CN115069256A - 一种载氧体及其在纤维素类固体废弃物化学链气化中的应用 - Google Patents
一种载氧体及其在纤维素类固体废弃物化学链气化中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115069256A CN115069256A CN202210893540.1A CN202210893540A CN115069256A CN 115069256 A CN115069256 A CN 115069256A CN 202210893540 A CN202210893540 A CN 202210893540A CN 115069256 A CN115069256 A CN 115069256A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- oxygen carrier
- solid waste
- oxygen
- cellulose solid
- nio
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 128
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 126
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 126
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 62
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 238000002309 gasification Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 69
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 43
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 35
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 37
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 25
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 16
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 13
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 12
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 11
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 10
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 claims description 6
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 claims description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 4
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 3
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 66
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 32
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 32
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 13
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 7
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 3
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 3
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910014460 Ca-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000004523 catalytic cracking Methods 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000009264 composting Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052815 sulfur oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/002—Mixed oxides other than spinels, e.g. perovskite
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/78—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with alkali- or alkaline earth metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/72—Other features
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2523/00—Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
- C10J2300/0916—Biomass
- C10J2300/092—Wood, cellulose
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0953—Gasifying agents
- C10J2300/0973—Water
- C10J2300/0976—Water as steam
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0983—Additives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0983—Additives
- C10J2300/0986—Catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种载氧体及其在纤维素类固体废弃物化学链气化中的应用。一种载氧体，所述的载氧体由NiO和Ca2Fe2O5组成，Ca2Fe2O5为活性基底，NiO负载在Ca2Fe2O5之上。将载氧体粉料与纤维素类固体废弃物粉料以质量比0.5～1.5的比例均匀混合加入反应器，在750℃～850℃温度下，同时加入0～4.8倍质量于纤维素类固体废弃物的水蒸气进行气化反应，结束后，将载氧体粉料于相同温度下在有氧环境下煅烧再生，完成纤维素类固体废弃物的化学链气化过程。本发明提出的载氧体应用于纤维素类固体废弃物的化学链气化，拓宽了纤维素类固体废弃物的资源化利用途径，实现了纤维素类固体废弃物的低能、低污利用。
Description
技术领域：
本发明涉及固体废物综合利用技术领域，具体涉及一种载氧体及其在纤维素类固体废弃物化学链气化中的应用。
背景技术：
纤维素类固体废弃物是城市固体废弃物的主要来源之一，占城市固体废弃物中的三成以上。纤维素类固体废弃物主要成分为纤维素，含有大量的C、H、O元素和化学能，具有丰富的潜在能源和资源价值。目前针对纤维素类固体废弃物的主要处理方式包括再生、燃烧、填埋、堆肥、热解气化等。由于纤维素类固体废弃物中含有大量挥发分，热解气化效率高，因此采用气化方式处理纤维素类固体废弃物有着能量利用效率高，污染可控，且规模灵活，易于实现多联产资源化利用。但传统气化方式生成焦油较多，且合成气会弥散于来自空气的氮气中，合成气品质较低。采用化学链气化的手段对纤维素类固体废弃物进行化学链气化可以利用载氧体的还原态的催化作用有效原位催化裂解焦油。同时利用化学链气化手段能够避免纤维素类固体废弃物杂质中的N、S等元素生成热力型氮氧化物和硫氧化物，减少污染产生的，有效将纤维素类固体废弃物转化为合成气的同时避免其与氮气混合，提高了合成气品质，实现了对纤维素类固体废弃物进行有效的能源化资源化利用。
目前载氧体多数适用于化学链燃烧，因此对于燃料的氧化较为深度，容易产生较多的CO2与H2O。而Ca-Fe氧化物虽然对于CO与H2的选择性高，但其释氧能力较弱，且对芳香类焦油的裂解活性差，难以适应高挥发分原料。通过新型载氧体的开发和制备能够有效分解焦油，使其适用于纤维素类固体废弃物等高挥发分原料的化学链气化。
发明内容：
为了解决现有技术的不足和问题，本发明提出一种载氧体及其在纤维素类固体废弃物化学链气化中的应用，本发明利用NiO与Ca2Fe2O5相结合，大幅提高了载氧体原位裂解焦油的能力，同时避免了载氧体对于燃料的过分氧化，提高了燃料化学链气化的能量利用效率。
本发明的一个目的是提供一种载氧体，所述的载氧体由NiO和Ca2Fe2O5组成，Ca2Fe2O5为活性基底，NiO负载在Ca2Fe2O5之上。
优选地，以质量百分数计，所述的载氧体中Ca2Fe2O5的含量为64％～88％，NiO的含量为12％～36％。
本发明的另一个目的是保护上述载氧体的制备方法，包括如下步骤：
(1)将铁盐和钙盐溶于去离子水中，再将柠檬酸、乙二醇溶于上述溶液中，得到溶胶；
(2)将步骤(1)中的溶胶蒸干得到干凝胶，将干凝胶预煅烧、煅烧、研磨得到基底粉料；
