CN1142235C - (LiNO3－KNO3－NaNO3－NaNO2混合熔盐及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种(LiNO3-KNO3-NaNO3-NaNO2)混合熔盐及制备方法。具有较大的热容，能够用作大规模的热量传递的介质，所有的组分价格低廉，熔盐的制备过程简单易行，熔盐具有很好的热稳定性，在长时间操作下能够有效的减少组分的挥发及对器壁的粘附，为一种十分优良的传热介质。

Description

(LiNO3-KNO3-NaNO3-NaNO2)混合熔盐及制备方法
技术领域
本发明属于热量传递技术领域，涉及一种传热介质，尤其涉及一种由多元混合熔盐所组成的混合熔盐。
背景技术
在工业生产过程中，需要不断地提供或移走过程产生的热量，因此需要传热介质。对于传热介质而言，水或其蒸气是十分常见的。但对于移热过程而言，液态水的使用温度极其有限(一般小于100℃)，而水蒸气的热容很小，难以满足大量移热的要求。在此工业背景下，熔盐作为一种移热介质受到了广泛的重视。改变熔盐的配方，并获得合适的操作温度是这一领域的重要内容研究内容。许多专利或文献公开或报导了各自的熔盐系统。如〖化工工艺设计手册(第二版)〗，(上海医工设计院，1996)等，目前，常见熔盐系统的组成及其性质见表1。
                  表1常见熔盐体系的性质
  熔盐   组成(重量％)     熔点(℃)   操作温度(℃)
  LiCl-KCl   59.0-41.0     352   450
  AlCl3-NaF   25.0-75.0     1009   1080
  NaOH-KOH   51.0-49.0     117   227
  Li2SO4-K2SO4   71.6-28.4     525   675
  Li2CO3-Na2CO3   50.0-50.0     500   700
  NaPO3-KPO3   53.2-4.0-46.8     547     700
  KNO3-NaNO3   50.0-50.0     132     170
  LiBO2-KBO2   56.0-44.0     582
  MgCl2-NaCl-KCl   50.0-30.0-20.0     396     475
  LiF-NaF-KF   46.5-11.5-42.0     459     500
  KNO3-NaNO3-NaNO2   53.0-7.0-40.0     142     500
  Li2SO4-Na2SO4-K2SO4   78.0-13.5-8.5     512
  Li2CO3-Na2CO3-K2CO3   43.5-31.5-25.0     397
在熔盐的研究中，从经济性角度考虑，涉及两个方面因素。其一，希望使用价廉的组分。若必须使用昂贵的组分，则希望此组分的用量愈少於好。其二，抑制熔盐在受热过程中的挥发性，减少由此而导致的组分流失也是经济性考虑的一个重要方面。事实上，随着时间的增长，熔盐的流失可能达到很高的程度，例如，三元熔盐体系(KNO3-NaNO3-NaNO2)，当其重量含量分别为53％-7％-40％时，在500℃下加热143小时，熔盐的损失量可达28％。
另外，从工业应用角度考虑，特别是针对常见的化工生产过程，操作温度为400-600℃的熔盐使用量最为广泛。而目前常见的三元体系(KNO3，NaNO3，NaNO2)由于使用过程中的挥发、粘附器壁等因素，损失量较大，迫切需要改进。
表1所提供的其它混合熔盐系统也同样存在着使用过程中熔盐损失过大的缺点，致使生产过程成本增加。
因此，研究开发一种新的混合熔盐系统，将具有十分重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种由(LiNO3-KNO3-NaNO3-NaNO2)组成的混合熔盐系统；
本发明的目的之二在于公开一种所说的混合熔盐系统的制备方法。
本发明的构思是这样的：
本发明以在三元熔盐体系(KNO3-NaNO3-NaNO2)中加入另一种无机盐-LiNO3，组成一种新的四元熔盐体系-(LiNO3-KNO3-NaNO3-NaNO2)，由于Li与K、Na为同系物，离子状态时具有相类似的性质，当LiNO3与(KNO3-NaNO3-NaNO2)混合后，能形成新的离子间的作用力，因此，具有较好的耐热性，难于挥发。
根据上述的构思，本发明提供了如下的混合熔盐的配方：
LiNO3            1-10％
KNO3             40-80％
NaNO3            5-15％
NaNO2            10-50％
以上均为重量百分比。
上述的混合熔盐系统操作温度为250℃～550℃，在此温度条件下，操作170小时，损失仅为6％，远小于现有技术所提供的熔盐配方；
而试验证明，当采用以下的优选配方时，将能获得更好的结果：
LiNO3            1-5％
KNO3             50-80％
NaNO3                 5-15％
NaNO2                 10-50％
以上均为重量百分比。
对于以上组分，应该防止其受潮。对于变潮的组分，可以用常见的干燥方法分别干燥，然后再加以使用。
上述的混合熔盐系统亦是这样进行制备的：
①干燥与称量：
分别称取LiNO3，KNO3，NaNO3，NaNO2四种组分，在干燥器中用热空气干燥，充分脱除因受潮而吸收的水份，然后按照配方，分别称取所要求的四种物质的重量；
②混合：
将四种组分倒入一容器中，用机械翻滚的方法，使之达到宏观尺度上的均匀。此时要尽量避免过程的受潮，从而避免混合物结块；
③熔融：
将上述混合物加热，使其熔融。加热时，为使混合物均匀受热，应以缓慢的速率升温(约5度/分钟)，达到熔点后，使其保持此状态约十分钟，然后缓慢冷却(约5度/分钟)至常温；
④碾磨：
将冷却所得固体碾磨至粉末状，并且用机械翻滚的方法，再次使其混合均匀，随后密封此固体，即可获得所说的混合熔盐系统。
所说的熔盐的各项技术经济指标如下：最优操作温度：250-550℃；固体熔化温度：约230℃；受热稳定性：挥发＜6％(操作时间170小时)，约为KNO3-NaNO3-NaNO2三元体系的10％；热容：        与KNO3-NaNO3-NaNO2三元体系相当；对设备的腐蚀：与KNO3-NaNO3-NaNO2三元体系相当；循环动力消耗：与KNO3-NaNO3-NaNO2三元体系相当；
由上述公开的混合熔盐系统的各项技术经济指标可见，该混合熔盐具有以下显著的优点：
(1)具有较大的热容，能够用作大规模的热量传递的介质；
(2)经济性好，所有的组分价格低廉；
(3)熔盐的制备过程简单易行；
(4)熔盐具有很好的热稳定性，在长时间操作下能够有效的减少组分的挥发及对器壁的粘附。
具体实施方法
                       实施例1
甲烷化反应是强放热反应，因为该反应体系发生如下两个反应：
                   ΔH1＝-206KJ/mol
                     ΔH2＝-41KJ/mol
操作温度为400-500℃。
采用所说的混合熔盐系统(LiNO3-KNO3-NaNO3-NaNO2)移走反应过程中产生的热量。
混合熔盐的重量百分比如下：
LiNO3              1％
KNO3               79％
NaNO3              10％
NaNO2              10％混合熔盐系统的基本数据见表2。
          表2四元熔盐体系使用基本情况
操作时间   平均温度   控温精度   损失量   二次使用
100小时    458℃      0.1℃      ＜3％    稳定

