CN112110730A - 储热材料用组合物和储热材料及其制备方法 - Google Patents

储热材料用组合物和储热材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112110730A
CN112110730A CN201910538447.7A CN201910538447A CN112110730A CN 112110730 A CN112110730 A CN 112110730A CN 201910538447 A CN201910538447 A CN 201910538447A CN 112110730 A CN112110730 A CN 112110730A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat storage
asphalt
storage material
composition
graphite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910538447.7A
Other languages
English (en)
Inventor
高光辉
刘均庆
梁文斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Energy Investment Corp Ltd
National Institute of Clean and Low Carbon Energy
Original Assignee
China Energy Investment Corp Ltd
National Institute of Clean and Low Carbon Energy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Energy Investment Corp Ltd, National Institute of Clean and Low Carbon Energy filed Critical China Energy Investment Corp Ltd
Priority to CN201910538447.7A priority Critical patent/CN112110730A/zh
Publication of CN112110730A publication Critical patent/CN112110730A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C04B35/528—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components
    • C04B35/532—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components containing a carbonisable binder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C04B35/522—Graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/14—Solid materials, e.g. powdery or granular
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3248—Zirconates or hafnates, e.g. zircon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及储热材料领域，公开了一种储热材料用组合物和储热材料及其制备方法，该组合物包含沥青材料、石墨和无机矿物材料，其中，所述沥青材料选自煤基沥青和/或煤基改质沥青，所述沥青材料的C/H为1.3～1.7，软化点≥130℃，炭化后的残碳率≥66％；以所述储热材料用组合物的总重量为基准，所述沥青材料的含量为10～40重量％，所述石墨的含量为20～80重量％，所述无机矿物材料的含量为10～70重量％，所制备的储热材料同时兼具较高的热导率、抗压强度和体积密度。

Description

储热材料用组合物和储热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及储热材料领域，具体涉及一种储热材料用组合物和储热材料及其制备方法。
背景技术
基于当前减碳减排节能环保的要求，主要针对于火电厂等余热浪费严重和谷电调峰的强烈需求，提出回收余热和热电错峰转化方案。采用储热技术将工业余热储存利用起来和谷电时段的电热转换后储存一段时间或至用电峰值时减少发电的动力消耗。