(3)将镍盐溶于去离子水中，得到负载液，将步骤(2)中的基底粉料加入负载液中，分散均匀得到混合物；
(4)将步骤(3)中的混合物蒸干得到混合料，将混合料煅烧、研磨得到所述载氧体粉料。
优选地，步骤(1)中所述的铁盐和钙盐的摩尔比为1:1，柠檬酸与铁盐的摩尔比为2～2.25:1。所述的铁盐为Fe(NO3)3·9H2O，钙盐为Ca(NO3)2·4H2O，镍盐为Ni(NO3)2·6H2O。
优选地，步骤(2)中所述的溶胶蒸干的温度为120℃～140℃，预煅烧温度为450℃～550℃，预煅烧时间为1.5～2.5h，煅烧温度为950℃～1050℃，煅烧时间为7.5～8.5h。进一步优选，步骤(2)中所述的溶胶蒸干的温度为130℃，预煅烧温度为500℃，预煅烧时间为2h，煅烧温度为1000℃，煅烧时间为8h。
优选地，步骤(4)中所述的混合物蒸干温度为100℃～110℃，煅烧温度为950℃～1050℃，煅烧时间为7.5～8.5h，载氧体粉料的粒度范围为50～200目。进一步优选，步骤(4)中所述的混合物蒸干温度为105℃，煅烧温度为1000℃，煅烧时间为8h。
优选地，步骤(4)中所述的载氧体粉料中Ca2Fe2O5的含量为64％～88％，NiO的含量为12％～36％。
本发明还保护上述载氧体在纤维素类固体废弃物化学链气化中的应用，包括如下步骤：将纤维素类固体废弃物和所述的载氧体与水蒸气加入反应器中进行气化反应后，通入氧气保持温度不变，实现载氧体再生，完成化学链气化过程。所述的纤维素类固体废弃物为粉料，粒度范围为50～200目。
本发明利用NiO发生还原之后对芳香类焦油有催化裂解效应的特点，以及Ca2Fe2O5氧化碳氢化合物时对CO和H2选择性高的特点，结合纤维素类固体废弃物高挥发分的特点，有效实现了城市固体废弃物的资源化能源化利用。
优选地，所述的气化反应温度为750℃～950℃，反应时间为10～60min。进一步优选，所述的气化反应温度为850℃～950℃，反应时间为20～50min。
优选地，所述的载氧体和纤维素类固体废弃物的质量比为1～3:2，所述的水蒸气加入量与纤维素类固体废弃物的质量比为0～4.8。氧气含量占所通入气体含量的20％～100％。
本发明跟现有技术相比具有如下优点：
1、本发明利用NiO与Ca2Fe2O5相结合，大幅提高了载氧体原位裂解焦油的能力，同时避免了载氧体对于燃料的过分氧化，提高了燃料化学链气化的能量利用效率。850℃温度下，纤维素类固体废弃物中的碳高达99％转化为了合成气中的碳，而CO2体积仅占合成气体积的11％。
2、本发明应用于纤维素类固体废弃物的化学链气化，拓宽了纤维素类固体废弃物的资源化利用途径，实现了纤维素类固体废弃物的低能、低污利用。
3、本发明提出的制备方法操作简单，无需投入额外的成本，可进一步推广应用于其它高挥发分原料的资源化、能源化利用。
附图说明
图1为本发明实施例1所制得的载氧体NiO-Ca2Fe2O5的X射线衍射图。
图2为本发明实施例1所制得的载氧体NiO-Ca2Fe2O5的X射线光电子能谱。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除特别说明，本发明使用的设备和试剂为本技术领域常规市购产品。下述实施例中纤维素类固体废弃物为某造纸厂生产中产生的干燥废弃纸浆。
实施例1
一种载氧体，按质量百分含量计，载氧体由12％的NiO和88％的Ca2Fe2O5构成，其中，Ca2Fe2O5为基底，NiO负载在Ca2Fe2O5上。
上述载氧体的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取16.16g Fe(NO3)3·9H2O及9.42g Ca(NO3)2·4H2O溶解于适量去离子水中，然后将16.82g柠檬酸及16mL乙二醇加入溶液中形成溶胶。
(2)将上述溶胶于130℃鼓风干燥箱中放置20h，形成干凝胶，将干凝胶简单破碎之后于500℃马弗炉中煅烧2h，之后于1000℃马弗炉中煅烧8h。待冷却后将所得Ca2Fe2O5基底破碎，研磨，过50目筛，得到基底粉料。
(3)称取5.42g Ni(NO3)2·6H2O溶于适量去离子水中，得到负载液，步骤(2)中得到的基底粉料加入负载液中得到混合物，将混合物在搅拌情况下置于超声波发生器内，在100W功率下，超声处理2h，分散均匀得到分散液。
(4)将分散液于105℃鼓风干燥箱中放置3h，得到混合料，将混合料于1000℃马弗炉中煅烧8h。待冷却后将所得NiO-Ca2Fe2O5载氧体研磨，过50目筛和200目筛，取中间部分粉料，得到载氧体粉料。
图1为本实施例得到的载氧体的粉末X射线衍射图，由图1可以得出，载氧体主要由NiO和Ca2Fe2O5构成，且两种组分较为分离。图2为本实施例得到的载氧体的X射线光电子能谱，由图2可以得出在载氧体表面Ni元素和Fe元素的摩尔比约为4:1，而载氧体整体上Ni元素和Fe元素的摩尔比约为1:4，因此可以认为NiO主要分布于载氧体外侧。
实施例2
一种载氧体，按质量百分含量计，载氧体由Ca2Fe2O5构成。
上述载氧体的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取16.16g Fe(NO3)3·9H2O及9.42g Ca(NO3)2·4H2O溶解于适量去离子水中，然后将16.82g柠檬酸及16mL乙二醇加入溶液中形成溶胶。
