[发明专利]一种用于化学循环干气重整的氧载体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于化学循环干气重整领域的催化剂技术领域，具体涉及一种用于化学循环干气重整的氧载体及其制备方法和应用。

背景技术

当前及今后相当长的时期内，世界能源消费结构仍以煤、石油、天然气等化石能源为主。煤、石油、天然气作为含碳能源(C_nH_mO)，其利用终结于CO₂的生成，而CO₂作为主要的温室气体，对全球气候变暖和环境恶化造成了严重的影响。在传统的化石燃料直接燃烧过程中，由于空气中N₂的稀释，产生的烟气中CO₂只占10％～14％，CO₂的分离成本较高。将新型能源转换原理与CO₂富集过程有机结合，无疑是解决化石能源利用和实施环境保护的一个极富变革性发展方向。

化学循环燃烧(chemical looping combustion,CLC)是一种低能耗的CO₂捕集燃烧技术，该技术关键是通过引入金属氧化物作为氧载体(Oxygen Carriers)为燃料(如煤炭、甲烷、合成气、生物燃料等)提供氧原子，避免了燃料与空气的直接接触，既提高了燃料的利用效率，还实现了CO₂的自动分离与纯化，避免了高耗能的气体分离过程，同时没有污染物NO_x生成，是具有工业发展前景的新型清洁燃烧技术。在CLC基础上，用CO₂替代空气对还原的金属氧化物进行氧化，称为化学循环干气重整，该过程除了CLC的优点外，其生成的CO继而可用来生产碳一化学品；并且对入口CO₂的浓度范围没有严格限制(即只要其他组分对氧载体是化学惰性即可)，适用于不同浓度CO₂的转化利用。

氧载体作为媒介，在氧化反应器和还原反应器之间循环使用，处于不断的失氧—得氧状态中，因此氧载体的氧化还原活性和循环稳定性是非常重要的。目前，CLC系统用氧载体的制备材料主要以NiO、CuO和Fe₂O₃等含有d电子的过渡金属氧化物为活化剂，以Al₂O₃、SiO₂和NiAl₂O₄等为惰性载体。NiO类氧载体具有较好的反应活性和机械强度，但容易积炭。CuO类氧载体对CO₂有很高的选择性，但是由于铜的熔点低不适于高温反应。Fe₂O₃类氧载体较NiO类氧载体具有不易积炭的优势，且有较好的机械强度和抗烧结性能，价格便宜、环境友好。但Fe₂O₃类氧载体与载体Al₂O₃或SiO₂容易形成尖晶石或硅酸盐结构致使反应活性降低。总之，目前开发的氧载体存在载氧率低、循环反应活性较低、无法承受较高的反应温度等不足。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种用于化学循环干气重整的氧载体及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于化学循环干气重整的氧载体，该氧载体是具有六铝酸盐结构的复合金属氧化物，通式为：AM_xAl_12-xO₁₉，其中，A为镧和/或钡，M为铁，0＜x＜5。

当A为镧时，x为2，当A为钡时，x为3。

一种用于化学循环干气重整的氧载体的制备方法，包括以下步骤:

1)将硝酸镧和/或硝酸钡溶于去离子水中，分别得到硝酸镧溶液和/或硝酸钡溶液；将硝酸铁溶于去离子水中，得到硝酸铁溶液；将硝酸铝溶于去离子水中得到硝酸铝溶液；

2)按照1：x的摩尔比将硝酸镧溶液与硝酸铁溶液混合均匀后，或将硝酸钡溶液与硝酸铁溶液混合均匀后，或将硝酸钡溶液、硝酸镧溶液与硝酸铁溶液混合均匀后，调节pH值为1～2，然后加入硝酸铝溶液，混合均匀后，得到混合溶液；其中，0＜x＜5；硝酸铁与硝酸铝溶液中硝酸铝的摩尔比为x：(12-x)；