[go: up one dir, main page]

RU2654044C2 - Heat-storing salt composition - Google Patents

Heat-storing salt composition Download PDF

Info

Publication number
RU2654044C2
RU2654044C2 RU2015157197A RU2015157197A RU2654044C2 RU 2654044 C2 RU2654044 C2 RU 2654044C2 RU 2015157197 A RU2015157197 A RU 2015157197A RU 2015157197 A RU2015157197 A RU 2015157197A RU 2654044 C2 RU2654044 C2 RU 2654044C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
composition
mixture
chloride
fluoride
Prior art date
Application number
RU2015157197A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015157197A (en
Inventor
Абдулла Магомедович Гасаналиев
Барият Юнусовна Гаматаева
Абутдин Исамутдинович Расулов
Магомед Тагзирович Тагзиров
Рамазан Рагимович Магомедов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дагестанский государственный педагогический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дагестанский государственный педагогический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дагестанский государственный педагогический университет"
Priority to RU2015157197A priority Critical patent/RU2654044C2/en
Publication of RU2015157197A publication Critical patent/RU2015157197A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2654044C2 publication Critical patent/RU2654044C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/10Liquid materials
    • C09K5/12Molten materials, i.e. materials solid at room temperature, e.g. metals or salts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: heat-and-power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to heat power engineering, in particular to a heat-storing salt composition. Heat-storing salt composition (HS) is a system of LiF-LiCl-SrFCl-SrCO3. Composition provides the serviceability of the mixture at the temperature range from 395 to 1200°C at the following ratio of components, mol%: lithium fluoride - 7.0-7.1; lithium chloride - 66.9-67.0; strontium chloride fluoride - 0.99-1.1; strontium carbonate - 24.95-25.1. Total amount of accumulated energy while heating of the composition up to 800°C is 619.497 kJ/g.
EFFECT: invention provides a heat-storing composition with a serviceability at a wide temperature range, an increased specific heat of fusion and a density with low corrosive activity with respect to structural materials of thermal accumulators.
1 cl, 6 dwg, 5 tbl, 2 ex

Description

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯAPPLICATION AREA

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к разработке теплоаккумулирующих составов и смесей, включающих галогениды и карбонаты щелочного и щелочноземельного металлов, которые применяются в тепловых аккумуляторах.The invention relates to a power system, in particular to the development of heat storage compositions and mixtures, including halides and carbonates of alkali and alkaline earth metals, which are used in thermal batteries.

При проектировании теплового аккумулятора фазового перехода первоочередной задачей является поиск теплоаккумулирующих материалов, к свойствам которых предъявляют определенные требования. Выбор таких материалов диктуется, прежде всего, уровнем рабочей температуры теплового аккумулирования и количеством тепловой энергии, которую необходимо аккумулировать. Поэтому особое значение имеют такие свойства теплоаккумулирующих материалов, как температура плавления и значение удельной энтальпии фазового перехода. Температура плавления материала должна соответствовать рабочей температуре аккумулятора, при которой идет накопление и высвобождение тепловой энергии. С величиной удельной энтальпии фазового перехода связан объем используемого материала а, следовательно, компактность и стоимость теплового аккумулятора. Помимо заданной температуры плавления и высокой удельной энтальпии фазового перехода, основными критериями выбора теплоаккумулирующих материалов являются: высокая удельная теплоемкость, высокая теплопроводность, высокая плотность, низкая вязкость в жидкой фазе, термохимическая стабильность в рабочем диапазоне температур, низкий коэффициент теплового расширения, малая упругость паров, распространенность в природе, минимальная стоимость, безопасность использования, легкость поглощения и выделения тепла, стабильность теплофизических свойств при многократном повторении рабочих циклов, не токсичность и не агрессивность по отношению к конструкционным материалам [2].When designing a phase-transition heat accumulator, the primary task is to search for heat-storage materials, the properties of which have certain requirements. The choice of such materials is dictated, first of all, by the level of the working temperature of thermal accumulation and the amount of thermal energy that must be accumulated. Therefore, such properties of heat storage materials as the melting temperature and the specific enthalpy of the phase transition are of particular importance. The melting temperature of the material should correspond to the operating temperature of the battery, at which there is an accumulation and release of thermal energy. The volume of the material used is associated with the value of the specific enthalpy of the phase transition, and, consequently, the compactness and cost of the heat accumulator. In addition to the set melting temperature and high specific enthalpy of the phase transition, the main criteria for choosing heat storage materials are: high specific heat, high thermal conductivity, high density, low viscosity in the liquid phase, thermochemical stability in the operating temperature range, low coefficient of thermal expansion, low vapor pressure, prevalence in nature, minimal cost, safety of use, ease of absorption and release of heat, stability of thermophysical x properties under repeated cycles, no toxicity and no aggressiveness with respect to the construction materials [2].

Известна теплоаккумулирующая смесь из хлорида лития и карбоната стронция [3], предложенная нами.Known heat storage mixture of lithium chloride and strontium carbonate [3], proposed by us.

