专利名称：基于硫的载热介质和该载热介质的用途的制作方法
基于硫的载热介质和该载热介质的用途本发明涉及包括含有元素硫和至少一种添加剂的混合物的载热介质。此外还给出了该载热介质的用途。太阳能热电厂基于将太阳能转化为电能。为此目的，例如在所谓的抛物面沟槽(Parabolrinnen)电厂中，在太阳光收集器场(Solarkollektor-Feld)(太阳光区(SolarField))中借助于大量级联安装的和抛物线形状的镜面，将入射的太阳辐射成束地指向所谓的接收管，以便将位于其中的循环的载热流体(载热介质，“HTF”)加热。这样引入的热能经过热交换过程转化为蒸气或热气体并借助于涡轮转化为电能(Power Block)。元素硫原则上适合作为用于这类应用的载热介质。这样硫在大约119°C熔融和在440°C沸腾(常压下)。此外，液态硫具有较高的热容量，Cp为大约I. 12J/ (g*k)和较高的热导率，λ为大约O. 17W/ Cm · k)。 但是硫在升高的温度下倾向于形成多原子的硫分子。其结果是硫具有较高的粘度。因此，例如硫的动态粘度Π在300°C下为大约2800mPa · S。用于对比在300°C的温度下常见载热介质的动态粘度Π为低于IOmPa · s或甚至低于ImPa · S。从公开文献Journalof the American Chemical Society,第65卷(I943)，第639 — 647页中R. R. Bacon等人的"The Viscosity of Sulfur"已知，硫的粘度可以用不同的无机添加剂而降低。从该公开文献还获知的是，使用如此改性的硫作为载热介质。本发明的任务是，进一步开发基于元素硫的载热介质，使得它可以用作载热流体。为解决这一任务，提出一种包括含有元素硫和至少一种添加剂的混合物的载热介质。该载热介质特征在于，添加剂含有至少一种卤代烃。根据本发明的其他方面，提出载热介质用于可逆能量储存的用途。载热介质吸收能量并再释放出所吸收的能量。优选地，载热介质用于驱动太阳能热电厂以便将太阳能转化为电能。在此过程中太阳光转化为载热介质的热能。本发明所基于的构思在于，将硫借助于卤代烃进行改性。 以元素硫(如在Frasch法以及尤其根据Claus法所获得的)为基础，本发明的体系满足了用作载热介质的重要条件。作为元素，硫在常压下在大约119°C下熔融和在444°C下沸腾。在650°C时蒸气压P = 10. 40bar并因此还可以很好地在管道中操作。在隔绝氧情况下和在500 - 600°C的运行温度下它是一种无毒的流体。作为烃可考虑各种类型的烃分子，即饱和、不饱和(例如芳族的)、环状的、无环的、支化的和非支化的烃分子。烃可以仅包括一种类型的烃分子。也可以考虑不同烃分子的混合物。其中使用的所有类型的烃分子可以被卤代。但是也可以使用卤代和非卤代烃分子的混合物。通过热加载，这样的分子产生卤素自由基，其本身在自由基链断裂反应下抑制硫自由基形成长硫链的趋势。从这种烃上可剥离的氢与硫反应，形成硫化氢，或者直接以硫烷的形式使游离的硫自由基饱和。特别地，大量的可作为氢供体起作用的分子和/或分子片段的存在对于硫熔体粘度的下降起到促进作用。由此原因，尤其是卤代链烷烃与纯的任选地烯属的烃例如硬脂酸或油酸或它们的衍生物的组合可以是特别地协同有效的。至少一种类型的烃分子是卤代的。在其中卤代烃的至少一个氢被卤素原子，即氟、氯、溴或碘代替。在此优选使用氯和溴。卤代烃的一个唯一的氢原子也可以被卤素原子替代。