一种镍掺杂钙铁石型氧载体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于化学链燃烧氧载体技术领域，具体涉及一种镍掺杂钙铁石型氧载体及其制备方法和应用。本发明专利技术制备方法包括将钙盐、镍盐、铁盐和有机酸加水溶解后混合均匀获得前驱体，将前驱体干燥后，在900

【技术实现步骤摘要】
一种镍掺杂钙铁石型氧载体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于化学链燃烧氧载体
，具体涉及一种镍掺杂钙铁石型氧载体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氢是一种能量密度高的理想清洁能源，发展氢能经济能够减少温室气体和细颗粒物的排放。全球各国家地区纷纷将氢能源视为未来新能源的战略发展方向，积极构建氢能低碳社会。我国是世界最大的制氢国，工业氢气产量领跑全球，煤制氢是我国主要的制氢技术之一。但煤制氢技术存在设备结构复杂、运转周期相对低、脱硫投资高、配套装置多、碳排放严重、制氢成本过高等缺点。因此，开发新型的制氢技术对我国发展氢能经济具有重大意义。
[0003]近年来，基于化学链燃烧技术原理，研究人员开发了一系列制氢技术，如化学链重整、化学链制氢技术。化学链重整技术是利用氧载体(MexOy)中的晶格氧将燃料部分氧化，通过控制氧载体与燃料的比例来调控H2和CO的比例。化学链重整目标产物是合成气，但仍需要进一步转换、分离才能获得高浓度氢气。而在化学链制氢技术中，晶格氧与燃料完全燃烧产生CO2和H2O，还原后氧载体在水蒸汽反应器中与水反应制取H2，最终通过冷凝即可制备高纯氢，同时还能捕捕获CO2。
[0004]将化学链重整以及化学链制氢技术相结合，可在一个流程中实现了高浓度氢气与合成气的共制备，也即是化学链共制氢与合成气工艺。该工艺综合了化学链重整以及化学链制氢技术的诸多优点，极大的提高了能源利用效率，并能得到较为纯净的合成气与高浓度氢气(纯度达98％以上)，极具发展潜力。
[0005]选择合适的氧载体对于实现上述化学链共制氢与合成气极其关键。研究表明钙铁石(Ca2Fe2O5)氧载体可在不需要空气反应器的条件下实现氢与合成气的共制备，但是，钙钛矿氧载体该工艺中面临诸如Fe3C形成、碳沉积、释氧能力弱、易烧结等问题，需要对其进行优化改进，而镍掺杂钙铁石型氧载体成为重要的改进路线。
[0006]CN101802495A公开了使用固体氧载体来燃烧碳质燃料的方法和设备，具体公开了将颗粒状氧气选择性吸着剂引入到该燃烧设备的吸附反应器中，来在该吸附反应器中形成第一颗粒床，进而通过氧气选择性吸着剂燃烧燃料，该技术方案的氧气选择性吸着剂包含钙铁石氧化物，并且用促进所述材料的氧气吸附性能的物质进行改性，促进剂物质选自Cu、Ag、Fe、Ni、Rh、Pt或者这些的混合物。虽然该技术方案公开了一种镍掺杂钙铁石型氧载体，但并没有给出其制备方法，也没有给出其在化学链燃烧领域的应用。
[0007]综上所述，现有技术仍缺乏能够使用于化学链燃烧的镍掺杂钙铁石型氧载体的制备方法。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的以上缺陷，本专利技术了提供了一种镍掺杂钙铁石型氧载体的制备方
法，通过将Ni掺杂进入到Ca2Fe2O5中，借助氧化镍的C
‑
H解耦能力，以及Ca2Fe2O5在制氢方面的独特优势，将化学链重整制合成气技术与化学链制氢技术耦合，实现在一个流程内同时获取高品质的合成气以及纯净的氢气，由此解决Ca2Fe2O5氧载体活性低、碳转化效率低、稳定性差等问题。本专利技术详细技术方案如下所述。
[0009]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种镍掺杂钙铁石型氧载体的制备方法，将钙盐、镍盐、铁盐和有机酸加水溶解后混合均匀获得前驱体，将前驱体干燥后，在900
‑
1200℃煅烧10h,即可获得镍掺杂钙铁石型氧载体。
[0010]作为优选，所述镍盐的物质的量Mol
Ni
、所述铁盐物质的量Mol
Fe
与所述钙盐的物质的量Mol
Ca
，满足下列关系式：(Mol
Ni
+Mol
Fe
)：Mol
Ca
＝1:1，Mol
Ni
：Mol
Fe
＝(1
‑
2)：(1
‑
0.5)。
[0011]作为优选，所述有机酸的物质的量Mol
acid