Для улучшения ее теплофизических и термодинамических характеристик, мы продолжили исследования МКС, так как та солевая композиция, применяемая в тепловых аккумуляторах, работает при высоких температурах (от 412°С), обладает относительно низкими значениями плотности, теплоемкости и вследствие этого и меньшим количеством общей аккумулируемой энергии.To improve its thermophysical and thermodynamic characteristics, we continued the study of the ISS, since the salt composition used in heat accumulators operates at high temperatures (from 412 ° C), has relatively low density, heat capacity and, as a result, less total accumulated energy.

Прототип. Наиболее близкой к предлагаемой, по технической сущности и достигаемому результату является теплоаккумулирующая солевая смесь, включающая хлорид лития и карбонат стронция в мол. %:Prototype. Closest to the proposed, in technical essence and the achieved result is a heat-accumulating salt mixture, including lithium chloride and strontium carbonate in mol. %:

хлорид лития - 72,5-73,1;lithium chloride - 72.5-73.1;

карбонат стронция - 26,9-27,5.strontium carbonate - 26.9-27.5.

Температура плавления смеси - 412°С, удельная теплота плавления - 326,45 Дж/гThe melting point of the mixture is 412 ° C, the specific heat of melting is 326.45 J / g

Для улучшения технолого-химических и теплофизических характеристик данной теплоаккумулирующей смеси, в частности уменьшение температуры плавления композиции, увеличение плотности и удельной теплоты плавления, мы продолжили изучение МКС.To improve the technological, chemical and thermophysical characteristics of this heat-accumulating mixture, in particular, decrease the melting temperature of the composition, increase the density and specific heat of fusion, we continued the study of the ISS.

Цель изобретения - увеличение удельной теплоемкости, уменьшение коррозионной активности, увеличение плотности и обеспечение работоспособности теплоаккумулирующей композиции в интервале 395-1200°С.The purpose of the invention is an increase in specific heat, a decrease in corrosion activity, an increase in density and ensuring the operability of a heat storage composition in the range of 395-1200 ° C.

Поставленная цель достигается тем, что вводится энергоемкие компоненты фторид лития и соединение SrFCl, которое обладает пониженной коррозионной активностью и стабилизирующим эффектом.This goal is achieved by introducing energy-intensive components of lithium fluoride and the SrFCl compound, which has reduced corrosion activity and a stabilizing effect.

Теплоаккумулирующая смесь, включает фторид и хлорид лития, хлоридфторид стронция и карбонат стронция при следующем соотношении компонентов, мол. %:The heat storage mixture includes lithium fluoride and chloride, strontium chloride fluoride and strontium carbonate in the following ratio, mol. %:

фторид литияlithium fluoride 7,0-7,1;7.0-7.1; хлорид литияlithium chloride 66,9-67,0;66.9-67.0; хлоридфторид стронцияstrontium chloride fluoride 0,99-1,1;0.99-1.1; карбонат стронцияstrontium carbonate 24,95-25,1.24.95-25.1.

Предлагаемая солевая смесь исследована на установке синхронного термического анализатора, модификации STA 409РС (термоанализатор).The proposed salt mixture was investigated on the installation of a synchronous thermal analyzer, modification STA 409RS (thermal analyzer).

В ходе экспериментального изучения в данной четырехкомпонентной системе выявлена одна нонвариантная точка эвтектического характера плавления, содержащая, мол. %: 7 LiF, 67 LiCl, 1 SrFCl, 25 SrCO3 и плавящаяся при температуре 395°С (фиг. 1).During an experimental study in this four-component system, one invariant point of the eutectic nature of melting was revealed, containing, mol. %: 7 LiF, 67 LiCl, 1 SrFCl, 25 SrCO 3 and melting at a temperature of 395 ° C (Fig. 1).

Предлагаемая нами солевая композиция отличается тем что, данная теплоаккумулирующая смесь по сравнению с прототипом обладает большей удельной теплотой плавления, высокой плотностью и имеет сниженную рабочую температуру на 15-17°С, по сравнению с аналогом, что приводит к снижению энергетических затрат и увеличению эффективности ТА.Our salt composition is characterized in that, this heat storage mixture in comparison with the prototype has a higher specific heat of fusion, high density and has a reduced operating temperature of 15-17 ° C, compared with the analogue, which leads to lower energy costs and increase the efficiency of TA .

Для оценки общего количества аккумулируемого тепла нами изучена плотность предлагаемой нами теплоаккумулирующей смеси, так как увеличение плотности материала влечет за собой повышение удельной теплоемкости следовательно, и количества аккумулируемого тепла в объеме материала. Плотность материала в жидкой фазе изменяется скачкообразно при плавлении и линейно уменьшается с повышением температуры расплава, что сопровождается увеличением объема расплава на 10-30%. Поэтому при проектировании теплового аккумулятора фазового перехода в нем обычно предусматривают некоторый свободный объем, исходя из экспериментальных значений плотности теплоаккумулирующего материала при максимальной рабочей температуре.To assess the total amount of heat accumulated, we studied the density of the heat storage mixture we are offering, since an increase in the density of the material entails an increase in the specific heat, therefore, and the amount of heat accumulated in the volume of the material. The density of the material in the liquid phase changes stepwise during melting and decreases linearly with increasing melt temperature, which is accompanied by an increase in the volume of the melt by 10-30%. Therefore, when designing a phase-transition heat accumulator, a certain free volume is usually provided in it, based on the experimental values of the density of the heat-accumulating material at the maximum working temperature.