目前存在多种储热材料，例如水、砂子、熔盐、导热油、水泥、无机矿物等。不同材质因其自身特点，都有其特殊的使用领域范围。水用于100℃以内的生活储热使用，温度范围非常有限；砂子以及土壤用于几百度范围内的低端储热，但是热导率非常低；熔盐用于150～550℃的光热储热领域，但是热导率低同时价格也较高；导热油用于380℃以内的恒温区储热使用，但其价格极其昂贵；普通水泥用于1000℃以内，热导率非常低；无机矿物用于1300℃以内的储热使用，热导率非常低。可见，这些材料有的使用温度范围窄，有的价格很高，但大多热导率很低，使得传热换热速度很慢。因此，有必要对上述材料进行改进。
CN103525376B公开了一种储热材料的制备方法，以无机盐和陶瓷基质为主要原料，添加粘土和高导热材料后，直接以干法混合均匀，经过冷压成型、干燥、烧结和冷却，制得储热材料。该储热材料主要用于工业余热回收。
CN107673759A公开了一种新型太阳能热发电石墨储热材料的制备方法，以特定的针状石油焦、特种石墨粉和半补强炭黑作为原料，特定的中温煤沥青作为粘合剂；将上述组分混捏、预成型、模压、一次焙烧、注入浸渍剂中温煤沥青进行浸渍、二次焙烧、石墨化，得到储热材料。该材料对原料的要求严苛且配方复杂，制备方法繁琐。
CN106252570A公开了一种储热用石墨制品的生产方法，采用特定的石油焦作为储热基体，以中温煤沥青作为粘结剂，一起加热共混成均匀的糊料，依次经振动成型、一次焙烧、浸渍、二次焙烧和石墨化，获得较高的致密性和相关的热性能。
上述专利文献中采用的粘结剂有粘土质的、环氧树脂类和中温沥青类，但都存在烧结后气孔率大和致密性差的问题，导致材料的热导率、强度和体积密度偏低。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种储热材料及其制备方法，该储热材料同时兼具较高的热导率、抗压强度和体积密度。
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种储热材料用组合物，该组合物包含沥青材料、石墨和无机矿物材料，其中，所述沥青材料选自煤基沥青和/或煤基改质沥青，所述沥青材料的C/H为1.3～1.7，软化点≥130℃，炭化后的残碳率≥66％；以所述储热材料用组合物的总重量为基准，所述沥青材料的含量为10～40重量％，所述石墨的含量为20～80重量％，所述无机矿物材料的含量为10～70重量％。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种储热材料的制备方法，该制备方法包括：
(1)将沥青材料、石墨和无机矿物材料混合均匀，得到储热材料用组合物；
(2)将所述储热材料用组合物模压成型，得到成型样品；
(3)在惰性气氛中，将所述成型样品进行烧结，得到所述储热材料；
其中，步骤(1)中，所述沥青材料选自煤基沥青和/或煤基改质沥青，所述沥青材料的C/H为1.3～1.7，软化点≥130℃，炭化后的残碳率≥66％；
以所得到的储热材料用组合物的总重量为基准，所述沥青材料的用量为10～40重量％，所述石墨的用量为20～80重量％，所述无机矿物材料的用量为10～70重量％。
根据本发明的第三方面，本发明提供了由本发明第二方面所述制备方法制得的储热材料。
本发明提供的储热材料用组合物通过引入特定的沥青材料作为粘合剂，能够提高储热材料的体积密度和抗压强度，可应用在电厂谷电调峰、光热发电、采暖工程等领域的热量储存中。而且，以所述组合物制备储热材料的操作简单，无需现有的浸渍、多次焙烧等步骤，明显缩短了传统炭块制备工艺流程和生产周期，能够获得较好的经济性，使储热材料具有更低的原料成本和制造成本。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种储热材料用组合物，该组合物包含沥青材料、石墨和无机矿物材料，以所述储热材料用组合物的总重量为基准，所述沥青材料的含量为10～40重量％，石墨的含量为20～80重量％，无机矿物材料的含量为10～70重量％。本发明的储热材料组合物用于制备储热材料，以其为原料制备的储热材料不仅具有较高的体积密度和抗压强度，而且使得储热材料的制备过程简单。
本发明的组合物中，所述沥青材料选自煤基沥青和/或煤基改质沥青，所述沥青材料需满足C/H(即C/H摩尔比)为1.3～1.7，软化点≥130℃，炭化后的残碳率≥66％。所述沥青材料例如可以是神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司煤直接液化工序生产的煤基沥青、煤基改质沥青。
在本发明中，所述沥青材料的C/H是根据GB/T 476-2001(煤的化学元素分析方法)测得；软化点是根据落球法测得；残碳率是根据JB/T 6774-2006(煤沥青固定炭测定方法)测得。
本发明的组合物中，所述石墨可参现有储热材料中的进行选择，例如可以为鳞片石墨。所述石墨可根据现有方法制得，也可通过商购获得。优选情况下，所述石墨的碳含量(即纯度)≥99重量％，更优选为高纯鳞片石墨。
本发明的组合物中，优选情况下，所述无机矿物材料选自刚玉、镁砂、锆英砂、钛铁矿、硅石和锐钛矿中的至少一种，更优选为刚玉、镁砂和锆英砂中的至少一种。所述无机矿物材料均可通过商购获得。
