[發明專利]一種高穩定性載氧體及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201110188400.6
• 申請日: 2011-07-07
• 公開（公告）號: CN102864002A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 梁皓;倪向前;張舒冬;張喜文
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院
• 主分類號: C10L10/00
• 分類號: C10L10/00;B01J23/83
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技術領域

本發明涉及一種載氧體及其制備方法和應用，具體地說涉及一種化學鏈燃燒技術的載氧體及其制備方法和應用，屬于化學鏈燃燒領域的催化劑技術。

背景技術

二氧化碳（CO₂）是一種主要的溫室氣體，燃燒過程中減排CO₂已成為研究熱點?；痣娂夹g均以空氣為氧化劑，生成的煙氣中CO₂只占10％～20％，CO₂的后續處理成本太高，難以實施。在燃燒過程中生成高濃度的CO₂或便于CO₂分離的氣相混合物如（CO₂＋H₂O），同時消除其他污染物的生成排放（如NOx、SOx及Hg等），是一條有效的途徑，選擇純氧作氧化劑，已經得到普遍認可。但是制取純氧或富氧需要消耗大量的能量，對于發電廠來說，其消耗的電力可占全廠的10％以上，限制了此技術的應用。在燃料燃燒之前，進行脫碳處理，可以減少CO₂的排放，如對燃料進行氣化、重整，分離出清潔的氫能，燃用氫能可以實現零排放，但是需要開發出高效低成本的CO₂、H₂分離膜等相關技術。碳捕集與封存技術被認為是降低大氣中二氧化碳濃度的有效途徑之一，但目前采用的燃燒前CO₂回收、純氧燃燒、燃燒后分離CO₂三種技術均導致系統效率降低和發電成本。因此，如果能在燃燒過程中產生高濃度的CO₂或便于CO₂分離的氣相混合物，同時消除其它污染物的生成，將會大大降低捕集、儲存CO₂所需要消耗的能量和成本?；瘜W鏈燃燒是具有上述特性的一種新型的燃燒方式，因而受到越來越多的關注。有關化學循環燃燒法的完整描述可見于法國專利申請02-14,071和04-08,549。

載氧體一直是化學鏈燃燒中的研究重點。載氧體作為媒介，在兩個反應器之間進行循環，不停地把空氣反應器中的氧和反應生成的熱量傳遞到燃料反應器進行還原反應，因此載氧體的性質直接影響了整個化學鏈燃燒的運行。目前，主要研究的載氧體是金屬載氧體，包括Fe、Ni、Co、Cu、Mn、Cd等，載體主要有：Al₂O₃、TiO₂、MgO、SiO₂、YSZ等，還有少量的非金屬氧化物如CaSO₄等。在化學鏈燃燒過程中，載氧體處于不斷的失氧－得氧狀態中，所以載氧體中氧的活潑性是非常重要的。相對而言，載氧體NiO/NiAl₂O₄（CHO?P?etc.?Fuel,?2004,?83(9)）、Fe₂O₃/Al₂O₃（MATTISSON?T?etc.?Fuel,?2001,80?(13)）和CoO-NiO/YSZ（JIN?H?G?etc.?Energy?Fuels,?1998,?12(6)）等綜合性能較好，但存在載氧率有限、循環反應性較低、無法承受較高的反應溫度、金屬氧化物在載氧體中分散度不高等不足。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種載氧率高、活性高、穩定性好的用于化學鏈燃燒技術的載氧體及其制備方法和應用。

一種載氧體，由具有鈣鈦礦結構的LaNiO₃復合金屬氧化物和氧化鎳組成，按最終載氧體的重量計，該載氧體中具有鈣鈦礦結構的LaNiO₃復合金屬氧化物的含量為50%～95%，氧化鎳的含量為5%～50%。

本發明上述載氧體在化學鏈燃燒技術中的應用，其中載氧體在空氣中燃燒的溫度為400～1000℃，燃燒后在燃料中還原的溫度為400～1000℃，反應壓力都為常壓。

上述的復合金屬氧化物載氧體可以是球形、條形、微球或異形等適宜形狀，顆粒尺寸一般為10μm-2000μm，優選的顆粒尺寸為50μm-500μm。使用時可以添加適宜的其它無機耐熔組分，如氧化鋁、氧化鈦、氧化鎂、氧化硅等一種或幾種。

上述載氧體可以采用浸漬法或檸檬酸絡合一步法制備。所述的浸漬法是在具有鈣鈦礦結構的LaNiO₃復合金屬氧化物上負載金屬鎳，等體積浸漬或過體積浸漬均可，然后經干燥、焙燒步驟制得所述載氧體。