一种以熔盐为移热介质的氨合成塔及氨合成工艺

合成氨除用于生产化肥、化工产品,作为脱硝剂和制冷剂使用外,还可作为氢载体用于氢能储存,是未来清洁低碳燃料的重要形式。氨合成反应是一个可逆的放热反应,受反应平衡的限制,原料氢、氮气不能一次全部转化为氨产品,需要通过循环反应以提高产品收率。合成氨节能的关键在于在较低反应压力条件下提高反应单程转化率,现有氨合成塔可实现的单程转化率低、装置运行能耗高。以熔盐为移热介质的变温氨合成塔,可以实现不同床层高度的催化剂均总体处于最佳反应温度下操作。合成塔入口端高反应物浓度时高温,以提高反应速率;合成塔出口端高产物浓度时低温,以提高化学反应平衡转化率。以熔盐为移热介质的变温氨合成塔单程转化率高、节能降耗和经济效益显著,值得工程研究及推广。

导热油和熔盐作为加热媒介的探讨分析

工业生产中加热媒介的选择需要考虑可控性、经济性和安全性,其中导热油和熔盐作为优异的加热媒介,如何选择则需要根据具体工艺条件确定。本文主要从可控性、经济性和安全性三个方面对导热油和熔盐进行对比分析,确定各自作为加热媒介的适用性。

高温承压工况下熔盐泵用螺栓疲劳强度研究

高温熔盐泵介质温度是影响螺栓疲劳的关键因素,温度变化使法兰连接处的螺栓承受温差载荷而产生的交变应力导致螺栓疲劳失效。本文在螺栓受力中引入温差载荷,开展了熔盐泵螺栓在常温、温差和同温三种工况下疲劳强度的研究。研究表明:任何工况下熔盐泵的螺栓与法兰两者温差大于20℃时,循环次数就会低于10~4次;同温工况下温度大于75℃时,循环次数低于10~4次进入低周疲劳范畴;熔盐泵的螺栓温度不变-法兰升温时形成的温差对螺栓疲劳的影响要大于法兰温度不变-螺栓升温时的影响,而后者循环次数虽会增大但密封性会变差从而导致泄漏的发生;与温差工况相比同温工况才是最佳工作状态,应尽量避免熔盐温度频繁地波动而形成温差。

高温熔融盐斜温层单罐蓄热的热过程特性

以斜温层蓄热单罐设计理念为基础,采用硝酸熔融盐作为传热蓄热介质,锆质蓄热球与泡沫碳化硅陶瓷2种代表性的多孔介质填料作为固体蓄热体,构建了多尺度结构斜温层混合蓄热方法及系统,实验研究了多尺度结构中熔融盐的流动与蓄热特性。研究结果表明,由于斜温层的存在,系统理论蓄热效率小于80%;相对于熔融盐单相流体蓄热,采用锆质蓄热球与泡沫碳化硅的斜温层混合蓄热方式会导致系统的有效蓄热容量有所降低,但多孔介质填料的加入有利于保持熔融盐流体为理想的重力流或活塞流,并部分替代价格较高的熔融盐,需要结合蓄热容量以及经济性进行最优化设计。

SnO_2纳米棒一维纳米材料气敏特性研究

在NaCl+KCl熔盐介质中,在610～760℃焙烧利用室温固相反应合成的SnO2纳米棒前驱物,成功制备了SnO2纳米棒.利用TEM、XRD和XPS对SnO2纳米棒形貌、成分进行了表征和分析,SnO2纳米棒直径为10～60nm,长度从几百个纳米到十几个微米.以SnO2纳米棒为原料,分别制备了厚膜气敏元件,考察了其气敏特性.在工作温度为300℃左右时,660℃焙烧制备的SnO2纳米棒元件对乙醇具有较高的灵敏度、好的选择性和响应恢复特性.

熔融碱金属碳酸盐特性及其在能源转化技术中的应用

介绍了熔融碱金属碳酸盐的物理化学特性及其在能源转化过程中的应用,包括作为催化剂、反应介质、电解质及热载体等。混合熔盐比纯组分具有更低的熔点及较高的催化活性,通过对不同碱金属碳酸盐的合理匹配可以优化其物化性能(如熔点、黏度等),从而可提高其催化活性、增强流动性及降低电极材料NiO在熔融碳酸盐中的溶解度。

3GPa熔融盐固体介质高温高压三轴压力容器的温度标定

由于新研制的3 GPa熔融盐固体介质高温高压三轴实验系统改进了高压容器的装样方式以及样品的尺寸,需要对新装置的压力容器进行温度标定,为此采用多个NiCr-NiSi热电偶,在围压为0.5 GPa时对样品内部和周围的温度分布进行了研究。实验结果表明,样品外侧相对于样品中心上1/3位置热电偶监测到的温度与其它位置监测到的温度之间具有良好的线性关系,它们之间的斜率大小可以直接反映出温度的高低。样品外侧相对于样品中心上1/3位置与下1/3位置监测温度基本相同,也可以作为实验控制温度;样品中心温度比样品外侧相对于样品中心上1/3位置和下1/3位置监测温度低4%;样品底部温度比样品中心温度低5%;样品内部相对于样品中心下1/4位置温度比样品中心低2%。样品的温度从中间向两端对称式递减,在样品尺寸范围内,样品的垂直温度梯度恒定(900℃为16℃/mm)。本设备样品温度分布和温度控制精度与国际同类型实验设备相类似,达到了国际同类设备的水平。