Зависимость плотности расплавленных смесей от температуры измеряли методом гидростатического взвешивания платинового шарика на весах ВЛР с точностью 0,01 г. Поплавком служил платиновый шарик массой 37,44, который подвешивали на тонкой платиновой нити к одному плечу коромысла аналитических весов и взвешивали сначала на воздухе (вес M1). Затем поплавок погружали в тигель с расплавленной солью и вторично взвешивали (вес М2). Объем шарика в зависимости от температуры находили взвешиванием его в расплаве эвтектической смеси (от 405 до 620°С) и чистого хлорида лития (от 620 до 800°С) в интервале 422-800°С. В расчетах использовали значение плотностей расплава этой соли из работы [4]. Зная при соответствующей температуре объем поплавка (Vt), определили плотность расплавленной смеси, а именно: Dt=M1-M2/Vt г/см3.The temperature dependence of the density of molten mixtures was measured by hydrostatic weighing of a platinum ball on a VLR balance with an accuracy of 0.01 g. A float was a platinum ball weighing 37.44, which was suspended on a thin platinum thread to one arm of an analytical balance beam and weighed first in air (weight M 1 ). Then the float was immersed in a crucible with molten salt and re-weighed (weight M 2 ). The volume of the ball depending on the temperature was found by weighing it in the melt of the eutectic mixture (from 405 to 620 ° C) and pure lithium chloride (from 620 to 800 ° C) in the range of 422-800 ° C. In the calculations, the melt densities of this salt from [4] were used. Knowing the volume of the float (V t ) at the appropriate temperature, the density of the molten mixture was determined, namely: D t = M 1 -M 2 / V t g / cm 3 .

Температуру расплавленной смеси измеряли с помощью калиброванных платино-платинородиевых (10% родия) термопар и поддерживали с точностью ±1К. Холодные спаи термопар термостатировали при 0°С в сосуде Дьюара, заполненной смесью воды и льда. Милливольты переводили в градусы по шкале перевода взятой из работы [5]. Исследуемые образцы, навески которых составляли 20 г, помещали в корундовые тигли.The temperature of the molten mixture was measured using calibrated platinum-platinum-rhodium (10% rhodium) thermocouples and maintained with an accuracy of ± 1K. Cold junctions of thermocouples were thermostated at 0 ° C in a Dewar vessel filled with a mixture of water and ice. Millivolts were converted to degrees on a scale of translation taken from [5]. The test samples, weighing 20 g, were placed in corundum crucibles.

Чтобы исключить воздействие кислорода и влаги воздуха на расплавы, содержащие гигроскопичный хлорид лития, измерения проводили в атмосфере аргона. Для исследований использовали соли марки «х.ч». Надежность методики была проверена непосредственными определениями плотностей исходных солей. Принципиальная схема установки для измерения плотности дана на фиг. 2.To exclude the effect of oxygen and air moisture on melts containing hygroscopic lithium chloride, measurements were carried out in an argon atmosphere. For research used salt brand "h.ch." The reliability of the method was verified by direct determinations of the densities of the starting salts. A schematic diagram of an apparatus for measuring density is given in FIG. 2.

Составные части установки обозначены следующим образом:The components of the installation are indicated as follows:

1. Измерительная термопара1. Measuring thermocouple 7. Баллон с аргоном7. Cylinder with argon 2. Платиновый шарик2. Platinum ball 8. Прибор комбинированный цифровой Щ-3008. The device combined digital Shch-300 3. Расплав3. The melt 4. Нагревательная печь4. Heating furnace 9. Сосуд Дьюара9. Dewar vessel 5. Микровинты5. Microscrews 10. Весы ВЛР10. Scales of VLR 6. Штатив6. Tripod 11. Автотрансформатор11. Autotransformer

Для экспериментального изучения политерм плотности мы взяли состав предлагаемой нами теплоаккумулирующей смеси. Для составов измерения плотности начинали при Тпл + 10К и завершали при температурах 1073К.For an experimental study of density polytherms, we took the composition of our heat storage mixture. For the density measurement compounds started at T m + 10 K and was completed at temperatures of 1073K.

Для исследования данной теплоаккумулирующей смеси применили установку синхронного термического анализатора, модификации STA 409РС (термоанализатор) (фиг. 3), выпущенного германской фирмой «NETZSCH» и предназначенного для измерения термодинамических характеристик (температура и энтальпия фазовых переходов, теплоемкость) и регистрации изменения массы твердых и порошкообразных материалов в широком диапазоне температур от +25°С до +1500°С.To study this heat storage mixture, we used the installation of a synchronous thermal analyzer, modification STA 409RS (thermal analyzer) (Fig. 3), manufactured by the German company NETZSCH and designed to measure the thermodynamic characteristics (temperature and enthalpy of phase transitions, heat capacity) and detect changes in the mass of solid and powder materials in a wide temperature range from + 25 ° C to + 1500 ° C.

