一种镍基磁性催化剂的制法、菱镁矿加氢分解制甲烷和氧化镁的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种镍基磁性催化剂的制法、菱镁矿加氢分解制甲烷和氧化镁的方法及系统。该催化剂的制法为：将Fe盐溶液与Zr盐溶液混合加热，调节溶液至碱性，进行共沉淀反应，得到共沉淀物后，在室温下陈化，过滤，将产物干燥，煅烧，研磨，得到Fe2O3/ZrO2颗粒；利用浸渍法将Fe2O3/ZrO2颗粒加入到Ni盐溶液中，搅拌，烘干，煅烧，得到镍基磁性催化剂。该系统包含菱镁矿加氢还原反应单元、磁性催化剂分离单元、氧化镁磁性分选单元。本发明专利技术通过磁性催化剂催化菱镁矿在H2氛围下还原煅烧，既可以降低CO2的排放，又能够生成CH4；同时磁性催化剂易于与固体产物氧化镁分离，且能够循环使用，降低成本。降低成本。降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种镍基磁性催化剂的制法、菱镁矿加氢分解制甲烷和氧化镁的方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种催化剂的制法、磷酸盐矿石煅烧分解的方法及系统，尤其涉及一种镍基磁性催化剂的制法、菱镁矿加氢分解制甲烷和氧化镁的方法及系统。

技术介绍

[0002]随着社会经济的快速发展，全球气候变暖，大气中二氧化碳的积累及其对全球气候的有害影响是21世纪社会面临的普遍挑战。在一些传统工业过程中，煅烧无机碳酸盐被用作金属和金属氧化物生产的制备方法。二氧化碳作为副产品被排放出来，并随烟气一起排放到环境中，导致传统工业成为CO2高排放行业。
[0003]菱镁矿常用来高温煅烧制取用途广泛的无机化工材料氧化镁。目前，菱镁矿的煅烧还是以简单、粗放、高耗的煅烧工艺为主，资源浪费严重，且二氧化碳排放量高。普通的菱镁矿需要高温600℃以上才能完全分解，是造成高能耗的主要原因。
[0004]因此，如何大幅度降低CO2排放的同时，降低菱镁矿的热分解温度，实现减排增效具有重要的科学价值与产业化意义。而已有的Fe3O4核壳结构磁性催化剂，Fe3O4仍存在热稳定性差等问题。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种催化效率高、易于分离的镍基磁性催化剂的制备方法；
[0006]本专利技术的第二个目的是提供一种利用上述的催化剂进行菱镁矿加氢分解制甲烷和氧化镁的方法；
[0007]本专利技术的第三个目的是提供一种上述的方法所使用的菱镁矿加氢分解制甲烷和氧化镁的系统。
[0008]技术方案：本专利技术所述的镍基磁性催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将Fe盐溶液与Zr盐溶液混合加热，调节溶液至碱性，进行共沉淀反应，得到共沉淀物后，在室温下陈化，过滤，将产物干燥，煅烧，研磨，得到Fe2O3/ZrO2颗粒；
[0010](2)利用浸渍法，将Fe2O3/ZrO2颗粒加入到Ni盐溶液中，搅拌，烘干，煅烧，得到镍基磁性催化剂。
[0011]其中，步骤(1)中，共沉淀反应过程中，Fe离子与Zr共同沉淀，形成分散性和均匀性较好的共沉淀物，即，得到的Fe2O3/ZrO2颗粒为分散性较好的Fe2O3颗粒与ZrO2颗粒。
[0012]其中，步骤(1)中，使用质量分数为25
‑
28％的氨水调节溶液pH值为9
‑
10。使用氨水作为pH值调节剂，不会引入其他的金属离子，避免了金属离子变成杂质存在于沉淀物中。
[0013]其中，步骤(1)中，陈化的时间为24h；之后经过滤并在95
‑
105℃下干燥24h。将干燥后的沉淀物在马弗炉中350℃下分解2h，继而在600
‑
900℃下焙烧2h。
[0014]其中，步骤(2)中，煅烧的温度为350
‑
900℃，时间为2
‑
～4h。
[0015]其中，Fe盐与Zr盐的质量比为40％
‑
60％；Ni盐与Fe2O3/ZrO2颗粒的质量比为5％
‑
10％。
[0016]利用上述的方法制备的镍基磁性催化剂进行菱镁矿加氢分解制甲烷和氧化镁的方法，将原料气与权利要求1的镍基磁性催化剂混合，在还原性气氛下煅烧，得到氧化镁和镍基磁性催化剂的混合物以及产品气甲烷，然后将混合物分离出氧化镁和镍基磁性催化剂。
[0017]其中，所述煅烧的温度为400
‑
550℃。
[0018]其中，混合物首先在气流的作用下分散后，利用重力作用，重量较轻的氧化镁和重量较重的镍基磁性催化剂分离，分离出的氧化镁通过磁性分选进行二次分离净化，分离出的镍基磁性催化剂返回到反应装置中循环反应。
[0019]上述的方法所使用的菱镁矿加氢分解制甲烷和氧化镁的系统，包括菱镁矿加氢还原反应单元、磁性催化剂分离单元、氧化镁磁性分选单元；所述菱镁矿加氢还原反应单元包括反应器，所述反应器设有原料气进口、加料口、循环催化剂进口、产品气出口及物料出口；所述物料出口通过第一返料器与磁性催化剂分离单元的物料进口连接；所述磁性催化剂分离单元的循环催化剂出口通过第二返料器与循环催化剂进口连接；所述磁性催化剂分离单元的氧化镁出口与氧化镁磁性分选单元连接；所述磁性催化剂分离单元设有用于通入向上的气流的气相入口。