固相反应制备SnO2纳米棒技术研究

利用室温固相反应方法，合成了SnO2纳米棒前驱物。在NaCl和KCl等熔盐介质中，在660～785℃对前驱物进行焙烧，纳米颗粒前驱物自组装生长形成金红石结构的SnO2纳米棒一维材料。利用TEM和XRD对制备的SnO2纳米棒的形貌、成分进行了表征和分析，SnO2纳米棒直径为20-80nm，长度从几百纳米到几微米。分析了SnO2纳米颗粒前驱体熔盐介质中的生长，探讨了SnO2纳米颗粒在熔盐介质中的固相生长现象。

超音速气流粉碎下NiO纳米棒的低温固相制备

采用超音速气流粉碎技术低温固相合成NiO纳米颗粒前驱体,并通过在650~900℃下,NaCl熔盐介质中对前驱体进行焙烧,制备得到NiO纳米棒。采用XRD、SEM、TEM测试技术对NiO前驱体、NiO纳米棒的结构和形貌进行了表征。结果表明,前驱体为直径约25 nm球形颗粒,随着焙烧温度升高,逐渐生成直径为300 nm,长度约十几微米的纳米棒。反应过程中熔盐介质是纳米颗粒前驱体生长的关键因素。

硝酸熔盐体系在能源利用中的研究进展

硝酸熔盐具有优良的传热和流体流动及易溶解无机物等特性,在熔盐传热蓄热、反应介质、熔盐电解液、废热利用、金属合金制造和高温燃料电池等方面得到广泛应用。介绍了硝酸熔盐在一般工业应用、太阳能热发电和太阳能制氢等方面的应用情况,指出随着对熔融硝酸盐性能深入研究和改进,硝酸熔盐在能源开发利用及环境保护等方面将会发挥更重要的作用。

钢材表面熔盐合金化Fe_3Si层抗蚀性能研究

利用熔盐非电解沉积法在20钢和2Cr13不锈钢表面进行渗硅处理,借助扫描电镜分析了渗层剖面形貌和成分分布,X射线衍射仪确认物相组成,利用动态极化曲线及交流阻抗谱电化学技术评价各Fe_3Si渗层的耐H_2SO_4介质电化学腐蚀性能。结果表明,钢材表面熔盐合金化制备的Fe_3Si渗层具有优异的抗H_2SO_4介质电化学腐蚀性能;不锈钢中的Cr合金元素的存在能加快熔盐渗硅速率,有助于缺陷的减少和渗层致密性的改善,Cr合金元素共同参与形成的多元Fe_3Si型过渡族金属硅化物具有优异的腐蚀抗力。

两步熔盐法制备片状BaTiO_3晶体及其表征

BaTiO_3薄片微晶通过两步熔盐法通过使用Ba4Ti13O30作为中间产物的离子交换制备。用XRD和SEM对熔融盐反应产物的晶体结构和微观结构进行了表征。研究结果表明,当使用NaCl熔盐时,熔盐与总反应物的质量比为1∶1,1 050℃下3h,可以制备纯的BaTiO_3微晶。其晶粒尺寸为16μm,厚度为1μm,且分散性较好。XRD图谱显示晶粒以纯的BaTiO_3相存在。用这种方法合成的片状颗粒可以用作织构陶瓷的模板。

基于分形理论对轻质材料微孔结构与物理性能关系的研究

本文以Na Cl为熔盐介质、镁橄榄石为原料制备了多孔镁橄榄石轻质材料,采用分形理论研究材料的微孔结构与材料物理性能的关系。对图像数据在预处理后用Image-Pro Plus软件进行二值化处理。利用分形理论确定线性关系式的相关系数R,以及用数学的方式来研究分形维数D。在烧成温度相同的条件下(1050℃,1100℃和1150℃),随试样中盐含量的增加,孔分形维数略有增加,当试样的烧成温度为1100℃,盐的含量为50%时,分形维数达到最大,即D=2.7。而在同一配比下,试样在1100℃时,孔分形维数较大,试样的孔结构趋于三维规则,烧成后试样的体积密度、显气孔率和常温耐压强度出现拐点。从而揭示了材料结构与性能之间的关系,即材料的分形维数越大,孔结构越趋于三维结构,材料的性能越优。

