CN109825258A - 一种复合化学导热介质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合化学导热介质，包含基础液和缓冲剂，缓冲剂占复合化学导热介质总质量的1～8％；基础液包括蒸馏水、磷酸二氢钾、硫酸钾、氯化钠、乙二醇和丙三醇，其中，重量百份数为：蒸馏水55～85份、磷酸二氢钾4～10份、硫酸钾4～10份、氯化钠1~6份、乙二醇3～9份、丙三醇3～10份。通过将磷酸二氢钾、硫酸钾、氯化钠加入蒸馏水中，混合成无机水溶液；再与乙二醇、丙三醇混合，转移至真空手套箱，然后进行氮气置换操作至空气完全排空；控制温度至55～75℃，加热，加入缓冲剂，加热搅拌至溶液pH值为7.5‑8.5。本发明导热介质导热性能、高温防沸性能、安全性能优异，适用于各类高温低温工作环境，具有优异的腐蚀抑制性能与长效使用稳定性能。

Description

一种复合化学导热介质及其制备方法

技术领域

本发明属于热传导技术领域，特别是涉及一种复合化学导热介质及其制备方法。

背景技术

导热介质在现在的生活和工业过程中得到了广泛的应用，可用在工业余热回收利用、太阳能、高压锅炉、民用采暖、工业烘干、食品烘干、常压锅炉等的能源设备上。例如，工业生产中有大量的废水和废气，在这些废水和废气含有大量的热能，如果合理的利用和控制生产过程中放出的热量，不仅可以节约生产中的能源消耗，还能降低生产成本。在冬季，我国的北方每年用于冬季取暖的费用很高，烧的的煤炭和石油排放了大量的污染物，污染了环境，民用电暖器和工业锅炉大都是用油汀或导热油作为导热介质，整个供暖系统需要全部灌满，方能使用，使用一段时期后会产生大量的积碳，从而影响热量的散发，严重时导致散热器列开漏油。

水具有良好的导热性，同时水的比热容大，具有很好的吸热性能，常作为导热介质主要成分。但水的冰点高，在0℃以下就开始结冰并且体积膨胀，在北方及其他冬天处在0℃以下地区，无法正常使用。有些导热介质中会添加亚硝酸钠或者重铬酸盐以降低冰点，但这些都是剧毒物质，存在很大风险。导热介质的沸点高低对整个换热系统的耐高温性能也会产生很大影响，而市面上很多导热介质的沸点仅为90～100℃，易挥发，需要经常补水。导热系统中集热器、循环管路、水泵和水箱等部件是由钢、铸铁、黄铜、紫铜、铝和不锈钢组成，由于不同金属电极电位不同，在电解质作用下易发生电化学腐蚀，同时导热液中醇类物质会分解形成酸性产物，也会促进导热系统腐蚀，并致使水循环不畅、堵塞管道，水温升温慢或不升温现象，若腐蚀穿孔，导热液渗入水箱，还会为消费者带来健康隐患。

因此，需要一种不仅能够在各类严酷环境下使用，而且在较长的时间内仍能保持良好的导热性能，对导热系统金属构件的腐蚀性小的导热介质。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明提供一种复合化学导热介质及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明技术方案如下：

一种复合化学导热介质，包含：基础液和缓冲剂，其中，缓冲剂占复合化学导热介质总质量的1～8％；

所述基础液包括蒸馏水、磷酸二氢钾、硫酸钾、氯化钠、乙二醇和丙三醇，其中，重量百份数为：蒸馏水55～85份、磷酸二氢钾4～10份、硫酸钾4～10份、氯化钠1~6份、乙二醇3～9份、丙三醇3～10份；

所述缓冲剂采用钼酸钠、有机硅氧烷、有机膦酸、聚羧酸、三乙醇胺中一种或者多种。

进一步的，所述基础液包括蒸馏水、磷酸二氢钾、硫酸钾、氯化钠、乙二醇和丙三醇，其中，重量百份数为：蒸馏水60 ~ 80份、磷酸二氢钾5～9份、硫酸钾5～9份、氯化钠2~5份、乙二醇4～8份、丙三醇4～9份。

进一步的，所述基础液包括蒸馏水、磷酸二氢钾、硫酸钾、氯化钠、乙二醇和丙三醇，其中，重量百份数为：蒸馏水70份、磷酸二氢钾6份、硫酸钾6份、氯化钠3份、乙二醇7份、丙三醇8份。

