试和熔点测试：
采用通用的差示扫描仪DSC进行（常压下扫描）。
测试结果显示，与对照相比，相变潜热都明显增大；
石英砂复合二元硝酸熔盐编号KNO3-NaNO3熔盐体系重量百分比配比（同时也是对照）
表2.熔点的测试结果
石英砂复合二元硝酸熔盐编号 熔点℃
对照:硝酸钾10％；硝酸钠90％ 270
1 250
4 254
7 256
10 270
13 274
16 278
对照:硝酸钾40％；硝酸钠60％ 220
2 205
5 207
8 203
11 219
14 228
17 231
对照:硝酸钾60％；硝酸钠40％ 210
3 198
6 199
9 193
12 210
15 213
18 212
而第1～3组产品熔点有所下降但不显著；第5组和第6组产品的熔点稍微有所提高。
步骤4：热稳定性测试
对制备得到18种传热蓄热介质及3种对照二元硝酸熔盐进行热稳定性测试。
测试采用重量法进行：将实施例1～3所得的18种熔融盐分别装入镍制的坩埚中，放入温控炉中进行加热，从常温开始进行实验，每隔一段时间取出实验坩埚用分析天平称重。如果在某一温度段内，试样的重量不再减少，再提高温控炉的温度。然后再每隔一段时间取出实验坩埚进行称重，到另一个稳态之后再继续升温。
四种对照二元硝酸体系的稳定温度界限均为550℃，550℃下加热100小时，损失率可达10%；加热30小时，损失率达5%。，710热100小时，损失率可达25%,加热30小时，损失率达13%。
对实施例1～3所得的6组18种传热蓄热介质进行热稳定性测试，
表3.550℃下的损失率统计结果
可以看出在550℃度下，加入石英砂能够使各组产品的热稳定性相对于对照明显提高。
表4.710℃下的损失率统计结果
可以看出在710℃度下，加入非常少的石英砂，能够使各组产品的热稳定性相对于对照明显提高。
实施例4～7二元硝酸盐体系KNO3-NaNO2中加入石英砂制备蓄热传热介质
步骤1.按表4所列的配方准备组成二元硝酸熔盐体系的材料，放入反应釜中，加热搅拌使固体完全熔融，然后保温0.5-1h，加热温度为熔盐相变温度以上80-120℃。
步骤2.搅拌条件下，将石英砂分散到熔融的二元硝酸熔盐体系中，继续搅拌1-2h，混合物呈胶状，
表5.各实施例中的二元硝酸熔盐体系配方
实施例编号 二元硝酸盐体系 二元硝酸盐体系配方（重量份）
1 KNO3-NaNO2 硝酸钾：30份；亚硝酸钠：70份；
2 硝酸钾：40份；亚硝酸钠：60份；
3 硝酸钾：45份；亚硝酸钠：55份；
4 硝酸钾：55份；亚硝酸钠：45份；
加入的石英砂（规格为100目）按以下比例梯度进行：
第1组：石英砂在四种石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质中占1%，得第1～4个产品。
第2组：石英砂在四种石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质中占10%，得第5～8个产品。
第3组：石英砂在四种石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质中占20%，得第9～12个产品。
第4组：石英砂在四种石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质中占30%，得第13～16个产品。
第5组：石英砂在四种石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质中占40%，得第17～20个产品。
第6组：石英砂在四种石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质中占50%，得第21～24个产品。
每一个产品的对照为该产品对应的二元硝酸熔盐。
步骤3.相变潜热测试和熔点测试：
采用通用的差示扫描仪DSC进行（常压下扫描）。
测试结果显示，与对照相比，相变潜热都明显增大；
表6.熔点的测试结果
石英砂复合二元硝酸熔盐编号 熔点℃
对照：硝酸钾：30份；亚硝酸钠：70份 207
1 197
5 195
9 193
13 199
17 213
21 220
对照：硝酸钾：40份；亚硝酸钠：60份 133
2 125
6 118
10 115
14 123
18 140
22 142
对照：硝酸钾：45份；亚硝酸钠：55份 132
3 122
7 121
11 119
15 126
19 138
23 141
对照：硝酸钾：55份；亚硝酸钠：45份 133
4 126
8 120
12 117
16 125
20 139
24 145
而第1～4组产品熔点有所下降但不显著；第5组和第6组产品的熔点稍微有所提高。
步骤4：热稳定性测试
对制备得到24种传热蓄热介质及4种对照二元硝酸熔盐进行热稳定性测试。
测试采用重量法进行：将实施例4～7所得的24种熔融盐分别装入镍制的坩埚中，放入温控炉中进行加热，从常温开始进行实验，每隔一段时间取出实验坩埚用分析天平称重。如果在某一温度段内，试样的重量不再减少，再提高温控炉的温度。然后再每隔一段时间取出实验坩埚进行称重，到另一个稳态之后再继续升温。
四种对照二元硝酸体系的稳定温度界限均为500℃，500℃下加热100小时，损失率可达12%；加热30小时，损失率达5%。，600℃下加热100小时，损失率可达22%；加热30小时，损失率达12%。