本发明的组合物中，所述沥青材料、石墨和无机矿物材料通常以各自粉末的形式用于制备储热材料，其中，所述石墨的粒度优选为100-200目之间，所述沥青材料、无机矿物材料的粒度分别优选小于300目(即粒度小于约48μm)。
优选情况下，以所述储热材料用组合物的总重量为基准，所述沥青材料的含量为10～35重量％，石墨的含量为35～60重量％，无机矿物材料的含量为25～50重量％，这种情况下，所制备的储热材料能够同时兼具较高的热导率和抗压强度。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种储热材料的制备方法，该制备方法包括：
(1)将沥青材料、石墨和无机矿物材料混合均匀，得到储热材料用组合物；
(2)将所述储热材料用组合物模压成型，得到成型样品；
(3)在惰性气氛中，将所述成型样品进行烧结，得到所述储热材料；
其中，步骤(1)中，所述沥青材料选自煤基沥青和/或煤基改质沥青，所述沥青材料的C/H为1.3～1.7，软化点≥130℃，炭化后的残碳率≥66％；
以所得到的储热材料用组合物的总重量为基准，所述沥青材料的用量为10～40重量％，所述石墨的用量为20～80重量％，所述无机矿物材料的用量为10～70重量％。
优选情况下，以所得到的储热材料用组合物的总重量为基准，所述沥青材料的用量为10～35重量％，石墨的含量为35～60重量％，无机矿物材料的含量为25～50重量％。
本发明的制备方法中，所采用的原料实际为本发明第一方面所述储热材料用组合物的各组分，因此，对所述沥青材料、石墨和无机矿物材料的描述均如本发明第一方面所述，在此不再赘述。
本发明的制备方法中，步骤(1)中，所述沥青材料、石墨和无机矿物材料可通过在球磨机设备中于室温混合均匀。
本发明的制备方法中，步骤(2)具体可以包括以下流程：将所述组合物置入模具中，先抽真空，再进行加压和升温，进行所述模压成型。所述模压成型的操作条件可依据实际温度确定。通常地，所述模压成型的条件可以包括：模压温度为150～600℃，压力为5～100MPa。优选情况下，所述模压温度为200～500℃，成型压力为30～60MPa。所述模压成型的时间可以为0.5～3小时。
本发明的制备方法中，步骤(3)中，所述烧结可以在炭化炉中进行。本发明对所采用的惰性气体没有特别限定，可以是本领域的常规选择，例如为氮气、氩气等。所述烧结的温度不小于1000℃，在此温度下的烧结时间可以为0.5～10小时。优选地，所述烧结的温度为1000～1400℃，烧结时间为1～4小时。
按照一种具体的实施方式，所述储热材料的制备方法包括：
(1)将所述沥青材料粉碎并经300目过筛，将其筛下物与100目-200目的石墨、300目以下(筛下物)的无机矿物材料在球磨机中于室温混合均匀，得到储热材料用组合物(以下简称为“原料粉”)；
(2)将所述原料粉置入模具中，放入热压机后抽真空至-0.1MPa以下，之后保持压力在5～100MPa之间，开始升温至150～600℃，保温时间不少于0.5小时；待设备温度降至室温后，取出模具，脱模，得到成型样品；
(3)将所述成型样品置入炭化炉内，选用N2气氛或者Ar气等惰性气体气氛，在1000℃以上的温度烧结，保温时间在0.5小时以上。
本发明的制备方法只需将组合物模压成型和一次焙烧，即可获得储热材料，具有制备流程简单、成本低的特点。
根据本发明的第三方面，本发明提供了由所述制备方法制得的储热材料。所述制备方法制得的储热材料具有较高的密度、热导率和抗压强度。所述储热材料可应用在电厂谷电调峰、余热利用和光热发电、采暖工程等领域的热量储存中。按照一种优选的实施方式，所述储热材料的密度为2.2～4g/cm3，热导率为140～220W/mK，抗压强度为43～78MPa。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中，
储热材料的热导率根据激光法测得；
体积密度根据GB/T 24528-2009(炭素材料体积密度测定方法)测得；
抗压强度根据GB/T 1431-2009(炭素材料耐压强度的测试方法)测得；
石墨为购自青岛华泰石墨有限公司的高纯鳞片石墨，纯度≥99重量％。
所采用的沥青材料、石墨和无机矿物材料分别以粉末形式进行混合，沥青材料、无机矿物材的粒度均小于300目，石墨为100-200目。
实施例1
本实施例采用的煤基沥青的C/H为1.51，软化点为177℃，炭化后的残碳率为68％。
将煤基沥青、石墨和刚玉按照质量百分比分别为15％、40％和45％在球磨机中于室温混合均匀，将所得原料粉置入模具中并抽真空，之后加压至50MPa，升温至250℃，保温2小时进行模压成型，冷却后脱模，所得成型样品放入氮气气氛的炭化炉中，于1150℃的温度保温1小时，经冷却，得到储热材料。该储热材料的性质如表1所示。
实施例2
本实施例采用的煤基改质沥青的C/H为1.43，软化点为187℃，炭化后的残碳率为78％。
将煤基改质沥青、石墨和锆英砂按照质量百分比分别为25％、35％、40％在球磨机中于室温混合均匀，将所得原料粉置入模具中并抽真空，之后加压50MPa，升温至350℃，保温1.5小时进行模压成型，冷却后脱模，所得成型样品放入氩气气氛的炭化炉中，于1100℃的温度保温1.5小时，经冷却，得到储热材料。该储热材料的性质如表1所示。
