【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及储热熔盐，具体涉及一种低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐及其制备方法。
技术介绍
1、当前能源短缺问题日益严重，可再生能源安全稳定的储存与利用尤为重要。储能技术在解决能源波动和不连续而导致能源利用率低等问题上发挥着巨大作用，太阳能热电厂与熔盐储热系统相结合的方式，有效提高了系统的热效率、稳定性和可靠性。
2、目前较为成熟的商业化熔盐体系有solar salt(60％nano3+40％kno3)、hitec(7％nano3+53％kno3+40nano2)和hitec l(45％kno3+48％ca(no3)2+7％kno3)，这三种混合熔盐的工作温度分别为：220～600℃、142～535℃和120～500℃。但这三者在储热系统运行时显现出诸多不足，例如：三者较高的熔点不但会导致熔盐管道发生堵塞，而且增加了系统的运行成本；hitec在高温环境下由于亚硝酸钠的不稳定性，极易发生分解，产生有毒气体；hitec xl中硝酸钙含量较大，它的高粘度会阻碍液体在管内的正常流动。
3、随着熔盐储热市场的开拓，围绕多元低熔点熔盐储热材料的设计和开发展开广泛研究。目前，二元和三元熔盐发展较为成熟，专利cn 106590546 a公开了一种三元混合熔盐储热材料，该材料由kno3、nano3和lino3组成，实测熔点在110-140℃；专利cn107312502 a公开三元熔盐体系kno3-mg(no3)2-nano3以kno3-nano3为基础，通过合理的处理方法混入mg(no3)2，最终筛选出熔点可达到160℃的
4、对于四元体系熔盐的研究，专利cn 103074040 a公开了两种低熔点混合熔盐蓄热材料，其中的配方一是由kno3、nano2、ca(no3)2、nano3组成，熔点约为130℃左右；第二种配方是由kno3、lino3、ca(no3)2、nano3组成，达到最低共晶点的混合熔盐的组分为50wt％kno3、20wt％lino3、20wt％ca(no3)2和10wt％nano3，起始点(熔点)温度为82.2℃，终止点(共晶点)温度为123.2℃，依然存在熔点高的问题。储热材料的熔点降低可降低储能系统伴热温度，一方面使得加热耗电量降低，另一方面低温时散热损失也相应减小，初步估计熔点每降低1℃，储热效率提高0.6％～0.8％。因此，设计和开发性能优异的新型低熔点、高比热、高分解温度的混合熔盐对提高熔盐系统的经济型与安全性有着重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐，具有更低的熔点，避免了现有技术中的多元储热熔盐熔点高导致熔盐管道容易发生堵塞以及系统的运行成本高的问题；同时，本专利技术四元硝酸储热溶液稳定性强，不易分解；熔盐的制备工艺简单，便于工业化生产。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐，按质量百分比计，包括5-9wt％的硝酸钠、21-26wt％的硝酸钙、48-55wt％的硝酸钾、5-20wt％的硝酸锂。
3、进一步的，按质量百分比计，包括7-8wt％的硝酸钠、21-24wt％的硝酸钙、48-52wt％的硝酸钾、15-19wt％的硝酸锂。
4、进一步的，按质量百分比计，包括7.83wt％的硝酸钠、23.32wt％的硝酸钙、50.85wt％的硝酸钾、18wt％的硝酸锂。
5、基于现有技术中多元熔盐通过试凑法获取较低熔点的组分，其很难凑到最低熔点的组分，且步骤繁琐，效率低。本专利技术四元硝酸储热熔盐的组分通过四元体系对应的6个子二元体系和4个子三元体系建立的优化后的热力学模型推算，并利用实验进行验证，所建立的四元混合盐相图模型具有自洽特征，并可降维为相应的三元和二元相图。其中，6个子二元体系为nano3-ca(no3)2、kno3-ca(no3)2、lino3-ca(no3)2、nano3-kno3、nano3-lino3、kno3-lino3；4个三元体系为nano3-kno3-lino3、nano3-kno3-ca(no3)2、nano3-lino3-ca(no3)2、kno3-lino3-ca(no3)2。
6、所述热力学模型推算方法包括如下步骤：
7、(1)根据纯质单组分盐(nano3、kno3、lino3、ca(no3)2)的热力学参数搭建热力学数据库，构建四元体系所涉及的所有子二元体系的液相吉布斯自由能表达式：
8、g＝na0ga+nb0gb-tδsconfig+(nabδgab/2) (1)
9、式中，na和nb分别为a和b的摩尔分数，nab为(a-b)对的摩尔分数，0ga和0gb为组元a和b的吉布斯自由能，δsconfig为构型熵，其通过随机分布(a-a)、(b-b)和(a-b)的组分对来描述，δgab为模型参数，其中和是待定的模型参数，t表示温度，单位k。在每个二元体系中，式(1)中的参数δgab展开为经验多项式：
10、
11、采用式(2)对二元系进行热力学优化，其中和是待定的模型参数。
12、(2)采用熔融高温混合法分别对nano3-ca(no3)2、kno3-ca(no3)2、lino3-ca(no3)2、nano3-kno3、nano3-lino3、kno3-lino3六个子二元体系按照1:9、2:8……9:1的质量比混合后，进行dsc测试，记录各体系的液相点(终止点)温度。
