[發明專利]改進的、低粘度硫作為導熱和儲熱液體的應用

無效

• 申請號: 200980140550.0
• 申請日: 2009-07-08
• 公開（公告）號: CN102177216A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 克里斯多夫·亨里克·斯代爾澤爾
• 申請（專利權）人: 弗拉格賽歐股份有限公司
• 主分類號: C09K5/10
• 分類號: C09K5/10
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 謝順星

技術領域

用于傳輸熱能的液體被應用在現有技術的各個領域中。在內燃機中，水和乙二醇的混合物將燃燒的余熱輸送到冷卻器中。類似的混合物將來自太陽能屋頂集熱器的熱量輸送至蓄熱器中。在化學工業中，其將來自電或者燃煤加熱的暖氣裝置的熱量輸送至化學反應器或者由此而出至冷卻裝置。

背景技術

相應地，需要使用大量液體。所述液體在室溫下或者更低溫度下應為液態的，且首先應具有低粘度。對于更高的使用溫度，不再考慮水，因為水的蒸汽壓太大。因此，在250℃之內使用碳氫化合物，其通常由芳香族和脂肪族分子部分構成。也經常使用低聚硅氧烷。

太陽能熱電廠大量地產生電能，從而體現出對導熱液體的新挑戰。至今，這樣的電廠被建造成具有總共約400兆瓦的裝機容量。太陽輻射通過槽形拋物鏡面聚焦在鏡面焦線上。在那里安裝有金屬管，該金屬管位于玻璃管內以避免熱量損失，其中，同心管之間無空隙。導熱液體流經該金屬管。根據現有技術，在此使用二苯醚和聯苯的混合物。

導熱體被加熱至最高400℃，由此驅動蒸汽發電機，水在其中變成蒸汽。該蒸汽驅動渦輪機，且該渦輪機再次驅動傳統電廠中的發電機。由此，總效率可達到20％至23％，其與日照率的能量容量有關。

導熱體的兩種成分在正常壓力下沸點為256℃。聯苯的熔點為70℃，二苯醚的熔點為28℃。通過混合這兩種物質，熔點下降至大約10℃，在溫度為400℃之內，可以使用這兩種成分的混合物，在更高的溫度下，混合物則會分解。在該溫度下，蒸汽壓為大約10巴，這是一個在現有技術中還可以很好的得到控制的壓力。

為了獲得高于20％至23％的總效率，需要更高的壓力入口溫度(Druckeingangstemperatur)。蒸汽渦輪機的效率與渦輪機入口溫度一同提高。現代的燃煤火電廠以650℃以內的壓力入口溫度工作，且由此獲得45％的效率。技術上可能的是：在鏡面焦線中的導熱液體被加熱至650℃的溫度，且由此獲得同樣高的效率；但由于導熱液體的受限制的溫度穩定性而使得這是不可能的。明顯地，不存在能夠持續經受400℃以上的溫度的有機物質，至少至今還沒有發現。因此人們試圖選擇無機材料中耐高溫的液體。

通過核技術而已知的可能性是：將液態鈉作為導熱液體使用，這一可能性是經過嚴格的檢驗的。然而，鈉是相當貴的，這有礙實際的使用，且必須通過高能量消耗的電解氯化鈉而產生，且在已獲得氫氣的情況下與微量水反應將產生安全問題。

另一種可能為，使用無機的熔鹽作為導熱液體。這樣的熔鹽在工藝上是目前最先進的，熔鹽在高溫下工作。通過硝酸鉀、亞硝酸鉀和相應的鈉鹽的混合，工作溫度可達到500℃。肥料工業可以大量地生產。當然，熔鹽同時導致了兩個明顯的缺點，在太陽能熱電廠中不使用它們：硝酸鹽和亞硝酸鹽在提高的溫度下會強烈氧化金屬材料，特別是鋼，由此，其表面使用溫度被限制為大約500度。由于其結晶熔點，其最低使用溫度為大約160℃。

雖然通過在亞硝酸鹽或者硝酸鹽中混入堿土金屬可以使得熔點進一步下降，但這導致在低溫下熔融粘度的提高。除了提高了輸送能量外還會對熱傳遞產生負面影響。

人們同樣嘗試去研究，水在相應的高壓力下是否適合作為導熱體。但其超過三百巴的極高的蒸汽壓是個不利因素，這使得大型太陽能熱電廠的幾千公里管道造價過于不經濟。蒸汽自身作為導熱體也是不適宜的，這歸因于其相對于液體較低的導熱能力以及較低的單位體積熱容量。

另一問題在于，人們追求在夜間也驅動太陽能熱電廠。因此，需要在巨大的、隔熱的罐中儲存非常大量的導熱液體。對于具有千兆瓦電力的電廠，人們希望將熱函(Waermeinhalt)儲存十三至十四個小時，因此，600℃下數十萬立方米量級的大罐是先決條件，且從儲熱器至發電機出口的效率應在40％。這意味著，導熱體必須非常便宜，否則這樣的電廠的投資將過大。這還意味著，必須具有足夠的材料作為導熱體使用，為了大量提供，需要數百個千兆瓦機組。

最終，經濟地大量提供太陽能的解決方法取決于：是否存在導熱液體，該液體可以在650℃以內的溫度下持續使用，該液體在該溫度下具有盡可能低的、經濟上可控的蒸汽壓，優選至十巴，這不會氧化所使用的鋼鐵材料，且能使液體具有盡可能低的熔點。

首先，元素硫最可能滿足這些條件。硫可被大量獲得。存在大量含硫豐富的礦層，在發動機燃料和天然氣的脫硫時也會有硫脫離成為殘渣。當前，有數百萬噸的硫尚無使用的可能，人們以大的澆鑄塊的形式儲存硫或者以此進行大面積的土地填充。