【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化学链制氢和氧载体制备，尤其涉及一种双金属氧载体及制备方法、中温甲烷化学链两步制氢方法。
技术介绍
1、氢气具有热值高、清洁无污染、应用广泛等优点，是一种理想的燃料与能源载体，对能源绿色低碳转型、实现碳中和目标具有重要意义。在化学链制氢反应过程中，氧载体是反应体系的核心，氧载体的制备和选取是化学链制氢技术的决定因素，在传统的化学链制氢反应中，氧载体大多数需要在900℃以上进行才具有较高的性能，这不仅需要较高的热源驱动，对反应器的材料和设计也是一个较大的挑战，而且当前仅能实现一步制氢，降低氢气的产量。
2、因此，如何在中温环境利用氧载体进行化学链制氢反应，且具有较高的产氢性能，是推广化学链制氢技术的研究重点。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本专利技术提供了一种双金属氧载体及制备方法、中温甲烷化学链两步制氢的方法，以期至少部分地解决上述技术问题，其中本专利技术具体提供的技术方案如下：
2、作为本专利技术的第一个方面，提供了一种双金属氧载体的制备方法，包括：
3、获得包含金属氧化物载体、氧化铁活性组分和另一种金属的氧化物活性组分的混合粉末，其中另一种金属选自ni、co、mn、cu、ce中的任一种，金属氧化物载体选自al2o3、mgo、mgal2o4、sio2、50％y2o3中任一种，铁与载体金属的质量百分数比为40％-70％：60％-30％，总计为100％；另一种金属与载体金属的质量百分数比为10％-70％：90％-30％，总计为1
4、向混合粉末中加入粘结剂、造孔剂和水进行搅拌，得到浆料；
5、将浆料置于挤出机中挤出成型，得到挤出物，将挤出物置于滚圆机中滚圆，获得球形颗粒；
6、将球形颗粒干燥、阶梯升温煅烧后，得到双金属氧载体。
7、作为本专利技术第二个方面，提供了一种采用上述方法制备的双金属氧载体，包括：
8、金属氧化物载体，和
9、由金属氧化物载体负载的氧化铁活性组分和另一种金属的氧化物活性组分；
10、其中，铁与载体金属的质量百分数比为40％-70％：60％-30％，总计为100％；另一种金属与载体金属的质量百分数比为10％-70％：90％-30％，总计为100％。
11、作为本专利技术的第三个方面，提供了一种利用双金属氧载体进行中温甲烷化学链两步制氢的方法，包括：
12、将双金属氧载体填充到反应器内；
13、向反应器内通入甲烷、水蒸气进行中温甲烷化学链制氢反应，其中，中温甲烷化学链制氢反应的温度为450-650℃，中温甲烷化学链制氢反应包括甲烷水蒸气重整反应和水蒸气氧化反应；
14、在甲烷水蒸气重整反应过程中，双金属氧载体中氧化铁和另一种金属氧化物被还原生成金属铁和另一种金属，同时甲烷和水蒸气进行重整制氢反应生成含第一阶段氢气的混合物；
15、在水蒸气氧化反应过程中，金属铁和另一种金属被氧化成氧化铁和另一种金属氧化物，同时水蒸气被还原以生成第二阶段的氢气。
16、基于上述技术方案，本专利技术提供的一种双金属氧载体及其制备方法和应用于烷化学链制氢的方法，至少存在以下有益效果之一：
17、(1)在本专利技术的实施例中，通过控制金属氧化物载体、氧化铁和另一种金属氧化物活性组分的比例，以获得具有不同性能、强度的混合粉末。随后，向该混合粉末中加入粘结剂、造孔剂和水进行搅拌，通过控制所加入的粘结剂的用量，以将混合粉末中的活性组分与惰性载体紧密结合，得到混合均匀且结合紧密的浆料。然后将浆料置于挤出机中，利用挤压过程中的压力使浆料结合更加紧密，获得具有一定强度且成型的挤出物。随后，将挤出物置于滚圆机中进行滚圆，获得球形颗粒，以便双金属氧载体颗粒在后续的反应器中进行应用。最后，将形成的球形颗粒进行干燥，初步去除球形颗粒中的水分，然后再对干燥后的球形颗粒进行阶段升温煅烧，一方面能够避免球形颗粒中因水分散失过快而导致球形颗粒崩裂和更多的能量消耗，同时使球形颗粒具有较强的硬度，另一方面在煅烧过程中利用造孔剂使双金属氧载体具有较高的孔隙结构和比表面积，能增强双金属氧载体在应用过程中气体传输性能。
18、(2)在本专利技术的实施例中，采用上述方法获得双金属氧载体中的活性组分能够均匀分散在载体表面上，且通过调整金属活性组分比例，能够实现在中温环境中进行甲烷化学链制氢反应。