Исследования проводили со скоростью нагревания и охлаждения 5°С в минуту, в атмосфере гелия и в платиновых тиглях.The studies were carried out with a heating and cooling rate of 5 ° C per minute, in a helium atmosphere and in platinum crucibles.

При повышении температуры от 683 до 1073К плотность расплавленной солевой композиции LiF-LiCl-SrFCl-SrCO3 уменьшается на 6,1382% (фиг. 4). Объем композиции возрастает на 0,4035 см3. При перерасчете на одну тонну, данная теплоаккумулирующая солевая композиция при температуре плавления (395°С) займет объем равный 308450 см3 или 3,0845 м3. При возрастании рабочей температуры до 800°С, данная солевая композиция займет объем 328625 см3 или 3,28625 м3 (фиг. 4).With increasing temperature from 683 to 1073K, the density of the molten salt composition LiF-LiCl-SrFCl-SrCO 3 decreases by 6.1382% (Fig. 4). The volume of the composition increases by 0.4035 cm 3 . When recalculated to one ton, this heat-accumulating salt composition at a melting point (395 ° C) will occupy a volume equal to 308450 cm 3 or 3.0845 m 3 . When the operating temperature rises to 800 ° C, this salt composition will occupy a volume of 328625 cm 3 or 3.28625 m 3 (Fig. 4).

На графике зависимости (фиг. 4) для наглядности приводится зависимость плотности от температуры и для прототипа, там же приведены уравнения линейной зависимости и аппроксимация достоверности. Анализ экспериментальных данных (таб. 1 и фиг. 4) показывают, что данная солевая композиция обладает большей плотностью и незначительным объемным расширением по сравнению с прототипом.On the graph of dependence (Fig. 4) for clarity, the dependence of density on temperature and for the prototype is given, the equations of linear dependence and approximation of reliability are also shown there. Analysis of experimental data (tab. 1 and Fig. 4) show that this salt composition has a higher density and slight volume expansion compared to the prototype.

Помимо этого, для определения коррозионной активности данной солевой композиции на конструкционные материалы тепловых аккумуляторов, нами определена средняя скорость коррозии различных марок стали, из которых изготавливают баки ТА во временном режиме (эксперимент максимально приближен к реальным условиям работы ТА).In addition, to determine the corrosion activity of this salt composition on structural materials of heat accumulators, we determined the average corrosion rate of various steel grades from which TA tanks are made in a temporary mode (the experiment is as close as possible to the real conditions of TA operation).

Скорость коррозии изучена гравиметрическим методом, сущность которого заключается во взвешивании изучаемого образца до и после опыта. Исследуемый образец при соответствующей температуре выдерживали длительное время от 50 до 200 часов в эвтектической расплавленной смеси. Для создания температурного режима использовали мини-электропечь лабораторную МПЛ-6 с терморегулятором ТП-400, который предназначен для автоматического регулирования температуры по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону или для двухпозиционного регулирования. Шаг задания температуры 1°С, зона нечувствительности 0,5°С. По истечении установленного времени сплав закаливали, быстро охлаждали. Закаленные образцы с разными количественными отношениями исходных компонентов подвергали травлению. Травление проводили кислотой, для очищения образцов от продуктов коррозии. Солевой плав анализировали химически на содержание основных легирующих компонентов стали. Скорость коррозии определили по формуле:

Figure 00000001
,The corrosion rate was studied by the gravimetric method, the essence of which is to weigh the test sample before and after the experiment. The test sample at an appropriate temperature was kept for a long time from 50 to 200 hours in a eutectic molten mixture. To create the temperature regime, a laboratory MPL-6 mini-electric furnace was used with a TP-400 temperature regulator, which is intended for automatic temperature control according to the proportional-integral-differential (PID) law or for on-off regulation. The step of setting the temperature is 1 ° C, the dead zone is 0.5 ° C. After the set time, the alloy was quenched, quickly cooled. Hardened samples with different quantitative ratios of the starting components were subjected to etching. Etching was carried out with acid to clean samples from corrosion products. Salt melt was analyzed chemically for the content of the main alloying components of steel. The corrosion rate was determined by the formula:
Figure 00000001
,

где: m - разность массы образцов до и после опыта, г; S - площадь поверхности образцов, см2; t - время, ч.where: m is the mass difference of the samples before and after the experiment, g; S is the surface area of the samples, cm 2 ; t - time, h

Нержавеющие стали в условиях повышенной коррозионной активности в контакте с окислительными средами отличаются высокой склонностью к пассивации, этим они привлекают внимание для использования в качестве конструкционных материалов и в галогенид-карбонатных расплавах щелочных и щелочноземельных металлов. Стали, содержащие в своем составе такие легирующие элементы, как хром, никель, титан широко применяются в качестве конструкционных материалов контейнеров для расплавленных солей. Поэтому, нами для коррозионных исследований выбраны следующие марки стали: 14Х17Н2Т и 12Х18Н10Т, химический состав которых представлен в таблице 2.Stainless steels under conditions of increased corrosion activity in contact with oxidizing media are highly prone to passivation, and this attracts attention for use as structural materials and in halide-carbonate melts of alkali and alkaline earth metals. Steels containing alloying elements such as chromium, nickel, titanium are widely used as structural materials of containers for molten salts. Therefore, we selected the following grades of steel for corrosion studies: 14Х17Н2Т and 12Х18Н10Т, the chemical composition of which is presented in table 2.

