[發明專利]一種工業余熱回收用儲熱材料、制備方法及用途

有效

• 申請號: 201310430457.1
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103525376A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 丁玉龍;葉鋒;冷光輝;葛志偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C09K5/14
• 分類號: C09K5/14
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

技術領域

本發明屬于熱能工程和能源材料科學技術領域，特別涉及到一種工業余熱回收用儲熱材料、制備方法及用途。

背景技術

余熱是指被考察體系（某特定系統或設備）排出的熱載體可釋放的高于環境溫度的熱量和可燃性廢物的低發熱量。例如鍋爐排出的煙氣；爐渣中未完全燃燒顆粒可釋放的熱量等；以潛熱形式存在于蒸汽輪機排氣中的熱量；冶金工業中的高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣、石化工業中的碳黑尾氣等可燃性廢氣可釋放的熱量；高溫固態、液態產品所攜帶的熱量等等都可稱為余熱。工業余熱可認為是一種資源，甚至有把這種資源作為是繼煤、石油、天然氣、水力之后的第五大常規能源的提法。余熱的隨意排放不僅是能源資源的嚴重浪費，而且也造成了環境污染，所以工業余熱的有效回收和利用正成為節能減排的主要課題之一。由于很多情況下的工業余熱存在著間歇性、不穩定性、能量密度低等特點，目前在低成本高效余熱回收，特別是低能級余熱和高溫渣余熱的回收方面主要依靠儲熱技術。然而儲熱材料的性能及成本是決定余熱回收的效率及運行成本的主要因素之一。

目前儲熱材料主要有顯熱儲熱材料和潛熱儲熱材料。但顯熱儲熱材料的儲熱密度小、導熱率低，很多情況下不能滿足間歇性余熱回收的要求。而潛熱儲熱材料，尤其是復合結構儲熱材料，兼顧了顯熱和潛熱材料的優點，有效地解決了材料的腐蝕性，具有性能穩定、儲熱能力強、溫域可控等諸多優點，是用于余熱回收理想候選儲熱材料之一，但是這類儲熱材料一般強度不高、易粉化，導熱率仍需提高。F.Pitié等（F.Pitié,C.Y.Zhao,and?G.Cáceres,Thermo-mechanical?analysis?of?ceramic?encapsulated?phase-change-material(PCM)particles.Energy?Environ.Sci.,4(2011)2117-2124）采用包覆方法，潛熱材料當作芯，彈性物質為殼體進行包覆，復合材料整體強度低。F.Yavari等（F.Yavari,H.R.Fard,K.Pashayi,M.A.Rafiee,A.Zamiri,Z.Yu,R.Ozisik,T.Borca-Tasciuc,and?N.Koratkar,Enhanced?thermal?conductivity?in?a?nanostructured?phase?change?composite?due?to?low?concentration?graphene?additives.J.Phys.Chem.C,115(2011)8753-8758）采用液相法制備高導熱率的復合儲熱材料，先將石墨烯分散在丙酮中，再將1-octadecanol加入，并升溫至150℃，進行強烈攪拌至丙酮揮發完為止。再將溫度降至室溫，最后制備出納米結構復合儲熱材料。這種制備過程難控制，原料昂貴。

CN102585775A公開了一種高溫復合相變儲熱材料及其制備方法，以無機鹽、陶瓷基質和高導熱率材料原料進行混合燒結而成，雖然導熱率提高了，但只是三種原料復合，無粘結劑，復合儲熱材料耐壓強度低。

CN101649185A公開了一種儲熱材料及其制備方法，以赤鐵礦為主料、高嶺土選礦尾渣為成型料、粘土為輔料，加水混合，置于鋼模24h，脫模后置于水中養護72h。由于加入水，后續程序復雜，耗時長。

作為工業余熱回收用儲熱材料，必須要在原料易得、低成本、易規模化生產前提下，考慮其綜合使用性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備工業余熱回收用儲熱材料的方法，用這種方法可制備高能量密度、高強度、化學穩定性好且成本低、工藝簡單、原料易得的工業余熱回收用的儲熱材料。該方法從選材、材料組分、配料及制備工藝等方面進行了優化設計，從而能夠低成本生產工業余熱回收用的儲熱材料，且該材料的綜合性能通過優化得到顯著提高。

本發明還提供了一種工業余熱回收用儲熱材料及其用途。

本發明提供的工業余熱回收用儲熱材料的制備方法，以無機鹽（硝酸鈉、硫酸鈉、氯化鉀等）、陶瓷質材料（二氧化硅、高嶺土、硅藻土等）、粘土和高導熱材料（石墨、炭黑、活性炭粉末等）為主要原料，采用干法制備，無需加水浸濕。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的目的之一在于提供一種工業余熱回收用儲熱材料的制備方法，以無機鹽和陶瓷基質為主要原料，添加粘土和高導熱材料后，直接干混均勻，然后冷壓成型，干燥、燒結、冷卻后得到所述工業余熱回收用儲熱材料。