一种钢渣载氧体的制备方法技术

本发明专利技术涉及化学链燃烧系统中载氧体的制备技术领域，更具体而言，涉及一种钢渣载氧体的制备方法。载氧体以钢渣作为主体原料，通过干燥、破碎及硫酸化后得到具有高载氧量、高反应性、不结团的钢渣载氧体。本发明专利技术具有制备方法简单、制得的载氧体价格低廉、载氧能力高、反应性能优异等优点。本发明专利技术提供一种具有工业潜力的钢渣载氧体制备方法，克服当前载氧体的载氧量低、成本高等问题，实现钢渣的大量利用，避免占用大量土地，造成环境的污染。

A preparation method of steel slag carrying oxygen

The invention relates to the technical field of the preparation of oxygen carriers in a chemical chain combustion system, and more specifically, to a preparation method of steel slag oxygen carriers. The oxygen carrier is made of steel slag as main raw material. After drying, crushing and sulfating, the oxygen bearing steel slag with high oxygen content, high reactivity and no agglomeration can be obtained. The invention has the advantages of simple preparation method, low cost of oxygen carrier, high oxygen carrying capacity and excellent reaction performance. The invention provides a preparation method of steel slag carrying oxygen system with industrial potential, which overcomes the problems of low oxygen carrying capacity and high cost of the current oxygen carrier, realizes the large use of steel slag, avoids the occupation of a large amount of land and causes environmental pollution.