实施例3
本实施例采用的煤基改质沥青的C/H为1.68，软化点为207℃，炭化后的残碳率为82％。
将煤基改质沥青、石墨和镁砂按照质量百分比35％、40％、25％在球磨机中于室温混合均匀，将所得原料粉置入模具中并抽真空，之后加压至50MPa，升温至500℃，保温1小时进行模压成型，冷却后脱模。将所得成型样品放入氩气气氛的炭化炉中，于1200℃的温度保温2小时，经冷却，得到储热材料。该储热材料的性质如表1所示。
实施例4
本实施例采用的煤基沥青的C/H为1.35，软化点为150℃，炭化后残碳率为72％。
将煤基沥青、石墨和硅石粉按照按照质量百分比20％、60％、20％在球磨机中于室温混合均匀，将所得原料粉置入模具中并抽真空，之后加压至50MPa，升温至300℃，保温0.5小时进行模压成型，冷却后脱模。将所得成型样品放入氮气气氛的炭化炉中，于1100℃的温度保温2小时，经冷却，得到储热材料。该储热材料的性质如表1所示。
实施例5
按照实施例1的方法制备储热材料，所不同的是，煤基沥青、石墨和刚玉的质量百分比分别调整为10％、70％和20％，从而制得储热材料。该储热材料的性质如表1所示。
实施例6
按照实施例1的方法制备储热材料，所不同的是，将炭化炉的温度调节至1600℃，从而制得储热材料。该储热材料的性质如表1所示。
实施例7
按照实施例1的方法制备储热材料，所不同的是，将炭化炉的温度调节至900℃，从而制得储热材料。该储热材料的性质如表1所示。
对比例1
本对比例采用的中温煤基沥青的C/H为1.78，软化点为87℃，炭化后残碳率为58％。
将中温煤基沥青、石墨和硅石粉按照质量百分比8％、37％、55％在球磨机设备中于室温混合均匀，将所得原料粉置入模具中并抽真空，之后加压至至50MPa，升温至250℃，保温0.5小时进行模压成型，冷却后脱模。将所得成型样品放入氮气气氛的炭化炉中，于1150℃的温度保温1小时，经冷却，得到储热材料。该储热材料的性质如表1所示。
对比例2
本对比例采用的煤基沥青的C/H为1.35，软化点为150℃，炭化后的残碳率为72％。
将煤基沥青、石墨和粉煤灰按照质量百分比15％、40％、45％在球磨机中于室温混合均匀，将所得原料粉置入模具中并抽真空，之后加压至50MPa，升温至300℃，保温0.5小时进行模压成型，冷却后脱模。将所得成型样品放入氮气气氛的炭化炉中，于1100℃的温度保温2小时，经冷却，得到储热材料。该储热材料的性质如表1所示。
对比例3
按照实施例1的方法制备储热材料，所不同的是，将实施例1的煤基沥青替换为等质量的中温煤基沥青(C/H为1.78，软化点为87℃，炭化后残碳率为58％)。所制备的储热材料的性质如表1所示。
对比例4
按照实施例1的方法制备储热材料，所不同的是，将煤基沥青、石墨和刚玉按照质量百分比分别为5％、50％和45％。所制备的储热材料的性质如表1所示。
对比例5
按照实施例1的方法制备储热材料，所不同的是，将煤基沥青、石墨和刚玉按照质量百分比分别为10％、85％和5％。所制备的储热材料的性质如表1所示。
表1
编号 热导率(W/mK) 体积密度(g/cm<sup>3</sup>) 抗压强度(MPa)
实施例1 147.2 2.69 73
实施例2 209.5 3.98 76.9
实施例3 177.8 2.25 43.5
实施例4 169.2 2.13 37.1
实施例5 137.7 2.14 52
实施例6 197.1 2.33 22.9
实施例7 122.1 2.51 75
对比例1 47.2 1.55 8.9
对比例2 109.7 1.82 35.1
对比例3 61.5 1.70 10.2
对比例4 204.3 1.42 7.3
对比例5 272.1 2.24 11.1
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种储热材料用组合物，其特征在于，该组合物包含沥青材料、石墨和无机矿物材料，其中，所述沥青材料选自煤基沥青和/或煤基改质沥青，所述沥青材料的C/H为1.3～1.7，软化点≥130℃，炭化后的残碳率≥66％；
以所述储热材料用组合物的总重量为基准，所述沥青材料的含量为10～40重量％，所述石墨的含量为20～80重量％，所述无机矿物材料的含量为10～70重量％。
2.根据权利要求1所述的储热材料用组合物，其中，所述石墨的碳含量≥99重量％。
3.根据权利要求1所述的储热材料用组合物，其中，所述无机矿物材料选自刚玉、镁砂、锆英砂、钛铁矿、硅石和锐钛矿中的至少一种；
优选地，所述无机矿物材料选自刚玉、镁砂和锆英砂中的至少一种。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的储热材料用组合物，其中，以所述储热材料用组合物的总重量为基准，所述沥青材料的含量为10～35重量％，石墨的含量为35～60重量％，无机矿物材料的含量为25～50重量％。
5.一种储热材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
(1)将沥青材料、石墨和无机矿物材料混合均匀，得到储热材料用组合物；
