CN109011696B - 一种熔盐中不溶性杂质的净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种熔盐中不溶性杂质的净化装置，包括：内部填充有吸附剂的分离柱，吸附剂的颗粒具有用于将熔盐中的不溶性杂质吸附下来的孔结构，吸附剂的颗粒之间具有供熔盐通过的空隙；位于分离柱的下方以收集从分离柱中流出的熔盐的收集装置；用于对分离柱进行加热的加热装置。本发明还提供一种熔盐中不溶性杂质的净化方法，包括：根据待净化熔盐选择吸附剂，然后将吸附剂填充入分离柱中；将待净化熔盐放置于吸附剂的上方，然后将分离柱加热至高于待净化熔盐的熔点100‑200℃左右，直至熔盐完全流入收集装置后停止加热。通过上述净化装置和净化方法，本发明可以净化熔盐中的不溶性杂质，不受到网眼大小限制，而且操作简单且价格低廉。

Description

一种熔盐中不溶性杂质的净化方法

技术领域

本发明涉及熔盐净化，更具体地涉及一种熔盐中不溶性杂质的净化方法。

背景技术

熔盐由于具有优良的传蓄热性能，在太阳能和核能领域得到了广泛的应用。无论在实验室研究还是在工业应用中，在熔盐制取和使用过程中会不可避免的引入不溶性杂质(如使用石墨作容器会引入碳悬浮物等)，这些不溶性杂质在熔盐的工业使用过程中可能会由于温度、环境等的变化而沉积，对熔盐的使用带来不安全因素。

目前，常见的熔盐中不溶性杂质的净化方法一般是过滤。简单的可以描述为，将高温液态熔盐倾倒至惰性金属网(如镍网、铜网)上，将杂质过滤掉；或直接将固体熔盐放置在惰性金属网上，然后将惰性金属网和固体熔盐一同加热，在加热过程中完成过滤。显然，这种通过过滤来净化熔盐中不溶性杂质的方法只适用于不与金属网反应且粘度较小的熔盐。而且，由于金属网的目数有限制(目前市面常见的的金属镍网最大可以做到400目，磷铜网500目，铂网60目)，熔盐中的小尺度不溶性杂质并不能完全过滤掉。而当金属网目数过大时，由于熔盐表面张力较大，会导致熔盐也无法从滤网渗透下去。而且，高温熔盐具有一定的化学反应活泼性，这导致其与金属网接触时可能会与金属网发生反应，这就会在熔盐中引入金属离子。而铂网、金网等虽对熔盐惰性较好，但价格昂贵，且市面可见的铂网目数仅为60目，过滤效果不好。另外，使用金属网过滤时通常要求惰性环境，这是因为在空气中的含有氧气，可以直接和金属在高温下反应，因此为了创造惰性环境就需要复杂的操作步骤。

现有的熔盐中不溶性杂质的净化方法还包括有鼓泡法，具体是先将熔盐融化，在熔盐保持熔融状态下在熔盐的底部通入惰性气体，这些气体形成的气泡会上浮到熔盐的表面，最终逸散到外部环境中，在气泡排出的过程中，由于受到的液压不断变小，气泡会不断变大，而熔盐中的不溶性杂质也会被气泡富集在表面，在鼓泡完毕后，可以使用金属网过滤直接去除熔盐表面部分以达到净化杂质的目的。显然，通过鼓泡法最终也需要金属网过滤，因此其存在上面提到的使用金属网所带来的问题。而且，通过鼓泡法去除不溶性杂质时，由于气体中也存在少量杂质(如水)(这是由于惰性气体一般从空气中分离得来，技术限制其纯度不可能达到100％，且纯度越高，价格越昂贵)，这些杂质随着气体通入熔盐中时也会引入熔盐中。另外，使用鼓泡法操作时间要求长，同时鼓泡后去除浮在表面的杂质时又多一步操作，也就是操作复杂。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的引入杂质和操作复杂的问题，本发明旨在提供一种熔盐中不溶性杂质的净化方法。

