[發(fā)明專利]一種用于化學循環(huán)干氣重整的氧載體及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2015-07-16
• 公開（公告）號: CN105056955B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發(fā)明（設計）人: 朱燕燕;馬曉迅;劉偉偉;劉瑩;劉澤民
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: B01J23/78
• 分類號: B01J23/78;B01J23/83;C01B3/40
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 安彥彥

技術領域

本發(fā)明屬于化學循環(huán)干氣重整領域的催化劑技術領域，具體涉及一種用于化學循環(huán)干氣重整的氧載體及其制備方法和應用。

背景技術

當前及今后相當長的時期內，世界能源消費結構仍以煤、石油、天然氣等化石能源為主。煤、石油、天然氣作為含碳能源(C_nH_mO)，其利用終結于CO₂的生成，而CO₂作為主要的溫室氣體，對全球氣候變暖和環(huán)境惡化造成了嚴重的影響。在傳統(tǒng)的化石燃料直接燃燒過程中，由于空氣中N₂的稀釋，產生的煙氣中CO₂只占10％～14％，CO₂的分離成本較高。將新型能源轉換原理與CO₂富集過程有機結合，無疑是解決化石能源利用和實施環(huán)境保護的一個極富變革性發(fā)展方向。

化學循環(huán)燃燒(chemical looping combustion,CLC)是一種低能耗的CO₂捕集燃燒技術，該技術關鍵是通過引入金屬氧化物作為氧載體(Oxygen Carriers)為燃料(如煤炭、甲烷、合成氣、生物燃料等)提供氧原子，避免了燃料與空氣的直接接觸，既提高了燃料的利用效率，還實現(xiàn)了CO₂的自動分離與純化，避免了高耗能的氣體分離過程，同時沒有污染物NO_x生成，是具有工業(yè)發(fā)展前景的新型清潔燃燒技術。在CLC基礎上，用CO₂替代空氣對還原的金屬氧化物進行氧化，稱為化學循環(huán)干氣重整，該過程除了CLC的優(yōu)點外，其生成的CO繼而可用來生產碳一化學品；并且對入口CO₂的濃度范圍沒有嚴格限制(即只要其他組分對氧載體是化學惰性即可)，適用于不同濃度CO₂的轉化利用。

氧載體作為媒介，在氧化反應器和還原反應器之間循環(huán)使用，處于不斷的失氧—得氧狀態(tài)中，因此氧載體的氧化還原活性和循環(huán)穩(wěn)定性是非常重要的。目前，CLC系統(tǒng)用氧載體的制備材料主要以NiO、CuO和Fe₂O₃等含有d電子的過渡金屬氧化物為活化劑，以Al₂O₃、SiO₂和NiAl₂O₄等為惰性載體。NiO類氧載體具有較好的反應活性和機械強度，但容易積炭。CuO類氧載體對CO₂有很高的選擇性，但是由于銅的熔點低不適于高溫反應。Fe₂O₃類氧載體較NiO類氧載體具有不易積炭的優(yōu)勢，且有較好的機械強度和抗燒結性能，價格便宜、環(huán)境友好。但Fe₂O₃類氧載體與載體Al₂O₃或SiO₂容易形成尖晶石或硅酸鹽結構致使反應活性降低。總之，目前開發(fā)的氧載體存在載氧率低、循環(huán)反應活性較低、無法承受較高的反應溫度等不足。

發(fā)明內容

為克服現(xiàn)有技術中的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于化學循環(huán)干氣重整的氧載體及其制備方法和應用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種用于化學循環(huán)干氣重整的氧載體，該氧載體是具有六鋁酸鹽結構的復合金屬氧化物，通式為：AM_xAl_12-xO₁₉，其中，A為鑭和/或鋇，M為鐵，0＜x＜5。

當A為鑭時，x為2，當A為鋇時，x為3。

一種用于化學循環(huán)干氣重整的氧載體的制備方法，包括以下步驟:

1)將硝酸鑭和/或硝酸鋇溶于去離子水中，分別得到硝酸鑭溶液和/或硝酸鋇溶液；將硝酸鐵溶于去離子水中，得到硝酸鐵溶液；將硝酸鋁溶于去離子水中得到硝酸鋁溶液；

2)按照1：x的摩爾比將硝酸鑭溶液與硝酸鐵溶液混合均勻后，或將硝酸鋇溶液與硝酸鐵溶液混合均勻后，或將硝酸鋇溶液、硝酸鑭溶液與硝酸鐵溶液混合均勻后，調節(jié)pH值為1～2，然后加入硝酸鋁溶液，混合均勻后，得到混合溶液；其中，0＜x＜5；硝酸鐵與硝酸鋁溶液中硝酸鋁的摩爾比為x：(12-x)；