13、(3)由步骤(2)二元体系实验获得的液相点数据，优化步骤(1)二元体系热力学参数。
14、(4)同理，通过六个二元体系的热力学参数，搭建四个三元体系热力学数据库，绘制三元相图，推算三元体系的共晶组成和温度，并通过实验优化三元体系热力学参数。
15、(5)基于二元和三元的热力学参数，搭建自洽的四元体系热力学数据库，绘制四元相图，推算四元体系共晶点的配比与温度。其中，四元体系可反推三元体系和二元体系，即四元体系设定任意组元为零时可以完全降低到三元体系且与三元体系相图保持严格相等。
16、本专利技术四元熔盐相图理论模型构建方法，可以精确地指导宽液程低熔点混合盐类的配制，有效提高多元混合熔盐的配置精度和效率。
17、本专利技术第二方面提供第一方面所述低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐的制备方法，包括如下步骤：
18、s1、将硝酸钠、硝酸钙、硝酸钾、硝酸锂分别研磨、干燥后备用；
19、s2、按各组分的质量百分比称取硝酸钠、硝酸钙、硝酸钾、硝酸锂，混合均匀得到混合粉体；
20、s3、真空状态下，将所述混合粉体高温熔化；
21、s4、冷却后研磨成粉，再次于真空状态下高温熔化；
22、s5、重复步骤s4 1-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐，其特征在于，按质量百分比计，包括5-9wt％的硝酸钠、21-26wt％的硝酸钙、48-55wt％的硝酸钾、5-20wt％的硝酸锂。
2.如权利要求1所述的低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐，其特征在于，按质量百分比计，包括7-8wt％的硝酸钠、21-24wt％的硝酸钙、48-52wt％的硝酸钾、15-19wt％的硝酸锂。
3.如权利要求1所述的低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐，其特征在于，按质量百分比计，包括7.83wt％的硝酸钠、23.32wt％的硝酸钙、50.85wt％的硝酸钾、18wt％的硝酸锂。
4.一种权利要求1-3任一项所述低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.如权利要求4所述的低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐的制备方法，其特征在于，S1中，所述干燥具体为：将研磨后的各原料置于马弗炉中，以10-20℃/min的升温速率升温至140-160℃，保温干燥20-24h。
6.如权利要求4所述的低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐的制备方法，其特征在于，S
7.如权利要求4所述的低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐的制备方法，其特征在于，S3和S4中，所述高温熔化的温度为350±10℃。
8.如权利要求4所述的低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐的制备方法，其特征在于，S3中，所述高温熔化的时间为10-12h。
9.如权利要求4所述的低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐的制备方法，其特征在于，S4中，所述高温熔化的时间为20-24h。
10.如权利要求4所述的低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐的制备方法，其特征在于，S1和S4中，所述研磨后的粉体粒径为50-200目。
...【技术特征摘要】
1.一种低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐，其特征在于，按质量百分比计，包括5-9wt％的硝酸钠、21-26wt％的硝酸钙、48-55wt％的硝酸钾、5-20wt％的硝酸锂。
2.如权利要求1所述的低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐，其特征在于，按质量百分比计，包括7-8wt％的硝酸钠、21-24wt％的硝酸钙、48-52wt％的硝酸钾、15-19wt％的硝酸锂。
3.如权利要求1所述的低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐，其特征在于，按质量百分比计，包括7.83wt％的硝酸钠、23.32wt％的硝酸钙、50.85wt％的硝酸钾、18wt％的硝酸锂。
4.一种权利要求1-3任一项所述低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.如权利要求4所述的低熔点宽液程的四元硝酸储热熔盐的制备方法，其特征在于，s1中，所述干燥具体为：将研磨后的各原...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵贯甲，王好召，马素霞，冯于川，尹建国，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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