进一步的，所述缓冲剂占复合化学导热介质总质量的2～5％。

进一步的，所述复合化学导热介质可用于水做介质的加热炉、地暖、空气源热泵、以及加热设备。

进一步的，所述复合化学导热介质的适用温度为-35-200℃。

进一步的，所述复合化学导热介质可瓶装或罐装，最多可装有200kg。

进一步的，所述复合化学导热介质应避免阳光直射，存放于低温干燥处储藏。

本发明另一目的在于提供一种复合化学导热介质的制备方法，包括以下步骤：

（1）将按比例称取的磷酸二氢钾、硫酸钾、氯化钠加入蒸馏水中，混合成无机水溶液；

（2）将所得到的无机水溶液和乙二醇、丙三醇混合，转移至真空手套箱，然后进行氮气置换操作至空气完全排空；

（3）控制温度至55～75℃，对步骤（2）混合溶液加热，加入缓冲剂，加热搅拌至溶液p H值为7.5- 8.5，得到复合化学导热介质。

有益效果：

（1）本发明提供的复合化学导热介质能提高热效率，减少或消除复合化学导热介质对热交换装置内胆和供热系统的腐蚀，且不会产生水垢等沉淀物。

（2）采用本发明提供的复合化学导热介质，冬季供暖时，可以防止运行设备冻裂的现象，对设备和管道没有腐蚀作用，消除复合化学导热介质对热交换装置和管道系统中塑料密封件的腐蚀。

（3）本发明具有优越的导热性能，导热快，除垢快；属于非可燃物，不会爆炸和引燃，安全性能好；抗寒效果好，零下30度不结冰，适用于油田各种型号的真空相变炉，以及用水做介质的传热炉。

（4）本发明复合化学导热介质能够实现节能减排的生产要求，一次投入8-10年不用更换，更大程度的减少环境污染，更多的节省成本；投资后短期内可以收回成本。

具体实施方式

以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1

一种复合化学导热介质，包含：基础液和缓冲剂，所述基础液包括蒸馏水、磷酸二氢钾、硫酸钾、氯化钠、乙二醇和丙三醇，其中，重量百份数为：蒸馏水70份、磷酸二氢钾6份、硫酸钾6份、氯化钠3份、乙二醇7份、丙三醇8份；缓冲剂占复合化学导热介质总质量的3％，缓冲剂为1:1的聚羧酸和三乙醇胺。

实施例2

一种复合化学导热介质，包含：基础液和缓冲剂，所述基础液包括蒸馏水、磷酸二氢钾、硫酸钾、氯化钠、乙二醇和丙三醇，其中，重量百份数为：蒸馏水80份、磷酸二氢钾5份、硫酸钾5份、氯化钠2份、乙二醇4份、丙三醇4份；缓冲剂占复合化学导热介质总质量的5％，缓冲剂采用钼酸钠。

实施例3

一种复合化学导热介质，包含：基础液和缓冲剂，所述基础液包括蒸馏水、磷酸二氢钾、硫酸钾、氯化钠、乙二醇和丙三醇，其中，重量百份数为：蒸馏水60份、磷酸二氢钾9份、硫酸钾9份、氯化钠5份、乙二醇8份、丙三醇9份；缓冲剂占复合化学导热介质总质量的2％，缓冲剂采用有机硅氧烷。

实施例4

一种复合化学导热介质，包含：基础液和缓冲剂，所述基础液包括蒸馏水、磷酸二氢钾、硫酸钾、氯化钠、乙二醇和丙三醇，其中，重量百份数为：蒸馏水85份、磷酸二氢钾4份、硫酸钾4份、氯化钠1份、乙二醇3份、丙三醇3份；缓冲剂占复合化学导热介质总质量的1％。缓冲剂为1:1的有机膦酸和三乙醇胺。

实施例5

一种复合化学导热介质，包含：基础液和缓冲剂，基础液包括蒸馏水、磷酸二氢钾、硫酸钾、氯化钠、乙二醇和丙三醇，其中，重量百份数为：蒸馏水55份、磷酸二氢钾10份、硫酸钾10份、氯化钠6份、乙二醇9份、丙三醇10份；缓冲剂占复合化学导热介质总质量的8％，缓冲剂为1:1的聚羧酸和三乙醇胺。

实施例6

一种复合化学导热介质的制备方法，包括以下步骤：

（1）将按比例称取的磷酸二氢钾、硫酸钾、氯化钠加入蒸馏水中，混合成无机水溶液；

（2）将所得到的无机水溶液和乙二醇、丙三醇混合，转移至真空手套箱，然后进行氮气置换操作至空气完全排空；

（3）控制温度至60℃，对步骤（2）混合溶液加热，加入缓冲剂，加热搅拌至溶液p H值为7.5- 8.5，得到复合化学导热介质。

具体实施改进方案：

以采油一厂尕斯联合站共有12台套各型在用加热炉为例，该12台套在用加热炉，于2010年1月投用，其中10台用于原油加热，2台用于站上采暖，加热炉皆为本局机械厂及北京百恒达石油技术有限公司联合生产。

一、在用加热炉炉内加装自来水，由于加装自来水盘管腐蚀，炉体内结垢严重，造成加热炉热效率低下，冬季严重影响油田生产，同时增加了炉体盘管的维修费用。原有的加热炉传导介质为清水，对盘管腐蚀严重，每年维修盘管、封头至少2次，部分盘管一年左右就出现渗漏，必须进行维修或更换。另外，不符合必须加装对锅筒和加热盘管不产生腐蚀和结垢的软化水或超导液的节能减排的生产要求。