Claims (5)

1.一种(LiNO3-KNO3-NaNO3-NaNO2)混合熔盐，其特征在于，组分和含量为：
LiNO3               1-10％
KNO3                40-80％
NaNO3               5-15％
NaNO2               10-50％
以上均为重量百分比。
2.如权利要求1所述的混合熔盐，其特征在于，组分和含量为：
LiNO3               1-5％
KNO3                50-80％
NaNO3               5-15％
NaNO2               10-50％
以上均为重量百分比。
3.一种如权利要求1或2所述混合熔盐的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
①混合：
将LiNO3、KNO3、NaNO3和NaNO2按权利要求1或2所述的比例倒入一容器中，用机械翻滚的方法，使之达到宏观尺度上的均匀；
②熔融：
将上述混合物加热，使其熔融，达到熔点后，使其保持此状态十分钟，然后缓慢冷却至常温；
③碾磨：
将冷却所得固体碾磨至粉末状，并且用机械翻滚的方法，再次使
其混合均匀，随后密封此固体，即得目标产物。
4.如权利要求3所述的混合熔盐的制备方法，其特征在于，在步骤①混合前应先进行干燥。
5.如权利要求3所述的混合熔盐的制备方法，其特征在于，步骤②熔融过程是这样进行的：
加热熔融时，以5度/分钟的速率升温，达到熔点后，使其保持此状态十分钟，然后以5度/分钟的速率冷却至常温。
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