[0020]其中，所述磁性催化剂分离单元包括催化剂分离器，所述催化剂分离器的底部设有气相入口用于使物料在向上的气流的作用下分散；所述催化剂分离器的顶部设有与氧化镁磁性分选单元连接的提升管，在提升管的下部设有循环催化剂出口，物料在气流的作用下分散后，氧化镁从提升管进入到氧化镁磁性分选单元，磁性催化剂从循环催化剂出口进入到第二返料器。
[0021]其中，所述氧化镁磁性分选单元包括与磁性催化剂分离单元的氧化镁出口连接的旋风分离器，与旋风分离器连接的磁性分选器，所述旋风分离器设有与催化剂分离器的底部气相入口相连的气相出口。
[0022]本专利技术所述的进行菱镁矿加氢分解制甲烷和氧化镁的方法，具体包括如下步骤：
[0023](1)还原性气体H2以及载气N2的混合气体从反应器底部的原料气进口进入反应器，菱镁矿颗粒和权利要求1的镍基磁性催化剂经加料口从顶部进入反应器，在催化剂的作用下，菱镁矿在还原性氛围下煅烧，产品气由反应器侧边上部的产品气出口排出；
[0024](2)反应后的固体产物和催化剂从排料管进入第一返料器内的第一布风板，向第一N2入口中通入分离介质N2，第一布风板中的固体颗粒进入催化剂分离器进行分离；
[0025](4)向催化剂分离器底部的N2入口通入分离载气N2，较重的催化剂颗粒经催化剂排出口进入第二返料器，较轻的氧化镁颗粒进入催化剂分离器顶部的提升管；
[0026](5)向第二返料器的第二N2入口中通入惰性介质N2，位于地二返料器内的第二布风板上的催化剂颗粒重回反应器，循环使用；
[0027](6)旋风裹挟的氧化镁颗粒经提升管进入旋风分离器，氧化镁颗粒经排料管落入磁性分选器进行二次分离净化；部分流化风从旋风分离器顶部的气相出口经连接管道重回催化剂分离器底部，循环使用。
[0028]有益效果：本专利技术与现有技术相比，取得如下显著效果：
[0029](1)本专利技术中添加的镍基磁性催化剂具有催化效果，能够催化菱镁矿原位加氢得到高附加值的化学品甲烷，甲烷产量大幅度提升。并且易于分离，保证制取的氧化镁产物的纯度；(2)本专利技术中添加的镍基磁性催化剂分离后可循环使用，降低成本；(3)本专利技术直接在氢气的还原氛围下转化含二氧化碳的碳酸盐，既能够显著降低CO2的排放，又能够有效降低碳酸盐的热分解温度；(4)本专利技术中流化风气体经旋风分离器分离出后，可部分循环使用。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例1的Fe2O3/ZrO2颗粒SEM图；
[0031]图2为本专利技术实施例1的NiO/Fe2O3/ZrO2催化剂SEM图；
[0032]图3为本专利技术的系统结构示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍基磁性催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将Fe盐溶液与Zr盐溶液混合加热，调节溶液至碱性，进行共沉淀反应，得到共沉淀物后，在室温下陈化，过滤，将产物干燥，煅烧，研磨，得到Fe2O3/ZrO2颗粒；(2)利用浸渍法，将Fe2O3/ZrO2颗粒加入到Ni盐溶液中，搅拌，烘干，煅烧，得到NiO/Fe2O3/ZrO2镍基磁性催化剂。2.根据权利要求1所述的镍基磁性催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，使用质量分数为25
‑
28％的氨水调节溶液pH值为9
‑
10。3.根据权利要求1所述的镍基磁性催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将产物干燥的温度为95
‑
105℃，煅烧的温度为600
‑
900℃。4.根据权利要求1所述的镍基磁性催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，煅烧的温度为350
‑
900℃，时间为2
‑
4h。5.根据权利要求1所述的镍基磁性催化剂的制备方法，其特征在于，Fe盐与Zr盐的质量比为40％
‑
60％；Ni盐与Fe2O3/ZrO2颗粒的质量比为5％
‑
10％。6.一种利用权利要求1所述的方法制备的镍基磁性催化剂进行菱镁矿加氢分解制甲烷和氧化镁的方法，其特征在于，将原料气与权利要求1的镍基磁性催化剂混合，在还原性气氛下煅烧，得到氧化镁和镍基磁性催化剂的混合物以及产品气甲烷，然后将混合物分离出氧化镁和镍基磁性催化剂。7.根据权利要求6所述的菱镁矿加氢分解制甲烷和氧化镁的方法，其特征在于，所述煅烧的温度为400
‑
550℃。8.一种权利要求6所述的方法使用的菱镁矿加氢分解制甲烷和氧化镁的系统，其特征在于，包括菱镁矿加氢还原反应单元(1)、磁性催化剂分离单元(2)、氧化镁磁性分选单元(3)；所述菱镁矿加氢还原反应单元(1)包括反应器(1
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1)，所述反应器(1
‑
1...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋涛，单颖，王鹏，马士伟，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：