[發明專利]一種用于甲烷化學鏈重整制合成氣的氧載體及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110442788.1
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113135598B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 朱燕燕;程錚;陳李華;陳浩南;任豪;馬曉迅
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: B01J23/83
• 分類號: B01J23/83;C01G49/00;C01B3/36
• 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

本發明一種用于甲烷化學鏈重整制合成氣的氧載體及其制備方法和應用，該氧載體是由Ce₄O₇與鈣鈦礦結構La_xSr_1?xFeO₃復合而成，該復合金屬氧載體的通式為Ce₄O₇?La_xSr_1?xFeO₃。其采用溶膠凝膠法制備：首先以硝酸鑭、硝酸鍶、硝酸鈰、硝酸鐵為前驅體，與絡合劑配成溶液；然后蒸發去除水分，由透明的溶膠轉變成粘稠的膠體；經過自燃、研磨、焙燒，制得復合金屬氧化物載氧體，該氧載體應用于甲烷化學鏈重整反應產生高選擇性、高品質的合成氣，同時還原后的載氧體可以和二氧化碳或者水蒸氣反應，將二氧化碳轉化成一氧化碳或者將水蒸氣轉化成氫氣或將CO₂和H₂O轉化為合成氣。

技術領域

本發明屬于甲烷化學鏈重整制合成氣技術領域，具體涉及一種用于甲烷化學鏈重整制合成氣的氧載體及其制備方法和應用。

背景技術

天然氣是一種儲量豐富、單位質量熱值高且燃燒產物污染小的燃料。甲烷作為天然氣和頁巖氣的主要成分，將其轉化為高附加值化學品在經濟上越來越有吸引力，如何合理高效的利用甲烷一直是科學家們致力于研究的熱點問題。甲烷化學鏈重整技術利用氧載體的晶格氧與甲烷發生反應，部分氧化甲烷制取合成氣，然后被還原后的氧載體從空氣中(或者CO₂和H₂O)重新獲得晶格氧，完成循環。若采用空氣中的O₂為氧化劑，則不需要空分裝置，大大降低生產成本，且甲烷和氧氣分開進料，避免了爆炸的風險；若采用CO₂為氧化劑，在還原階段生成合成氣外，在氧化階段也可產生CO，大大提高了CO的總產量，其次還有效地實現了CO₂的減排，使溫室氣體得到了高效轉化；若采用H₂O為氧化劑，不僅可以在還原階段生成合成氣外，在氧化階段也可得到高純度的H₂，即在實現重整反應的同時實現了氫氣的低能耗原位分離，反應體系簡單，過程容易控制，易于實現工業化。

甲烷化學鏈重整制合成氣解決了傳統甲烷制合成氣的弊端，得到H₂/CO比為2的合成氣。然而目前該工藝仍存在一些亟待解決的問題，即如何在保證高的合成氣選擇性的條件下提高其抗積碳性能。氧載體是甲烷化學鏈重整制合成氣的關鍵，鐵基氧載體由于豐富的儲量、良好的環境相容性受到廣泛關注，但其反應活性差且抗積碳能力不理想限制了其應用。LaFeO₃氧載體因為氧化能力適中，可將甲烷部分氧化，同時還原后的氧載體可以被CO₂或水蒸氣等弱氧化性氣氛氧化，是一類具有應用前景的甲烷重整化學鏈氧載體，但是純的LaFeO₃材料甲烷轉化率并不高，甲烷還原床中容易積碳，且循環穩定性較差。

發明內容

為了克服現有技術中的問題，本發明的目的在于提供一種用于甲烷化學鏈重整制合成氣的氧載體及其制備方法和應用。

為實現上述目的，本發明氧載體采用的技術方案為：

用于甲烷化學鏈重整制合成氣的氧載體，通式為Ce₄O₇-La_xSr_1-xFeO₃，其中x大于0且小于1，鈰與鐵的摩爾比值大于0小于等于1。

本發明進一步的改進在于，x為0.6、0.2、0.5或0.8。

本發明進一步的改進在于，鈰與鐵的摩爾比值為3:7、1:4、1:1、2:5、7:10或9:10。

用于甲烷化學鏈重整制合成氣的氧載體的制備方法，包括以下步驟：