优选地，卤代烃的多个氢原子被多个卤素原子替代。因此特别地，卤代烃是多卤代的烃。在此方面，卤代烃的氢原子可以被一种类型的卤素原子或被不同类型的卤素原子替代。对于多卤代烃来说，卤素占一个烃分子的分子量中的份额较高。优选地，在此方面卤代烃的分子量中卤素份额选自25 - 75重量％的范围。更高的含量例如直到90重量％，或者更低的含量例如直到10重量％同样是可考虑的。(一种或多种)卤代烃的碳主链可以具有任意数目的碳原子。同样地，卤代烃的碳主链可以具有任意的碳链长度。优选地，卤代烃的平均碳链长度为C2 — c3(l。卤代烃的碳 链由2个碳原子直至30个碳原子形成。每个碳链有多于30个碳原子同样是可考虑的。此夕卜，也可以使用仅仅具有唯一一个并形成卤代烃的主链的碳原子的卤代甲烷衍生物。卤代烃优选是碳链长度超过C2tl的长链烃。因此在一个特别的实施方案中，卤代烃是链烷烃。在此方面，链烷烃主链可以是未支化的(正链烷烃)或是支化的(异链烷烃)。同样地，该链烷烃可以是短链的、中等长度链的或长链的。链烷烃例如是短链氯化链烷烃(SCCP，C10 - C13),中链氯化链烷烃(MCCP，C14 - C17)或长链氯化链烷烃(LCCP，>C18)。上述链烷烃的混合物同样是可考虑的。针对卤代烃的主链所描述的此外也适用于可能存在的非卤代的烃。这例如意味着，除了卤代链烷烃外也可以使用非卤代的链烷烃。混合物中添加剂的含量独立地依赖于所述一种或多种添加剂的类型而匹配。已经证明特别有利的是，添加剂以选自O. 01 - 15重量％范围的含量包含在混合物中。直到20重量％或直到30重量％的较高含量同样是可以的。如已经提及的，除了卤代烃外也有利地使用非卤代的烃。其他添加剂也是可考虑的。在一个特别的实施方案中，混合物具有至少一种选自有机多硫化物、脂肪酸、脂肪酸金属盐、蓖麻油和纳米颗粒的其他添加剂。纳米颗粒具有Inm — IOOnm的平均颗粒直径。纳米颗粒可以是有机或无机的。有机和无机纳米颗粒的混合物也是可考虑的。在此，例如使用金属、半金属、金属和/或半金属的氧化物以及氮化物和硫化物或多硫化物，和上述化合物的混合物。蓖麻油是基于氢化和/或脱氢化的蓖麻油或基于它们的衍生物。有机多硫化物可以具有饱和的和不饱和的烃片段。根据一个其他的实施方案，所述其他添加剂具有通式为R1SxR2的有机多硫化物，其中X为2 — 8，R1和R2是碳链长度为C2 - C18并尤其是碳链长度为C9 - C12的烷基。其中可以使用各种不同的直链和支链的烷基。R1和R2也可以在各自情况下是甲基或甲基衍生物。根据一个其他的实施方案，所述其他添加剂具有脂肪酸和/或脂肪酸金属盐，其中脂肪酸具有C2 - C20范围的碳链长度。在这里，可以考虑饱和的和不饱和的脂肪酸或它们的混合物。特别合适的是硬脂酸和油酸以及它们与碱金属、碱土金属和过渡金属的金属盐。概括性地，以下优点与本发明相关联，或者说本发明在以下实施方案中是特别有利的
-利用本发明，硫可以作为便宜的和容易获得的载热介质使用。-通过一种或多种添加剂可以降低硫在120— 400°C范围内的熔体粘度。在此方面，可以使用脂肪族、芳香族和/或环脂族的烃化合物(非支化和/或支化的)的部分直至完全卤代的衍生物或者它们任意的混合物。-可以使用含有元素氟、氯、溴和/或碘的有机的卤代烃衍生物，但是特别优选
