[发明专利]一种高稳定性载氧体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种载氧体及其制备方法和应用，具体地说涉及一种化学链燃烧技术的载氧体及其制备方法和应用，属于化学链燃烧领域的催化剂技术。

背景技术

二氧化碳（CO₂）是一种主要的温室气体，燃烧过程中减排CO₂已成为研究热点。火电技术均以空气为氧化剂，生成的烟气中CO₂只占10％～20％，CO₂的后续处理成本太高，难以实施。在燃烧过程中生成高浓度的CO₂或便于CO₂分离的气相混合物如（CO₂＋H₂O），同时消除其他污染物的生成排放（如NOx、SOx及Hg等），是一条有效的途径，选择纯氧作氧化剂，已经得到普遍认可。但是制取纯氧或富氧需要消耗大量的能量，对于发电厂来说，其消耗的电力可占全厂的10％以上，限制了此技术的应用。在燃料燃烧之前，进行脱碳处理，可以减少CO₂的排放，如对燃料进行气化、重整，分离出清洁的氢能，燃用氢能可以实现零排放，但是需要开发出高效低成本的CO₂、H₂分离膜等相关技术。碳捕集与封存技术被认为是降低大气中二氧化碳浓度的有效途径之一，但目前采用的燃烧前CO₂回收、纯氧燃烧、燃烧后分离CO₂三种技术均导致系统效率降低和发电成本。因此，如果能在燃烧过程中产生高浓度的CO₂或便于CO₂分离的气相混合物，同时消除其它污染物的生成，将会大大降低捕集、储存CO₂所需要消耗的能量和成本。化学链燃烧是具有上述特性的一种新型的燃烧方式，因而受到越来越多的关注。有关化学循环燃烧法的完整描述可见于法国专利申请02-14,071和04-08,549。

载氧体一直是化学链燃烧中的研究重点。载氧体作为媒介，在两个反应器之间进行循环，不停地把空气反应器中的氧和反应生成的热量传递到燃料反应器进行还原反应，因此载氧体的性质直接影响了整个化学链燃烧的运行。目前，主要研究的载氧体是金属载氧体，包括Fe、Ni、Co、Cu、Mn、Cd等，载体主要有：Al₂O₃、TiO₂、MgO、SiO₂、YSZ等，还有少量的非金属氧化物如CaSO₄等。在化学链燃烧过程中，载氧体处于不断的失氧－得氧状态中，所以载氧体中氧的活泼性是非常重要的。相对而言，载氧体NiO/NiAl₂O₄（CHO P etc. Fuel, 2004, 83(9)）、Fe₂O₃/Al₂O₃（MATTISSON T etc. Fuel, 2001,80 (13)）和CoO-NiO/YSZ（JIN H G etc. Energy Fuels, 1998, 12(6)）等综合性能较好，但存在载氧率有限、循环反应性较低、无法承受较高的反应温度、金属氧化物在载氧体中分散度不高等不足。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种载氧率高、活性高、稳定性好的用于化学链燃烧技术的载氧体及其制备方法和应用。

一种载氧体，由具有钙钛矿结构的LaNiO₃复合金属氧化物和氧化镍组成，按最终载氧体的重量计，该载氧体中具有钙钛矿结构的LaNiO₃复合金属氧化物的含量为50%～95%，氧化镍的含量为5%～50%。

本发明上述载氧体在化学链燃烧技术中的应用，其中载氧体在空气中燃烧的温度为400～1000℃，燃烧后在燃料中还原的温度为400～1000℃，反应压力都为常压。

上述的复合金属氧化物载氧体可以是球形、条形、微球或异形等适宜形状，颗粒尺寸一般为10μm-2000μm，优选的颗粒尺寸为50μm-500μm。使用时可以添加适宜的其它无机耐熔组分，如氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化硅等一种或几种。

上述载氧体可以采用浸渍法或柠檬酸络合一步法制备。所述的浸渍法是在具有钙钛矿结构的LaNiO₃复合金属氧化物上负载金属镍，等体积浸渍或过体积浸渍均可，然后经干燥、焙烧步骤制得所述载氧体。