一种光驱动的碳酸盐炼制共热耦合烃类重整制高附加值产品的方法技术

本发明专利技术公开了一种光驱动的碳酸盐炼制共热耦合烃类重整制高附加值产品的方法。该方法是通过烷烃炼制碳酸盐，在更低的反应温度下便可得到其金属氧化物；在利用碳酸盐热解产生的共热的同时利用了碳酸盐热解过程中放出的二氧化碳，进行烷烃共热耦合重整，得到了高附加值产品，实现了传统碳酸盐炼制过程中二氧化碳的减排，有利于缓解温室效应；并制备了不同类型的高效Ni基单原子合金催化剂，与单质Ni催化剂相比，在更加温和的条件下驱动该烷烃重整反应，降低了烷烃重整反应中的热力学能垒，催化效率得到了较大的提高，避免催化剂的过度氧化失活，有利于降低烷烃干重整反应的能耗成本。本发明专利技术可以实现碳减排、减低能耗的目标，具有广阔的应用前景。广阔的应用前景。广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种光驱动的碳酸盐炼制共热耦合烃类重整制高附加值产品的方法


[0001]本专利技术属于碳酸盐制备金属氧化物
，具体涉及一种光驱动的碳酸盐炼制共热耦合烃类重整制高附加值产品的方法。

技术介绍

[0002]水泥、钢铁、耐材和电石等重过程工业是国民经济发展的重要支撑产业。其中，碳酸盐是该类过程工业所需的共同原料，包括石灰石(CaCO3)、菱镁矿 (MgCO3)、白云石(CaMg(CO3)2)等，碳酸盐经高温热分解形成金属氧化物，在国民经济中作为基础原料，可以进行后续生产。但是，碳酸盐热解排放大量的二氧化碳，属于重排放过程，与其相关过程工业的二氧化碳排放量超过了全国工业碳排放总量的50％。如何原位转化碳酸盐炼制过程的二氧化碳并使其可以进一步利用，成为当前碳酸盐炼制工业亟待解决的问题。此外，如何将光能等清洁能源用于传统工业来进一步降低生产成本具有重大意义。太阳能驱动的催化反应在温和的反应条件下具有很高的选择性，这使其为能源转换和存储提供了替代性的绿色可持续发展途径，是解决当前和未来全球能源与环境问题的较有前途和实用的方案之一。

