[发明专利]作为用于化学链燃烧应用的氧载体的废金属氧化物的激活

说明书

一种制备用于化学链燃烧单元中的黑色粉末氧载体的方法，包括以下步骤：(a)去除和收集在气体管道中形成的黑色粉末的废料；(b)预处理所收集的黑色粉末来调整它的球形形状以避免摩擦和细粉产生；和(c)激活黑色粉末以增加它的反应速率并且产生适合用于化学链燃烧过程中作为氧载体的黑色粉末氧载体。

技术领域

本发明涉及一种依靠化学链燃烧方案产生能量、合成气、氢气和热等的方法。更特别地，本发明涉及气体管道废料(其为之前所丢弃的)作为化学链燃烧方案中的氧载体的使用。

背景技术

近年来对于全球变暖的关注增加，这已导致发电领域中的研究增加。为了对抗全球变暖的不希望的效果，已经提出了不同的措施。一个这样的措施就是碳捕获和储存(CCS)，其被广泛地认为是一种对抗CO₂排放的中至长期的纾缓措施。CCS具有既有价值又环保的潜力，并且如果在其被捕获之后CO₂能够在工业应用中使用，则能够被实现。例如，CO₂-EOR(通过将CO₂注入油藏中而增强的油回收)是CO₂潜在的工业用途，其增加了采油量。这种方法已经在商业上使用了约40年，通常使用来自天然来源的CO₂，并且它的可行性在运输和注入CO₂的方面已经被公认。然而，CCS的最大问题不在于所捕获的CO₂潜在的工业用途，而在于当前CCS方法昂贵的价格。

燃烧是发电领域中常用的反应。一些碳捕获技术在于从燃烧单元捕获CO₂，包括后处理、O₂/CO₂燃烧(氧燃料)，和CO-转变。这些CO₂捕获技术都遭受了以下事实：需要非常显著的气体分离步骤。并且，这些气体分离步骤涉及非常显著的运营成本以及大量的能量损耗(energy penalty)，据估计约10个点百分比的发电效率，导致燃料消耗和发电厂规模大量地增加—25至30％。气体分离技术通常是成熟技术，且在这个领域中预知没有重大的技术突破。

这对于不需要气体分离的化学链燃烧(CLC)是个巨大的反差。CLC是一种特定类型的燃烧反应，其在1950年代被最初创立来生产CO₂，但近年来它作为潜在的CO₂捕获方法受到了更多的关注。在CLC方法中，氧载体用作在空气和燃料之间的氧的中间运输体，并因此阻止所述空气和燃料相互直接接触。结果是，废气气流理想地仅由CO₂和H₂O组成，且在H₂O凝结之后CO₂是容易地可用的。因此，避免了气-气-分离的能量需求。

一般地，CLC法的总热量将为两个热状态(氧化过程的放热和还原过程的吸热)的总和，其相当于常规燃烧反应中所释放的热。因此，CLC法的一个优势是需要最小的额外能量来捕获CO₂，同时仍然保持类似于直接燃烧方法的燃烧效率。更确切地说，对于CLC法中的CO₂捕获，存在最小的能量损耗(energy penalty)，据估计仅有2-3％的效率损失。此外，与直接的燃烧过程比较，CLC法中减少了NO_x的形成，因为氧化反应在空气反应器中在不存在燃料的情况下和在低于1200℃(在其温度以上NO_x的形成大量增加)的温度发生。因此，NO_x形成的减少使得CLC法中的CO₂捕获比其它燃烧方法花费更少，因为不需要将CO₂在捕获之前从NO_x气体分离。总体上，CLC是现在的少数技术之一，其中能展望到在捕获CO₂中避免气体分离的大量花费和能源损耗方面显著突破。CLC技术发展的关键因素在于氧载体的选择。适合的氧载体必须显示出高的反应速率和氧传输能力、完全的燃料向CO₂和H₂O的转化、忽略不计的碳沉积、对凝聚的避免、足够的耐久性和良好的化学性能。在多次还原和氧化循环过程中必须保持这些性质。此外，氧载体的价格也是重要的。