用于產(chǎn)生傳熱流體的便攜式混合平臺(tái)及其制造方法
【專利說明】用于產(chǎn)生傳熱流體的便攜式混合平臺(tái)及其制造方法發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及有機(jī)流體的便攜式混合平臺(tái)，所述有機(jī)流體用于產(chǎn)生各種組分的共晶有機(jī)混合物，所述共晶有機(jī)混合物在它的消費(fèi)地點(diǎn)、即當(dāng)場和在工業(yè)規(guī)模上用作傳熱流體(HTF) ο
[0002]本發(fā)明包括在便攜式混合裝置領(lǐng)域內(nèi)，所述混合裝置用于產(chǎn)生產(chǎn)熱流體供拋物柱面太陽能發(fā)電設(shè)備之用。
[0003]發(fā)明背景
[0004]太陽能熱電設(shè)備將太陽的能量集中在某些點(diǎn)中和接收器上。這種以熱的形式的能量通過傳熱流體轉(zhuǎn)運(yùn)直到蒸汽和發(fā)電機(jī)組。對(duì)于這個(gè)目的，有不同的可能性:有機(jī)流體、礦物油、加壓水和二醇、硅油、硝酸鹽、離子溶液、空氣…。為了選擇最合適的傳熱流體，除了它們的物理和化學(xué)性質(zhì)(組成、熔點(diǎn)、熱穩(wěn)定性、可燃性、熱容量、密度、廢棄物、與傳導(dǎo)材料的相容性等)之外，還有必要考慮到其他很重要的因素，例如成本、純度、環(huán)境安全和健康。
[0005]基于有機(jī)流體的傳熱流體在拋物柱面集電器太陽能熱電設(shè)備中是最廣泛使用的，更具體地說，二苯醚(DPO)和聯(lián)苯(DP或BPh)以DP0/DP按重量計(jì)76.5/23.5的比例的混合物。這種組合物不是隨意選擇的，因?yàn)樗枪簿Щ旌衔?。所述共晶混合物是以給定位置的兩種或更多種組分、或共晶組成的混合物，其熔點(diǎn)(共晶點(diǎn))低于所述組分單獨(dú)或以不同比例時(shí)的熔點(diǎn)。這種聯(lián)苯(DP)和二苯醚(DPO)的共晶混合物能夠在比較低的溫度下泵送由所述混合物形成的傳熱流體，因?yàn)榕c單獨(dú)的組分(分別是DPO和DP)的凝固點(diǎn)28°C和69°C比較，所述傳熱流體的凝固點(diǎn)只處于12°C。
[0006]所述傳熱流體的性質(zhì)對(duì)所述技術(shù)的能力具有很大的影響，使得為了達(dá)到能量有效的產(chǎn)品和競爭性成本起見，研宄改善現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域中下面描述的項(xiàng)的備選方案是本行業(yè)的主要重點(diǎn):比熱，粘度，密度，熱穩(wěn)定性等等。
[0007]運(yùn)營中的大多數(shù)商業(yè)設(shè)備使用所描述的共晶混合物。然而，這種流體在400°C之后發(fā)生指數(shù)級(jí)降解，這被認(rèn)為是這種流體的主要缺點(diǎn)之一。
[0008]基于前面所述，并考慮現(xiàn)行備選方案的開發(fā)較差，根據(jù)太陽能熱行業(yè)的5-年預(yù)測，對(duì)熱油的需求將很高，這種需求不僅由于正在建成的新設(shè)備產(chǎn)生，而且由于對(duì)當(dāng)前運(yùn)營中的設(shè)備的必要替代程度所致的退化過程的結(jié)果。關(guān)于靈活性更大地滿足這種需求，這指的是與其相關(guān)的成本更具競爭性，與再生能源部分在其達(dá)到常規(guī)能量值的目標(biāo)中所遵循的成本最優(yōu)化策略看齊。
[0009]在本發(fā)明中使得這種供應(yīng)更加靈活所考慮的選項(xiàng)在優(yōu)化所述技術(shù)的成本中具有明確的優(yōu)勢(shì)。因此認(rèn)為，太陽能熱電設(shè)備的用戶能夠直接制備從可商購的DP和DPO化合物構(gòu)成的化合物的混合物來滿足他們的油需求。選擇在便攜式平臺(tái)中制造這種混合物以及這樣做具有雙重優(yōu)勢(shì):一方面由于能夠在同一設(shè)備中制造所述傳熱流體的可能性削減了成本，另一方面，在有這種需要的那些工藝領(lǐng)域中制造替代品的可能性。
[0010]聯(lián)苯(DP)是多苯基家族最簡單的分子。它具有高度熱穩(wěn)定性和低蒸氣壓。高純度DP當(dāng)前通過苯的直接脫氫縮合制備。DP和DPO 二者都是商業(yè)上可得到的化合物，使得它們可直接用于制備二者的共晶混合物，其將產(chǎn)生所述傳熱流體。