19、(3)在本专利技术的实施例中，将双金属氧载体应用于甲烷化学链制氢反应中，在甲烷水蒸汽重整制氢反应过程中，向反应器中填充双金属氧载体并通入甲烷和水蒸气。在甲烷水蒸汽重整制氢的反应初期，双金属氧载体中的氧化铁活性组分和另一金属氧化物的活性组分被还原，生成fe3o4和另一种金属、同时产生少量co和少量co2。随着反应的进行，在甲烷水蒸气重整制氢的反应的中后期，被还原的另一种金属充当催化剂能够将甲烷和水蒸气原位转化为第一阶段的氢气和co，同时进一步利用第一阶段产生的氢气和第一阶段co将fe3o4所还原成金属铁和feo。在水蒸气氧化反应过程中，向反应器中通入水蒸气后，反应器中的金属铁、feo和另一种金属被氧化成氧化铁(fe3o4)和另一种金属的氧化物，同时水蒸气被还原以生成第二阶段的氢气，进而实现了两步制氢反应。此外，通过在甲烷水蒸气制氢反应的过程中通入水蒸气，一方面有效抑制双金属氧载体表面的积碳问题，另一方面能够提高甲烷水蒸汽重整制氢反应总的氢气产量和氢气纯度。在氧化过程中，利用水蒸气的存在能够有效去除双金属氧载体表面的积碳，使双金属氧载体保持较高的活性。
20、另外，利用本专利技术提供的混合-造粒-挤出-煅烧方法制备的双金属氧载体，因其具有较高的强度，使其在反应过程中不易破碎，能够保持较好的完整度，保证了反应过程中双金属氧载体的稳定活性。通过控制双金属氧载体中各个组分的比例，实现了双金属氧载体中氧化铁和另一种金属氧化物的协同作用，能够在相同的产氢速率下达到降低双金属氧载体与甲烷反应温度的目的，使双金属氧载体在中温(450-650℃)环境下即可进行两步制氢反应且具有较高的产氢量和产氢速率，避免了高温(900℃以上)制氢带来的设备维护和材料选择问题。此外，本专利技术双金属氧载体的颗粒尺寸符合在移动床反应器中应用的要求，可大规模应用于移动床反应器。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种双金属氧载体的制备方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获得包含金属氧化物载体、氧化铁活性组分和另一种金属的氧化物活性组分的混合粉末的方法包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其中，获得所述混合粉末的方法还包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获得包含金属氧化物载体、氧化铁活性组分和另一种金属的氧化物活性组分的混合粉末的方法包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其中，获得包含氧化铁/金属氧化物载体粉体与另一种金属的氧化物/金属氧化物载体粉体的方法还包括：
6.根据权利要求3或5所述的方法，其中：
7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述步骤2中的干燥为分段干燥，分段干燥温度为40-80℃；
8.根据权利要求4所述的方法，其中：
9.根据权利要求1所述的方法，其中：
10.根据权利要求1所述的方法，其中：
11.根据权利要求1所述的方法，其中：
12.一种采用权利要求1-11中任一项所述的方法制备得到双金属氧载体，包括
13.根据权利要求12所述的双金属氧载体，其中：
14.一种利用权利要求12-13中任一项所述的双金属氧载体进行中温甲烷化学链两步制氢的方法，包括：
15.根据权利要求14所述的方法，其中：
16.根据权利要求14所述的方法，还包括：
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述反应器为移动床反应器或固定床反应器。
18.根据权利要求14所述的方法，还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种双金属氧载体的制备方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获得包含金属氧化物载体、氧化铁活性组分和另一种金属的氧化物活性组分的混合粉末的方法包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其中，获得所述混合粉末的方法还包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获得包含金属氧化物载体、氧化铁活性组分和另一种金属的氧化物活性组分的混合粉末的方法包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其中，获得包含氧化铁/金属氧化物载体粉体与另一种金属的氧化物/金属氧化物载体粉体的方法还包括：
6.根据权利要求3或5所述的方法，其中：
7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述步骤2中的干燥为分段干燥，分段干燥温度为40-80℃；
...
【专利技术属性】
技术研发人员：金红光，刘明恺，潘莹，刘启斌，唐三力，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。