[發明專利]一種用于化學鏈制氫復合載氧體及其制備

有效

• 申請號: 202010012167.5
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111154526B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 馬晶晶;李金帥;郭慶杰
• 申請（專利權）人: 寧夏大學
• 主分類號: C10L10/00
• 分類號: C10L10/00;C10L3/00;C10J3/54
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本發明涉及一種化學鏈制氫載氧體，提供出一種具有較高的反應活性和避免類似于添加堿金屬K造成的載氧體循環失活，提出一種以Fe₂O₃/Al₂O₃載氧體中添加NaAlO₂，通過堿金屬Na調變的化學鏈制氫載氧體。在添加不同質量比NaAlO₂進行改性的載氧體中，以Na0.5Fe4Al6具有較好的還原能力，單位比表面積和孔體積最高。Na0.5Fe4Al6相較于Fe4Al6產氫量增加9.6%，達到了1.47L/g，具有潛在的經濟價值。

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

氫氣作為清潔能源，具有燃燒能量高，產物無污染的特點，并且是化工生產過程中重要的原材料。煤炭是使用時間最長的化石燃料，在未來很長一段時間內，仍將是最為主要的能源支柱。如何利用煤直接生產高品質的氫氣，受到社會的廣泛關注。傳統的煤氣化方法，可以生產富氫合成氣，但需要配備變壓吸附裝置來分離CO、H₂和 CO₂，且伴隨有溫室氣體的排放。

煤直接化學鏈制氫（CLHG）是將煤化學鏈燃燒技術與傳統的蒸汽-鐵制氫方式耦合。化學鏈燃燒（chemical looping combustion，CLC）是一種新型無火焰燃燒方式，將傳統燃燒過程分為燃料反應器中載氧體的還原反應和空氣反應器中的氧化反應兩步進行，空氣不與燃料直接接觸，故其具有 CO₂內分離的優勢，以煤為原料的CLC過程已經被廣泛研究。蒸汽-鐵工藝是最古老的制氫方法之一，用于生產高濃度氫氣。在燃料反應器中， Fe₂O₃通過與燃料發生反應還原為FeO和Fe，氣體產物為蒸汽和CO₂：

Fuel+Fe₂O₃→CO₂+H₂O+FeO/Fe （1）

在蒸汽反應器中，FeO被蒸汽氧化，產物是磁鐵礦和氫氣：

FeO/Fe+H₂O→Fe₃O₄+H₂ （2）

空氣反應器中，磁鐵礦被空氣中的氧氣再氧化成其原始形式的赤鐵礦Fe₂O₃：

Fe₃O₄+O₂→Fe₂O₃ （3）

大量研究者通過相關模擬和實驗證實了氣體燃料能實現高濃度氫氣生產的可行性。而煤炭作為儲量更加豐富的能源，以煤為原料的CLHG過程成為現今研究的熱點。Zeng等利用Aspen Plus模擬煤直接化學鏈制氫過程，結果表明CLHG過程可以將煤轉化為氫氣，相較于傳統產氫，熱效率提高30%。煤作為固體燃料，脫除揮發分后的反應活性低。堿金屬K作為傳統煤氣化過程的催化劑，可以提高煤焦的反應活性，縮短反應時間。Zhong等在研究煤CLHG過程中發現鉀含量的增加使得復合氧載體的還原率增加，顯著提高了載氧體的反應活性。但堿的揮發性，堿金屬失活和堿的熔點低等缺點，影響了其多循環穩定性。Liu等研究了鉀改性Fe₂O₃/Al₂O₃載氧體在煤直接化學鏈制氫中的性能，發現在多循環試驗中，碳轉化率和氫產率在前三個循環期間幾乎保持不變，之后隨著OCs中鉀含量的降低，碳轉化率和氫產率急劇下降。