[发明专利]一种用于甲烷化学链重整制合成气的氧载体及其制备方法和应用

说明书

本发明一种用于甲烷化学链重整制合成气的氧载体及其制备方法和应用，该氧载体是由Ce₄O₇与钙钛矿结构La_xSr_1‑xFeO₃复合而成，该复合金属氧载体的通式为Ce₄O₇‑La_xSr_1‑xFeO₃。其采用溶胶凝胶法制备：首先以硝酸镧、硝酸锶、硝酸铈、硝酸铁为前驱体，与络合剂配成溶液；然后蒸发去除水分，由透明的溶胶转变成粘稠的胶体；经过自燃、研磨、焙烧，制得复合金属氧化物载氧体，该氧载体应用于甲烷化学链重整反应产生高选择性、高品质的合成气，同时还原后的载氧体可以和二氧化碳或者水蒸气反应，将二氧化碳转化成一氧化碳或者将水蒸气转化成氢气或将CO₂和H₂O转化为合成气。

技术领域

本发明属于甲烷化学链重整制合成气技术领域，具体涉及一种用于甲烷化学链重整制合成气的氧载体及其制备方法和应用。

背景技术

天然气是一种储量丰富、单位质量热值高且燃烧产物污染小的燃料。甲烷作为天然气和页岩气的主要成分，将其转化为高附加值化学品在经济上越来越有吸引力，如何合理高效的利用甲烷一直是科学家们致力于研究的热点问题。甲烷化学链重整技术利用氧载体的晶格氧与甲烷发生反应，部分氧化甲烷制取合成气，然后被还原后的氧载体从空气中(或者CO₂和H₂O)重新获得晶格氧，完成循环。若采用空气中的O₂为氧化剂，则不需要空分装置，大大降低生产成本，且甲烷和氧气分开进料，避免了爆炸的风险；若采用CO₂为氧化剂，在还原阶段生成合成气外，在氧化阶段也可产生CO，大大提高了CO的总产量，其次还有效地实现了CO₂的减排，使温室气体得到了高效转化；若采用H₂O为氧化剂，不仅可以在还原阶段生成合成气外，在氧化阶段也可得到高纯度的H₂，即在实现重整反应的同时实现了氢气的低能耗原位分离，反应体系简单，过程容易控制，易于实现工业化。

甲烷化学链重整制合成气解决了传统甲烷制合成气的弊端，得到H₂/CO比为2的合成气。然而目前该工艺仍存在一些亟待解决的问题，即如何在保证高的合成气选择性的条件下提高其抗积碳性能。氧载体是甲烷化学链重整制合成气的关键，铁基氧载体由于丰富的储量、良好的环境相容性受到广泛关注，但其反应活性差且抗积碳能力不理想限制了其应用。LaFeO₃氧载体因为氧化能力适中，可将甲烷部分氧化，同时还原后的氧载体可以被CO₂或水蒸气等弱氧化性气氛氧化，是一类具有应用前景的甲烷重整化学链氧载体，但是纯的LaFeO₃材料甲烷转化率并不高，甲烷还原床中容易积碳，且循环稳定性较差。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种用于甲烷化学链重整制合成气的氧载体及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明氧载体采用的技术方案为：

用于甲烷化学链重整制合成气的氧载体，通式为Ce₄O₇-La_xSr_1-xFeO₃，其中x大于0且小于1，铈与铁的摩尔比值大于0小于等于1。

本发明进一步的改进在于，x为0.6、0.2、0.5或0.8。

本发明进一步的改进在于，铈与铁的摩尔比值为3:7、1:4、1:1、2:5、7:10或9:10。

用于甲烷化学链重整制合成气的氧载体的制备方法，包括以下步骤：