[發明專利]一種載氧體及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201210105301.1
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN103372436A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 梁皓;張喜文;張舒東;倪向前
• 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: B01J23/78
• 分類號: B01J23/78;C10L10/00;C01B3/06
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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或制氫技術的載氧體及其制備方法和應用，屬于化學鏈燃燒或制氫領域的催化劑技術。

背景技術

當前隨著人口的快速增長、工業化程度的不斷深化和能源需求的日益增加，以化石燃料為主的電力生成在滿足了能源需求的同時，也帶來了很大的環境危害，其中化石燃料燃燒所排放的CO₂導致大氣中CO₂濃度不斷增加，溫室效應不斷加強，因此來自于化石燃料燃燒過程中的CO₂的控制和減排受到了國際社會的密切關注。

為了控制以煤為燃料的電力生成過程中CO₂的排放，與提高發電效率以及使用其它C/H較低的燃料和可再生資源等CO₂控制路線相比，煤等化石燃料電力生產過程中CO₂的回收和存貯（CCS）是唯一有效的方式，能夠在短期內達到有效減排CO₂的目標、但是CCS所屬的三種CO₂減排方法（包括燃燒前、純氧燃燒和燃燒后）及其相關的技術盡管能夠達到CO₂的回收目標，但是會引起系統效率降低和CO₂回收成本的增加，使得CO₂的回收技術推廣應用受到了極大的阻礙。因此探索和研究新型的CO₂回收技術對于化石燃料燃燒過程中CO₂的減排具有重大意義。

1983年，德國科學家Richter和Knoche首次提出化學鏈燃燒（chemical?looping?combustion,?CLC）的概念。該燃燒技術與通常的燃燒技術最大的區別是不直接使用空氣中的氧分子，而是使用載氧體中的氧原子來完成燃料的燃燒過程，燃燒產物（主要是CO₂和水蒸氣）不會被空氣中的氮氣稀釋而濃度極高，通過簡單冷凝即可得到幾乎純的CO₂，簡單而低能耗地實現了CO₂的分離和捕集；另外，由于燃料反應器和空氣反應器的運行溫度相對較低，在空氣反應器內幾乎無熱力型NOx和快速型NOx生成，而在燃料反應器內，由于不與氧氣接觸，沒有燃料型NOx生成。

氫氣作為無污染、環境友好的經濟性能源受到了密切的關注，有著廣泛的用途。鑒于化學鏈燃燒法的CO₂內分離特點，應用化學鏈燃燒法制氫也成為了當前的一個研究熱點。與CLC過程類似，以水蒸氣代替空氣作為氧化劑引入空氣反應器來完成載氧體的再生，同時水蒸氣也被還原產生氫氣。當前，世界上很多研究組包括日本的Hatano對以聚乙烯等固體廢棄物為燃料NiO和Fe₂O₃等為載氧體、韓國Son等人對以CH₄為燃料NiO和Fe₂O₃為載氧體、美國的Fan?L-S教授研究組對以煤為燃料的Fe₂O₃為載氧體等的CLC制氫過程進行了研究。

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（水蒸氣）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/制氫的運行。因此，高性能載氧體是實現具有CO₂富集特性的化學鏈燃燒/制氫技術的關鍵。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/制氫過程中，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