本发明提供一种熔盐中不溶性杂质的净化装置，包括：内部填充有吸附剂的分离柱，该吸附剂的颗粒具有用于将熔盐中的不溶性杂质吸附下来的孔结构，该吸附剂的颗粒之间具有供熔盐通过的空隙；位于分离柱的下方以收集从分离柱中流出的熔盐的收集装置；以及用于对分离柱进行加热的加热装置。

该分离柱包括连通的较大直径段和较小直径段，该较大直径段的上方敞开以形成为熔盐入口，较小直径段伸入收集装置中并形成为熔盐出口。

该较大直径段的内部松散地填充有多层吸附剂，该较小直径段的直径小于吸附剂的颗粒的直径。

该较小直径段的内部设置有防止吸附剂进入该较小直径段中的阻滞插片。

分离柱中的吸附剂的孔隙率介于0.3-0.6之间。

收集装置由容器和覆盖在容器上的盖子组成，分离柱插入该盖子的第一贯通孔中设置。

盖子具有用于调节收集装置内外的压强平衡的第二贯通孔。

该加热装置为围绕着分离柱和收集装置设置的加热室。

该加热装置为围绕着分离柱设置的加热套结构，该加热套结构包括贴合分离柱设置的加热丝和紧密贴合加热丝设置的保温砖。

该加热套结构还包括用于测量分离柱的温度的热电偶和/或设置于保温砖中的加热棒。

本发明还提供一种熔盐中不溶性杂质的净化方法，包括步骤：S1，根据待净化熔盐选择吸附剂，然后将吸附剂填充入分离柱中；以及S2，将待净化熔盐放置于吸附剂的上方，然后将分离柱加热至高于待净化熔盐的熔点100-200℃左右，直至熔盐完全流入收集装置后停止加热。

吸附剂与待净化熔盐的体积比为1:15-1:20。

通过上述净化装置和净化方法，本发明可以净化熔盐中的不溶性杂质。相比于利用金属网过滤和鼓泡法，没有金属网网眼大小的限制，相比于鼓泡法，不需要连续的人为操作，操作简单，同时吸附剂易于获得，价格低廉。

附图说明

图1是根据本发明的一个优选实施例的熔盐中不溶性杂质的净化装置的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

如图1所示，根据本发明的一个优选实施例的熔盐中不溶性杂质的净化装置包括分离柱1和收集装置2，其中，收集装置2位于分离柱1的下方以收集从分离柱1中流出的熔盐。

在本实施例中，分离柱1为柱形，其包括连通的较大直径段11和较小直径段12，较大直径段11的上方敞开以形成为熔盐入口，较小直径段12伸入收集装置2中并形成为熔盐出口。较大直径段11的内部松散地填充有多层吸附剂111，较小直径段12在插入阻滞插片121后剩余的直径小于吸附剂111的颗粒直径，以防止吸附剂111进入该较小直径段12中，从而使得熔盐从熔盐入口流入后流经吸附剂111，然后经熔盐出口流出至下方的收集装置2，其中，吸附剂111的颗粒上自带的孔结构将熔盐中的不溶性杂质吸附下来，熔盐通过吸附剂111的颗粒之间的空隙流出收集，完成整个熔盐的净化过程。在本实施例中，粒度450微米以上的作为吸附剂111的石英砂自然堆积(即不人为压制，孔隙率0.43)可以较快速度地通过待净化熔盐，以避免熔盐卡在吸附剂空隙中无法通过。通过实验研究发现，吸附剂111的合适的孔隙率范围在0.3-0.6之间。

在本实施例中，较小直径段12的内部设置有“T”形阻滞插片121，防止吸附剂111进入该较小直径段12中。应该理解，该“T”形阻滞插片也可以被“十字形”阻滞插片替代，甚至可以做成网状，只要能起到阻止吸附剂111流出即可。在本实施例中，较小直径段12的长度不宜过长，以不插入净化后的熔盐中为宜，以避免后续的熔盐流入不畅，同时避免过长而导致的折断等问题。

