[發明專利]一種用于化學鏈制氫的載氧體，其制備方法及應用

有效

• 申請號: 201510729312.0
• 申請日: 2015-11-02
• 公開（公告）號: CN106622313B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 梁皓;孫兆松;尹澤群;張錦樺
• 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大連石油化工研究院
• 主分類號: B01J27/185
• 分類號: B01J27/185;C01B3/26
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本發明公開一種用于化學鏈制氫的載氧體及其制備方法和應用，所述載氧體包括5%～65%的Fe₂O₃，5%～65%的羥基磷灰石，30%~90%的Al₂O₃。所述載氧體以HAp/Al₂O₃為載體，采用沉淀法，以硝酸鈣和磷酸氫二銨為羥基磷灰石的前驅體，滴加至Al₂O₃小球懸浮液中，再在載體上負載Fe₂O₃作為活性組分，得到Fe₂O₃/HAp/Al₂O₃載氧體。本發明的載氧體可用于化學鏈制氫，具有比表面積大、活性組分分散性高的特點；羥基磷灰石包覆氧化鋁，可以降低載體的酸性，有利于減少積炭量；載氧體低溫活性高，可以降低化學鏈燃燒反應的溫度、節省大量能耗、提高反應活性。

技術領域

本發明涉及一種載氧體，尤其涉及一種化學鏈制氫載氧體，屬于化學鏈制氫領域的載氧體技術。

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CO₂的控制和減排受到了國際社會的密切關注。

1983年，德國科學家Richter和Knoche首次提出化學鏈燃燒（chemical loopingcombustion, 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，通過簡單冷凝脫水即可得到純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。

氫氣具有熱值高、無污染、不產生溫室氣體等獨特優點引起人們越來越多的關注，有可能取代化石燃料、成為21世紀的清潔能源。鑒于化學鏈燃燒法的CO₂內分離特點，應用化學鏈法制氫也成為了當前的一個研究熱點。與CLC過程原理相同，以水蒸氣代替空氣作為氧化劑引入到蒸汽反應器中來氧化載氧體，同時水蒸氣中的氫也被還原成氫氣。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教授研究組對以合成氣或煤為燃料Fe₂O₃為載氧體等的化學鏈制氫過程進行了研究。

化學鏈制氫過程主要包括三個方面，即載氧體、反應器和系統設計，其中載氧體是現階段的研究重點。載氧體作為媒介，在兩個反應器之間交替循環，不停地把蒸汽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制氫的效率。高性能載氧體是實現具有CO₂富集特性的化學鏈制氫技術的關鍵。目前，用于化學鏈燃燒的載氧體主要是金屬載氧體，包括Fe、Ni、Co、Cu、Mn、Cd等，載體主要有：Al₂O₃、TiO₂、MgO、SiO₂、YSZ等，除此之外還有少量的非金屬氧化物如CaSO₄等。我們通過對Fe₂O₃/Al₂O₃載氧體研究發現被甲烷還原后有大量的積碳，積碳不僅會降低碳捕集效率、影響氫氣的純度，還會影響二氧化碳選擇性，即反應過程中有大量的一氧化碳出現，這會使甲烷不能全部轉化成二氧化碳。