(2)将上述溶胶于130℃鼓风干燥箱中放置20h，形成干凝胶，将干凝胶简单破碎之后于500℃马弗炉中煅烧2h，之后于1000℃马弗炉中煅烧8h。待冷却后将所得Ca2Fe2O5基底破碎，研磨，过50目筛，取中间部分粉料，得到载氧体粉料。
实施例3
一种载氧体，按质量百分含量计，载氧体由22％的NiO和78％的Ca2Fe2O5构成，其中，Ca2Fe2O5为基底，NiO负载在Ca2Fe2O5上。
上述载氧体的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取16.16g Fe(NO3)3·9H2O及9.42g Ca(NO3)2·4H2O溶解于适量去离子水中，然后将16.82g柠檬酸及16mL乙二醇加入溶液中形成溶胶。
(2)将上述溶胶于130℃鼓风干燥箱中放置20h，形成干凝胶，将干凝胶简单破碎之后于500℃马弗炉中煅烧2h，之后于1000℃马弗炉中煅烧8h。待冷却后将所得Ca2Fe2O5基底破碎，研磨，过50目筛，得到基底粉料。
(3)称取10.84g Ni(NO3)2·6H2O溶于适量去离子水中，得到负载液，步骤(2)中得到的基底粉料加入负载液中得到混合物，将混合物在搅拌情况下置于超声波发生器内，在100W功率下，超声处理2h，分散均匀得到分散液。
(4)将分散液于105℃鼓风干燥箱中放置3h，得到混合料，将混合料于1000℃马弗炉中煅烧8h。待冷却后将所得NiO-Ca2Fe2O5载氧体研磨，过50目筛和200目筛，取中间部分粉料，得到载氧体粉料。
实施例4
一种载氧体，按质量百分含量计，载氧体由36％的NiO和64％的Ca2Fe2O5构成，其中，Ca2Fe2O5为基底，NiO负载在Ca2Fe2O5上。
上述载氧体的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取16.16g Fe(NO3)3·9H2O及9.42g Ca(NO3)2·4H2O溶解于适量去离子水中，然后将16.82g柠檬酸及16mL乙二醇加入溶液中形成溶胶。
(2)将上述溶胶于130℃鼓风干燥箱中放置20h，形成干凝胶，将干凝胶简单破碎之后于500℃马弗炉中煅烧2h，之后于1000℃马弗炉中煅烧8h。待冷却后将所得Ca2Fe2O5基底破碎，研磨，过50目筛，得到基底粉料。
(3)称取21.68g Ni(NO3)2·6H2O溶于适量去离子水中，得到负载液，步骤(2)中得到的基底粉料加入负载液中得到混合物，将混合物在搅拌情况下置于超声波发生器内，在100W功率下，超声处理2h，分散均匀得到分散液。
(4)将分散液于105℃鼓风干燥箱中放置3h，得到混合料，将混合料于1000℃马弗炉中煅烧8h。待冷却后将所得NiO-Ca2Fe2O5载氧体研磨，过50目筛和200目筛，取中间部分粉料，得到载氧体粉料。
实施例5
将50～200目的纤维素类固体废弃物和实施例1中的载氧体粉料以质量比1:1进行均匀研磨混合加入反应器进行化学链气化反应，反应温度为850℃，反应时间为45min，反应压力为常压，水蒸气加入量与纤维素类固体废弃物的质量比为2.4，气化反应后通入氧气使载氧体再生，氧气含量占所通入气体含量的60％。
通过气相色谱分析产生合成气中各类物质的含量，计算得到产率。在首次使用中产生合成气中各气体产率如下：CH4：0.0645Nm3/kg，CO2:0.2102Nm3/kg，CO：0.5685Nm3/kg，H2：0.7323Nm3/kg。总合成气产率为1.5655Nm3/kg，碳转化率为98.61％。
实施例6
将50～200目的纤维素类固体废弃物和实施例2中的载氧体粉料以质量比1:1进行均匀研磨混合加入反应器进行化学链气化反应，反应温度为850℃，反应时间为45min，反应压力为常压，水蒸气加入量与纤维素类固体废弃物的质量比为2.4，气化反应后通入氧气使载氧体再生，氧气含量占所通入气体含量的60％。
通过气相色谱分析产生合成气中各类物质的含量，计算得到产率。在首次使用中产生合成气中各气体产率如下：CH4：0.0887Nm3/kg，CO2:0.1395Nm3/kg，CO：0.4516Nm3/kg，H2：0.3135Nm3/kg。总合成气产率为0.9933Nm3/kg，碳转化率为75.03％。
实施例7
将50～200目的纤维素类固体废弃物和实施例3中的载氧体粉料以质量比1:1进行均匀研磨混合加入反应器进行化学链气化反应，反应温度为850℃，反应时间为45min，反应压力为常压，水蒸气加入量与纤维素类固体废弃物的质量比为2.4，气化反应后通入氧气使载氧体再生，氧气含量占所通入气体含量的60％。
通过气相色谱分析产生合成气中各类物质的含量，计算得到产率。在首次使用中产生合成气中各气体产率如下：CH4：0.0572Nm3/kg，CO2:0.2164Nm3/kg，CO：0.5803Nm3/kg，H2：0.7563Nm3/kg。总合成气产率为1.6102Nm3/kg，碳转化率为99.03％。
实施例8
