蓄热型化学链燃烧技术用复合氧载体及其制备方法技术

一种蓄热型化学链燃烧技术用复合氧载体及其制备方法。本发明专利技术公开了一种复合氧载体及其制备方法，该复合氧载体为核－壳结构，核层金属盐与壳层氧载体材料结合形成增强体，所述核层金属盐为复合氧化物相变材料，为Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３、ＮａＣｌ、ＫＣｌ或ＬｉＣｌ或其混合物，所述壳层氧载体材料为Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＮｉＯ或ＭｎＯ２，复合氧化物相变材料严密包裹于氧载体中，形成核－壳结构。烧结成的复合材料中，“核”层金属盐与“壳”层氧载体材料结合形成增强体，避免了相变材料进一步向外浸透，从而大大增强了复合材料的稳定性，保证了其蓄热性能与储放氧性能的相互独立。蓄热实验表明，该复合相变蓄热材料具有良好的蓄热能力，且在相变材料熔点以上具有很高的蓄热密度。氧载体表征结果表明，该类型载体具有据传统氧载体相当或更优的甲烷燃烧性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种兼具蓄热与储氧功能的无机材料，用于化学链燃烧技术，属能源 高效利用领域。
技术介绍
化学链燃烧技术是一种新型的化石燃料高效燃烧技术，它将燃烧过程放到两个反 应器进行，一个空气反应器和一个燃料反应器。在燃烧过程中气体燃料被送入燃料反应器 与固相氧载体发生反应，氧载体中的晶格氧使燃料发生氧化反应，流出燃料反应器的气体 只有CO2和水蒸气，通过冷凝除去水蒸气后即可得到高纯度的CO2，被还原的金属氧化物，即 氧载体，被循环到空气反应器，在空气反应器中氧载体被空气氧化再生，氧载体又重新恢复 晶格氧。空气反应器的流出气体中包含了 N2和未反应的02。对一般的氧载体，通常情况下 还原后的氧载体与空气的反应是放热反应，而燃料与氧载体之间的反应是吸热反应，上面 两个反应的反应热之和与燃料在空气中直接燃烧放出的热相等。该技术不但能提高发电过 程的热效率，还可不用消耗能量就能分离C02。但是，该燃烧技术也存在一些重要问题急需解决。例如，如果不从外界热源向吸热 反应提供反应热的话，需要通过换热设备使部分热量从放热反应传递给吸热反应，才能使 反应持续进行，这将大大增加整个工艺的投资成本。本专利技术设计一种具有蓄热功能的氧载 体，可彻底避免换热设备使用同时完成吸热反应的热量供给。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有蓄热功能的储氧材料，用于化学链燃烧中所需氧的 传递。将传统Fe203、CuO、NiO、MnO2以及各种复合氧化物等氧载体与金属盐(如Na2C03、 K2C03、Li2C03、NaCl, KCl和LiCl等及其混合物)相变蓄热材料复合，将相变材料严密包裹 于氧载体中，形成核-壳结构使其在发生放热反应的同时将热量存储，而相变材料由于与 反应物隔绝不影响反应的进行，不仅避免了换热设备的使用，还提高了燃料的燃烧效率。本专利技术一种蓄热型化学链燃烧技术用复合氧载体的特征是该复合氧载体为 核-壳结构，核层金属盐与壳层氧载体材料结合形成增强体，所述核层金属盐为复合氧化 物相变材料，为Na2C03、K2C03、Li2C03、NaCl、KCl或LiCl或其混合物，所述壳层氧载体材料为 Fe203> CuO、NiO或MnO2,复合氧化物相变材料严密包裹于氧载体中，形成核-壳结构。本专利技术蓄热型化学链燃烧技术用复合氧载体的制备方法，其特征在于含有以下步 骤(1)制备尺寸为5 500 μ m的金属盐微球，并将其分散于硅油中，在磁力搅拌器作 用下形成硅油悬浊液；(2)配置硝酸盐溶液，并将其加入到上述硅油悬浊液中，硝酸盐溶液和硅油悬浊液 的体积比为1 1，静置10 30分钟使分层液面清晰可见上层硝酸盐溶液和下层硅油悬浊 液；(3)上层硝酸盐溶液用电动搅拌器勻速逆时针搅拌，下层硅油悬浊液以磁力搅拌 器顺时针搅拌，稳定5 15分钟后，滴入氨水溶液使上层硝酸盐溶液产生沉淀，沉淀物落 入下层硅油悬浊液中将其中金属盐微球包裹，并破坏悬浊液稳定性而进一步沉淀至烧杯底 部；(4)沉淀完全后，继续搅拌0. 5 4小时，然后静置1-6小时，将沉淀经过滤，以 120#汽油洗涤3 5次，室温放置过夜后110°C干燥24h ；(5)将所得沉淀物移入高压反应釜中，于160-240°c时保温24 72h，然后在 500 900°C氧化气氛下焙烧2 6h，获得样品。所述金属盐微球在硅油中的加入量为10 500g/L，所述的硝酸盐溶液为 (Fe (NO3) 3、Cu (NO3) 2、Ni (NO3)2和Mn (NO3) 4，硝酸盐溶液的浓度为0. 