二、整改：（一）是对加热炉内的传导介质进行更换，加装实施例1的复合化学导热介质，提高加热炉传热效率和避免盘管腐蚀，更换前需对加热炉锅筒进行清洗，消除结垢；（二）是对加热炉盘管管径加大，在满足加热负荷的情况下，管阻将降低，减轻管壁结垢及腐蚀，减少维修费及材料费。

三、结果对比：

（1）更换介质前：通过现场调研，进入冬季生产时尕斯联合站12台加热炉热效率低，全年平均每天用燃料气24000 m³，单台每天平均用气量2000 m³，同时全年盘管腐蚀维修费用高。加热炉改造前，全年天然气费用：20000×0.5×360=3600000元=360万元。

（2）更换10台原油加热炉传导介质和对盘管进行改造：

a）整改成本：每台加热炉平均需加注18吨化学复合化学导热介质，每吨按3万元计算，加注10台需费用：18*3*10=540万元；对盘管进行改造，每台平均需改造费用12万元，10台需改造费用：12*10=120万元，全部费用合计：540 +120=660万元，需申请节能资金660万元。

b）运行成本：根据青海油田公司钻采研究院节能监测中心对采油三厂更换传导介质加热炉检测的报告，对加热炉复合化学导热介质进行更换后，可以进一步提高加热炉的热效率，节气率可达24.2％。根据尕斯联合站10台加热炉每天天然气量数据统计，平均天然气用量为20000m³/d。对10台加热炉进行改造以后，可延长加热炉盘管使用寿命两倍以上，全年预计节约维修费用及材料约132÷3×2=88万元。对加热炉介质进行改造以后，全年节约天然气费用：360×24.2％=87.12万元。

c）全年节约燃气费用及维修费用：87.12+88=175.12万元，

投入产出比：660/175.12=3.77。

总而言之，对加热炉前期进行防腐保护，既节约了维修费用，又减少了对原油生产的影响。原有的以清水为介质的加热炉，吸收燃料燃烧所产生的热量后，沸腾为水蒸气在气相空间将气化潜热传递给盘管内的被加热介质（原油、水）。这种方式导热效率低，如将水换成复合化学导热介质（具有气化温度低、热交换速度快、热效率高。经测量，超导介质沸点为55℃、传热速度15-20m/min、凝固点低于-30℃、气化潜热为3290j/kg，且防腐蚀、除垢效果好。

Claims (9)

1.一种复合化学导热介质，其特征在于：包含基础液和缓冲剂，缓冲剂占复合化学导热介质总质量的1～8％；所述基础液包括蒸馏水、磷酸二氢钾、硫酸钾、氯化钠、乙二醇和丙三醇，其中，重量百份数为：蒸馏水55～85份、磷酸二氢钾4～10份、硫酸钾4～10份、氯化钠1~6份、乙二醇3～9份、丙三醇3～10份；所述缓冲剂采用钼酸钠、有机硅氧烷、有机膦酸、聚羧酸、三乙醇胺中一种或者多种。

2.根据权利要求1所述的复合化学导热介质，其特征在于：所述基础液包括蒸馏水、磷酸二氢钾、硫酸钾、氯化钠、乙二醇和丙三醇，其中，重量百份数为：蒸馏水60 ~ 80份、磷酸二氢钾5～9份、硫酸钾5～9份、氯化钠2~5份、乙二醇4～8份、丙三醇4～9份。

3.根据权利要求1所述的复合化学导热介质，其特征在于：所述基础液包括蒸馏水、磷酸二氢钾、硫酸钾、氯化钠、乙二醇和丙三醇，其中，重量百份数为：蒸馏水70份、磷酸二氢钾6份、硫酸钾6份、氯化钠3份、乙二醇7份、丙三醇8份。

4.根据权利要求1所述的复合化学导热介质，其特征在于：所述缓冲剂占复合化学导热介质总质量的2～5％。

5.根据权利要求1所述的复合化学导热介质，其特征在于：所述复合化学导热介质可用于水做介质的加热炉、地暖、空气源热泵、以及加热设备。

6.根据权利要求1所述的复合化学导热介质，其特征在于：所述复合化学导热介质的适用温度为-35-200℃。

7.根据权利要求1所述的复合化学导热介质，其特征在于：所述复合化学导热介质可瓶装或罐装，最多可装有200kg。

8.根据权利要求1所述的复合化学导热介质，其特征在于：所述复合化学导热介质应避免阳光直射，存放于低温干燥处储藏。

9.一种复合化学导热介质的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将按比例称取的磷酸二氢钾、硫酸钾、氯化钠加入蒸馏水中，混合成无机水溶液；

（2）将所得到的无机水溶液和乙二醇、丙三醇混合，转移至真空手套箱，然后进行氮气置换操作至空气完全排空；

（3）控制温度至55～75℃，对步骤（2）混合溶液加热，加入缓冲剂，加热搅拌至溶液p H值为7.5 - 8.5，得到复合化学导热介质。