В качестве образцов использованы пластинки из листовой стали разных марок, которые перед опытом взвешивали на аналитических весах. Для приготовления солевых смесей использовались реактивы квалификации "хч".As samples, plates of sheet steel of various grades were used, which were weighed on an analytical balance before the experiment. For the preparation of salt mixtures, reagents of the "hch" qualification were used.

Целью данного исследования является выявление коррозионного поведения сталей марок 14Х14Н2Т, 12Х18Н10Т в расплаве хлорид - карбонатной системы из щелочного и щелочноземельного металлов в зависимости от времени выдержки в атмосфере воздуха. Кинетические испытания нами проведены в расплаве четырехкомпонентной эвтектики состава (табл. 3) в тиглях из платины.The purpose of this study is to identify the corrosive behavior of steels of grades 14X14H2T, 12X18H10T in a melt of a chloride - carbonate system of alkali and alkaline earth metals, depending on the exposure time in the atmosphere. We carried out kinetic tests in the melt of a four-component eutectic of the composition (Table 3) in platinum crucibles.

Время выдержки составляла 50-100-150-200 часов, при температуре 450°С (т.е. при температуре плавления смеси плюс 37-38°С). По экспериментальным данным рассчитана зависимость коррозионных потерь от времени выдержки образцов в расплаве (табл. 4), что хорошо отражает их поведение, в зависимости от времени.The exposure time was 50-100-150-200 hours, at a temperature of 450 ° C (i.e., at the melting temperature of the mixture plus 37-38 ° C). According to experimental data, the dependence of corrosion losses on the exposure time of samples in the melt was calculated (Table 4), which well reflects their behavior, depending on time.

Анализ результатов позволяет предположить, что для стали 14Х17Н2Т характерно повышение скорости коррозии при 50-100 ч выдержке - наблюдается один максимум.An analysis of the results suggests that 14Kh17N2T steel is characterized by an increase in the corrosion rate at a holding time of 50-100 h - one maximum is observed.

Далее скорость коррозии уменьшается (фиг. 5).Further, the corrosion rate decreases (Fig. 5).

Для скорости коррозии стали 12Х18Н10Т отмечены максимум при 100 ч и минимум при 150 ч выдержке (фиг. 6).For the corrosion rate of 12X18H10T steel, a maximum at 100 hours and a minimum at 150 hours exposure were noted (Fig. 6).

Составляя физико-химические свойства металлов семейства железа, можно полагать, что увеличение коррозионной стойкости в ряду Fe-Cr-Ni в расплаве (табл. 5) очевидно, обусловлено падением коэффициента диффузии D катионов этих металлов, их атомного объема V и растворимости оксидов этих металлов - продуктов процесса коррозии, а также подъемом значения ионизационного потенциала 2-го порядка I2 атомов элементов.Composing the physicochemical properties of the metals of the iron family, it can be assumed that the increase in corrosion resistance in the Fe-Cr-Ni series in the melt (Table 5) is obviously due to a decrease in the diffusion coefficient D of the cations of these metals, their atomic volume V, and the solubility of the oxides of these metals - products of the corrosion process, as well as raising the value of the ionization potential of the second order of I 2 atomic elements.

Одной из причин возникновения коррозии стали марки 12Х18Н10Т в расплаве является присутствие окислителей. В роли окислителей могут выступать компоненты атмосферы, катионы примесей, содержащиеся в электролите, а также конструкционные материалы, контактирующие с расплавом. В присутствии кислорода на поверхности хромсодержащих сталей возможно химическое взаимодействие оксида хрома с хлоридом натрия: Cr2O3+4NaCl+5/2O2=2Na2CrO4+2Cl2; Cr2O3+2NaCl+2O2=Na2Cr2O7+Cl2. В дальнейшем образующиеся хлор и хромат ионы сами выступают как окислители, интенсифицируя коррозию стали. Хлор в расплавленных хлоридах щелочных и щелочноземельных металлов может также образовываться по реакции обмена:One of the causes of corrosion of 12Kh18N10T steel in the melt is the presence of oxidizing agents. The components of the atmosphere, impurity cations contained in the electrolyte, and also structural materials in contact with the melt can act as oxidizing agents. In the presence of oxygen on the surface of chromium-containing steels, chemical interaction of chromium oxide with sodium chloride is possible: Cr 2 O 3 + 4NaCl + 5 / 2O 2 = 2Na 2 CrO 4 + 2Cl 2 ; Cr 2 O 3 + 2NaCl + 2O 2 = Na 2 Cr 2 O 7 + Cl 2 . In the future, the formed chlorine and chromate ions themselves act as oxidizing agents, intensifying the corrosion of steel. Chlorine in molten chlorides of alkali and alkaline earth metals can also be formed by the exchange reaction:

1/2O2(газ)+Cl- (расп)=1/2Cl2(расп)+O2- (расп) 1 / 2O 2 (gas) + Cl - (dec) = 1 / 2Cl 2 (dec) + O 2- (dec)

Однако присутствие в расплаве катионов поливалентных металлов, таких как Fe2+, Cr2+, Ti3+, которые образуют малорастворимые оксиды, смещает равновесие в сторону образования свободного хлора, который впоследствии может выступать в качестве непосредственного окислителя [6].However, the presence in the melt of cations of polyvalent metals, such as Fe 2+ , Cr 2+ , Ti 3+ , which form sparingly soluble oxides, shifts the equilibrium towards the formation of free chlorine, which can subsequently act as a direct oxidizing agent [6].