在本实施例中，收集装置2由容器21和覆盖在容器21上的盖子22组成。盖子22的中部具有第一贯通孔，分离柱1的较小直径段12插入该第一贯通孔中设置并保持稳定，以防止分离柱1倾倒。盖子22还具有第二贯通孔，收集装置2内外的压强平衡即通过该第二贯通孔调节。在本实施例中，第一贯通孔的孔径为2mm，较小直径段12的外径为1.8mm，从而确保较小直径段12插入该第一贯通孔中不发生明显晃动。而且，较小直径段12的内径为1.7mm，“T”形阻滞插片的厚度为1.5mm，从而留下0.2mm的间隙孔熔盐流过，但是阻滞吸附剂111通过。

在本实施例中，净化装置包括围绕着分离柱1和收集装置2设置的加热室，从而利用加热室对分离柱1和收集装置2进行加热并保持分离过程中的高温，以确保熔盐处于融化状态并降低熔盐的粘度。该加热室可以是一个加热炉、加热釜或其他已有的商业化加热装置或自组装加热装置。该加热装置可以将熔盐加热至800℃以上，以满足大多数熔盐的净化温度要求。优选地，该加热装置具有保温功能，从而长时间保持净化过程中熔盐的融化状态。在另一个实施例中，净化装置包括仅围绕着分离柱1设置的加热装置，从而利用加热装置对分离柱1进行加热并保持分离过程中的高温，以确保熔盐处于融化状态并降低熔盐的粘度。相对于上述的加热炉等而言，该加热装置体积更小，所需材料更少，从而可以降低成本。具体地，该加热装置包括围绕着分离柱1设置的加热丝和围绕着加热丝设置的保温砖，从而利用分离柱1外紧密贴合加热丝使用的保温砖来防止热量散失，即利用加热丝和保温砖形成加热套结构。优选地，该加热套结构中可以使用热电偶直接测量分离柱1的温度，以与温控仪相连来控制分离柱1长时间保持一定温度给熔盐的吸附净化提供足够的时间。优选地，该加热套结构中可以使用插在保温砖中的加热棒来作为热源提供热量。

在本实施例中，吸附剂111为表面多孔的耐高温的化学性质稳定的吸附剂，例如石英砂、活性炭颗粒、氧化铝颗粒等，但是传统的硅胶、纤维滤网、滤膜等常温使用的吸附剂在此不可用。应该理解，吸附剂111的种类可以根据待净化熔盐的种类进行选择，也可以同时选择多种吸附剂，凡是不会往熔盐中进入杂质的吸附剂均可考虑用于此。例如，氟盐由于加热时会分解产生少量的氟化氢，而氟化氢会和石英砂发生反应而引入杂质，因此不能选择石英砂作为吸附剂111，这时可以选择活性炭颗粒作为吸附剂；而氯盐/硝酸盐在净化过程中即使分解产生相应的硝酸和氯化氢也不会和石英砂进行反应(石英砂为非金属氧化物材料，耐酸能力强，耐碱能力差)，此时可以选择石英砂作为吸附剂111进行净化。

在本实施例中，净化装置的分离柱1和收集装置2均由熔点为1850℃的石英材料形成，其可以在空气中加热至1500℃而保持装置不变形，而且成分不变性。在另一个实施例中，熔盐为可能与石英发生反应的熔盐，此时的净化装置可以由化学成分为氧化铝的刚玉形成，也可以由化学成分为碳的石墨形成。在又一个实施例中，熔盐为氯化铝熔盐，此时的净化装置可以由金属铝或者氧化铝形成，即使金属铝或氧化铝被腐蚀也仅是引入铝离子，避免了引入其他阳离子金属杂质；而且，假设氯化铝熔盐中含有铁离子杂质，该铁在接触金属铝或氧化铝后会被置换出来，从而可以净化熔盐中的其他金属氧化性物质。应该理解，净化装置可以由与熔盐同名阳离子金属或金属氧化物来形成，其中的金属例如为铍、镁、铬、铁、镍、铜、锌、银、金、铅、铋、或铂，金属氧化物例如为氧化铍、氧化镁、氧化铝、氧化钠、氧化铬、氧化铁、四氧化三铁、氧化铜、氧化锌、氧化铅、氧化铋、二氧化硅、氧化钙、或氧化钛。在又一个实施例中，熔盐为氯化钠熔盐，此时的净化装置可以由金属铜形成，虽然熔盐中不含有铜，但是铜也不会与氯化钠发生反应。应该理解，净化装置也可以由与熔盐不同名的阳离子金属或金属氧化物来形成，其中的金属例如为铍、镁、铬、铁、镍、铜、锌、银、金、铅、铋、或铂。而且，净化装置也可以由其他非金属来形成，其中的非金属例如为碳及以碳为主要成分的化合物(如碳纳米管、石墨、石墨烯)、或硅。