(2)将所述储热材料用组合物模压成型，得到成型样品；
(3)在惰性气氛中，将所述成型样品进行烧结，得到所述储热材料；
其中，步骤(1)中，所述沥青材料选自煤基沥青和/或煤基改质沥青，所述沥青材料的C/H为1.3～1.7，软化点≥130℃，炭化后的残碳率≥66％；
以所得到的储热材料用组合物的总重量为基准，所述沥青材料的用量为10～40重量％，所述石墨的用量为20～80重量％，所述无机矿物材料的用量为10～70重量％。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述石墨的碳含量≥99重量％。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述无机矿物材料选自刚玉、镁砂、锆英砂、钛铁矿、硅石和锐钛矿中的至少一种；
优选地，所述无机矿物材料选自刚玉、镁砂和锆英砂中的至少一种。
8.根据权利要求5-7中任意一项所述的制备方法，其中，以所得到的储热材料用组合物的总重量为基准，所述沥青材料的用量为10～35重量％，石墨的用量为35～60重量％，无机矿物材料的用量为25～50重量％。
9.根据权利要求5-7中任意一项所述的制备方法，其中，步骤(2)中，所述模压成型的条件包括：模压温度为150～600℃，优选为200～500℃；压力为5～100MPa，优选为30～60MPa。
10.根据权利要求5-7中任意一项所述的制备方法，其中，所述烧结的温度不小于1000℃，优选为1000～1400℃，烧结时间为0.5～10小时，优选为1～4小时。
11.由权利要求5-10中任意一项所述的制备方法制得的储热材料。
12.根据权利要求11所述的储热材料，其中，所述储热材料的体积密度为2.2～4g/cm3，热导率为140～220W/mK，抗压强度为43～78MPa。
CN201910538447.7A 2019-06-20 2019-06-20 储热材料用组合物和储热材料及其制备方法 Pending CN112110730A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910538447.7A CN112110730A (zh) 2019-06-20 2019-06-20 储热材料用组合物和储热材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910538447.7A CN112110730A (zh) 2019-06-20 2019-06-20 储热材料用组合物和储热材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112110730A true CN112110730A (zh) 2020-12-22

Family

ID=73796148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910538447.7A Pending CN112110730A (zh) 2019-06-20 2019-06-20 储热材料用组合物和储热材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112110730A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115141607A (zh) * 2021-03-31 2022-10-04 国家能源投资集团有限责任公司 高强度储热碳材料及其制备方法与应用、用于制备高强度储热碳材料的组合物
CN115141606A (zh) * 2021-03-31 2022-10-04 国家能源投资集团有限责任公司 一种低取向度储热材料、制备储热材料用组合物及储热材料制备方法
CN115141608A (zh) * 2021-03-31 2022-10-04 国家能源投资集团有限责任公司 高导热蓄热材料及其制备方法与应用、用于制备高导热蓄热材料的组合物及其应用
WO2022205971A1 (zh) 2021-04-02 2022-10-06 国家能源投资集团有限责任公司 煤基储热碳材料及其制备方法与应用、用于制备煤基储热碳材料的组合物与应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080274358A1 (en) * 2005-12-02 2008-11-06 Christopher John Spacie Carbon Materials
CN102888209A (zh) * 2012-09-21 2013-01-23 中国科学院过程工程研究所 一种中高温复合结构储热材料、制备方法及其用途
CN103555282A (zh) * 2013-11-05 2014-02-05 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种高导热石蜡与石墨相变复合材料的制备方法
CN106518125A (zh) * 2016-12-08 2017-03-22 赵岩 耐火材料包覆的复合相变蓄热砖