熔盐辅助碳热还原法合成碳化钽粉体

以Ta2O5、酚醛树脂为钽源和碳源,以NaCl-NaF为熔盐介质,采用碳热还原法合成了TaC粉体,借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜研究了粉体物相组成和显微形貌。结果表明：1000℃烧后时试样的物相只有NaTaO3,1100℃烧后有TaC生成,但仍残留较多的NaTaO3;1200℃烧后TaC的生成量明显增加,NaTaO3含量明显降低仅有少量残余;1300℃烧后物相组成全部为TaC。1300℃合成的TaC粉体粒径为1-2μm,粉体形貌为规则的多面体。熔盐促进了TaC粉体的合成主要因为在反应过程中了过量的熔盐不仅起到熔剂的作用,而且直接参与反应生成中间产物NaTaO3,促进了TaC粉体的合成。

新型低熔点硝酸盐熔盐的热力学性质

利用硝酸盐熔盐熔点低、比热容高、热分解温度高的特性,制备一种新型硝酸盐熔盐[在Ca(NO_3)_2∶KNO_3为0.47∶0.53的熔盐体系中添加0.1%~15%的新型添加剂],并对该熔盐的热力学特性及使用成本进行了测试分析。结果表明,新型熔盐的熔点为120.1℃,熔化潜热为76.37 J/g,分解温度为588℃,平均比热容为1.598 J/(g·K),相比较于传统的Solar salt和Hitec熔盐热力学性能具有较大提升。采用测量范围内比热容的积分平均值来代替整个温度范围内熔盐的比热容,通过计算得出该体系熔盐的显热蓄热成本为108元/(k W·h)。此外,对新型熔盐的热扩散系数以及导热系数进行的测试分析,进一步证明了该熔盐在太阳能光热发电中作为蓄热传热介质具有巨大的潜在应用价值。

熔融盐填充床蓄热的蓄放热性能研究

基于多孔介质的连续介质模型，并考虑泵的功耗和蓄热罐的热损失，对熔融盐填充床的显热蓄热进行研究。以填充床蓄放热效率和炯效率为评价标准，讨论熔融盐进口温度Tin、蓄热罐高度H、孔隙率ε、填充颗粒直径d和熔融盐入口速度u对其的影响。结果表明：蓄热罐高度和填充颗粒直径是影响蓄放热效率和炯效率的主要因素。蓄热罐高度2-6m时，总蓄放热效率和炯效率分别从0．891和0．879提高到0．931和0．923；颗粒直径5～40mm时，总蓄放热效率和炯效率分别从0．956和0．951降低到0．875和0．861。

新型混合硝酸熔盐的制备及热物性研究

本工作通过在47%Ca(NO3)2-53%KNO3(质量分数)二元熔盐中添加不同比例添加剂B或A,经过筛选得到了5种混合熔盐样品,分别对其进行了热物性参数的测试分析。测试结果表明,相比最为常用的太阳盐熔盐,混合熔盐的上下限温度得到拓展,混合熔盐样品中,凝固点最低可达135.2℃,分解温度最高可达639.1℃。当添加34%(质量分数)添加剂B时,混合熔盐样品的综合性能最优,其储热密度可达734 kJ/kg,导热系数高达0.74 W/(m·K)。综合考虑不同热物性参数的测试结果,相比传统Solar Salt及Hitec熔盐,本文开发的混合熔盐配方综合性能有较大提升,在光热发电中作为传热蓄热介质具有良好的应用前景。

熔盐物性对熔盐泵内部流动及圆盘损失特性影响

以太阳能热发电高温熔盐泵为研究对象,对不同介质条件下熔盐泵内部流动特性和圆盘损失进行分析。对比清水试验和数值计算结果,验证数值计算的可行性,通过对清水、300℃熔盐、565℃熔盐条件下熔盐泵流场进行计算,获得首级泵段内清水和不同温度下熔盐在熔盐泵内的速度、压力分布,分析了介质物性对泄漏量、圆盘损失以及盖板剪切应力分布产生的影响。结果显示:介质物性对扬程和流场速度分布影响有限,介质密度增加会使流场压力增加;介质粘性越大叶轮口环处剪切应力越大,同时总泄漏量会得到降低;介质密度和粘性增加会使圆盘损失能量消耗增加,粘性增加会导致圆盘损失绝对能量和占损失能量比增加;粘性对盖板上的剪切应力影响较大,同时对应半径处前盖板处的剪切应力高于后盖板上的剪切应力。通过以上研究更加深入地了解高温熔盐在熔盐泵内的流动特性,为提升泵性能和优化泵结构提供参考。

固碱用热载体熔盐组分的测定

介绍了由7%硝酸钠、40%亚硝酸钠、53%硝酸钾配制成的热载体熔盐中硝酸钠、亚硝酸钠、硝酸钾、氢氧化钠和碳酸钠含量的测定方法。

高温熔融盐储热技术常见材料分析

新能源发电受到多重因素的影响而呈现不稳定性,且并网运行困难,而高温熔融盐储热技术能够提升其发电的稳定性,降低对电网运行的影响。通过介绍熔融盐储热技术的原理,对多种熔盐介质的特性进行了重点分析,并提出高温熔融盐在使用过程中的问题,为新能源发电的快速发展奠定了理论基础。