CN106753684B - 一种利用高炉渣制备化学链燃烧氧载体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用高炉渣制备化学链燃烧氧载体的方法，属于氧载体制备技术领域。本发明首先将高炉渣粉碎过筛后，与水进行搅拌混合并过滤，将滤渣干燥后，与脂肪醇聚氧乙烯醚进行混合碾磨并煅烧，得到化学链燃烧氧载体基体，再将椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和硝酸铁溶液进行搅拌混合后，加入柠檬酸搅拌后，加入化学链燃烧氧载体基体和硼氢化钠进行超声振荡并过滤，将滤渣煅烧即可。本发明制备的化学链燃烧氧载体载氧率高，载氧率达到95％以上，有助于燃料燃烧，使得燃烧率达到93％以上，在过度还原的情况下不会发生爆裂及表面烧结，延长了其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用高炉渣制备化学链燃烧氧载体的方法，属于氧载体制备技术领域。
背景技术
化学链燃烧技术是一种新型的、具有鲜明节能减排特色的燃烧技术，它具有CO2内分离性质，无需外加CO2分离装置即可捕获得到高纯度的CO2气体。化学链燃烧利用化学链燃烧系统中的高品位能源，实现了能量的梯级利用，提高了能源效率。这种方式无需在燃烧和分离两个过程中大量耗能，分离和回收CO2都不需要额外的能耗，不会降低系统效率，在回收CO2和控制NOx的方面占有绝对优势。化学链燃烧技术及其相关的拓展应用是一种新颖的能源转化利用系统，具有良好的发展前景，随着人类对清洁能源的需求和日益严格的环境要求，有望发展成为一种主流的清洁高效的燃烧工艺。氧载体在空气反应器和燃料反应器之间循环传递氧的同时也起着传递热量的作用。氧载体将空气反应器中吸收的热量带到燃料反应器中，这些热量有助于维持燃料反应器连续运行。
金属氧化物（Fe、Ni、Cu、Co、Mn等）为代表的氧载体的研究热点，但存在价格高，且存在重金属二次污染等问题。由于价格便宜，铁矿石氧载体引起了广泛的关注，但是铁基氧化物载氧率较低。CaSO4非金属氧载体，是通过CaSO4·CaS之间循环交替反应来实现燃料的燃烧，具有价格低廉、氧载率高等优点。CaSO4氧载体与Fe2O3氧载体，各自具有很强的特点：CaSO4具有很高的载氧能力，但在高温还原、再生过程中存在气体硫化物释放问题和硫释放引起的氧载体失活问题；Fe2O3具有较高的反应活性，并且H2S气体对Fe2O3氧载体载氧能力的影响不大，但载氧能力相对较弱，且在过度还原的情况下会发生爆裂、甚至表面烧结等一系列不可逆的化学相变过程。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对传统的铁基氧化物载氧体载氧率低，在过度还原的情况下会发生爆裂及表面烧结的问题，本发明首先将高炉渣粉碎过筛后，与水进行搅拌混合并过滤，将滤渣干燥后，与脂肪醇聚氧乙烯醚进行混合碾磨并煅烧，得到化学链燃烧氧载体基体，再将椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和硝酸铁溶液进行搅拌混合后，加入柠檬酸搅拌后，加入化学链燃烧氧载体基体和硼氢化钠进行超声振荡并过滤，将滤渣煅烧，即可得到化学链燃烧氧载体。本发明制备的化学链燃烧氧载体载氧率高，且在过度还原的情况下，不易发生爆裂、表面烧结的现象，具有广阔的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）取高炉渣放入粉碎机中粉碎，过100目筛，收集过筛颗粒，按质量比1:2，将过筛颗粒与水放入搅拌机中，以200r/min搅拌10～15min，再静置20～30min，去除漂浮的杂质，再进行过滤，收集滤渣，将滤渣放入90℃的干燥箱中干燥7～9h，收集干燥后的滤渣；
