用于产生传热流体的便携式混合平台及其制造方法
【专利说明】用于产生传热流体的便携式混合平台及其制造方法发明领域
[0001]本发明涉及有机流体的便携式混合平台，所述有机流体用于产生各种组分的共晶有机混合物，所述共晶有机混合物在它的消费地点、即当场和在工业规模上用作传热流体(HTF) ο
[0002]本发明包括在便携式混合装置领域内，所述混合装置用于产生产热流体供抛物柱面太阳能发电设备之用。
[0003]发明背景
[0004]太阳能热电设备将太阳的能量集中在某些点中和接收器上。这种以热的形式的能量通过传热流体转运直到蒸汽和发电机组。对于这个目的，有不同的可能性:有机流体、矿物油、加压水和二醇、硅油、硝酸盐、离子溶液、空气…。为了选择最合适的传热流体，除了它们的物理和化学性质(组成、熔点、热稳定性、可燃性、热容量、密度、废弃物、与传导材料的相容性等)之外，还有必要考虑到其他很重要的因素，例如成本、纯度、环境安全和健康。
[0005]基于有机流体的传热流体在抛物柱面集电器太阳能热电设备中是最广泛使用的，更具体地说，二苯醚(DPO)和联苯(DP或BPh)以DP0/DP按重量计76.5/23.5的比例的混合物。这种组合物不是随意选择的，因为它是共晶混合物。所述共晶混合物是以给定位置的两种或更多种组分、或共晶组成的混合物，其熔点(共晶点)低于所述组分单独或以不同比例时的熔点。这种联苯(DP)和二苯醚(DPO)的共晶混合物能够在比较低的温度下泵送由所述混合物形成的传热流体，因为与单独的组分(分别是DPO和DP)的凝固点28°C和69°C比较，所述传热流体的凝固点只处于12°C。
[0006]所述传热流体的性质对所述技术的能力具有很大的影响，使得为了达到能量有效的产品和竞争性成本起见，研宄改善现有技术领域中下面描述的项的备选方案是本行业的主要重点:比热，粘度，密度，热稳定性等等。
[0007]运营中的大多数商业设备使用所描述的共晶混合物。然而，这种流体在400°C之后发生指数级降解，这被认为是这种流体的主要缺点之一。
[0008]基于前面所述，并考虑现行备选方案的开发较差，根据太阳能热行业的5-年预测，对热油的需求将很高，这种需求不仅由于正在建成的新设备产生，而且由于对当前运营中的设备的必要替代程度所致的退化过程的结果。关于灵活性更大地满足这种需求，这指的是与其相关的成本更具竞争性，与再生能源部分在其达到常规能量值的目标中所遵循的成本最优化策略看齐。
[0009]在本发明中使得这种供应更加灵活所考虑的选项在优化所述技术的成本中具有明确的优势。因此认为，太阳能热电设备的用户能够直接制备从可商购的DP和DPO化合物构成的化合物的混合物来满足他们的油需求。选择在便携式平台中制造这种混合物以及这样做具有双重优势:一方面由于能够在同一设备中制造所述传热流体的可能性削减了成本，另一方面，在有这种需要的那些工艺领域中制造替代品的可能性。
[0010]联苯(DP)是多苯基家族最简单的分子。它具有高度热稳定性和低蒸气压。高纯度DP当前通过苯的直接脱氢缩合制备。DP和DPO 二者都是商业上可得到的化合物，使得它们可直接用于制备二者的共晶混合物，其将产生所述传热流体。
[0011]自1932年以来，不同的专利已经发表了所有由具有不同组成和性质的传热流体构成的新制剂，它们的主要应用是它们在石油化学工业中的用途。从这儿开始，由联苯和二苯醚组成的混合物已经由于它们卓越的性质而非常突出。专利US 3，888，777和US4，622，160等保护了 DP和DPO的混合物，不仅在DP和DPO的共晶比例、而且在与其它化合物和衍生物的很宽范围的比例以及组合上保护DP和DPO的混合物。专利EP153818、EP1538189、US6797193、US5117002等，公开了不同类型的传热流体的组成，它们无一得到能够代替抛物柱面技术的商业设备中最常用的所述DP:DP0共晶混合物的混合物。
[0012]另一方面，并且对于所述混合方法，尽管已有混合和加工被授予专利的流体的许多方法并在现有技术中描述过，但这些都没有提到便携式平台混合所述纯组分，以在将要使用它的实际设备中原位产生所述有机传热流体(DP-DPO)。
[0013]作为公开了传热流体混合方法现有技术专利的实例，我们有专利US20090278077，其公开了制备传热油的方法，所述传热油由于它组成的特性，包含一系列脱蜡步骤、粒度选择、加氢异构化和与消泡剂混合。因此，它们包括一系列对我们的应用而言不必要的步骤并本身公开了它们的混合过程，例如简单搅拌。
[0014]这种的另一个实例是专利US 7972497，其再一次公开了制备方法，所述方法结合了混合:添加所述混合的不同最终组分(在这种情况下2-环己基-苯基，3-环己基-联苯，4-环己基-联苯等等…)，优化温度以便发生催化过程(最高190°C)和它们加压(最高25巴)。所述混合专利都没有解决在设备中原位混合主要组分(已经加工的):DP和DPO的问题。首先，因为它对于化学加工这些组分不是必要的，其次，因为这些专利都没有考虑独特的机械混合系统。
[0015]与现有技术的文献不同，本发明提出了 DP和DPO的便携式混合平台以获得由DP和DPO的共晶混合物形成的传热流体，所述传热流体可在太阳能热电设备中原位直接使用。
【发明内容】
