[发明专利]一种CuO和准东煤灰共同修饰铁矿石的载氧体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CuO和准东煤灰共同修饰铁矿石的载氧体及其制备方法，属于化学链燃烧技术领域。

背景技术

二氧化碳捕集与封存作为减少温室气体排放最直接最有效的技术，其应用的主要障碍在于CO₂捕集过程中所需的巨大能耗。常规化石燃料燃烧中的CO₂捕集方式主要分三种：燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧。对于燃烧前捕集方式，需要对化石燃料进行转化和脱碳的复杂处理；对于燃烧后捕集方式，要面对烟气中CO₂浓度由于受大量N₂稀释而大幅下降(8％～15％)的问题；而对于富氧燃烧方式，则需要增加空气分离系统。可见，不论是哪种方式CO₂捕集都需要耗费巨大的能量，因此如何降低CO₂捕集过程能耗就成为了研究的重点。

化学链燃烧作为一种新型的燃烧技术，可以实现CO₂的近零消耗捕集，还可以提高燃料的能源利用效率，同时抑制NOx等污染物的生成，因而极具发展前景。化学链燃烧基本原理是将传统的燃料与空气直接接触的燃烧借助于载氧体的作用，由载氧体将空气中的氧传递到燃料中，避免燃料与空气的直接接触。

化学链燃烧通过载氧体实现化学氧的转移。载氧体同时也是氧化还原反应的媒介，因而其性能对化学链燃烧技术非常关键。当前研究较多的载氧体有Ni、Fe、Cu等金属氧化物以及CaSO₄等碱土金属化合物。其中，Ni基载氧体因具有很高的活性、较强的抗高温能力、较低的高温挥发性和较大的载氧量，较早地受到了人们的关注，但Ni基载氧体也有价格相对昂贵和具有毒性的缺点。钙基载氧体具有价格便宜和载氧率高的优势，但其反应活性低，并且存在硫流失的问题。Fe基载氧体具有价格便宜、溶点高而不易烧结等优点，但和Ni基、Cu基载氧体相比，其反应活性稍差，并且在实际的还原反应中，Fe₂O₃通常只能被还原到FeO，因而实际的载氧量较低。富含Fe₂O₃的铁矿石因廉价易得而受到广泛的研究利用，但其同样出现载氧率较低、反应活性较差的情况。Cu基载氧体具有较高的反应活性、较大的载氧率、而且不易与惰性载体发生反应，同时Cu基载氧体具有还原过程与氧化过程均为放热过程的特有性质。其不足之处在于金属Cu较低的熔点使得其在高温下易发生团聚烧结，高温下的使用因而受限。

在能源，尤其是煤炭资源严重短缺的今天，准东煤田无疑是一个重大的发现。它是我国乃至世界上最大的整装煤田。以我国现在煤炭年产量计算，一个准东煤田就够全国使用100年。准东煤虽然灰分含量低，因其储量大，仍能产生大量的准东煤灰。准东煤灰中富含的CaSO₄、Fe₂O₃等活性成分同样具有载氧体的作用，可以在化学链燃烧中加以利用，避免资源浪费。

发明内容

技术问题：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明提供一种CuO和准东煤灰共同修饰铁矿石的载氧体及其制备方法。本发明的目的在于利用廉价易得的铁矿石作为基础，依次采用湿法浸渍和干法煅烧制得的载氧体，既可以提高载氧体反应活性，还能降低载氧体制备成本，并实现准东煤灰的资源化利用。

技术方案：本发明的一种CuO和准东煤灰共同修饰铁矿石的载氧体，依次通过湿法浸渍和干法煅烧制得，该载氧体由铁矿石、CuO和准东煤灰组成，按最终载氧体的重量计，该载氧体中铁矿石的质量分数为70％～90％，CuO的质量分数为5％～15％，准东煤灰的质量分数为5％～15％，所述载氧体依次通过湿法浸渍和干法煅烧制得。

本发明的CuO和准东煤灰共同修饰铁矿石的载氧体的制备方法包括以下步骤：

1)铁矿石制备：首先将原始铁矿石用破碎机进行破碎，并筛选出粒径为0.1～1mm的铁矿石颗粒；

2)浸渍液制备：配制Cu(NO₃)₂溶液，并用玻璃棒搅拌至其完全溶解；

3)浸渍处理：将步骤2)得到的浸渍液对步骤1)得到的铁矿石颗粒进行等体积浸渍或者过体积浸渍；

4)干燥煅烧处理：将步骤3)得到的混合物进行水浴干燥成糊后，置于鼓风干燥箱中至糊状时取出并置于马弗炉内，升温并维持在900～950℃煅烧1～3小时，制得CuO修饰的铁矿石载氧体；

5)准东煤灰制备：将准东煤破碎，放入马弗炉中，升温并维持在750～850℃灼烧2小时，最后筛分出粒径≤0.3mm的灰；