Межкристаллитной коррозией (МКК) в данном случае можно пренебречь, так как аустенитные стали приобретают склонность к МКК после длительного нагрева в интервале 500-850°С.In this case, intergranular corrosion (MCC) can be neglected, since austenitic steels become prone to MSC after prolonged heating in the range of 500-850 ° C.

Экспериментальное изучение коррозии сталей марки (14Х14Н2Т и 12Х18Н10Т) в эвтектическом расплаве солевой композиции LiF-LiCl-SrFCl-SrCO3 и их анализ.An experimental study of the corrosion of steel grades (14X14H2T and 12X18H10T) in the eutectic melt of the salt composition LiF-LiCl-SrFCl-SrCO 3 and their analysis.

Анализ результатов позволяет предположить, что для стали 14Х17Н2Т характерно повышение скорости коррозии при 50-100 ч выдержке - наблюдается один максимум (таб. 4). Далее скорость коррозии уменьшается (фиг. 5).An analysis of the results suggests that 14Kh17N2T steel is characterized by an increase in the corrosion rate at a holding time of 50-100 hours - one maximum is observed (Table 4). Further, the corrosion rate decreases (Fig. 5).

Для скорости коррозии стали 12Х18Н10Т отмечены максимум при 100 ч выдержке и минимум при 150 ч выдержке (фиг. 6).For the corrosion rate of steel 12X18H10T, a maximum at 100 hours exposure and a minimum at 150 hours exposure were noted (Fig. 6).

Анализ экспериментальных данных показывает, что скорость коррозии (коррозионная активность) в предлагаемой нами солевой композиции незначительная и после 150 часов эксплуатации практически сводится к нулевым значениям.The analysis of experimental data shows that the corrosion rate (corrosion activity) in our salt composition is insignificant and after 150 hours of operation is practically reduced to zero values.

Для определения стоимости 1 г теплоаккумулирующей смеси прототипа и предлагаемой нами теплоаккумулирующей смеси мы провели расчет с учетом цен на реактивы ООО «Химик» (г. Санкт-Петербург, обновление от 14.07.2015 г.). Один грамм предлагаемой нами теплоаккумулирующей смеси стоит 0,5396 рублей, в то время, когда грамм прототипа стоит 0,5434 рублей. Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемая нами теплоаккумулирующая смесь, имеет сниженную стоимость в 1,01 раза.To determine the cost of 1 g of the heat storage mixture of the prototype and the heat storage mixture we offer, we carried out the calculation taking into account the prices of the reagents of Chemist LLC (St. Petersburg, updated July 14, 2015). One gram of the heat storage mixture we offer costs 0.5396 rubles, while a gram of the prototype costs 0.5434 rubles. Thus, compared with the prototype, we offer a heat storage mixture, has a reduced cost of 1.01 times.

Пример. 1. Для получения 1 г теплоаккумулирующей смеси в электропечи шахтного типа плавят безводные соли квалификации х.ч. в количестве, г: фторид лития 0,0268 (7,0 мол. %), хлорид лития 0,4086 (67,0 мол. %), хлоридфторид стронция 0,0209 (1,05 мол. %), карбонат стронция 0,5437 (24,95 мол. %). Температура плавления смеси - 395°С, а удельная теплота плавления - 356,58 Дж/г.Example. 1. To obtain 1 g of the heat-accumulating mixture, anhydrous salts of the grade of chemical grade are melted in a shaft-type electric furnace. in amount, g: lithium fluoride 0.0268 (7.0 mol%), lithium chloride 0.4086 (67.0 mol%), strontium chloride fluoride 0.0209 (1.05 mol%), strontium carbonate 0 5437 (24.95 mol%). The melting point of the mixture is 395 ° C, and the specific heat of fusion is 356.58 J / g.

Пример. 2. В электропечи плавят безводные соли квалификации х. ч. в количестве г: фторид лития 0,0273 (7,01 мол. %), хлорид лития 0,4080 (66,9 мол. %), хлоридфторид стронция 0,0189 (0,99 мол. %), карбонат стронция 0,5458 (25,1 мол. %). Температура плавления смеси - 398°С, а удельная теплота плавления - 352,23 Дж/г.Example. 2. Anhydrous salts of qualification x are melted in an electric furnace. including in an amount of g: lithium fluoride 0.0273 (7.01 mol%), lithium chloride 0.4080 (66.9 mol%), strontium chloride fluoride 0.0189 (0.99 mol%), strontium carbonate 0.5458 (25.1 mol%). The melting point of the mixture is 398 ° C, and the specific heat of fusion is 352.23 J / g.

Увеличение или уменьшение концентраций компонентов не позволяет получить заданную температуру плавления.An increase or decrease in the concentration of the components does not allow to obtain the desired melting point.