[0016]本发明的目的是开发便携式平台，其允许混合有机化合物，并更具体地说，混合联苯(DP)和二苯醚(DPO)以形成这两种化合物的共晶混合物用作太阳能热电设备中的传热流体。所述平台具有对于使它们能够适应不同的太阳能集热设备而言必要的移动性和通用性特性。用于混合DP和DPO的必要的加工装置应该安装在所述便携式平台上。所述包含便携式平台的装置描述如下:
[0017].DPO装置:包含DPO投配罐，其中DPO以液态储存；DP0进料管，其使得有可能将所述化合物从所述平台的外部、例如从桶、蓄池或其它形式的储器负载到所述投配罐中，和将所述DPO投配罐与混合罐连接的管。这种装置还具有电阻或热跟踪，这使得有可能将所述罐控制和保持在合适的温度下以便所述DPO保持在液态。这种装置具有至少两个泵:一个是进入管线到DPO罐的抽吸泵，另一个是连接所述DPO罐与所述混合罐的管线的驱动泵。此外，为了可控制投配给所述混合罐的DPO的量(它必须是形成共晶混合物必要的量)，这种装置具有用于将DPO投配到所述混合罐的调节阀和控制系统(例如，通过流量计)。
[0018]?供应固态DP的装置:它包含DP袋卸料器；用于在存放固态DP处装载DP的料斗或容器；和从所述料斗到所述混合罐的DP运输系统。这种运输系统可以是蜗杆、运输带或斗式运输器。所述料斗可以具有重量测量系统，作为控制为了制造批料正确的装载量的方式。
[0019].制备所述传热流体的混合装置:它由装备了搅拌系统和热跟踪或电阻的混合罐形成，所述搅拌系统促进这两种化合物(DP和DP0)之间的充分混合，所述热跟踪或电阻使得有可能将所述罐保持在熔融DP所必要的温度下，以便这两种化合物以液态混合。所述混合罐还可以具有高精度重量测量系统，和水平传感器，二者充当所述工艺的控制形式。一旦所述混合物已经生成，它通过安装在所述混合罐中的抽吸泵卸载，使它通过管和挠性连接软管的系统，让它到达所述太阳能热罐(例如，储罐或溢流罐)内的目标元件。如有必要，所述混合罐可以包括向其加入添加剂的管。
[0020].用于惰性化和处理气体的装置:这种系统允许所述DPO投配罐和所述混合罐二者在惰性气体气氛、例如氮气之下，因此避免了所述化合物的氧化过程、形成氢气的催化反应等所有与传热流体降解相关的过程。此外，所述惰性气体充当在混合罐中和在DPO投配罐中产生的排出气体和在所述运行期间形成或由所述主要组分引起的有害化合物的抽吸流体，以将它们通过活性炭过滤器运载到外部，从而避免了可能的毒性和污染化合物直接排放到大气中。为了这种目的，所述用于惰性化和处理气体的系统包含到所述DPO投配罐的惰性气体输入管和到所述混合罐的另一个惰性气体输入管，以及从所述DPO投配罐排出的气体的输出管和从所述混合罐排出的气体的另一个输出管。这两个排气管通向活性炭过滤器，先通过空气冷却器使出自所述罐的气体冷却。所述惰性气体源可以在所述平台的外部并且来自现有的太阳能热电设备或存在于所述便携式平台上，例如布置在所述便携式平台上的惰性气体筒的情况。除了这个之外和为了预防由于溢出引起的风险，这个装置还可以包含通过重力的排水和溢出物收集系统。
[0021]如此设计的便携式平台提供了一系列重要的优点:一方面，传热流体直接送到所述设备以供它在运行中的应用，避免了由于已经混合的化合物在桶中储存或船运输而产生的原有和重大的污染。在通过船运输这种最后的情况下，具有氢气形成后果的催化作用，加上作为由于在海洋运输期间吸收产生的湿气的后果的氯的存在，最终形成盐酸，一种对于在所述设备中与传热流体接触的材料而言非常有害的化合物。
[0022]另一个重要的优点是构成本发明的所述便携式混合平台在不同的地点适应不同设备的可能性。
[0023]本发明的另一个目的是在所描述的平台中从DP和DPO制备所述传热流体的方法。这种方法包括以下阶段:
[0024]1.从外部蓄池或等效物向所述DPO投配罐供应DP0，所述DPO投配罐将所述DPO化合物保持在液态，和之后向所述混合罐以形成确定量的共晶混合物的合适的剂量投送所述化合物，所述DPO投配罐和混合罐二者都保持在惰性气氛下。
[0025]2.供应固态的DP，通过在料斗上卸放DP袋和之后所述固体DP通过运输系统送到所述混合罐来投配。在所述料斗中卸载和被引进所述混合罐中的DP的量是与前面投配到所述混合罐的DPO形成共晶混合物所必需的准确DP量。在所述混合罐中排放所述固体DP时，它已经含有所述液体DPO。
[0026]3.所述DP和DPO组分以共晶比例在所述混合罐中通过搅拌系统混合，并且所述罐的温度保持得超过DP的熔点(69°C)以实现所述化合物的全部熔融。优选地，所述混合罐应该在70和200°C之间的温度下运行。
[0027]4.抽出从DPO投配和混合罐排出的气体并将它们通过排气管送往所述活性炭过滤器，先通过空气冷却器，在其中冷却所述气体以便所述系统的正确运行。
[0028]5.所述DP和DPO的共晶混合物(传热流体)通过所述混合罐的输出管排放到所述太阳能热电平台的选定点。
[0029]任选地，在DP和DPO的混合操作期间，可向所述混合罐添加添加剂，因为有时，添加某种改善所述传热流体的热和物理性质的添加剂可能是适宜的。
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