CN104164273B - 一种钙基载氧体的制备方法 - Google Patents

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本发明属于化学链燃烧系统中载氧体的制备技术领域,特别涉及一种钙基载氧体的制备方法。载氧体以硫酸钙为主体原料,以拟薄水铝石、硅溶胶等为惰性组分,将硫酸钙粉末、惰性组分和适量水加入到球磨机中,充分混合,并通过挤压成型、干燥及煅烧工艺得到具有一定机械强度的条状载氧体。本发明具有制备方法简单、制得的载氧体价格低廉、载氧能力高、机械强度高等优点。本发明提供一种具有工业潜力的钙基载氧体制备方法,解决了现有技术中存在的载氧体成型难,机械强度差的问题。

Description

一种钙基载氧体的制备方法
技术领域
本发明属于化学链燃烧系统中载氧体的制备技术领域,特别涉及一种钙基载氧体的制备方法。
背景技术
化学链燃烧技术(Chemical-loopingCombustion,CLC)是一种全新的燃烧技术,可以实现高效低成本的CO2捕集。化学链燃烧的基本原理是通过载氧体的还原和氧化反应实现空气和燃料的间接燃烧。CLC系统由氧化反应器即空气反应器,还原反应器即燃料反应器和载氧体组成。载氧体由金属氧化物或非金属硫酸化合物与载体组成,其中金属氧化物或非金属硫酸化合物是真正参与反应传递氧的物质,而载体是用来承载金属氧化物或非金属硫酸化合物并提高化学反应特性的物质,所以载氧体的性能好坏是影响CLC系统效率高低的最重要的因素。目前常用的载氧体多为包含Ni、Cu、Mn、Fe和Co等元素的金属氧化物,具有反应活性高且循环性能好等优点,但在以可燃固体废弃物为燃料的化学链反应系统中,载氧体可以与可燃固体废弃物中的硫和灰分发生反应造成载氧体失活,同时载氧体难以与可燃固体废弃物完全分离会造成载氧体损失,而这些载氧体价格又比较昂贵,因此这类载氧体不适用于以可燃固体废弃物为燃料的化学链燃烧系统。一些天然的铁矿石和硫酸钙等虽然其价格低廉,但由于其机械强度不好,使用中需要大量的载氧体进行循环反应。因此制备价格低廉且机械强度好的载氧体对实现可燃固体废弃物化学链燃烧具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于解决现有载氧体存在的价格昂贵、机械强度低的缺陷,提供了一种钙基载氧体的制备方法。
为实现上述目的本发明采用的技术方案为:
一种钙基载氧体的制备方法以硫酸钙作为主体原料,在以氧化铝、硅溶胶或甘油作为惰性组分,采用机械混合法,通过研磨、成型、干燥及煅烧后得到具有机械强度介于5N和70N之间的条状硫酸钙载氧体。
进一步的说,将主体原料和惰性组分混合,待呈黏糊状后加入到球磨机中充分混合取出挤压成型,成型后于马弗炉煅烧500-900℃下,煅烧5-12h,煅烧后即得到条状载氧体;其中,惰性组分于载氧体中的负载量为16%~66.7%。所述主体原料和惰性可由水混合成糊状物,待用。
所述球磨机转速为150-250r/min,碾磨时间为4-16h。
所述挤压成型后于室温下干燥处理8-12h。
本发明与传统方法相比所具有的优点:本发明将惰性载体和硫酸钙用机械混合法充分混合,通过成型,干燥及煅烧后得到条状的载氧体,制备方法简单;载氧体价格低廉、对环境友好、机械强度高于普通钙基载氧体且其载氧能力也远远高于其他金属氧化物载氧体;以硫酸钙(CaSO4)为基体的载氧体由于CaSO4颗粒和合成气CO、H2还原反应的活化性能与NiO接近,活性组分分布均匀,反应性能高。一种条状载氧体的制备方法。本发明具有制备方法简单、制备的载氧体价格低廉、载氧能力高于其他金属氧化物载氧体、且机械强度高于普通钙基载氧体的优点。同时本发明获得的载体可作为用于以煤、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为本发明实施例提供的添加惰性载体的硫酸钙载氧体。
图2为本发明实施例提供的硅溶胶和硫酸钙配比1:1的条状载氧体与CH4反应前的XRD谱图。
图3为本发明实施例提供的硅溶胶和硫酸钙配比1:1的条状载氧体与CH4反应后的XRD谱图。
图4为本发明实施例提供的硅溶胶和硫酸钙配比1:1的条状载氧体与CH4反应的热重曲线图。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。本实施方案以硫酸钙为主体原料,以氧化铝、硅溶胶或甘油为惰性组分,其硫酸钙的负载量为16%~66.7%。将硫酸钙粉末、惰性组分和适量水加入到球磨机中,球磨机转速为150-250r/min,碾磨时间为4-16h。然后将混合好的载氧体挤压成型,并置于马弗炉500-900℃的温度下煅烧,煅烧时间为5-12h。
实施例1:
将40g硫酸钙(CaSO4)颗粒、40ml硅溶胶和10个大小磨球一起放入球磨罐中。设置球磨机转速为200r/min,碾磨时间为6h。将球磨后收集到的产物用针管等成型工具挤成条状,并置于室温下干燥12h。最后将已经成型的产物置于800℃马弗炉中进行煅烧5h,即可得到惰性载体负载量为50%的条状载氧体(参见图1)。