【技术实现步骤摘要】
一种钢渣载氧体的制备方法
本专利技术涉及化学链燃烧系统中载氧体的制备
，更具体而言，涉及一种利用钢渣制备化学链燃烧载氧体的方法。
技术介绍
由于化石燃料的大量使用，CO2等温室气体排放量剧增。中国承诺将于2030年左右使二氧化碳排放达到峰值并争取尽早实现。因此，减排CO2对我国具有重要意义。传统燃烧方式产生的烟气中CO2浓度只占10%-14%，制约了烟气中CO2的利用和消纳。目前主流的CO2捕集技术包括燃烧前捕集、燃烧中捕集和燃烧后捕集，尽管能够实现CO2的回收，但需要消耗大量的能源，导致减排成本太高。化学链燃烧是一种新型的燃烧方式，在燃烧过程中以固体晶格氧替代空气燃烧，避免了燃料与空气的直接接触。在燃料反应室，燃料与载氧体反应，完成燃料的氧化；被还原的载氧体进入空气反应室，与空气进行氧化反应，实现载氧体的再生。其中，载氧体的性质直接影响了整个化学链燃烧系统运行的稳定。目前，主要研究的载氧体是金属载氧体，包括Fe、Ni、Co、Cu、Mn、Cd等的氧化物，载体主要有：Al2O3、TiO2、MgO、SiO2、YSZ等。如专利CN104164273A公开了一种以硫酸钙作为主体原料，在以氧化铝、硅溶胶或甘油作为载体的钙基载氧体的制备方法；专利CN104119983A公开了一种CuO和FeO质量分数分别为95%和5%的含铁铜基复合载氧体的制备方法；专利CN104152211A公开了一种采用溶胶凝胶法制备组成为CuO（95%）和MgO（5%）的镁铜基复合载氧体的方法。其中Fe基载氧体，尤其是天然铁矿石，因其相对其他载氧体成本最低，来源最广泛且具有良好的环境效益，吸引了广泛的关注。但Fe基载氧体载氧量低，反应性差制约了其发展和应用。为降低载氧体的成本和金属载氧体载氧量小的问题，CaSO4基载氧体成为重要选择。但其也存在还原-氧化过程中易分解，导致循环性能不稳定的难题，同时低温条件下CaSO4的还原反应性能较差。钢渣是炼钢过程中产生的一种固体废弃物，2016年，全世界钢渣产生量约1.6-2.4亿吨，其中中国占到一半。这部分钢渣不能很好的利用，不仅是资源的一种浪费，而且占用大量土地，造成环境的污染。
技术实现思路
为了克服现有技术中载氧体载氧量低、成本高等问题，本专利技术提供一种工艺简单、成本低、无环境污染、可以实现钢渣废弃物的大量利用的制备化学链燃烧载氧体的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：以钢渣为主体原料，通过硫酸化处理制备高载氧量、高反应性的钢渣载氧体。一种利用钢渣制备化学链燃烧载氧体的方法：S1、将钢渣置于烘箱，干燥至恒重；S2、将干燥后的钢渣加入蒸汽动能磨中破碎，用分级机按粒度分级；S3、选取粒度在3.15-15.78μm的钢渣进行硫酸化处理，得到化学链燃烧载氧体。所述钢渣干燥温度为100-120℃，脱除钢渣中水分。所述蒸汽动能磨粉碎压力为0.7-0.9MPa，分级机转速为720r/min。所述硫酸化处理是将钢渣置于SO2气氛中煅烧0.5-1h，煅烧温度为800-1000℃。所述SO2浓度为1%-5%。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术将化学链燃烧技术与钢渣的资源化相结合，实现了资源高效利用，既可以消纳钢渣，又为二氧化碳减排提供技术支撑；利用钢渣通过硫酸化制得的载氧体价格低廉、制备方法简单、对环境友好、机械强度高、载氧能力高，是一种高效载氧体。钢渣中成分可有效抑制活性组分CaSO4副反应的发生，增加载氧体活性组分的有效面积，提高载氧体反应活性，同时本专利技术获得的载体可用于以煤、生物质和城市固体废弃物为燃料的化学链燃烧的载氧体。附图说明图1为本专利技术所制备的钢渣载氧体的XRD图谱。图2为本专利技术所制备的钢渣载氧体在氧化还原过程中的热重曲线图。图3为本专利技术所制备的钢渣载氧体在化学链燃烧过程中载氧量的变化图。图4为本专利技术所制备的钢渣载氧体在化学链燃烧过程中硫损失的变化图。图5为本专利技术所制备的钢渣载氧体完成氧释放时间。图6为本专利技术所制备的钢渣载氧体的扫描电镜图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1取钢渣2g钢渣置于烘箱，100℃条件下烘干至恒重，以脱除水分，干燥后将钢渣放入压力为0.7MPa蒸汽动能磨中破碎，再用分级机按粒度分级，分级机转速为720r/min，选取粒度在3.15-15.78μm的钢渣置于流量为200ml/min的5%SO2气氛中煅烧0.5h，煅烧温度为800℃，制得化学链燃烧载氧体。实施例2取钢渣2g钢渣置于烘箱，110℃条件下烘干至恒重，以脱除水分，干燥后将钢渣放入压力为0.8MPa蒸汽动能磨中破碎，再用分级机按粒度分级，分级机转速为720r/min，选取粒度在3.15-15.78μm的钢渣置于流量为200ml/min的1%SO2气氛中煅烧1h，煅烧温度为1000℃，制得化学链燃烧载氧体。实施例3取钢渣2g钢渣置于烘箱，120℃条件下烘干至恒重，以脱除水分，干燥后将钢渣放入压力为0.9MPa蒸汽动能磨中破碎，再用分级机按粒度分级，分级机转速为720r/min，选取粒度在3.15-15.78μm的钢渣置于流量为200ml/min的3%SO2气氛中煅烧0.8h，煅烧温度为900℃，制得化学链燃烧载氧体。如图1所示，本专利技术钢渣中主要组分CaO作为钢渣载氧体主要活性组分，而钢渣中FeO，MgO和SiO2可有效增加活性组分基体的比表面积。钢渣载氧体反应性与NiO接近，显著强于硫酸钙，且钢渣中成分可有效抑制活性组分CaSO4副反应的发生，提高载体反应活性，活性成分在氧化还原过程中可完全转化，反应速度快。如图2-4所示，本专利技术所制备的钢渣载氧体在反应温度为750-850℃时，最大载氧量可达18%，经数次循环后载氧量可稳定在12%左右。目前，可以稳定运行的金属基载氧体载氧量一般为3%-10%，本专利技术制备的钢渣基载氧体载氧量显著强于金属载氧体。如图5所示，本专利技术所制备的钢渣载氧体可在10分钟内完成氧的释放，反应性能优异。而CaSO4载氧体完成氧的释放需要2小时左右。如图6所示，本专利技术所制备的钢渣载氧体未发生明显的团聚，分散性好，具有细小的载氧体颗粒，且性能稳定。上面仅对本专利技术的较佳实施例作了详细说明，但是本专利技术并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利技术宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢渣载氧体的制备方法，其特征在于：S1、将钢渣置于烘箱，干燥至恒重；S2、将干燥后的钢渣加入蒸汽动能磨中破碎，用分级机按粒度分级；S3、选取粒度在3.15‑15.78μm的钢渣进行硫酸化处理，得到化学链燃烧载氧体。

【技术特征摘要】
1.一种钢渣载氧体的制备方法，其特征在于：S1、将钢渣置于烘箱，干燥至恒重；S2、将干燥后的钢渣加入蒸汽动能磨中破碎，用分级机按粒度分级；S3、选取粒度在3.15-15.78μm的钢渣进行硫酸化处理，得到化学链燃烧载氧体。2.根据权利要求1所述的一种钢渣载氧体的制备方法，其特征在于：所述钢渣干燥温度为100-120℃。3.根据权利要求1所述的一种钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：狄子琛，程芳琴，曹晏，杨凤玲，张锴，于荆鑫，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西,14