[发明专利]一种用于高温CO2

说明书

本发明公开一种用于高温CO₂气体分离的SDC/LNO‑碳酸盐膜、膜反应器及其应用，涉及膜反应器制备技术领域，所述SDC/LNO‑碳酸盐膜通过以下方法制备：将Sm(NO₃)₃和Ce(NO₃)₃混合溶液滴加入草酸沉淀剂中得到SDC粉末；在La(NO₃)₃·5H₂O和Ni(NO₃)₂·6H₂O混合溶液中加入适量柠檬酸和乙二醇制备粘性凝胶，获得LNO粉末；将质量比为4:1的SDC与LNO球磨混合后加入溶有聚醚砜的N甲基二吡咯烷酮中搅拌至粘稠浆体进行纺丝、固化、煅烧，制备SDC/LNO‑碳酸盐膜支撑体；将膜支撑体加入熔融状态的碳酸锂和碳酸钠混合液中制备得到SDC/LNO‑碳酸盐膜。本发明制备的SDC/LNO‑碳酸盐膜支撑体孔径更加均匀、管壁薄，CO₂渗透量更大且容易集成。

技术领域

本发明涉及膜反应器制备技术领域，具体涉及一种用于高温CO₂气体分离的SDC/LNO-碳酸盐膜、膜反应器及其应用。

背景技术

火力发电系统的燃煤发电过程、煤气化行业中煤气化制备合成气过程、水煤气变换制氢过程都会有大量CO₂产生。此外，传统焦化行业产生的焦炉气中H₂和甲烷的纯度分别为60%和25%左右。因H₂的纯度不足而不能直接利用，H₂通常会被直接回炉燃烧来供热，造成了能源的极大浪费。先进些的焦化厂会额外买进CO₂作为碳源对H₂进行重整甲烷化或制甲醇来利用。因此，如果可以将火电系统和煤气化行业的源头型CO₂高效分离后直接加以利用，则会在减排的同时创造出经济价值，起到了联产联排、一举两得的效果。

目前，工业上分离CO₂的方法是化学吸收（如醇胺法）或是物理吸收法（如甲醇），因吸收剂的庞大用量、操作工序和对设备的消耗等问题导致吸收法能耗大、成本高。此外，吸收法的操作温度通常较低（小于120 ℃）,这对于某些来自化工过程的高温混合气（如合成气）的后续高温高压合成工艺非常不利，因为，传统脱碳需在低温进行，而混合气的转化利用一般需要较高温度，这会导致待利用的高温混合气先降温再升温，从而消耗了大量的负载能。因此，如果可以在高温下直接进行CO₂捕集，就可以避免能量的浪费。

目前，陶瓷-碳酸盐双相无机膜是唯一一种可以在高温区间（500-1000℃）内直接分离CO₂的膜技术，但是现有的陶瓷-碳酸盐膜设备仅能实现CO₂的分离，并不能实现分离后CO₂的有效转化，且分离效果差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案之一为：

提供一种用于高温CO₂气体分离的SDC/LNO-碳酸盐膜，所述SDC/LNO-碳酸盐膜通过以下方法制备而成：

S1：将一定质量的Sm(NO₃)₃和Ce(NO₃)₃混合溶液滴加入草酸沉淀剂中进行搅拌、静置老化，老化后的沉淀进行烘干、煅烧得到Ce_0.8Sm_0.2O_1.9粉末，即SDC粉末；

S2：在一定质量比的La(NO₃)₃·5H₂O和Ni(NO₃)₂·6H₂O混合溶液中加入适量柠檬酸和乙二醇制备粘性凝胶，然后烘干、煅烧，获得LNO粉末；

S3：将质量比为4:1的SDC与LNO球磨混合；