[发明专利]一种基于纤维增韧提高载氧体强度的方法

说明书

本发明公开了一种基于纤维增韧提高载氧体强度的方法，取适量纤维原材料，置于行星球磨机中破碎，过筛，筛分出长度小于170目的短纤维作为增韧材料；取适量载氧体，置于行星球磨机中破碎，过筛，筛分出粒径在50～70目细颗粒作为载体；将短纤维与细颗粒按照质量比1：19置于行星球磨机中混合，将球磨后的混合物置于马弗炉中煅烧；将煅烧后的样品破碎，过筛，筛分出粒径在50～70目的颗粒作为纤维增韧载氧体。本发明使用纤维增韧载氧体，在提高载氧体机械强度的同时，极大降低了高硬度、长寿命载氧体的制备成本和载氧体在循环流化床中的磨损消耗带来的运行成本。

技术领域

本发明涉及一种化学链燃烧载氧体，具体涉及一种基于纤维增韧提高载氧体强度的方法，属于节能环保领域。

背景技术

化学链燃烧(Chemical Looping Combustion，CLC)是一种新型燃烧技术，通过载氧体(Oxygen Carrier，OC)传递晶格氧实现无焰燃烧，避免燃料直接接触空气，无需额外耗能即可实现CO₂分离，并具有低NOx排放的优势，在现有循环流化床锅炉的基础上加以改造便可投入使用，是公认最具发展潜力的CO₂捕集技术之一。然而，目前国内大部分循环流化床锅炉电站的年运行时间在5000h以上，而作为连接空气反应器与燃料反应器的中间媒介的OC，其寿命根据载体种类的不同普遍分布在250～5000h，例如镍基OC的寿命为400～1000h、铜基OC的寿命为250～2700h，即使是被认为最具有工业应用前景的铁基OC，寿命最高也仅有2000h左右。OC过短的寿命会造成在循环流化床锅炉运行期间，必须不断进行OC的新料补充以及废料回收。这不仅加大了OC材料的耗费，也增加了额外的工作量，导致运行成本增加。因此，截至目前全世界仍无一台CLC循环流化床锅炉投入商业运行。OC的磨损是影响其寿命长短的主要因素，无论在小型实验室研究还是大规模工程应用中都无法避免，想要提高OC的寿命，必须解决OC强度较低的问题。

目前常用的OC强度增强方法主要有：①采用耐磨性的材料作为载体，如ZrO₂，TiO₂等；②掺杂碱金属元素，如K、Na等。这些材料的加入可以提高OC的机械强度，但掺杂的碱金属物质会随着反应的进行出现流失现象，并且使用的材料成本较高，不适用于工业规模OC的制备。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于纤维增韧提高载氧体强度的方法，能够批量生产机械强度高的载氧体，且生产成本低。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于纤维增韧提高载氧体强度的方法，包括以下步骤：

(1)取适量纤维原材料，置于行星球磨机中破碎，将破碎结束的纤维过筛，筛分出长度小于170目的短纤维作为增韧材料；

(2)取适量载氧体，置于行星球磨机中破碎，将破碎结束的载氧体颗粒过筛，筛分出粒径在50～70目细颗粒作为载体；

(3)将步骤(1)筛分得到的短纤维与步骤(2)筛分得到的细颗粒按照质量比1：19置于行星球磨机中混合，将球磨后的混合物置于马弗炉中煅烧，设定马弗炉煅烧程序为：以5℃/min的升温速率，从室温升温至650℃，接着以2℃/min的升温速率，从650℃升温至1250℃，在1250℃保温360min，然后按照2℃/min的降温速率，从1250℃降温至650℃，最后以5℃/min的降温速率，从650℃降温至室温；

(4)将煅烧后的样品破碎，过筛，筛分出粒径在50～70目的颗粒作为纤维增韧载氧体。

优选的，步骤(1)中设定行星球磨机破碎程序为正转时间30min，中间间隔5min，反转时间30min，一共运行65min，期间转速均为200r/min。

优选的，步骤(2)中设定行星球磨机破碎程序为正转时间30min，中间间隔5min，反转时间30min，一共运行205min，期间转速均为300r/min。