，满足下列关系式：(Mol
Ni
+Mol
Fe
+Mol
Ca
)：Mol
acid
＝1:(2
‑
4)。
[0012]作为优选，所述钙盐为硝酸钙、氯化钙和磷酸二氢钙中的一种，所述镍盐为硝酸镍、氯化镍和磷酸二氢镍中的一种，所述铁盐为硝酸铁、氯化铁和磷酸二氢铁中的一种，所述有机酸为柠檬酸、酒石酸和苹果酸中的一种。
[0013]作为优选，所述混合均匀是将钙盐、镍盐、铁盐和有机酸的混合物在油浴加热环境下进行搅拌，油浴温度为80
‑
100℃，搅拌时间为6
‑
10h，所述干燥是在100
‑
120℃，干燥12
‑
24h。
[0014]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种镍掺杂钙铁石型氧载体，根据前面所述的制备方法制备而成。
[0015]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种镍掺杂钙铁石型氧载体的应用，所述应用为基于化学链技术耦合制高纯氢与合成气的应用，所述合成气为一氧化碳和氢气的混合气体，所述高纯氢指的是纯度为96％以上的氢气。
[0016]作为优选，包括以下步骤：
[0017](1)将镍掺杂钙铁石型氧载体与生物油混合，获得还原态氧载体和合成气；
[0018](2)还原态氧载体与水蒸气反应，获得氢气，还原态氧载体再生为镍掺杂钙铁石型氧载体。
[0019]作为优选，所述步骤(1)在重整反应器中进行，所述步骤(2)在蒸汽反应器中进行，所述重整反应器和所述蒸汽反应器均采用流化床反应器。
[0020]作为优选，所述步骤(1)中还加入了水蒸气，所述水蒸气与生物油中炭的摩尔比(S/C)为0.1
‑
0.5，所述步骤(1)和步骤(2)的反应温度为800
‑
1000℃。
[0021]本专利技术的有益效果有：
[0022](1)本专利技术制备出的镍掺杂钙铁石型氧载体，Ni掺杂引起的晶格畸变，使得钙铁石掺杂后产生了相变，有助于促进晶格氧的释放，增加晶格氧的释放速率，改善钙铁石氧化还原活性较低的特点，提高碳转化率以及水蒸气氧化阶段的产氢能力。
[0023](2)本专利技术镍掺杂钙铁石型氧载体具有活性高，目标产物选择性强，制氢能力突出等优势，实现了生物油化学链氢与合成气的共制备；通过工艺参数的优化，可高效率将生物油重整为高品质合成气，碳转化率可达97.20％；在蒸汽氧化阶段氢气的纯度也可高达98％，完全满足工业化应用要求。
[0024](3)本专利技术的镍掺杂钙铁石型氧载体共制备氢与合成气方法与现有的化学链技术
相比，克服了生物油在化学链技术中应用缺陷，能够促进生物油更加高值化利用，得到更丰富的能源产品；经济性更好，实用性更强，具有更广阔的应用前景。
附图说明
[0025]图1是应用本专利技术镍掺杂钙铁石型氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍掺杂钙铁石型氧载体的制备方法，其特征在于，将钙盐、镍盐、铁盐和有机酸加水溶解后混合均匀获得前驱体，将前驱体干燥后，在900
‑
1200℃煅烧10h,即可获得镍掺杂钙铁石型氧载体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镍盐的物质的量Mol
Ni
、所述铁盐物质的量Mol
Fe
与所述钙盐的物质的量Mol
Ca
，满足下列关系式：(Mol
Ni
+Mol
Fe
)：Mol
Ca
＝1:1，Mol
Ni
：Mol
Fe
＝(1
‑
2)：(1
‑
0.5)。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述有机酸的物质的量Mol
acid
，满足下列关系式：(Mol
Ni
+Mol
Fe
+Mol
Ca
)：Mol
acid
＝1:(2
‑
4)。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钙盐为硝酸钙、氯化钙和磷酸二氢钙中的一种，所述镍盐为硝酸镍、氯化镍和磷酸二氢镍中的一种，所述铁盐为硝酸铁、氯化铁和磷酸二氢铁中的一种，所述有机酸为柠檬酸、酒石酸和苹果酸中的一种。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：许婷婷，王训，肖波，蒋聪，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：