Полученные результаты и расчет экономической эффективности показывают, что предложенная теплоаккумулирующая смесь имеет сниженную рабочую температуру на 15°; стоимость в 1,01 раза; себестоимость вырабатываемой энергии в 1,23 раза.The results obtained and the calculation of economic efficiency show that the proposed heat storage mixture has a reduced operating temperature of 15 °; value 1.01 times; the cost of generated energy is 1.23 times.

Формула изобретенияClaim

Теплоаккумулирующая солевая композиция, включающая хлорид и фторид лития, хлоридфторид и карбонат стронция, обладает незначительной коррозионной активностью, большей плотностью, высоким значением удельной теплоты плавления и обеспечивает работоспособность смеси в интервале температур от 395 до 1200°С при следующем соотношении компонентов в мол. %:The heat-accumulating salt composition, including lithium chloride and fluoride, strontium chloride fluoride, and strontium carbonate, has insignificant corrosion activity, a higher density, a high specific heat of fusion and ensures the operability of the mixture in the temperature range from 395 to 1200 ° C with the following ratio of components in mol. %:

фторид литияlithium fluoride 7,0-7,1;7.0-7.1; хлорид литияlithium chloride 66,9-67,0;66.9-67.0; хлоридфторид стронцияstrontium chloride fluoride 0,99-1,1;0.99-1.1; карбонат стронцияstrontium carbonate 24,95-25,1.24.95-25.1.

ЛитератураLiterature

1. Гаматаева Б.Ю. Физико-химическое взаимодействие в многокомпонентных системах, содержащих соли щелочных и щелочноземельных металлов. Разработка теплоаккумулирующих материалов. Дисс. … д.х.н. - М.: ИОНХ, 2002. - 317 с.1. Gamataeva B.Yu. Physico-chemical interaction in multicomponent systems containing alkali and alkaline earth metal salts. Development of heat storage materials. Diss. ... doctor of chemical sciences - M .: IONH, 2002 .-- 317 p.

2. Гасаналиев A.M., Гаматаева Б.Ю. Теплоаккумулирующие свойства расплавов. / Успехи химии, 2000, Т. 69, №2, С. 192-200.2. Hasanaliev A.M., Gamataeva B.Yu. Heat storage properties of melts. / Advances in Chemistry, 2000, T. 69, No. 2, S. 192-200.

3. А.М. Гасаналиев, Б.Ю. Гаматаева, А.И. Расулов, М.Т. Тагзиров. Низкоплавкая теплоаккумулирующая солевая смесь, №2524959 Россия, МПК С09К 5/06 (2006.01); заявл. 20.03.2012; опубл. 10.08.2014, Бюл. №223. A.M. Hasanaliev, B.Yu. Gamataeva A.I. Rasulov, M.T. Tagzirov. Low melting heat storage salt mixture, No. 2524959 Russia, IPC S09K 5/06 (2006.01); declared 03/20/2012; publ. 08/10/2014, Bull. Number 22

4. Справочник по расплавленным солям // Под ред. Морачевского А.Г., - Л.: Химия, 1971, Т. 1, 357 с.4. Handbook of molten salts // Ed. Morachevsky A.G., - L .: Chemistry, 1971, T. 1, 357 p.

5. Бунин П.П., Джаннет X.А. Практикум по физике твердого тела. - ДНЦ, Махачкала, 1969. - 260 с.5. Bunin P.P., Dzhannet X.A. Workshop on solid state physics. - DSC, Makhachkala, 1969 .-- 260 p.

6. А.В. Абрамов, И.Б. Половов, В.А. Волкович, О.И. Ребрин, Д.Г. Лисиенко. Спектроэлектрохимическое исследование процессов коррозии нержавеющих сталей в расплаве эквимольной смеси NaCl-KCl// Расплавы, 2011, С. 71-80.6. A.V. Abramov, I.B. Polovov, V.A. Volkovich, O.I. Rebrin, D.G. Lisienko. Spectroelectrochemical study of corrosion processes of stainless steels in the melt of an equimolar mixture of NaCl-KCl // Rasplavy, 2011, P. 71-80.

ТАБЛИЦЫTABLES

Политермы плотности для расплава системыDensity Polytherms for Melt System

LiF-LiCl-SrFCl-SrCO3 LiF-LiCl-SrFCl-SrCO 3

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Claims (2)

Теплоаккумулирующая солевая композиция, включающая хлорид лития и фторид лития, хлоридфторид стронция и карбонат стронция, обеспечивающая работоспособность смеси в интервале температур от 395 до 1200°С при следующем соотношении компонентов, мол. %:The heat-accumulating salt composition, including lithium chloride and lithium fluoride, strontium chloride and strontium carbonate, ensuring the efficiency of the mixture in the temperature range from 395 to 1200 ° C in the following ratio of components, mol. %: фторид литияlithium fluoride 7,0-7,1                       7.0-7.1 хлорид лития lithium chloride 66,9-67,0           66.9-67.0 хлоридфторид стронцияstrontium chloride fluoride 0,99-1,10.99-1.1 карбонат стронцияstrontium carbonate 24,95-25,1            24.95-25.1
RU2015157197A 2015-12-29 2015-12-29 Heat-storing salt composition RU2654044C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015157197A RU2654044C2 (en) 2015-12-29 2015-12-29 Heat-storing salt composition