对实施例4～7所得的6组24种传热蓄热介质进行热稳定性测试，
表7.500℃下的损失率统计结果
可以看出在500℃度下，加入石英砂能够使各组产品的热稳定性相对于对照明显提高。
表8.600℃下的损失率统计结果
可以看出在600℃度下，加入非常少的石英砂，能够使各组产品的热稳定性相对于对照明显提高。

Claims (11)

1.一种石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质，其特征在于：所述传热蓄热介质是在二元硝酸熔盐体系中添加石英砂复合而成。
2.根据权利要求1所述的石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质，所述二元硝酸熔盐体系占传热蓄热介质总重量的50～99%，所述石英砂占传热蓄热介质总重量的1～50%。
3.根据权利要求1所述的石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质，所述二元硝酸熔盐体系占传热蓄热介质总重量的50～90%，所述石英砂占传热蓄热介质总重量的10～50%。
4.根据权利要求1所述的石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质，所述二元硝酸熔盐体系占传热蓄热介质总重量的50～80%，所述石英砂占传热蓄热介质总重量的20～50%。
5.根据权利要求1所述的石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质，所述二元硝酸熔盐体系占传热蓄热介质总重量的60～80%，所述石英砂占传热蓄热介质总重量的20～40%。
6.根据权利要求1所述的石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质，所述二元硝酸熔盐体系占传热蓄热介质总重量的60～70%，所述石英砂占传热蓄热介质总重量的30～40%。
7.根据权利要求1～6任一所述的石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质，所述二元硝酸熔盐体系为KNO3-NaNO3体系：其中硝酸钾：30-60份；硝酸钠：30-60份。
8.根据权利要求1～6任一所述的石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质，所述二元硝酸熔盐体系为KNO3-NaNO2体系：其中硝酸钾：30-60份；亚硝酸钠：40-70份。
9.权利要求1～8任一所述的石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质在工业蓄能或太阳能光热发电中的用途。
10.用于制备权利要求1～8任一所述石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质的方法，其特征在于采用以下熔盐制备设备：所述设备包括热源装置、带夹层的熔盐罐（2）、气流粉碎干燥器（3）、造粒装置（5-1）、冷却装置（5-2）和输出装置；
所述热源装置包括热载体承载腔，所述热载体承载腔与所述夹层内腔（13）之间通过热载体管道（20-1）连通；
所述熔盐罐（2）、气流粉碎干燥器（3）、造粒装置（5-1）、冷却装置（5-2）和输出装置之间通过熔盐管道向连通，所述熔盐管道由所述夹层内腔（13）的下部伸出并进入气流粉碎干燥器（3）的上端；所述气流粉碎干燥器（3）的下端与热交换器（4）相连；
所述热源装置指太阳能集热***（9）、移动式电伴热（10）或相互独立控制且并联的太阳能集热***（9）和移动式电伴热（10）；
所述太阳能集热***（9）与所述熔盐罐之间的热载体管道（20）设为相互独立控制的两根，其中一根上设置有高温储存罐（1）；所述高温储存罐（1）与所述带夹层的熔盐罐（2）之间设有热载体泵（19）；
所述带夹层的熔盐罐（2）与所述气流粉碎干燥器（3）之间的熔盐管道上设置有熔盐泵（14）；
所述带夹层的熔盐罐（2）的夹层内腔底部与所述热交换器（4）之间通过一段热载体管道（20-2）相连通；
所述热交换器（4）与所述热源装置之间通过一段热载体管道（20-3）相连通，所述热载体管道（20-3）上设置有低温储存罐（18），所述低温储存罐（18）两端的热载体管道（20-3）上设置有热载体泵（16）、（17）；
所述带夹层的熔盐罐（2）还包括搅拌装置（11）和进料口（12）；
所述输出装置依次包括料仓（6）、包装装置（7）和/或存储装置（8）；
步骤如下：
将按比例组成的二元硝酸熔盐体系的原料加入到所述带夹层的熔盐罐（2）中，启动热源装置加热到熔融状态后按比例加入所述石英砂，继续加热并搅拌至熔盐体系均匀为止；
将加热均匀的复合熔盐抽至气流粉碎干燥器（3）中，进行气流粉碎和干燥，得到二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质，再经过造粒和冷却后由输出装置输出。
11.权利要求10所述方法中采用的熔盐制备设备。
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