[發(fā)明專利]一種用于甲烷化學(xué)鏈蒸汽重整的改性赤泥載氧體制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210736065.7
• 申請(qǐng)日: 2022-06-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115072658A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬士偉;程芳;宋濤;盧平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京師范大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B3/02
• 分類號(hào): C01B3/02;C01B3/06;B01J23/83
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 曹坤

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于甲烷化學(xué)鏈蒸汽重整的改性赤泥載氧體制備方法。屬于甲烷蒸汽重整領(lǐng)域，其主要步驟如下：首先，用去離子水將赤泥洗至中性，然后抽濾、烘干并研磨篩分；其次，將Ni、Ce的可溶鹽溶液加入洗滌干燥后的赤泥中，并在室溫下進(jìn)行超聲波處理；最后，對(duì)其進(jìn)行干燥、煅燒并研磨篩分，獲取改性赤泥載氧體。該載氧體用于甲烷化學(xué)鏈蒸汽重整反應(yīng)具有良好的甲烷轉(zhuǎn)化率、CO選擇性、H₂/CO比、循環(huán)穩(wěn)定性和抗積炭能力；同時(shí)還原態(tài)載氧體可進(jìn)一步與水蒸氣反應(yīng)再生，并生成高純H₂。本發(fā)明制備方法操作簡(jiǎn)單，且該載氧體具有高反應(yīng)活性和循環(huán)穩(wěn)定性的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于甲烷蒸汽重整領(lǐng)域，涉及一種用于甲烷化學(xué)鏈蒸汽重整的改性赤泥載氧體制備方法，特別是涉及一種用于甲烷化學(xué)鏈蒸汽重整的Ce-Ni共改性赤泥載氧體及其制備方法。

背景技術(shù)

氫能作為“二次清潔能源”，其燃燒后產(chǎn)物只有水，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，具有極大發(fā)展?jié)摿?。合成氣是多種重要化工產(chǎn)品合成的基本原料，如甲醇和費(fèi)托合成等。天然氣(主要成分均為CH₄)是一種儲(chǔ)量豐富、燃燒熱值高且產(chǎn)物污染小的燃料，且具有較好的氫碳比，是制取合成氣和氫氣的優(yōu)選原料。甲烷蒸汽重整是目前工業(yè)上基于甲烷生產(chǎn)合成氣和氫氣的主要技術(shù)路線。但該工藝存在能耗大、流程復(fù)雜、投資和運(yùn)行費(fèi)用高等諸多缺點(diǎn)，且產(chǎn)生的合成氣氫碳比為3，不適于直接進(jìn)行費(fèi)托合成，需要后續(xù)進(jìn)一步處理。

基于化學(xué)鏈技術(shù)的甲烷蒸汽重整路線將傳統(tǒng)的氣-氣反應(yīng)分為兩個(gè)氣-固反應(yīng)，即利用載氧體的晶格氧部分氧化甲烷制取氫碳比為2的合成氣，而失去晶格氧的載氧體在水蒸氣反應(yīng)器中重新被氧化并生成高純H₂。甲烷化學(xué)鏈蒸汽重整不僅能獲得氫碳比為2的合成氣和高純H₂，而且工藝簡(jiǎn)單，成本較低。然而該工藝需在高溫下進(jìn)行，載氧體需要具備良好的反應(yīng)活性和循環(huán)穩(wěn)定性。因此，載氧體的物化特性是甲烷蒸汽重整性能的關(guān)鍵，其不僅承擔(dān)著載氧和載熱的作用，同時(shí)還需具備一定的催化功能。鐵基載氧體以其載氧能力強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，成為甲烷化學(xué)鏈重整常用的載氧體之一。

赤泥作為氧化鋁工業(yè)排放的一種固體廢棄物，不僅占據(jù)大量土地，還會(huì)污染周圍環(huán)境。其不僅含有大量的活性組分Fe₂O₃，還含有惰性載體SiO₂和Al₂O₃，具有作為甲烷蒸汽重整用載氧體的潛力。將赤泥用于甲烷化學(xué)鏈蒸汽重整，不僅可以對(duì)固體廢棄物進(jìn)行資源化利用，還能降低載氧體制備費(fèi)用。但赤泥本身活性較低，有必要對(duì)其進(jìn)行改性，以適應(yīng)甲烷化學(xué)鏈蒸汽重整對(duì)載氧體的要求。

本發(fā)明采用浸漬法制備Ce-Ni共改性的赤泥載氧體，并將其用于甲烷化學(xué)鏈蒸汽重整，以期在提高甲烷轉(zhuǎn)化率同時(shí)，獲取高品質(zhì)的合成氣和高純H₂。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)甲烷化學(xué)鏈蒸汽重整中赤泥載氧體存在的反應(yīng)活性低、循環(huán)穩(wěn)定性差、抗積碳能力弱等問(wèn)題，提出了一種適用于甲烷化學(xué)鏈蒸汽重整的Ce-Ni共改性赤泥載氧體及其制備方法；所制備的載氧體耦合了金屬Ni的甲烷催化活化能力與CeO₂的晶格氧傳輸能力，從而提高甲烷的轉(zhuǎn)化率和載氧體活性組分Fe₃O₄的反應(yīng)活性。改性后的赤泥載氧體具有良好的甲烷轉(zhuǎn)化率、CO選擇性、H₂/CO比、循環(huán)穩(wěn)定性、抗積炭特性和高純H₂制備能力。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：本發(fā)明所述的一種用于甲烷化學(xué)鏈蒸汽重整的改性赤泥載氧體，即Ce-Ni共改性赤泥載氧體，利用CeO₂和NiO對(duì)赤泥載氧體進(jìn)行協(xié)同改性；載氧體組分通式為xCe-5Ni-RM；其中，x表示CeO₂占載氧體總質(zhì)量的百分比(單位，％)，其值為5～30；5表示改性赤泥載氧體中NiO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％；RM表示原始赤泥。

用于甲烷化學(xué)鏈蒸汽重整的改性赤泥載氧體制備方法，包括以下步驟：