技术实现思路

[0003]本专利技术是为了克服传统碳酸盐分解制备氧化物的过程中会产生大量二氧化碳的缺点而提出的一种用于二氧化碳减排的光驱动的碳酸盐炼制共热耦合烃类重整制高附加值产品的方法。
[0004]本专利技术所述的光驱动的碳酸盐炼制共热耦合烃类重整制高附加值产品的方法为：将石英管置于光热反应炉中，石英管左侧放置碳酸盐，从石英管左侧开口通入烷烃气体，碳酸盐在烷烃气氛中加热分解得到固体金属氧化物和二氧化碳气体；石英管右侧放置催化剂，并在催化剂上方施加光源照射，烷烃与碳酸盐分解得到的二氧化碳气体在催化剂的作用下光催化反应得到高附加值化学品。
[0005]所述的石英管在左侧放置碳酸盐和右侧放置催化剂的中间位置收缩管径至原管径的30
‑
80％。
[0006]所述碳酸盐为碳酸钙、碳酸镁、碳酸铁、碳酸钡、碳酸镉、碳酸锌、碳酸铅或碳酸铜中的任意一种或多种。
[0007]所述碳酸盐在烷烃气氛中加热的温度为300
‑
800℃，升温速率为1
‑
100℃/min，加热时间为1
‑
200min。
[0008]所述烷烃气体为甲烷和/或乙烷；烷烃气体对碳酸盐的气体空速为 10000
‑
1000000mL/g
·
h，烷烃气体压强为常压
‑
10MPa。
[0009]所述烷烃气体中掺入氮气或惰性气体，掺入量≤99％。
[0010]所述烷烃与碳酸盐分解得到的二氧化碳气体在催化剂的作用下光催化反应时二氧化碳的体积浓度为1
‑
50％。
[0011]所述光源为氙灯或者太阳光。
[0012]所述光源的光照强度为0.1
‑
100W/cm2。
[0013]所述催化剂为Ni基单原子合金催化剂。
[0014]所述光催化反应的光照条件替换为加热条件。
[0015]所述的Ni基单原子合金催化剂还含有贵金属Rh、Ru、Au、Ag、Pd中的一种或几种；金属态的Ni为活性组分，贵金属为助剂，载体为Al2O3、MgO、TiO2、 ZnO中的一种或几种；Ni的质量百分比含量为1
‑
50％，贵金属的质量百分比含量为0.1
‑
10％；Ni的粒径为3
‑
15nm。
[0016]所述Ni基单原子合金催化剂的制备方法为：将可溶镍盐、可溶三价金属盐和可溶贵金属盐溶解于去CO2水中得到混合盐溶液；将氢氧化钠溶解于去CO2水中得到碱溶液；在N2氛围下，将混合盐溶液和碱溶液同时滴加到去离子水中，同时不断搅拌，控制pH为8
‑
12；滴加完成后继续搅拌30
‑
120分钟，将得到的混合液离心，然后用去CO2水清洗沉淀直至上清液pH为7；将得到的沉淀旋蒸干燥、研磨，最后在还原氛围下还原焙烧。
[0017]所述可溶三价金属盐为铝盐、铁盐、钴盐中的一种或几种。
[0018]所述可溶贵金属盐为Rh、Ru、Au、Ag、Pd的氯化盐中的一种或几种。
[0019]所述滴加的速度为5
‑
20rpm。
[0020]所述滴加完成后继续搅拌30
‑
120分钟过程中的温度为常温至60℃。
[0021]所述旋蒸干燥的温度为30
‑
60℃，真空度低于
‑
0.1Mpa，沉淀干燥后继续旋蒸30
‑
60分钟。
[0022]所述还原焙烧的温度为400
‑
800℃，还原气体流速为20
‑
100mL/min，升温速率为2℃
‑
10℃/min。
[0023]本专利技术所公开的一种用于二氧化碳减排的光驱动的碳酸盐炼制共热耦合烃类重整制高附加值产品的方法，通过烷烃炼制碳酸盐，在更低的反应温度下便可得到其金属氧化物；在利用碳酸盐热解产生的共热的同时利用了碳酸盐热解过程中放出的二氧化碳，进行烷烃共热耦合重整，得到了高附加值产品，实现了传统碳酸盐炼制过程中二氧化碳的减排，有利于缓解温室效应；并制备了不同类型的高效Ni基单原子合金催化剂，与单质Ni催化剂相比，在更加温和的条件下驱动该烷烃重整反应，降低了烷烃重整反应中的热力学能垒，催化效率得到了较大的提高(5～6倍)，避免催化剂的过度氧化失活，有利于降低烷烃干重整反应工艺能耗成本。本专利技术可以实现碳减排、减低能耗的目标，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0024]图1实施例1的光驱动的碳酸盐炼制共热耦合甲烷重整制合成气的方法原理示意图；
[0025]图2实施例1中碳酸镁的扫描电镜图；
[0026]图3实施例1中热解反应后氧化镁的扫描电镜图；
[0027]图4实施例1的碳酸镁及热解反应后氧化镁的X射线衍射图；
[0028]图5实施例1中RuNi单原子合金的高分辨图片；
[0029]图6实施例1中纯Ni以及RuNi作为催化剂得到的气体产物性能结果图；
[0030]图7AgNi单原子合金的高分辨图片；
[0031]图8RhNi单原子合金的高分辨图片；
[0032]图9实施例2的光驱动的碳酸盐炼制共热耦合乙烷重整制乙烯的方法原理示意图；
[0033]图10实施例2中气体产物气相色谱分析图；
[0034]图11本专利技术的光驱动的碳酸盐炼制共热耦合烃类重整制高附加值产品的方法原理示意图。
具体实施方式
[0035]实施例1
[0036]RuNi催化剂制备：将氯化镍、氯化铝和氯化钌溶解于去CO2水中得到混合盐溶液；将氢氧化钠溶解于去CO2水中得到碱溶液；在N2氛围下，将混合盐溶液和碱溶液同时滴加到去离子水中，滴加速度为20rpm，同时不断搅拌，控制pH为 10；滴加完成后继本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光驱动的碳酸盐炼制共热耦合烃类重整制高附加值产品的方法，其特征在于，所述方法的具备步骤为：将石英管置于光热反应炉中，石英管左侧放置碳酸盐，从石英管左侧开口通入烷烃气体，碳酸盐在烷烃气氛中加热分解得到固体金属氧化物和二氧化碳气体；石英管右侧放置催化剂，并在催化剂上方施加光源照射，烷烃与碳酸盐分解得到的二氧化碳气体在催化剂的作用下光催化反应得到高附加值化学品。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的石英管在左侧放置碳酸盐和右侧放置催化剂的中间位置收缩管径至原管径的30
‑
80％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳酸盐为碳酸钙、碳酸镁、碳酸铁、碳酸钡、碳酸镉、碳酸锌、碳酸铅或碳酸铜中的任意一种或多种；所述碳酸盐在烷烃气氛中加热的温度为300
‑
800℃，升温速率为1
‑
100℃/min，加热时间为1
‑
200min。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烷烃气体为甲烷和/或乙烷；烷烃气体对碳酸盐的气体空速为10000
‑
1000000mL/g
·
h，烷烃气体压强为常压
‑
10MPa；所述烷烃与碳酸盐分解得到的二氧化碳气体在催化剂的作用下光催化反应时二氧化碳的体积浓度为1
‑
50％。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光源为氙灯或者太阳光；所述光源的光照强度为0.1
‑
100W/cm2。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宇飞，尹倩，沈天阳，李佳欣，宋宇飞，孔祥贵，段雪，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：