一种氨气化学链燃烧用复合载氧体的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种氨气化学链燃烧用复合载氧体的制备方法及其应用，所述复合载氧体为双金属氧化物结构复合载氧体，其中一种金属A组分采用能抵抗900

【技术实现步骤摘要】
一种氨气化学链燃烧用复合载氧体的制备方法及其应用

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[0001]本专利技术涉及氨气化学链燃烧
，具体涉及一种氨气化学链燃烧用复合载氧体的制备方法及其应用。

技术介绍
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[0002]氨气作为一种氢能的载体，直接燃烧时不会产生二氧化碳(CO2)，是一种有助于减少CO2排放的新型燃料，目前在能源领域方面备受关注。氨气作为一种“无碳”燃料，其能量密度与压缩天然气、液化石油气和甲醇较为接近，容易液化，方便大规模的储存和运输，使用安全性较高。然而，氨燃料燃烧时火焰较不稳定，层流燃烧速度较低，点火所需能量较高，可燃性极限范围较窄，燃烧后氮氧化物排放较多，这些特点给氨燃料的利用带来了一定的挑战，导致氨燃料的应用尚未得到推广与普及。
[0003]化学链燃烧是一种新型高效低污染的燃烧技术，与传统的方式不同，化学链燃烧是将传统的燃料与空气直接接触的燃烧反应，改变为借助于载氧体的作用将燃烧分解为两个气固反应，燃料与空气无需接触，通过载氧体在燃料反应器与空气反应器之间的“释氧与吸氧”反应与移动，实现将空气中的氧传递到燃料中进行燃烧。化学链燃烧技术，与传统燃烧方式相比，实现了更高的能源利用效率和更低的污染物排放。
[0004]为了实现氨燃料的高效、清洁转化利用，拟将氨燃料匹配于化学链燃烧技术中，通过载氧体与氨气的反应，来实现氨燃的高效清洁转化。载氧体作为化学链燃烧的关键纽带，制备适用于氨气化学链燃烧用的复合载氧体，提高复合载氧体在氨气化学链燃烧中的反应性能，是实现氨气化学链燃烧技术的前提与基础，对于促进氨燃料的应用与发展具有重要意义。