（2）将上述干燥后的滤渣与上述干燥后的滤渣质量3～6％的脂肪醇聚氧乙烯醚放入立磨机中，设定转速为120r/min，碾磨4～6h，随后将立磨机中的碾磨物放入煅烧炉中，设定温度为300～400℃，煅烧2～3h，随炉冷却至室温，收集煅烧物，得化学链燃烧氧载体基体，备用；
（3）按质量比1:6，取椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和质量分数为30％的硝酸铁溶液放入带有搅拌器及温度计的三口烧瓶中，使用氮气保护，并将三口烧瓶移至水浴锅中，设定温度为18～23℃，以130r/min搅拌20～30min，随后加入椰子油脂肪酸二乙醇酰胺等质量的柠檬酸，继续搅拌30～40min；
（4）在上述搅拌结束后，向三口烧瓶中加入三口烧瓶中混合物质量70～75％的步骤（2）备用的化学链燃烧氧载体基体，搅拌均匀，再将三口烧瓶置于超声波震荡器中，随后加入上述质量分数为30％的硝酸铁溶液质量45～50％的硼氢化钠，设定超声波震荡器频率为2.0～2.5MHz，震荡30～35min后进行过滤，收集滤渣，将滤渣放入煅烧炉中，设定温度为1000～1200℃，煅烧2～3h，随炉冷却至室温，收集煅烧物，即可得化学链燃烧氧载体。
本发明的应用方法：按质量比8:1～10:1，将本发明制备的化学链燃烧氧载体与贫煤进行搅拌混合均匀后，置于燃料反应器中，以10℃/min升温速率加热到150～200℃，保温10～12min后，再以35℃/min速率加热升温到850～920℃，使其完全燃烧即可，经检测，本发明制备的化学链燃烧氧载体载氧率达到95％以上，二氧化碳的浓度达到95％以上，燃烧效率达到93％以上。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的化学链燃烧氧载体载氧率高，载氧率达到95％以上，有助于燃料燃烧，使得燃烧率达到93％以上；
（2）本发明制备的化学链燃烧氧载体在过度还原的情况下不会发生爆裂及表面烧结，延长了其使用寿命；
（3）本发明制备的化学链燃烧氧载体制备步骤简单，所需成本较低，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
首先取高炉渣放入粉碎机中粉碎，过100目筛，收集过筛颗粒，按质量比1:2，将过筛颗粒与水放入搅拌机中，以200r/min搅拌10～15min，再静置20～30min，去除漂浮的杂质，再进行过滤，收集滤渣，将滤渣放入90℃的干燥箱中干燥7～9h，收集干燥后的滤渣；将上述干燥后的滤渣与上述干燥后的滤渣质量3～6％的脂肪醇聚氧乙烯醚放入立磨机中，设定转速为120r/min，碾磨4～6h，随后将立磨机中的碾磨物放入煅烧炉中，设定温度为300～400℃，煅烧2～3h，随炉冷却至室温，收集煅烧物，得化学链燃烧氧载体基体，备用；按质量比1:6，取椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和质量分数为30％的硝酸铁溶液放入带有搅拌器及温度计的三口烧瓶中，使用氮气保护，并将三口烧瓶移至水浴锅中，设定温度为18～23℃，以130r/min搅拌20～30min，随后加入椰子油脂肪酸二乙醇酰胺等质量的柠檬酸，继续搅拌30～40min；在上述搅拌结束后，向三口烧瓶中加入三口烧瓶中混合物质量70～75％的备用的化学链燃烧氧载体基体，搅拌均匀，再将三口烧瓶置于超声波震荡器中，随后加入上述质量分数为30％的硝酸铁溶液质量45～50％的硼氢化钠，设定超声波震荡器频率为2.0～2.5MHz，震荡30～35min后进行过滤，收集滤渣，将滤渣放入煅烧炉中，设定温度为1000～1200℃，煅烧2～3h，随炉冷却至室温，收集煅烧物，即可得化学链燃烧氧载体。