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015157197A RU2654044C2 (en) 2015-12-29 2015-12-29 Heat-storing salt composition

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015157197A RU2015157197A (en) 2017-07-06
RU2654044C2 true RU2654044C2 (en) 2018-05-15

Family

ID=59309320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015157197A RU2654044C2 (en) 2015-12-29 2015-12-29 Heat-storing salt composition

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2654044C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12049408B2 (en) 2018-09-14 2024-07-30 Terrapower, Llc Corrosion-resistant coolant salt and method for making same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2524959C2 (en) * 2012-03-20 2014-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дагестанский государственный педагогический университет" Low-melting heat-accumulating salt mixture
CN104610926A (en) * 2013-01-01 2015-05-13 北京工业大学 Heat transfer and storage medium containing low melting point mixed molten salt

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2524959C2 (en) * 2012-03-20 2014-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дагестанский государственный педагогический университет" Low-melting heat-accumulating salt mixture
CN104610926A (en) * 2013-01-01 2015-05-13 北京工业大学 Heat transfer and storage medium containing low melting point mixed molten salt

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГАМАТАЕВА Б.Ю. и др. Термический анализ трехкомпонентной системы LiF-SrFCI-CrCO3. Журнал неорганической химии, 2009, т.54, н.10, с. 1-4. *
ГАМАТАЕВА Б.Ю. и др. Термический анализ трехкомпонентной системы LiF-SrFCI-CrCO3. Журнал неорганической химии, 2009, т.54, н.10, с. 1-4. ГАСАНАЛИЕВ А.М. и др. Фазовый комплекс системы LiF-LiCI-CrCO3. Журнал неорганической химии, 2008, т.53, н.2, с. 362-365. *
ГАСАНАЛИЕВ А.М. и др. Фазовый комплекс системы LiF-LiCI-CrCO3. Журнал неорганической химии, 2008, т.53, н.2, с. 362-365. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12049408B2 (en) 2018-09-14 2024-07-30 Terrapower, Llc Corrosion-resistant coolant salt and method for making same

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015157197A (en) 2017-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mohan et al. Assessment of a novel ternary eutectic chloride salt for next generation high-temperature sensible heat storage
Guo et al. Measurement of europium (III)/europium (II) couple in fluoride molten salt for redox control in a molten salt reactor concept
Kenisarin High-temperature phase change materials for thermal energy storage
Shamberger et al. Thermophysical properties of lithium nitrate trihydrate from (253 to 353) K
Wang et al. Novel low melting point quaternary eutectic system for solar thermal energy storage
Sarvghad et al. Corrosion of steel alloys in eutectic NaCl+ Na2CO3 at 700 C and Li2CO3+ K2CO3+ Na2CO3 at 450 C for thermal energy storage
Zhang et al. Thermodynamic evaluation of phase equilibria in NaNO3-KNO3 system
Konys et al. Development of oxygen meters for the use in lead–bismuth
Zhao Molten Chloride Thermophysical Properties, Chemical Optimization, and Purification
Knosalla et al. Investigation on the Corrosion Behavior of Nickel‐Base Alloys in Molten Chlorides for Sensible Heat Energy Applications
Na et al. Effect of Na2CO3 content on thermophysical properties, corrosion behaviors of KNO3-NaNO2 molten salt
Gallardo-González et al. Corrosion of AISI316 as containment material for latent heat thermal energy storage systems based on carbonates
Wang et al. The influence of temperature gradient on the corrosion of materials in molten fluorides
Zhang et al. Redox potential measurements of Cr (II)/Cr Ni (II)/Ni and Mg (II)/Mg in molten MgCl2–KCl–NaCl mixture
Sang et al. Investigation of KNO2-KNO3-K2CO3 mixed molten salts with higher working temperature for supercritical CO2 concentrated solar power application
Kubikova et al. Physico-chemical properties of the system (LiF-NaF) eut-LaF3–Phase equilibria, density and volume properties, electrical conductivity and surface tension
Lichtenstein et al. Thermodynamic properties of rare‐earth alloys by electrochemical emf measurements
RU2654044C2 (en) Heat-storing salt composition
Diarce et al. The sodium nitrate–urea binary mixture as a phase change material for medium temperature thermal energy storage. Part I: Determination of the phase diagram and main thermal properties
Wang et al. Thermodynamic modeling and experimental verification of eutectic point in the LiNO3–KNO3–Ca (NO3) 2 ternary system
Peterson et al. Equilibria in the reaction of barium with calcium chloride
Ferro et al. Thermodynamics of rare earth alloys: systematics and experimental
Ahmed et al. Zinc Nitrate Hexahydrate Pseudobinary Eutectics for Near-Room-Temperature Thermal Energy Storage
Vassiliev et al. Electrochemical cells with the liquid electrolyte in the study of semiconductor, metallic and oxide systems
Mukherjee et al. Thermodynamic investigation of NaF-ThF4 system and fuel salts of Molten Salt Reactor