将所获得的直径2mm,长度4mm的载氧体的机械强度可达45.65N,其机械强度按照GB102012-88颗粒平均抗压强度测定;同时按照同样条件下制备未添加惰性组分的纯硫酸钙载氧体机械强度为0N。
实施例2:
将50g硫酸钙(CaSO4)颗粒、50ml硅溶胶和10个大小磨球一起放入球磨罐中。设置球磨机转速为200r/min,碾磨时间为6h。将球磨后收集到的产物用针管等成型工具挤成条状,并置于室温下干燥12h。最后将已经成型的产物置于800℃马弗炉中进行煅烧5h,即可得到惰性载体负载量为50%的条状载氧体。
将所获得的载氧体的机械强度可达45.65N,同时按照同样条件下制备未添加惰性组分的纯硫酸钙载氧体机械强度为0N。
实施例3:
将50g硫酸钙(CaSO4)颗粒、10ml硅溶胶、20ml去离子水和10个大小磨球一起放入球磨罐中。设置球磨机转速为200r/min,碾磨时间为6h。将球磨后收集到的产物用针管等成型工具挤成条状,并置于室温下干燥12h。最后将已经成型的产物置于800℃马弗炉中进行煅烧5h,即可得到惰性载体负载量为16.7%的条状载氧体。
将所获得的载氧体的机械强度可达13N,同时按照同样条件下制备未添加惰性组分的纯硫酸钙载氧体机械强度为0N。
实施例4:
将50g硫酸钙(CaSO4)颗粒、10ml甘油、20ml去离子水和10个大小磨球一起放入球磨罐中。设置球磨机转速为200r/min,碾磨时间为6h。将球磨后收集到的产物用针管等成型工具挤成条状,并置于室温下干燥12h。最后将已经成型的产物置于500℃马弗炉中进行煅烧5h,即可得到惰性载体负载量为16.7%的条状载氧体。
将所获得的载氧体的机械强度可达69.5N,同时按照同样条件下制备未添加惰性组分的纯硫酸钙载氧体机械强度为0N。
实施例5:
将50g硫酸钙(CaSO4)颗粒、20g拟薄水铝石、40ml去离子水和10个大小磨球一起放入球磨罐中。设置球磨机转速为200r/min,碾磨时间为6h。将球磨后收集到的产物用针管等成型工具挤成条状,并置于室温下干燥12h。最后将已经成型的产物置于800℃马弗炉中进行煅烧5h,即可得到惰性载体负载量为28.6%的条状载氧体。
将所获得的载氧体的机械强度可达5.74N,同时按照同样条件下制备未添加惰性组分备的纯硫酸钙载氧体机械强度为0N。
利用上述实施例制备获得的载氧体与CH4反应,反应前后的XRD谱图(参见图2和3),同时反应的热重曲线(参见图4)。
由图4本发明实施例提供的硅溶胶和硫酸钙配比1:1的条状载氧体与CH4反应的热重曲线图可见,反应温度为900℃,硅溶胶SiO2浓度为30%。从图中可以看出,添加了硅溶胶的硫酸钙载氧体质量从100%降到60%。由于其有效组分硫酸钙的比重占载氧体质量的77%,通过计算可知此种载氧体转化率为100%时的理论失重量是41%,即最大能降到59%,与实验结果基本吻合。这说明,添加了硅溶胶的硫酸钙载氧体在还原反应中,其所含CaSO4几乎完全转化为CaS,无其他副反应发生,正如反应式(1)所示。
CaSO4+CH4→CaS+CO2+2H2O(1)
同时由反应前后的XRD谱图(图2和图3)。从图2中可以看出反应前,XRD谱图全是硫酸钙的特征峰,说明在此温度范围内煅烧的载氧体各组分之间分散较好,具有细小的载氧体颗粒。对比可以看出,图3中并未出现SiO2衍射峰,说明经过900℃的还原反应,载氧体中的惰性组分仍为无定型状态,同时生成的CaO与SiO2反应生成了CaSiO3
另外,由于以煤、生物质和城市固体废弃物为燃料的化学链燃烧过程中通过载氧体在空气反应器和燃料反应器之间的循环,将空气中的氧传递到燃料中,从而实现燃料与空气的非接触燃烧。具体是,在燃料反应器内CaSO4载氧体与燃料发生还原反应,并吸收热量,其反应式如下: C x H y O x + 4 x + y - 2 z B CaS O 4 → 4 x + y - 2 z B CaS + xC O 2 + y 2 H 2 O ; 在燃料反应器内被还原的CaSO4载氧体颗粒回到空气反应器中并与空气中的氧气发生氧化反应,放出热量,其反应式如下:CaS+2O2→CaSO4。而本发明上述制备所得的在载氧体在还原反应中,其所含CaSO4几乎完全转化为CaS,无其他副反应发生,因此可适用于作为化学链燃烧的载氧体。

Claims (4)

1.一种钙基载氧体的制备方法,其特征在于:以硫酸钙作为主体原料,在以氧化铝、硅溶胶或甘油作为惰性组分,采用机械混合法,通过研磨、成型、干燥及煅烧后得到具有一定机械强度的条状硫酸钙载氧体;
将主体原料和惰性组分混合,待呈黏糊状后加入到球磨机中充分混合取出挤压成型,成型后于马弗炉煅烧500-900℃下,煅烧5-12h,煅烧后即得到条状载氧体;其中,惰性组分于载氧体中的负载量为16%~66.7%。
2.按权利要求1 所述的钙基载氧体的制备方法,其特征在于:所述主体原料和惰性组分可由水混合成糊状物,待用。
3.按权利要求1所述的钙基载氧体的制备方法,其特征在于:所述球磨机转速为150-250r/min,碾磨时间为4-16h。
4.按权利要求1所述的钙基载氧体的制备方法,其特征在于:所述挤压成型后于室温下干燥处理8-12h。
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