技术实现思路
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[0005]本专利技术的目的是提供一种氨气化学链燃烧用复合载氧体的制备方法及其应用，得到具有高反应活性、高稳定性的双金属氧化物复合载氧体，可以提高金属氧化物载氧体材料运用于氨气化学链燃烧中的性能。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
[0007]一种氨气化学链燃烧用复合载氧体的制备方法，所述复合载氧体为双金属氧化物复合载氧体，其中一种金属A组分采用能抵抗900
‑
1000℃烧结的碱土金属或稀土金属组分，例如Ca、Mg、Sr、La、Ce等；另外一种金属B组分采用能与氨气具备良好反应活性的过渡金属组分，例如Fe、Co、Ni、Mn、Ti、Cu等；A与B摩尔比为0.1
‑
1.0；采用溶胶凝胶法制备双金属氧化物复合载氧体，具体包括以下步骤：
[0008]1)分别取A组分和B组分硝酸盐溶解于水中，配制成A和B金属离子总浓度为1.0
‑
2.0mol/L、A/B摩尔比为0.1
‑
1.0的溶液；然后与1.0
‑
2.0mol/L的柠檬酸水溶液和乙二醇三者以体积比1:1:1的比例混合成混合溶液，再逐滴加入质量百分比为5
‑
10％的氨水调节溶液的pH值至7.0
‑
8.0，然后超声水域中震荡30
‑
60min后，加热搅拌2
‑
4h至溶液出现粘稠状
态，加热温度为60
‑
100℃；
[0009]2)将步骤1)得到的粘稠状态的溶液放置于鼓风干烘箱中，110
‑
160℃加热3
‑
6h至溶液完全呈现凝胶状态；
[0010]3)将步骤2)得到的凝胶状态的溶液放置于管式炉中，在空气气氛下以1
‑
5℃/min的升温速度升至500
‑
600℃焙烧2
‑
4h至溶液的凝胶完全转化为干燥固体；
[0011]4)取出焙烧后的固体，研磨成1000
‑
3000目的固体颗粒，再将研磨后的颗粒放置于管式炉中，在空气气氛下以10
‑
20℃/min的升温速度升至900
‑
950℃焙烧4
‑
8h，焙烧后的颗粒再次研磨，筛取粒径小于100目的颗粒，制得双金属氧化物复合载氧体材料。
[0012]本专利技术制备得到的新型双金属氧化物复合载氧体材料，具有双金属氧化物的氧化性和稳定性，能在700
‑
900℃反应温度、5000
‑
20000h
‑1反应空速、5.0
‑
15.0vol％氨气浓度的氨气化学链燃烧循环反应过程中具有良好的反应活性以及较低的氮氧化物排放特性，不易产生烧结，具备良好的循环稳定性。
[0013]因此本专利技术还保护上述方法得到的双金属氧化物复合载氧体材料及其在氨气化学链燃烧中的应用。反应温度为700
‑
900℃、反应空速为5000
‑
20000h
‑1、氨气浓度为5.0
‑
15.0vol％。
[0014]本专利技术的有益效果如下：本专利技术制备得到的新型双金属氧化物复合载氧体材料，具有双金属氧化物的氧化性和稳定性，能在700
‑
900℃反应温度、5000
‑
20000h
‑1反应空速、5.0
‑
15.0vol％氨气浓度的氨气化学链燃烧循环反应过程中具有良好的反应活性以及较低的氮氧化物排放特性，不易产生烧结，具备良好的循环稳定性。
附图说明：
[0015]图1是为实施例1
‑
4中的4种不同双金属氧化物复合载氧体材料的X射线衍射谱图。4种载氧体的XRD特征峰是尖锐和强烈的，也没有观察到明显的杂质峰，且与每种载氧体中都具有A组分和B组分的特征衍射峰，表明这4种载氧体具有良好的单相性，均形成了双金属氧化物结构而且晶形较为完整。
[0016]图2为实施例1
‑
4中的4种载氧体首次与NH3完全反应过程中，反应生成的尾气成分与含量。
[0017]图3为实施例1
‑
4中的4种载氧体循环反应10次后与NH3完全反应过程中，反应生成的尾气成分与含量。
具体实施方式：
[0018]以下是对本专利技术的进一步说明，而不是对本专利技术的限制。
[0019]实施例1：
[0020]1)分别取适量硝酸钙和硝酸钴溶解于水中，配制成Ca和Co离子总浓度为1.0mol/L、Ca/Co摩尔比为0.2的溶液(1)。取适量柠檬酸溶解于水中，配制成浓度为1.0mol/L的柠檬酸溶液(2)。
[0021]2)将适量的溶液(1)、溶液(2)、乙二醇以体积比1:1:1的比例混合配制成混合溶液(3)，向溶液(3)中逐滴加入质量百分比为5.0％的氨水调节溶液(3)的pH值至7.5。
[0022]3)将调节好pH值的溶液在超声水域中震荡40min后，再在搅拌器中加热搅拌3h，加
热温度为80℃，加热搅拌至溶液出现粘稠状态。
[0023]4)将粘稠状态的溶液放置于鼓风干烘箱中，以130℃加热5h至溶液完全呈现凝胶状态。
[0024]5)将凝胶状态的溶液放置于管式炉中，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氨气化学链燃烧用复合载氧体的制备方法，其特征在于，所述复合载氧体为双金属氧化物结构复合载氧体，其中一种金属A为碱土金属或稀土金属组分；另外一种金属B为能与氨气具备良好反应活性的过渡金属组分，A与B摩尔比为0.1
‑
1.0，采用溶胶凝胶法制备。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，A组分为Ca、Mg、Sr、La、Ce中的任一种。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，B组分为Fe、Co、Ni、Mn、Ti、Cu中的任一种。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，制备具体包括以下步骤：1)分别取A组分和B组分硝酸盐溶解于水中，配制成A和B金属离子总浓度为1.0
‑
2.0mol/L、A/B摩尔比为0.1
‑
1.0的溶液；然后与1.0
‑
2.0mol/L的柠檬酸水溶液和乙二醇三者以体积比1:1:1的比例混合成混合溶液，再逐滴加入质量百分比为5
‑
10％的氨水调节溶液的pH值至7.0
‑
8.0，然后超声水域中震荡30
‑
60min后，加热搅拌2
‑
4h至溶液出现粘稠状态，加热温度为60
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兴，李军，黄宏宇，邓立生，陈新飞，颜秉欣，陈达南，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：