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Thermal stability, hydrolysis and thermodynamic properties of molten KCl-CuCl

Niazi, Sepideh und Bonk, Alexander und Hanke, Andrea und to Baben, Moritz und Reis, Bruno und Olsen, Espen und Nygard, Heidi S. (2021) Thermal stability, hydrolysis and thermodynamic properties of molten KCl-CuCl. Materialia (21), Seite 101296. Elsevier. doi: 10.1016/j.mtla.2021.101296. ISSN 2589-1529.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589152921002982

Kurzfassung

KCl-CuCl is known as an inorganic salt mixture with a particularly low melting point, below 200 °C. There are very few studies published investigating this binary system. In this study KCl-CuCl is considered as a candidate for liquifying biomass as a pre-step before a high pressure and temperature (40-50 bar, 450-500 °C) hydro-pyrolysis process. Its low melting point makes it a good candidate to liquify biomass at mild conditions (low temperature and pressure) and avoid producing char and ash. Thermal stability and stability against hydrolysis have been measured for compositions close to the eutectic composition up to 500 °C. The results show that KCl-CuCl is thermally stable, and no mass loss was observed up to 500 °C. Moreover, it is chemically stable in contact with water and no HCl was detected in hydrolysis experiments. In addition, the modelling of the system was studied. Although there is a phase diagram for this system in the literature based on the experimental data, no thermodynamic parameters have been calculated for this system and no database was found for KCl-CuCl solution. Therefore, Calphad modelling of the binary KCl-CuCl molten salt is performed in this study and FactSage is employed to assess the thermodynamic parameters and generate the phase diagram. For this purpose, a series of experiments have been carried out to investigate transition points and thermodynamic properties of mixtures between 40 and 80 mol% of CuCl by cooling curve and differential scanning calorimetry. The intermediate compound K2CuCl3 is considered stoichiometric, and its Gibbs energy modelling relies on ab initio calculated enthalpy of reaction from the base salts and optimization of the standard entropy. The liquid solution is modelled with a subregular solution model using Redlich-Kister polynomials. The phase diagram of the system is generated based on thermodynamic data and experimental results. The results show that the predicted eutectic point of the binary system is located at T = 145.9 °C and 64.9 CuCl mol%. The calculated results are in excellent agreement with the measured values. The high thermal stability and stability against hydrolysis qualify eutectic KCl-CuCl mixtures as promising molten salt for biomass liquefaction. However, corrosion limits the choice of possible reactor materials.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/148151/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Thermal stability, hydrolysis and thermodynamic properties of molten KCl-CuCl
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Niazi, SepidehNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bonk, AlexanderAlexander.Bonk (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0676-7267NICHT SPEZIFIZIERT
Hanke, AndreaAndrea.Hanke (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4137-7985NICHT SPEZIFIZIERT
to Baben, MoritzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Reis, BrunoNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Olsen, EspenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nygard, Heidi S.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 Dezember 2021
Erschienen in:Materialia
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.mtla.2021.101296
Seitenbereich:Seite 101296
Verlag:Elsevier
ISSN:2589-1529
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Molten salts KCl-CuCl Modelling Phase diagram Calphad
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Thermische Hochtemperaturtechnologien
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DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Thermochemische Prozesse
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Thermische Prozesstechnik
Hinterlegt von: Bonk, Alexander
Hinterlegt am:11 Jan 2022 09:50
Letzte Änderung:27 Jun 2023 08:39

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