将50～200目的纤维素类固体废弃物和实施例3中的载氧体粉料以质量比1:1进行均匀研磨混合加入反应器进行化学链气化反应，反应温度为850℃，反应时间为45min，反应压力为常压，水蒸气加入量与纤维素类固体废弃物的质量比为2.4，气化反应后通入氧气使载氧体再生，氧气含量占所通入气体含量的60％。
通过气相色谱分析产生合成气中各类物质的含量，计算得到产率。在首次使用中产生合成气中各气体产率如下：CH4：0.0558Nm3/kg，CO2:0.2206Nm3/kg，CO：0.5103Nm3/kg，H2：0.7602Nm3/kg。总合成气产率为1.5469Nm3/kg，碳转化率为96.53％。
实施例9
将50～200目的纤维素类固体废弃物和实施例1中的载氧体粉料以质量比1:1进行均匀研磨混合加入反应器进行化学链气化反应，反应温度为750℃，反应时间为45min，反应压力为常压，水蒸气加入量与纤维素类固体废弃物的质量比为2.4，气化反应后通入氧气使载氧体再生，氧气含量占所通入气体含量的60％。
通过气相色谱分析产生合成气中各类物质的含量，计算得到产率。在首次使用中产生合成气中各气体产率如下：CH4：0.0328Nm3/kg，CO2:0.2406Nm3/kg，CO：0.3612Nm3/kg，H2：0.6801Nm3/kg。总合成气产率为1.3147Nm3/kg，碳转化率为80.35％。
实施例10
将50～200目的纤维素类固体废弃物和实施例1中的载氧体粉料以质量比1:1进行均匀研磨混合加入反应器进行化学链气化反应，反应温度为800℃，反应时间为45min，反应压力为常压，水蒸气加入量与纤维素类固体废弃物的质量比为2.4，气化反应后通入氧气使载氧体再生，氧气含量占所通入气体含量的60％。
通过气相色谱分析产生合成气中各类物质的含量，计算得到产率。在首次使用中产生合成气中各气体产率如下：CH4：0.0621Nm3/kg，CO2:0.1925Nm3/kg，CO：0.4201Nm3/kg，H2：0.6524Nm3/kg。总合成气产率为1.3271Nm3/kg，碳转化率为83.71％。
实施例11
将50～200目的纤维素类固体废弃物和实施例1中的载氧体粉料以质量比1:1进行均匀研磨混合加入反应器进行化学链气化反应，反应温度为900℃，反应时间为45min，反应压力为常压，水蒸气加入量与纤维素类固体废弃物的质量比为2.4，气化反应后通入氧气使载氧体再生，氧气含量占所通入气体含量的60％。
通过气相色谱分析产生合成气中各类物质的含量，计算得到产率。在首次使用中产生合成气中各气体产率如下：CH4：0.0651Nm3/kg，CO2:0.1652Nm3/kg，CO：0.5775Nm3/kg，H2：0.7360Nm3/kg。总合成气产率为1.6271Nm3/kg，碳转化率为98.85％。
实施例12
将50～200目的纤维素类固体废弃物和实施例1中的载氧体粉料以质量比1:1进行均匀研磨混合加入反应器进行化学链气化反应，反应温度为950℃，反应时间为45min，反应压力为常压，水蒸气加入量与纤维素类固体废弃物的质量比为2.4，气化反应后通入氧气使载氧体再生，氧气含量占所通入气体含量的60％。
通过气相色谱分析产生合成气中各类物质的含量，计算得到产率。在首次使用中产生合成气中各气体产率如下：CH4：0.0624Nm3/kg，CO2:0.1772Nm3/kg，CO：0.6075Nm3/kg，H2：0.7765Nm3/kg。总合成气产率为1.6236Nm3/kg，碳转化率为99.85％。
实施例13
将50～200目的纤维素类固体废弃物和实施例1中的载氧体粉料以质量比1:1进行均匀研磨混合加入反应器进行化学链气化反应，反应温度为850℃，反应时间为45min，反应压力为常压，水蒸气加入量与纤维素类固体废弃物的质量比为0，气化反应后通入氧气使载氧体再生，氧气含量占所通入气体含量的60％。
通过气相色谱分析产生合成气中各类物质的含量，计算得到产率。在首次使用中产生合成气中各气体产率如下：CH4：0.0645Nm3/kg，CO2:0.2302Nm3/kg，CO：0.5565Nm3/kg，H2：0.4723Nm3/kg。总合成气产率为1.3035Nm3/kg，碳转化率为98.86％。
实施例14
将50～200目的纤维素类固体废弃物和实施例1中的载氧体粉料以质量比1:1进行均匀研磨混合加入反应器进行化学链气化反应，反应温度为850℃，反应时间为45min，反应压力为常压，水蒸气加入量与纤维素类固体废弃物的质量比为1.2，气化反应后通入氧气使载氧体再生，氧气含量占所通入气体含量的60％。
通过气相色谱分析产生合成气中各类物质的含量，计算得到产率。在首次使用中产生合成气中各气体产率如下：CH4：0.0695Nm3/kg，CO2:0.2241Nm3/kg，CO：0.4552Nm3/kg，H2：0.7098Nm3/kg。总合成气产率为1.4586Nm3/kg，碳转化率为95.17％。
实施例15
将50～200目的纤维素类固体废弃物和实施例1中的载氧体粉料以质量比1:1进行均匀研磨混合加入反应器进行化学链气化反应，反应温度为850℃，反应时间为45min，反应压力为常压，水蒸气加入量与纤维素类固体废弃物的质量比为3.6，气化反应后通入氧气使载氧体再生，氧气含量占所通入气体含量的60％。
