[發明專利]一種化學鏈甲烷重整載氧體及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011192207.5
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112295566B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 鞏金龍;張先華;裴春雷;趙志堅;蘇迎輝
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01J23/83
• 分類號: B01J23/83;B01J37/02;C01B3/38
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 琪琛

1.一種化學鏈甲烷重整載氧體，其特征在于，所述化學鏈甲烷重整載氧體為層狀結構，包括體相和表面層，所述體相為MO_z負載的Fe₃O₄，所述MO_z為Al₂O₃、TiO₂或SiO₂；所述表面層是由La_0.5Ce_0.5FeO₃鈣鈦礦顆粒堆積而成；

所述化學鏈甲烷重整載氧體的通式為xLa_0.5Ce_0.5FeO₃/yFe₃O₄-MO_z，其中x和y為質量分數，0x≤25%, 0x+y≤50%；

所述化學鏈甲烷重整載氧體的制備方法按照以下步驟進行：

步驟一，將硝酸鐵和絡合劑的水溶液或者硝酸鐵和去離子水浸漬到MO_z上，然后干燥后焙燒得到Fe₃O₄-MO_z；其中，硝酸鐵和絡合劑的摩爾比為1:1.2；

步驟二，將硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸鐵、絡合劑的水溶液浸漬到步驟一得到的Fe₃O₄-MO_z上，其中，硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸鐵、絡合劑的摩爾比為1:1:2:4.8；然后在100~200℃下干燥5-24h，再經過600-1000℃焙燒得到所述化學鏈甲烷重整載氧體。

2.一種如權利要求1所述化學鏈甲烷重整載氧體的制備方法，其特征在于，該方法按照以下步驟進行：

步驟一，將硝酸鐵和絡合劑的水溶液或者硝酸鐵和去離子水浸漬到MO_z上，然后干燥后焙燒得到Fe₃O₄-MO_z；其中，硝酸鐵和絡合劑的摩爾比為1:1.2；

步驟二，將硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸鐵、絡合劑的水溶液浸漬到步驟一得到的Fe₃O₄-MO_z上，其中，硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸鐵、絡合劑的摩爾比為1:1:2:4.8；然后在100~200℃下干燥5-24h，再經過600-1000℃焙燒得到所述化學鏈甲烷重整載氧體。

3.根據權利要求2所述的一種化學鏈甲烷重整載氧體的制備方法，其特征在于，步驟一和步驟二中的所述絡合劑為檸檬酸、乙二醇、甘氨酸、尿素中的至少一種。

4.根據權利要求2所述的一種化學鏈甲烷重整載氧體的制備方法，其特征在于，步驟一和步驟二中的焙燒過程所用氣氛為二氧化碳或水蒸氣。

5.根據權利要求2所述的一種化學鏈甲烷重整載氧體的制備方法，其特征在于，步驟一中的干燥溫度為100~200℃，干燥時間為5-24 h。

6.根據權利要求2所述的一種化學鏈甲烷重整載氧體的制備方法，其特征在于，步驟一中的焙燒溫度為600-1000℃，焙燒時間為2-4h。

7.根據權利要求2所述的一種化學鏈甲烷重整載氧體的制備方法，其特征在于，步驟二中的焙燒時間為2-4h。

8.一種如權利要求1所述載氧體在化學鏈甲烷重整反應中的應用，其特征在于，在還原階段，所述化學鏈甲烷重整載氧體在無氧條件下與甲烷反應，所述化學鏈甲烷重整載氧體中的晶格氧將甲烷部分氧化生成合成氣，與此同時所述化學鏈甲烷重整載氧體被還原；在氧化階段，被還原后的所述化學鏈甲烷重整載氧體與二氧化碳或者水蒸氣反應實現所述化學鏈甲烷重整載氧體的循環再生，恢復到與甲烷反應前的結構。

9.根據權利要求8所述的載氧體在化學鏈甲烷重整反應中的應用，其特征在于，所述還原階段和所述氧化階段的反應溫度為800-1000℃；

所述還原階段通入甲烷和氮氣混合氣，其中甲烷體積百分數為5—50%，以甲烷為基準計算，控制反應的體積空速為90—2400h^-1；

所述氧化階段通入水蒸氣和氮氣混合氣，其中二氧化碳或水蒸氣體積百分數為5—50%，以二氧化碳或水蒸氣為基準計算，控制反應的體積空速為90—2400h^-1。