[發明專利]一種化學鏈燃燒載氧體及其應用方法

有效

• 申請號: 201610894801.6
• 申請日: 2016-10-14
• 公開（公告）號: CN106367156B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 劉浪;唐安江;郭俊江;肖志友;馬先果;陳煜;汪澤
• 申請（專利權）人: 貴州理工學院
• 主分類號: B01J23/94
• 分類號: B01J23/94;C10L10/00;F27D17/00;F23C10/00
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所52100
• 代理人: 劉艷

技術領域

本發明本發明屬于資源環保領域，特別是涉及一種燒結返礦作為化學鏈燃燒載氧體的應用方法。

背景技術

化石燃料價格低廉、且存儲豐富，被認為是人類活動的主要能量來源。預計至2030年，由化石燃料燃燒產生的電能將會增加至450 GW，其中只有6 GW將會被其他能源所取代。煤炭燃燒最主要的危害就是大氣污染；這些污染物在中國乃至全世界都受到廣泛的關注與管制，其中由化石燃料燃燒產生的二氧化碳的量是相當龐大的。出于道德和經濟的需要，美國奧巴馬總統于2013年重申了控制燃煤電廠二氧化碳排放，從而抑制全球氣候變暖的嚴重問題。

為了滿足中期乃至長期二氧化碳減排的需要，新的二氧化碳捕集和存儲技術的開發和利用顯得十分重要。二氧化碳的捕獲主要包括“燃燒前”和“燃燒后”兩大類，“Pre-combustion”和“Post-combustion”二氧化碳捕獲技術均要消耗大量的能量來對氣體進行分離和提純；這部分能量大約占化石燃料燃燒所產生能量的5-15%左右。“Pre-combustion”中，最為理想的是“oxy-fuel”技術，在煤炭燃燒過程中，使用純氧代替空氣，達到提純二氧化碳的目的。盡管，空氣分離技術已經越來越成熟，但空氣分離仍然需要消耗大量的能量與資金。由此，一種新型的發電系統，化學鏈燃燒（chemical-looping combustion，簡稱CLC），被提出并研究。化學鏈燃燒系統被認為是最有前途的一種二氧化碳分離技術，由于其在對二氧化碳進行分離過程中并不需要消耗額外的能量。化學鏈燃燒系統有兩個相互連接的反應室組成：燃料反應室和空氣反應室。化學鏈燃燒系統中的載氧體(通常為金屬氧化物)，在燃料反應室中被燃料還原，然后還原態的載氧體被送至空氣反應室被空氣氧化。當還原態的載氧體從燃料反應室中被送至空氣反應室中被完全氧化，意味著一個還原氧化循環的結束，當再生的載氧體再度被送至燃料反應室中時，一個新的循環即開始。在化學鏈燃燒系統中，空氣反應室中的氮氣與燃料反應室中的二氧化碳和水是分離的，燃料反應室中排出的二氧化碳氣體可以通過冷凝的方式即可達到提純的效果。

衡量載氧體的重要標準包括：載氧能力，反應活性、高機械強度、高阻抗、低成本以及無危害性。合成的載氧體，雖然具有很好的反應活性以及載氧能力，然而卻要消耗大量的成本。目前天然鐵礦石以及其他的一些工業副產品，由于其價格低廉、庫存豐富等優點，在作為載氧體上越來越受到人們的廣泛關注。燒結礦是冶金工業燒結過程中的副產物。燒結礦是由鐵礦石細粉(尺寸在8mm以下)，以及助熔劑(蛇紋巖，石灰石，石灰，橄欖石等)燒結而得。為了滿足后續冶煉的需要，燒結礦具有很高的穩定性和機械強度，能被采納進入冶煉爐的燒結礦的尺寸為5至40mm(平均尺寸為15mm)。燒結過程中會產生一些細粉，由于不利于后續的冶煉過程是不能入爐的。然而，對于化學鏈燃燒系統來說，燒結礦作為載氧體卻具有很大的潛能。燒結返礦是由高溫煅燒得來，在高溫下具有很好的穩定性和機械強度，而這些性能正是化學鏈燃燒中所需要的。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種化學鏈燃燒載氧體及其應用方法，以解決現有技術存在的不足。

本發明的技術方案是：一種化學鏈燃燒載氧體，化學鏈燃燒載氧體為燒結返礦，其活性組分為α-Fe₂O₃，其質量百分比含量為60-80%；惰性組分質量百分比含量為CaO：10～15%、Al₂O₃：0～2%和SiO₂：5～15%，其余為雜質。

所述的載氧體尺寸為10 μm-500μm。

所述的載氧體在空氣反應器中的反應溫度為700-900℃。

所述的載氧體在燃料反應器中的反應溫度為700-900℃。

一種化學鏈燃燒載氧體的應用方法，將載氧體均勻地平鋪于石英管底部，在氮氣環境下，將樣品加熱至設定溫度；然后，將氮氣切換為還原性氣體對載氧體進行還原，持續時間為15-20分鐘；隨后將還原氣體切換為氮氣，對石英管吹掃3-5分鐘；隨后，氣體切換為空氣，通氣15-20分鐘后，再切換為氮氣，吹掃3-5分鐘，然后切換為還原性氣體，一個新的循環開始。

所述的當循環次數結束后，將樣品在氮氣環境下冷卻至室溫，對得到的樣品進行表征分析。

所述的還原性氣體為10% CH₄和90% N₂。

該載氧體是一種鐵基載氧體，且其惰性組分結構穩定。