实例1
首先取高炉渣放入粉碎机中粉碎，过100目筛，收集过筛颗粒，按质量比1:2，将过筛颗粒与水放入搅拌机中，以200r/min搅拌15min，再静置30min，去除漂浮的杂质，再进行过滤，收集滤渣，将滤渣放入90℃的干燥箱中干燥9h，收集干燥后的滤渣；将上述干燥后的滤渣与上述干燥后的滤渣质量6％的脂肪醇聚氧乙烯醚放入立磨机中，设定转速为120r/min，碾磨6h，随后将立磨机中的碾磨物放入煅烧炉中，设定温度为400℃，煅烧3h，随炉冷却至室温，收集煅烧物，得化学链燃烧氧载体基体，备用；按质量比1:6，取椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和质量分数为30％的硝酸铁溶液放入带有搅拌器及温度计的三口烧瓶中，使用氮气保护，并将三口烧瓶移至水浴锅中，设定温度为23℃，以130r/min搅拌30min，随后加入椰子油脂肪酸二乙醇酰胺等质量的柠檬酸，继续搅拌40min；在上述搅拌结束后，向三口烧瓶中加入三口烧瓶中混合物质量75％的备用的化学链燃烧氧载体基体，搅拌均匀，再将三口烧瓶置于超声波震荡器中，随后加入上述质量分数为30％的硝酸铁溶液质量50％的硼氢化钠，设定超声波震荡器频率为2.5MHz，震荡35min后进行过滤，收集滤渣，将滤渣放入煅烧炉中，设定温度为1200℃，煅烧3h，随炉冷却至室温，收集煅烧物，即可得化学链燃烧氧载体。
按质量比10:1，将本发明制备的化学链燃烧氧载体与贫煤进行搅拌混合均匀后，置于燃料反应器中，以10℃/min升温速率加热到200℃，保温12min后，再以35℃/min速率加热升温到920℃，使其完全燃烧即可，经检测，本发明制备的化学链燃烧氧载体载氧率达到96％，二氧化碳的浓度达到96％，燃烧效率达到94％。
实例2
首先取高炉渣放入粉碎机中粉碎，过100目筛，收集过筛颗粒，按质量比1:2，将过筛颗粒与水放入搅拌机中，以200r/min搅拌10min，再静置20min，去除漂浮的杂质，再进行过滤，收集滤渣，将滤渣放入90℃的干燥箱中干燥7h，收集干燥后的滤渣；将上述干燥后的滤渣与上述干燥后的滤渣质量3％的脂肪醇聚氧乙烯醚放入立磨机中，设定转速为120r/min，碾磨4h，随后将立磨机中的碾磨物放入煅烧炉中，设定温度为300℃，煅烧2h，随炉冷却至室温，收集煅烧物，得化学链燃烧氧载体基体，备用；按质量比1:6，取椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和质量分数为30％的硝酸铁溶液放入带有搅拌器及温度计的三口烧瓶中，使用氮气保护，并将三口烧瓶移至水浴锅中，设定温度为18℃，以130r/min搅拌20min，随后加入椰子油脂肪酸二乙醇酰胺等质量的柠檬酸，继续搅拌30min；在上述搅拌结束后，向三口烧瓶中加入三口烧瓶中混合物质量70％的备用的化学链燃烧氧载体基体，搅拌均匀，再将三口烧瓶置于超声波震荡器中，随后加入上述质量分数为30％的硝酸铁溶液质量50％的硼氢化钠，设定超声波震荡器频率为2.0MHz，震荡30min后进行过滤，收集滤渣，将滤渣放入煅烧炉中，设定温度为1000℃，煅烧2h，随炉冷却至室温，收集煅烧物，即可得化学链燃烧氧载体。
按质量比8:1，将本发明制备的化学链燃烧氧载体与贫煤进行搅拌混合均匀后，置于燃料反应器中，以10℃/min升温速率加热到150℃，保温10min后，再以35℃/min速率加热升温到850℃，使其完全燃烧即可，经检测，本发明制备的化学链燃烧氧载体载氧率达到97％，二氧化碳的浓度达到97％，燃烧效率达到95％。
实例3
首先取高炉渣放入粉碎机中粉碎，过100目筛，收集过筛颗粒，按质量比1:2，将过筛颗粒与水放入搅拌机中，以200r/min搅拌12min，再静置25min，去除漂浮的杂质，再进行过滤，收集滤渣，将滤渣放入90℃的干燥箱中干燥8h，收集干燥后的滤渣；将上述干燥后的滤渣与上述干燥后的滤渣质量5％的脂肪醇聚氧乙烯醚放入立磨机中，设定转速为120r/min，碾磨5h，随后将立磨机中的碾磨物放入煅烧炉中，设定温度为350℃，煅烧3h，随炉冷却至室温，收集煅烧物，得化学链燃烧氧载体基体，备用；按质量比1:6，取椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和质量分数为30％的硝酸铁溶液放入带有搅拌器及温度计的三口烧瓶中，使用氮气保护，并将三口烧瓶移至水浴锅中，设定温度为20℃，以130r/min搅拌25min，随后加入椰子油脂肪酸二乙醇酰胺等质量的柠檬酸，继续搅拌35min；在上述搅拌结束后，向三口烧瓶中加入三口烧瓶中混合物质量72％的备用的化学链燃烧氧载体基体，搅拌均匀，再将三口烧瓶置于超声波震荡器中，随后加入上述质量分数为30％的硝酸铁溶液质量47％的硼氢化钠，设定超声波震荡器频率为2.2MHz，震荡32min后进行过滤，收集滤渣，将滤渣放入煅烧炉中，设定温度为1100℃，煅烧2h，随炉冷却至室温，收集煅烧物，即可得化学链燃烧氧载体。
按质量比9:1，将本发明制备的化学链燃烧氧载体与贫煤进行搅拌混合均匀后，置于燃料反应器中，以10℃/min升温速率加热到170℃，保温11min后，再以35℃/min速率加热升温到900℃，使其完全燃烧即可，经检测，本发明制备的化学链燃烧氧载体载氧率达到96％，二氧化碳的浓度达到98％，燃烧效率达到94％。
Claims (1)
1.一种利用高炉渣制备化学链燃烧氧载体的方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）取高炉渣放入粉碎机中粉碎，过100目筛，收集过筛颗粒，按质量比1:2，将过筛颗粒与水放入搅拌机中，以200r/min搅拌10～15min，再静置20～30min，去除漂浮的杂质，再进行过滤，收集滤渣，将滤渣放入90℃的干燥箱中干燥7～9h，收集干燥后的滤渣；
（2）将上述干燥后的滤渣与上述干燥后的滤渣质量3～6％的脂肪醇聚氧乙烯醚放入立磨机中，设定转速为120r/min，碾磨4～6h，随后将立磨机中的碾磨物放入煅烧炉中，设定温度为300～400℃，煅烧2～3h，随炉冷却至室温，收集煅烧物，得化学链燃烧氧载体基体，备用；
（3）按质量比1:6，取椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和质量分数为30％的硝酸铁溶液放入带有搅拌器及温度计的三口烧瓶中，使用氮气保护，并将三口烧瓶移至水浴锅中，设定温度为18～23℃，以130r/min搅拌20～30min，随后加入椰子油脂肪酸二乙醇酰胺等质量的柠檬酸，继续搅拌30～40min；
（4）在上述搅拌结束后，向三口烧瓶中加入三口烧瓶中混合物质量70～75％的步骤（2）备用的化学链燃烧氧载体基体，搅拌均匀，再将三口烧瓶置于超声波震荡器中，随后加入上述质量分数为30％的硝酸铁溶液质量45～50％的硼氢化钠，设定超声波震荡器频率为2.0～2.5MHz，震荡30～35min后进行过滤，收集滤渣，将滤渣放入煅烧炉中，设定温度为1000～1200℃，煅烧2～3h，随炉冷却至室温，收集煅烧物，即可得化学链燃烧氧载体。
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