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080274358A1 (en) * 2005-12-02 2008-11-06 Christopher John Spacie Carbon Materials
CN102888209A (zh) * 2012-09-21 2013-01-23 中国科学院过程工程研究所 一种中高温复合结构储热材料、制备方法及其用途
CN103555282A (zh) * 2013-11-05 2014-02-05 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种高导热石蜡与石墨相变复合材料的制备方法
CN106518125A (zh) * 2016-12-08 2017-03-22 赵岩 耐火材料包覆的复合相变蓄热砖

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孟献梁 等: "《煤炭加工利用概论》", 31 January 2018, 中国矿业大学出版社 *
陈清如 等: "《中国洁净煤》", 30 September 2009, 中国矿业大学出版社 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115141607A (zh) * 2021-03-31 2022-10-04 国家能源投资集团有限责任公司 高强度储热碳材料及其制备方法与应用、用于制备高强度储热碳材料的组合物
CN115141606A (zh) * 2021-03-31 2022-10-04 国家能源投资集团有限责任公司 一种低取向度储热材料、制备储热材料用组合物及储热材料制备方法
CN115141608A (zh) * 2021-03-31 2022-10-04 国家能源投资集团有限责任公司 高导热蓄热材料及其制备方法与应用、用于制备高导热蓄热材料的组合物及其应用
WO2022205971A1 (zh) 2021-04-02 2022-10-06 国家能源投资集团有限责任公司 煤基储热碳材料及其制备方法与应用、用于制备煤基储热碳材料的组合物与应用
CN115181554A (zh) * 2021-04-02 2022-10-14 国家能源投资集团有限责任公司 煤基储热碳材料及其制备方法与应用、用于制备煤基储热碳材料的组合物与应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112110730A (zh) 储热材料用组合物和储热材料及其制备方法
CN112111310A (zh) 储热炭材料用组合物和储热炭材料及其制备方法
CN107673759A (zh) 一种新型太阳能热发电石墨储热材料的制备方法
CN101798221B (zh) 一种细结构石墨材料及其制备方法
CN111170757A (zh) 一种特种细颗粒石墨材料制备方法
CN105645397B (zh) 一种用于edm的超细结构石墨及其制备方法
CN105884357B (zh) 一种用于热压成型的石墨模具材料及其制备方法
CN109111238A (zh) 一种碳纤维等静压石墨模具材料及其制备方法
CN105967718B (zh) 耐大电流镁电解用石墨阳极及其制备工艺
CN109133927A (zh) 一种高性能石墨材料的短流程制备方法
CN111362698A (zh) 一种新型各向同性核级石墨材料及其制备方法
CN108083803B (zh) 一种模具压制成型石墨制品的制备方法及石墨制品
CN106698414A (zh) 一种制备特种石墨材料的原料组合物和方法
CN103803552B (zh) 一种工业硅冶炼还原剂的制备方法
CN115108833B (zh) 一种连铸石墨材料及其制备方法
CN107500748B (zh) 一种镁铝尖晶石-石墨烯耐火材料制品及其制备工艺
CN103979930B (zh) 一种高导热石墨材料及其制备方法和应用
CN108083806A (zh) 一种超细结构各向同性石墨及其制备方法
CN113336552A (zh) 一种铝电解用低电阻率阳极炭块及其制备方法
CN102260884B (zh) 一种短流程高密度低电阻块状石墨阳极的制备方法
CN108002854B (zh) 一种高导热高抗蚀电煅煤基炭砖及其制备方法
CN115140724B (zh) 储热碳材料及其制备方法与应用、用于制备储热碳材料的组合物
CN110668820A (zh) 一种高性能极细结构炭素石墨制品的制备方法
CN108515170A (zh) 一种新型高性能受电弓材料的制备工艺
CN106672960A (zh) 一种高密度石墨材料及其生产工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20201222

RJ01 Rejection of invention patent application after publication