元素氯和/或溴。-有机的卤代烃衍生物的卤素含量有利地为分子量的25- 75重量％。—每种情况下待使用的有机的卤代烃衍生物的平均碳链长度为C1— C30 (所谓的氯代和/或溴代的脂族化物、链烷烃和蜡)。 -每种情况下待使用的有机的卤代烃衍生物的含量为用作载热介质的混合物总质量的O. 01 — 15重量％。-任选地另外的添加剂的含量总共为用作载热介质的混合物总质量的O.01 -
15重量％。-载热介质作为载热流体(HTF)在太阳能热电厂，用于借助于太阳光区中的特别制成的镜面系统例如通过抛物面沟槽几何形状，将太阳能转化为电能。-载热介质用作为储热器(储存介质)，目的为可逆的能量储存(所谓的潜在热储存器，TES)。-此外，有利的是，使用一部分获取的太阳能，以便将所谓的储存介质热存放在大体积的储存罐中，以便从此储热器中在夜间运行时消耗白天积聚的能量。以此方式，可以保证连续的能量生成过程。理想地，载热介质的性能特点也允许用作为储存介质，因为以此途径不必实施分别的液体循环的分离。因此，这一整个过程的关键组分以特别的方式为载热介质，它用于将太阳热能输送到热交换器或储存介质中，因为对这样的载热介质提出有特殊的物理、技术和市场上经济的要求。下面，借助于两个具体实施例描述本发明。具体实施例的主题均为基于硫的载热介质。载热介质均为含有元素硫作为主要成分的混合物。卤代烃形式的添加剂存在于混合物中。实施例I :
载热介质除硫外还具有MCCP (多氯代链烷烃)形式的添加剂。MCCP中的卤素含量大约占分子量的70重量％。实施例2
与实施例I不同，使用卤素含量同样占分子量的大约70重量％的LCCP。
权利要求
1.载热介质，包括含有元素硫和至少一种添加剂的混合物，其特征在于，所述添加剂含有至少一种卤代烃。
2.根据权利要求I的载热介质，其中所述卤代烃是多卤代烃。
3.根据权利要求I或2的载热介质，其中所述卤代烃的分子量中卤素含量选自25-75重量％。
4.根据权利要求I一 3任一项的载热介质，其中所述卤代烃的平均碳链长度为C2 -〇30°
5.根据权利要求I一 4任一项的载热介质，其中所述卤代烃是链烷烃。
6.载热介质，其中添加剂以选自0.01— 15重量％范围的含量存在于混合物中。
7.根据权利要求I一 6任一项的载热介质，其中所述混合物包括至少一种选自有机多硫化物、脂肪酸、脂肪酸金属盐、蓖麻油和纳米颗粒的其他添加剂。
8.根据权利要求7的载热介质，其中所述其他添加剂具有通式为R1SxR2的有机多硫化物，其中X为2 — 8，R1和R2是碳链长度为C2 - C18并尤其是碳链长度为C9 - C12范围的烷基。
9.根据权利要求7的载热介质，其中所述其他添加剂具有脂肪酸和/或脂肪酸金属盐，和所述脂肪酸具有C2 - C20的碳链长度。
10.根据权利要求I一 9任一项的载热介质用于可逆能量储存的用途。
11.根据权利要求10的用途，用于驱动太阳能热电厂以便将太阳能转化为电能，其中将太阳光转化为载热介质的热能。
全文摘要
本发明涉及包括含有元素硫和至少一种添加剂的混合物的载热介质和该载热介质的用途。给出了一种包括含有元素硫和至少一种添加剂的混合物的载热介质。该载热介质的特征在于添加剂含有至少一种卤代烃。该卤代烃尤其是氯代和/或溴代链烷烃。载热介质用于可逆的能量储存。载热介质优选用于驱动太阳能热电厂以便将太阳能转化为电能。在该过程中太阳光转化为载热介质的热能。
文档编号F24J2/46GK102834482SQ201180019725
公开日2012年12月19日 申请日期2011年4月18日 优先权日2010年4月20日
发明者M.于布勒, J.比恩鲍姆, P.格勒佩尔 申请人:西门子公司