1 5mol/L ；所述的硅油 为环状聚二甲基硅氧烷，不溶于水且密度比水大。所述高压反应釜中的填充度为40 75%。本专利技术烧结成的复合材料中，“核”层金属盐与“壳”层氧载体材料结合形成增强 体，避免了相变材料进一步向外浸透，从而大大增强了复合材料的稳定性，保证了其蓄热性 能与储放氧性能的相互独立。蓄热实验表明，该复合相变蓄热材料具有良好的蓄热能力，且 在相变材料熔点以上具有很高的蓄热密度。氧载体表征结果表明，该类型载体具有据传统 氧载体相当或更优的甲烷燃烧性能。本专利技术复合氧载体具有以下优点①兼具蓄热功能的氧载体，保证反应温度都在相变点附近，增加了系统运行稳定 性。②放热反应热量储存与氧载体中，除了可供可以不用换热器即可供给吸热反应进 行，降低了投资成本。③反应热量可以及时存储传递，提高了燃料利用效率。④催化剂载体材料的蓄热功能，没有氧载体受热不均等问题。附图说明图1是本专利技术蓄热型氧载体制备方法工艺流程示意图。 具体实施例方式下面结合附图以实例进一步说明本专利技术的实质内容，但本专利技术的内容并不限于 此。材料制备过程如下首先制备一定尺度的金属盐微球(5-500 μ m)，将其分散于硅油(环状聚二甲基硅氧烷，不溶于水且密度比水大)中，在磁力搅拌器作用下形成悬浊液。 配置一定浓度的硝酸盐溶液(Fe(N03)3、Cu(NO3)2^ Ni (NO3)2和Mn(NO3)4等)，并将其加入到 上述硅油悬浊液中(水溶液和硅油悬浊液的体积比为1 1)，静置10-30分钟使分层液面 清晰可见。上层水溶液用电动搅拌器勻速逆时针搅拌，下层硅油悬浊液以磁力搅拌器顺时 针搅拌，稳定5-15分钟后，滴入氨水溶液使上层硝酸盐溶液产生沉淀，沉淀物落入下层硅 油悬浊液中将其中金属盐微球包裹，并破坏悬浊液稳定性而进一步沉淀至烧杯底部。沉淀 完全后，继续搅拌0. 5-4小时，然后静置1-6小时，将沉淀经过滤，以120#汽油洗涤3-5次，室温放置过夜后110°c干燥24h，将所得沉淀物移入高压反应釜中(填充度为40-75% )，于 160-240°C时保温24-72h，然后在500 900°C氧化气氛下焙烧2 6h (焙烧温度及时间因 材料类别及金属盐熔点不同而不同)，获得样品。图1是材料制备的工艺流程图。提前制备 好的金属盐微球在硅油中的加入量为10-500g/L。硝酸盐溶液的浓度为0. l-5mol/L。实施例1将0.2mol/L Fe (NO3) 3，加入适量的H2O2后均勻混合。然后，将5 μ m的NaCl微球 与硅油配置成10g/L的悬浊液与硝酸铁溶液混合，形成分层溶液。以3mL/min的速度将混 合溶液滴入5mol/L的氨水中，得到沉 淀物。沉淀完全后继续搅拌30min。静置60min后，将 所得浆状物移入高压反应釜中(填充度为65%)，200°C保温48h，800°C焙烧2h。所得产物 120#汽油洗涤3次后得到Fe203/NaCl蓄热型氧载体。制备的氧载体800_825°C时的蓄热密 度为660. 7kJ/kg，用于化学链燃烧，800°C反应甲烷转化率达到87%，氧载体重新氧化阶段 其氧化程度X能从0. 15恢复到0. 90以上，说明氧载体的晶格氧能恢复到90%以上，5. Og 氧载体完成15个循环反应用了 900min，体现了较高的反应性能。实施例2将2mol/L Cu (NO3)2，加入适量的H2O2后均勻混合。然后，将20 μ m的Na2CO3微球 与硅油配置成100g/L的悬浊液与硝酸铁溶液混合，形成分层溶液。以3mL/min的速度将混 合溶液滴入5mol/L的氨水中，得到沉淀物。沉淀完全后继续搅拌30min。静置60min本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓄热型化学链燃烧技术用复合氧载体，其特征在于：该复合氧载体为核－壳结构，核层金属盐与壳层氧载体材料结合形成增强体，所述核层金属盐为复合氧化物相变材料，为Ｎａ↓［２］ＣＯ↓［３］、Ｋ↓［２］ＣＯ↓［３］、Ｌｉ↓［２］ＣＯ↓［３］、ＮａＣｌ、ＫＣｌ或ＬｉＣｌ或其混合物，所述壳层氧载体材料为Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］、ＣｕＯ、ＮｉＯ或ＭｎＯ↓［２］，复合氧化物相变材料严密包裹于氧载体中，形成核－壳结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李孔斋，王华，魏永刚，宴冬霞，祝星，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]