通过气相色谱分析产生合成气中各类物质的含量，计算得到产率。在首次使用中产生合成气中各气体产率如下：CH4：0.0632Nm3/kg，CO2:0.2100Nm3/kg，CO：0.5623Nm3/kg，H2：0.7298Nm3/kg。总合成气产率为1.5653Nm3/kg，碳转化率为97.14％。
实施例16
将50～200目的纤维素类固体废弃物和实施例1中的载氧体粉料以质量比1:1进行均匀研磨混合加入反应器进行化学链气化反应，反应温度为850℃，反应时间为45min，反应压力为常压，水蒸气加入量与纤维素类固体废弃物的质量比为4.8，气化反应后通入氧气使载氧体再生，氧气含量占所通入气体含量的60％。
通过气相色谱分析产生合成气中各类物质的含量，计算得到产率。在首次使用中产生合成气中各气体产率如下：CH4：0.0616Nm3/kg，CO2:0.2097Nm3/kg，CO：0.5703Nm3/kg，H2：0.7411Nm3/kg。总合成气产率为1.5827Nm3/kg，碳转化率为97.77％。
实施例17
将50～200目的纤维素类固体废弃物和实施例1中的载氧体粉料以质量比2:1进行均匀研磨混合加入反应器进行化学链气化反应，反应温度为850℃，反应时间为45min，反应压力为常压，水蒸气加入量与纤维素类固体废弃物的质量比为2.4，气化反应后通入氧气使载氧体再生，氧气含量占所通入气体含量的60％。
通过气相色谱分析产生合成气中各类物质的含量，计算得到产率。在首次使用中产生合成气中各气体产率如下：CH4：0.0927Nm3/kg，CO2:0.2097Nm3/kg，CO：0.4331Nm3/kg，H2：0.7511Nm3/kg。总合成气产率为1.4866Nm3/kg，碳转化率为87.74％。
实施例18
将50～200目的纤维素类固体废弃物和实施例1中的载氧体粉料以质量比2:3进行均匀研磨混合加入反应器进行化学链气化反应，反应温度为850℃，反应时间为45min，反应压力为常压，水蒸气加入量与纤维素类固体废弃物的质量比为2.4，气化反应后通入氧气使载氧体再生，氧气含量占所通入气体含量的60％。
通过气相色谱分析产生合成气中各类物质的含量，计算得到产率。在首次使用中产生合成气中各气体产率如下：CH4：0.0827Nm3/kg，CO2:0.2795Nm3/kg，CO：0.5739Nm3/kg，H2：0.7314Nm3/kg。总合成气产率为1.675Nm3/kg，碳转化率为100.00％。
实施例19
与实施例12相同，不同之处在于：步骤(1)中柠檬酸与铁盐的摩尔比为2:1，步骤(2)中溶胶蒸干的温度为120℃，预煅烧温度为450℃，预煅烧时间为2.5h，煅烧温度为950℃，煅烧时间为8.5h，步骤(4)中混合物蒸干温度为100℃，煅烧温度为950℃，煅烧时间为8.5h。气化反应温度为750℃，反应时间为60min，氧气含量占所通入气体含量的20％。
实施例20
与实施例12相同，不同之处在于：步骤(1)中柠檬酸与铁盐的摩尔比为2.25:1，步骤(2)中溶胶蒸干的温度为140℃，预煅烧温度为550℃，预煅烧时间为1.5h，煅烧温度为1050℃，煅烧时间为7.5h，步骤(4)中混合物蒸干温度为100℃，煅烧温度为1050℃，煅烧时间为7.5h。气化反应温度为950℃，反应时间为10min。氧气含量占所通入气体含量的100％。
实施例5～18的反应条件和结果如表1所示。
表1实施例5～18反应条件和结果
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种载氧体，其特征在于，所述的载氧体由NiO和Ca2Fe2O5组成，Ca2Fe2O5为活性基底，NiO负载在Ca2Fe2O5之上。
2.根据权利要求1所述的载氧体，其特征在于，以质量百分数计，所述的载氧体中Ca2Fe2O5的含量为64％～88％，NiO的含量为12％～36％。
3.权利要求1或2所述的载氧体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将铁盐和钙盐溶于去离子水中，再将柠檬酸、乙二醇溶于上述溶液中，得到溶胶；
(2)将步骤(1)中的溶胶蒸干得到干凝胶，将干凝胶预煅烧、煅烧、研磨得到基底粉料；
(3)将镍盐溶于去离子水中，得到负载液，将步骤(2)中的基底粉料加入负载液中，分散均匀得到混合物；
(4)将步骤(3)中的混合物蒸干得到混合料，将混合料煅烧、研磨得到所述载氧体粉料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的铁盐和钙盐的摩尔比为1:1，柠檬酸与铁盐的摩尔比为2～2.25:1。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的溶胶蒸干的温度为120℃～140℃，预煅烧温度为450℃～550℃，预煅烧时间为1.5～2.5h，煅烧温度为950℃～1050℃，煅烧时间为7.5～8.5h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的混合物蒸干温度为100℃～110℃，煅烧温度为950℃～1050℃，煅烧时间为7.5～8.5h，载氧体粉料的粒度范围为50～200目。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的载氧体粉料中Ca2Fe2O5的含量为64％～88％，NiO的含量为12％～36％。