根据本发明的净化方法，包括：根据待净化熔盐选择吸附剂111，然后将吸附剂111松散地分多层填充入分离柱1中，以给熔盐的流动提供足够大的空隙，防止紧实填充所带来的分离时间长而效率低下的问题；将待净化熔盐放置于吸附剂111的上方，然后将分离柱1加热至高于待净化熔盐的熔点100-200℃左右并保温，直至熔盐完全流入收集装置2后再停止加热。通过实验研究发现，温度越高，熔盐粘度越小，吸附过程越快，但是温度过高会导致熔盐分解使熔盐变性，因此较合适温度被选定在高于熔盐的熔点100-200℃。另外，熔盐的粘度高会导致附着在吸附剂111上，会导致熔盐在净化过程中有所损失，熔盐的粘度越大，粘附在吸附剂上的熔盐越多，损失越大，而吸附剂太少，净化的又不彻底。通过实验研究发现，吸附剂111与待净化熔盐的体积比选择为1:15-1:20。

通过上述净化装置和净化方法，本发明可以净化熔盐中的不溶性杂质。相比于利用金属网过滤和鼓泡法，没有金属网网眼大小的限制，相比于鼓泡法，不需要连续的人为操作，操作简单，同时吸附剂易于获得，价格低廉。本发明可采用非金属及非金属氧化物作为吸附剂，避免了金属离子杂质的引入。特别地，通过上述净化装置和净化方法，经光谱测试证明不溶性杂质去除效果良好。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (8)

1.一种熔盐中不溶性杂质的净化装置，其特征在于，该净化装置包括：

内部填充有吸附剂的分离柱，该吸附剂的颗粒具有用于将熔盐中的不溶性杂质吸附下来的孔结构，该吸附剂的颗粒之间具有供熔盐通过的空隙；

位于分离柱的下方以收集从分离柱中流出的熔盐的收集装置；以及

用于对分离柱进行加热的加热装置；

其中，该分离柱包括连通的较大直径段和较小直径段，较大直径段的内部松散地填充有多层吸附剂，吸附剂为石英砂、活性炭颗粒或氧化铝颗粒，吸附剂的孔隙率介于0.3-0.6之间，较大直径段的上方敞开以形成为熔盐入口，较小直径段伸入收集装置中并形成为熔盐出口，收集装置由容器和覆盖在容器上的盖子组成，较小直径段插入该盖子的第一贯通孔中设置，盖子具有用于调节收集装置内外的压强平衡的第二贯通孔。

2.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于，该较小直径段的直径小于吸附剂的颗粒的直径。

3.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于，该较小直径段的内部设置有防止吸附剂进入该较小直径段中的阻滞插片。

4.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于，该加热装置为围绕着分离柱和收集装置设置的加热室。

5.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于，该加热装置为围绕着分离柱设置的加热套结构，该加热套结构包括贴合分离柱设置的加热丝和紧密贴合加热丝设置的保温砖。

6.根据权利要求5所述的净化装置，其特征在于，该加热套结构还包括用于测量分离柱的温度的热电偶和/或设置于保温砖中的加热棒。

7.一种利用权利要求1-6中任一项所述的熔盐中不溶性杂质的净化装置的净化方法，其特征在于，该净化方法包括步骤：

S1，根据待净化熔盐选择吸附剂，然后将吸附剂填充入分离柱中；以及

S2，将待净化熔盐放置于吸附剂的上方，然后将分离柱加热至高于待净化熔盐的熔点100-200℃，直至熔盐完全流入收集装置后停止加热。

8.根据权利要求7所述的净化方法，其特征在于，吸附剂与待净化熔盐的体积比为1:15-1:20。

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