[0011]自1932年以來，不同的專利已經(jīng)發(fā)表了所有由具有不同組成和性質(zhì)的傳熱流體構(gòu)成的新制劑，它們的主要應(yīng)用是它們?cè)谑突瘜W(xué)工業(yè)中的用途。從這兒開始，由聯(lián)苯和二苯醚組成的混合物已經(jīng)由于它們卓越的性質(zhì)而非常突出。專利US 3，888，777和US4，622，160等保護(hù)了 DP和DPO的混合物，不僅在DP和DPO的共晶比例、而且在與其它化合物和衍生物的很寬范圍的比例以及組合上保護(hù)DP和DPO的混合物。專利EP153818、EP1538189、US6797193、US5117002等，公開了不同類型的傳熱流體的組成，它們無一得到能夠代替拋物柱面技術(shù)的商業(yè)設(shè)備中最常用的所述DP:DP0共晶混合物的混合物。
[0012]另一方面，并且對(duì)于所述混合方法，盡管已有混合和加工被授予專利的流體的許多方法并在現(xiàn)有技術(shù)中描述過，但這些都沒有提到便攜式平臺(tái)混合所述純組分，以在將要使用它的實(shí)際設(shè)備中原位產(chǎn)生所述有機(jī)傳熱流體(DP-DPO)。
[0013]作為公開了傳熱流體混合方法現(xiàn)有技術(shù)專利的實(shí)例，我們有專利US20090278077，其公開了制備傳熱油的方法，所述傳熱油由于它組成的特性，包含一系列脫蠟步驟、粒度選擇、加氫異構(gòu)化和與消泡劑混合。因此，它們包括一系列對(duì)我們的應(yīng)用而言不必要的步驟并本身公開了它們的混合過程，例如簡單攪拌。
[0014]這種的另一個(gè)實(shí)例是專利US 7972497，其再一次公開了制備方法，所述方法結(jié)合了混合:添加所述混合的不同最終組分(在這種情況下2-環(huán)己基-苯基，3-環(huán)己基-聯(lián)苯，4-環(huán)己基-聯(lián)苯等等…)，優(yōu)化溫度以便發(fā)生催化過程(最高190°C)和它們加壓(最高25巴)。所述混合專利都沒有解決在設(shè)備中原位混合主要組分(已經(jīng)加工的):DP和DPO的問題。首先，因?yàn)樗鼘?duì)于化學(xué)加工這些組分不是必要的，其次，因?yàn)檫@些專利都沒有考慮獨(dú)特的機(jī)械混合系統(tǒng)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)不同，本發(fā)明提出了 DP和DPO的便攜式混合平臺(tái)以獲得由DP和DPO的共晶混合物形成的傳熱流體，所述傳熱流體可在太陽能熱電設(shè)備中原位直接使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的是開發(fā)便攜式平臺(tái)，其允許混合有機(jī)化合物，并更具體地說，混合聯(lián)苯(DP)和二苯醚(DPO)以形成這兩種化合物的共晶混合物用作太陽能熱電設(shè)備中的傳熱流體。所述平臺(tái)具有對(duì)于使它們能夠適應(yīng)不同的太陽能集熱設(shè)備而言必要的移動(dòng)性和通用性特性。用于混合DP和DPO的必要的加工裝置應(yīng)該安裝在所述便攜式平臺(tái)上。所述包含便攜式平臺(tái)的裝置描述如下:
[0017].DPO裝置:包含DPO投配罐，其中DPO以液態(tài)儲(chǔ)存；DP0進(jìn)料管，其使得有可能將所述化合物從所述平臺(tái)的外部、例如從桶、蓄池或其它形式的儲(chǔ)器負(fù)載到所述投配罐中，和將所述DPO投配罐與混合罐連接的管。這種裝置還具有電阻或熱跟蹤，這使得有可能將所述罐控制和保持在合適的溫度下以便所述DPO保持在液態(tài)。這種裝置具有至少兩個(gè)泵:一個(gè)是進(jìn)入管線到DPO罐的抽吸泵，另一個(gè)是連接所述DPO罐與所述混合罐的管線的驅(qū)動(dòng)泵。此外，為了可控制投配給所述混合罐的DPO的量(它必須是形成共晶混合物必要的量)，這種裝置具有用于將DPO投配到所述混合罐的調(diào)節(jié)閥和控制系統(tǒng)(例如，通過流量計(jì))。
[0018]?供應(yīng)固態(tài)DP的裝置:它包含DP袋卸料器；用于在存放固態(tài)DP處裝載DP的料斗或容器；和從所述料斗到所述混合罐的DP運(yùn)輸系統(tǒng)。這種運(yùn)輸系統(tǒng)可以是蝸桿、運(yùn)輸帶或斗式運(yùn)輸器。所述料斗可以具有重量測量系統(tǒng)，作為控制為了制造批料正確的裝載量的方式。
[0019].制備所述傳熱流體的混合裝置:它由裝備了攪拌系統(tǒng)和熱跟蹤或電阻的混合罐形成，所述攪拌系統(tǒng)促進(jìn)這兩種化合物(DP和DP0)之間的充分混合，所述熱跟蹤或電阻使得有可能將所述罐保持在熔融DP所必要的溫度下，以便這兩種化合物以液態(tài)混合。所述混合罐還可以具有高精度重量測量系統(tǒng)，和水平傳感器，二者充當(dāng)所述工藝的控制形式。一旦所述混合物已經(jīng)生成，它通過安裝在所述混合罐中的抽吸泵卸載，使它通過管和撓性連接軟管的系統(tǒng)，讓它到達(dá)所述太陽能熱罐(例如，儲(chǔ)罐或溢流罐)內(nèi)的目標(biāo)元件。如有必要，所述混合罐可以包括向其加入添加劑的管。
[0020].用于惰性化和處理氣體的裝置:這種系統(tǒng)允許所述DPO投配罐和所述混合罐二者在惰性氣體氣氛、例如氮?dú)庵?，因此避免了所述化合物的氧化過程、形成氫氣的催化反應(yīng)等所有與傳熱流體降解相關(guān)的過程。此外，所述惰性氣體充當(dāng)在混合罐中和在DPO投配罐中產(chǎn)生的排出氣體和在所述運(yùn)行期間形成或由所述主要組分引起的有害化合物的抽吸流體，以將它們通過活性炭過濾器運(yùn)載到外部，從而避免了可能的毒性和污染化合物直接排放到大氣中。為了這種目的，所述用于惰性化和處理氣體的系統(tǒng)包含到所述DPO投配罐的惰性氣體輸入管和到所述混合罐的另一個(gè)惰性氣體輸入管，以及從所述DPO投配罐排出的氣體的輸出管和從所述混合罐排出的氣體的另一個(gè)輸出管。這兩個(gè)排氣管通向活性炭過濾器，先通過空氣冷卻器使出自所述罐的氣體冷卻。所述惰性氣體源可以在所述平臺(tái)的外部并且來自現(xiàn)有的太陽能熱電設(shè)備或存在于所述便攜式平臺(tái)上，例如布置在所述便攜式平臺(tái)上的惰性氣體筒的情況。除了這個(gè)之外和為了預(yù)防由于溢出引起的風(fēng)險(xiǎn)，這個(gè)裝置還可以包含通過重力的排水和溢出物收集系統(tǒng)。
[0021]如此設(shè)計(jì)的便攜式平臺(tái)提供了一系列重要的優(yōu)點(diǎn):一方面，傳熱流體直接送到所述設(shè)備以供它在運(yùn)行中的應(yīng)用，避免了由于已經(jīng)混合的化合物在桶中儲(chǔ)存或船運(yùn)輸而產(chǎn)生的原有和重大的污染。在通過船運(yùn)輸這種最后的情況下，具有氫氣形成后果的催化作用，加上作為由于在海洋運(yùn)輸期間吸收產(chǎn)生的濕氣的后果的氯的存在，最終形成鹽酸，一種對(duì)于在所述設(shè)備中與傳熱流體接觸的材料而言非常有害的化合物。
[0022]另一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)成本發(fā)明的所述便攜式混合平臺(tái)在不同的地點(diǎn)適應(yīng)不同設(shè)備的可能性。
[0023]本發(fā)明的另一個(gè)目的是在所描述的平臺(tái)中從DP和DPO制備所述傳熱流體的方法。這種方法包括以下階段:
[0024]1.從外部蓄池或等效物向所述DPO投配罐供應(yīng)DP0，所述DPO投配罐將所述DPO化合物保持在液態(tài)，和之后向所述混合罐以形成確定量的共晶混合物的合適的劑量投送所述化合物，所述DPO投配罐和混合罐二者都保持在惰性氣氛下。
[0025]2.供應(yīng)固態(tài)的DP，通過在料斗上卸放DP袋和之后所述固體DP通過運(yùn)輸系統(tǒng)送到所述混合罐來投配。在所述料斗中卸載和被引進(jìn)所述混合罐中的DP的量是與前面投配到所述混合罐的DPO形成共晶混合物所必需的準(zhǔn)確DP量。在所述混合罐中排放所述固體DP時(shí)，它已經(jīng)含有所述液體DPO。
[0026]3.所述DP和DPO組分以共晶比例在所述混合罐中通過攪拌系統(tǒng)混合，并且所述罐的溫度保持得超過DP的熔點(diǎn)(69°C)以實(shí)現(xiàn)所述化合物的全部熔融。優(yōu)選地，所述混合罐應(yīng)該在70和200°C之間的溫度下運(yùn)行。
[0027]4.抽出從DPO投配和混合罐排出的氣體并將它們通過排氣管送往所述活性炭過濾器，先通過空氣冷卻器，在其中冷卻所述氣體以便所述系統(tǒng)的正確運(yùn)行。
[0028]5.所述DP和DPO的共晶混合物(傳熱流體)通過所述混合罐的輸出管排放到所述太陽能熱電平臺(tái)的選定點(diǎn)。
[0029]任選地，在DP和DPO的混合操作期間，可向所述混合罐添加添加劑，因?yàn)橛袝r(shí)，添加某種改善所述傳熱流體的熱和物理性質(zhì)的添加劑可能是適宜的。
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