8.权利要求1或2所述的载氧体在纤维素类固体废弃物化学链气化中的应用，其特征在于，包括如下步骤：将纤维素类固体废弃物和所述的载氧体与水蒸气加入反应器中进行气化反应后，通入氧气保持温度不变，实现载氧体再生，完成化学链气化过程。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的气化反应温度为750℃～950℃，反应时间为10～60min。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的载氧体和纤维素类固体废弃物的质量比为1～3:2，所述的水蒸气加入量与纤维素类固体废弃物的质量比为0～4.8。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210893540.1A CN115069256A (zh) | 2022-07-27 | 2022-07-27 | 一种载氧体及其在纤维素类固体废弃物化学链气化中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210893540.1A CN115069256A (zh) | 2022-07-27 | 2022-07-27 | 一种载氧体及其在纤维素类固体废弃物化学链气化中的应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115069256A true CN115069256A (zh) | 2022-09-20 |
Family
ID=83243278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210893540.1A Pending CN115069256A (zh) | 2022-07-27 | 2022-07-27 | 一种载氧体及其在纤维素类固体废弃物化学链气化中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115069256A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115894144A (zh) * | 2022-11-15 | 2023-04-04 | 华南农业大学 | 一种碱木质素化学链氧化偶联制备低碳烯烃的方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO20060806L (no) * | 2006-02-17 | 2007-08-20 | Norsk Titanium Metals As | Fremgangsmate og anordning for metallproduksjon |
| CN108870407A (zh) * | 2018-05-14 | 2018-11-23 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种基于铜渣为载氧体的化学链气化处理污泥的方法及实现该方法的装置 |
| CN112811476A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-18 | 华中科技大学 | 一种镍掺杂钙铁石型氧载体及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-07-27 CN CN202210893540.1A patent/CN115069256A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO20060806L (no) * | 2006-02-17 | 2007-08-20 | Norsk Titanium Metals As | Fremgangsmate og anordning for metallproduksjon |
| CN108870407A (zh) * | 2018-05-14 | 2018-11-23 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种基于铜渣为载氧体的化学链气化处理污泥的方法及实现该方法的装置 |
| CN112811476A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-18 | 华中科技大学 | 一种镍掺杂钙铁石型氧载体及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| GENYANG TANG ET AL.: "Reaction performance and mechanism of a NiO/Ca2Fe2O5 oxygen carrier in Chemical looping gasification of cellulose", 《CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL》, vol. 451, pages 1 - 16 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115894144A (zh) * | 2022-11-15 | 2023-04-04 | 华南农业大学 | 一种碱木质素化学链氧化偶联制备低碳烯烃的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hu et al. | Application of calcium oxide/ferric oxide composite oxygen carrier for corn straw chemical looping gasification | |
| CN108114721A (zh) | 一种催化剂及生物质制合成气的连续化生产方法 | |
| CN113751038B (zh) | 一种利用废弃生物质制备得到的Fe3C/C铁基催化剂及其制备方法和应用 | |
| Ding et al. | Synthesis and characteristics of BaSrCoFe-based perovskite as a functional material for chemical looping gasification of coal | |
| CN115069256A (zh) | 一种载氧体及其在纤维素类固体废弃物化学链气化中的应用 | |
| CN114479950B (zh) | 一种生物质热解气化制氢方法和系统 | |
| Li et al. | Production of hydrogen-rich syngas from absorption-enhanced steam gasification of biomass with conch shell-based absorbents | |
| CN111790412A (zh) | 还原二氧化碳产制碳化合物的方法 | |
| CN112675893A (zh) | 一种利用吸附-解析后的废弃吸附剂制备单原子催化剂的方法 | |
| CN104741125A (zh) | 一种催化剂及其制备方法和应用 | |
| Shang et al. | Hydrogen-rich syngas production via catalytic gasification of sewage sludge and wheat straw using corn stalk char-supported catalysts | |
| EP4439729A1 (en) | Catalytic graphite material, preparation method, and use thereof | |
| Lan et al. | Syngas production by catalytic pyrolysis of rice straw over modified Ni-based catalyst | |
| CN110791305A (zh) | 生物质与煤共热解制备活性焦的方法、系统 | |
| CN112322355A (zh) | 一种化学链处理污泥制合成气及高纯h2同时回收磷的方法及装置 | |
| CN115490227B (zh) | 中高硫石油焦的脱硫-改性及其制备石墨负极的方法和应用 | |
| CN114749196B (zh) | 一种核壳型微波催化剂、其制备方法及其应用 | |
| CN115301262B (zh) | 一种具有海胆球形貌的复合光催化剂材料及其制备方法和应用 | |
| CN115974076A (zh) | 一种水热氮掺杂软木基活性炭的制备方法及其应用 | |
| WANG et al. | Upgrading of coal tar with steam catalytic cracking over Al/Ce and Al/Zr co-doped Fe2O3 catalysts | |
| CN113426448A (zh) | 一种新型的生物炭基焦油裂解催化剂的制备方法及其应用 | |
| Zhang et al. | CoCe/N–C hybrids constructed via Ce–O–Co solid solution for the deoxygenation of sulfoxide | |
| Ma et al. | Development of multiple alkali metals doped La-Ni based perovskites for CO2 gasification of biochar to produce CO rich syngas | |
| CN108212165B (zh) | 一种用于生物质低温气化制取高纯度氢的催化剂及其制备方法 | |
| CN114774165B (zh) | 氧解耦载氧体、制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |