PL224039B1 - Sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych na bazie tlenku żelaza i tlenku miedzi - Google Patents
Sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych na bazie tlenku żelaza i tlenku miedziInfo
- Publication number
- PL224039B1 PL224039B1 PL394620A PL39462011A PL224039B1 PL 224039 B1 PL224039 B1 PL 224039B1 PL 394620 A PL394620 A PL 394620A PL 39462011 A PL39462011 A PL 39462011A PL 224039 B1 PL224039 B1 PL 224039B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- mixture
- weight
- fe2o3
- cuo
- oxygen
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 16
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 39
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 title description 6
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 title description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 78
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 78
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 78
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 41
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 8
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 21
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 20
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000004113 Sepiolite Substances 0.000 claims description 13
- 229910052624 sepiolite Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 235000019355 sepiolite Nutrition 0.000 claims description 13
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 12
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 claims description 11
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 claims description 11
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 7
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 7
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 4
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 4
- 239000003077 lignite Substances 0.000 claims description 3
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 claims description 2
- 235000012216 bentonite Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 239000003415 peat Substances 0.000 claims description 2
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 claims description 2
- 239000011295 pitch Substances 0.000 claims description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 abstract description 6
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 29
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 21
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 12
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 12
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 9
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 8
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 6
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 5
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 5
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 5
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 5
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 5
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 3
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 2
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- MWEXRLZUDANQDZ-RPENNLSWSA-N (2s)-3-hydroxy-n-[11-[4-[4-[4-[11-[[2-[4-[(2r)-2-hydroxypropyl]triazol-1-yl]acetyl]amino]undecanoyl]piperazin-1-yl]-6-[2-[2-(2-prop-2-ynoxyethoxy)ethoxy]ethylamino]-1,3,5-triazin-2-yl]piperazin-1-yl]-11-oxoundecyl]-2-[4-(3-methylsulfanylpropyl)triazol-1-y Chemical compound N1=NC(CCCSC)=CN1[C@@H](CO)C(=O)NCCCCCCCCCCC(=O)N1CCN(C=2N=C(N=C(NCCOCCOCCOCC#C)N=2)N2CCN(CC2)C(=O)CCCCCCCCCCNC(=O)CN2N=NC(C[C@@H](C)O)=C2)CC1 MWEXRLZUDANQDZ-RPENNLSWSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 229940060367 inert ingredients Drugs 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical class [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000013502 plastic waste Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001107 thermogravimetry coupled to mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/02—Oxides; Hydroxides
- C01G49/06—Ferric oxide [Fe2O3]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G3/00—Compounds of copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G3/00—Compounds of copper
- C01G3/02—Oxides; Hydroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/009—Compounds containing, besides iron, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- 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
- C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
-
- 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
- C10J3/725—Redox processes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/50—Solid solutions
- C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
- C01P2002/88—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by thermal analysis data, e.g. TGA, DTA, DSC
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
- C01P2006/82—Compositional purity water content
-
- 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
- C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
- C10J2300/1603—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with gas treatment
- C10J2300/1606—Combustion processes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
- F23C2900/99008—Unmixed combustion, i.e. without direct mixing of oxygen gas and fuel, but using the oxygen from a metal oxide, e.g. FeO
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
- Chemically Coating (AREA)
Abstract
Sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych na bazie tlenku żelaza i reaktywnych nośników tlenu oraz materiałów inertnych i nośników węglowych, polegający na wymieszaniu składników wyjściowych, poddaniu mieszaniny wysokotemperaturowemu prażeniu, według wynalazku charakteryzuje się, tym że do składników wyjściowych w postaci Fe2O3 i CuO oraz materiału inertnego, użytych w proporcjach wynikających z ogólnego wzoru chemicznego Σ(XFe2O3 + YCuO + Zmateriał inertny) = 100% wagowych, gdzie X i Y znajdują się w przedziałach 1≤x≤99, 1<y<99, a materiał interny użyty jest w ilości uzupełniającej do 100 % wagowych, dodaje się sproszkowany nośnik węglowy w ilości od 1 do 25% wagowych w stosunku do wyjściowej mieszaniny i całość po wymieszaniu, poddaje się co najmniej jednoetapowemu prażeniu w atmosferze utleniającej lub obojętnej w temperaturze 400 -1100 °C w czasie 3-24 godzin.
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych na bazie tlenku żelaza i tlenku miedzi wykorzystywanych w procesach chemicznego przenoszenia tlenu w pętli tlenkowej podczas spalania lub zgazowania paliw.
Wymagania dotyczące ograniczenia emisji ditlenku węgla i tlenków azotu powodują znaczną intensyfikację badań nad zastosowaniem chemicznej pętli tlenkowej w procesach spalania i zgazowania paliw. Zastosowanie stałych nośników tlenu w procesach spalania lub zgazowania w chemicznej pętli tlenkowej umożliwia prowadzenie procesu przy użyciu czystego tlenu, którego przenoszenie odbywa się dzięki stale cyrkulującemu złożu nośnika tlenu otrzymywanego na bazie tlenków metali. Dzięki zastosowaniu chemicznej pętli tlenkowej do spalania lub zgazowania paliw, w gazach wylotowych nie występuje azot, w przeciwieństwie do konwencjonalnych metod wytwarzania energii z paliw kopalnych, co powoduje brak emisji tlenków azotu, znacznie ułatwia wychwyt ditlenku węgla oraz wydatnie zmniejsza objętość gazów odlotowych.
Znanych jest wiele możliwych nośników tlenu w tym różne kompozycje tlenków miedzi, kobaltu, manganu, żelaza, czy niklu, stosowanych jako materiały aktywne oraz tlenek glinu, tlenek tytanu, tlenek cyrkonu, tlenek krzemu, itr stabilizowany cyrkonem używane jako materiał inertny. Materiały inertne dodaje się w ilości od kilku do kilkudziesięciu procent wagowych w stosunku do materiału aktywnego, dzięki czemu uzyskuje się zwiększenie żywotności nośników tlenu, między innymi przez obniżenie ich ścieralności.
Początkowo chemiczną pętlę tlenkową stosowano do procesu spalania paliw gazowych, w późniejszym okresie poszerzono ją o spalanie paliw stałych (w tym biomasy i węgla).
Z artykułu „Charakterystyka nośników tlenu chemicznej pętli tlenkowej” opublikowanego w trakcie Siódmej Międzynarodowej Konferencji w Vancouver w Kanadzie w 2004 r. wynika, że znane jest stosowanie nośników tlenu składających się z jednego składnika aktywnego i jednego inertnego. Natomiast znane sposoby otrzymywania nośników tlenu do celów chemicznej pętli tlenkowej opierają się na jednoetapowym procesie prażenia, nie przekraczającym najczęściej czasu 6 godzin.
Z francuskiego opisu patentowego nr FR 2 924 035 znany jest preparat, który jest nośnikiem tlenu składający się z jednego tlenku aktywnego i jednego inertnego. Preparat ten zawiera od 5 do 20% grafitu, ponadto proces prażenia prowadzi się jednoetapowo w temperaturze od 650 do 1050°C w czasie od 3 do 9 godzin.
Ze zgłoszenia patentowego nr P.389853 oraz P.391770 znany jest sposób wytwarzania trójskładnikowych związków chemicznych na bazie tlenku żelaza i tlenku manganu wykorzystywanych w procesach chemicznego przenoszenia tlenu w pętli tlenkowej podczas spalania lub zgazowania paliw. Sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych na bazie tlenku żelaza i tlenku manganu, polegający na wymieszaniu składników wyjściowych, poddaniu mieszaniny wysokotemperaturowemu prażeniu, według wynalazku charakteryzuje się, tym, że do składników wyjściowych w postaci Fe2O3 i MnO2 oraz materiału inertnego, użytych w proporcjach wynikających z ogólnego wzoru chemicznego Σ (XFe2O3 + YMnO2 + Zmateriał inertny) = 100% wagowych, gdzie X i Y znajdują się w przedziałach 1 < x < 99, 1 < y < 99 a materiał interny użyty jest w ilości uzupełniającej do 100% wagowych, dodaje się sproszkowany grafit w ilości od 1 do 25% wagowych w stosunku do wyjściowej mieszaniny i całość poddaje się co najmniej jednoetapowemu prażeniu w atmosferze utleniającej w temperaturze 600-1500°C w czasie 3-24 godzin.
Celem wynalazku jest sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych na bazie tlenku żelaza i tlenku miedzi, przydatnych do procesu przenoszenia tlenu w chemicznej pętli tlenkowej, o korzystniejszych parametrach reaktywności, a przede wszystkim poprawionej zdolności przenoszenia tlenu oraz mniejszej podatności do aglomeracji.
Sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych na bazie tlenku żelaza i reaktywnych nośników tlenu oraz materiałów inertnych i nośników węglowych, polegający na wymieszaniu składników wyjściowych, poddaniu mieszaniny wysokotemperaturowemu prażeniu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że do składników wyjściowych w postaci Fe2O3 i CuO oraz materiału inertnego, użytych w proporcjach wynikających z ogólnego wzoru chemicznego Σ (XFe2O3 + YCuO + Zmateriał inertny) = 100% wagowych, gdzie X i Y znajdują się w przedziałach 1 < x < 99, 1 < y < 99, korzystnie X przyjmuje wartości 20, 30, 40, 60% wag., a Y przyjmuje wartości 60, 50, 40, 20% wagowych zaś materiał inertny użyty jest w ilości uzupełniającej do 100% wagowych, dodaje się sproszkowany nośnik węglowy w ilości od 1 do 25% wagowych w stosunku do wyjściowej mieszaniny i całość poddaje się
PL 224 039 B1 co najmniej dwuetapowemu prażeniu w atmosferze utleniającej lub obojętnej w temperaturze 400-1100°C w czasie 3-24 godzin.
Korzystnie, składniki wyjściowe z nośnikiem węglowym, poddaje się co najmniej dwuetapowemu prażeniu w atmosferze utleniającej lub obojętnej w temperaturze 850°C w czasie 24 godzin.
Korzystnie, materiał inertny stanowi sepiolit i/lub bentonit, i/lub kaolin, i/lub ZrO2, i/lub TiO2, i/lub Al2O3, i/lub SiO2, lub ich dowolna mieszanina.
Korzystnie, do mieszaniny dodaje się 10% wagowych sproszkowanego grafitu.
Korzystnie, nośnikiem węglowym jest sproszkowany węgiel aktywny, torf, węgiel kamienny i brunatny, grafit, antracyt, koks naftowy, materiały węglowe pochodzenia pakowego, Fulleren lub ich dowolna mieszanina.
Korzystnie, materiałem inertnym są nieorganiczne termoodporne kopaliny lub ich mieszanina.
Korzystnie, materiałem inertnym jest bentonit lub sepiolit lub kaolin lub ich dowolna mieszanina.
Korzystnie, po zakończeniu procesu wysokotemperaturowego prażenia prowadzi się proces kontrolowanego wychładzania z szybkością spadku temperatury od 1°C/minutę do 1000°C/minutę.
Korzystnie, składnikami wyjściowymi są związki chemiczne zawierające w swym składzie żelazo i miedź, z których w wyniku prażenia w atmosferze utleniającej lub obojętnej otrzymuje się tlenki żelaza i miedzi.
Podstawową zaletą wynalazku jest to, że dzięki mechanicznemu mieszaniu i prażeniu otrzymuje się z tlenków metali materiały tlenkowe stanowiące nośniki tlenu, które cechują się lepszą zdolnością przenoszenia tlenu, korzystniejszymi parametrami reaktywności z paliwem (w reakcji spalania/zgazowania) i tlenem z powietrza (w etapie regeneracji nośnika), w stosunku do rozwiązań znanych ze stanu techniki.
Sposobem według wynalazku uzyskano zdolność przenoszenia tlenu w ilości 4-20% wagowych, oraz temperatury topliwości w atmosferze redukującej powyżej 1300°C.
Osiągnięto to dzięki wykorzystaniu dwóch składników aktywnych oraz jednego składnika inertnego, stanowiących podstawowe elementy nośnika tlenu. Wykorzystanie takiego układu przede wszystkim umożliwiło uzyskanie doskonalszych materiałów tlenkowych, poprzez zwiększenie ich reaktywności z paliwem (w reakcji spalania/zgazowania) oraz zwiększenie ich żywotności, na skutek obniżenia ich ścieralności i osłabienia ich tendencji do aglomeracji. Otrzymane materiały tlenkowe służą, jako stałe nośniki tlenu w procesach chemicznej pętli.
Otrzymane materiały tlenkowe mogą służyć do konwersji paliw w chemicznej pętli tlenkowej, między innymi w procesie spalania i zgazowania: paliw gazowych w tym np. paliw węglowodorowych, gazu ziemnego; węglowodorowych paliw ciekłych; paliw stałych np. węgla kamiennego, brunatnego, odpadów z tworzyw sztucznych, biomasy i odpadów biodegradowalnych; oraz mogą być przeznaczone jako materiał konstrukcyjny membran mających zastosowanie do rozdziału O2 od N2 w zakresie temperatur 400-1500°C; oraz mających zastosowanie w procesach konwersji paliw gazowych i ciekłych metodą częściowego utleniania w reaktorach membranowych.
Ponadto, umożliwiają one prowadzenie termochemicznych reakcji w niższych zakresach temperaturowych. Ogólnie złożone nośniki tlenu charakteryzują się lepszą reaktywnością.
Sposób wytwarzania według wynalazku jest prosty w praktycznym zastosowaniu i daje powtarzalne rezultaty, umożliwia uzyskanie nośników tlenu dla celów chemicznej pętli tlenkowej z możliwością dowolnego mieszania składników aktywnych i inertnych produktu wyjściowego, czego nie zapewniają inne metody np. impregnacji, gdyż są w tym zakresie bardzo ograniczone ilością podawanego składnika aktywnego, często do ilości około 20% wag. Odpowiednie prażenie, z adekwatnie dobranym czasem i temperaturą prażenia, umożliwia zwiększenie żywotności produktu tlenkowego, na skutek obniżenia ich ścieralności i korzystnie osłabienia ich tendencji do aglomeracji oraz zwiększenia jednorodności uzyskiwanego produktu końcowego. Co tym samym korzystnie wpływa na koszty prowadzenia procesu spalania lub zgazowania paliw, które ulegają obniżeniu na skutek ich zwiększonej reaktywności oraz żywotności.
Dodatkowo wykorzystanie nieorganicznych termoodpornych kopalin oraz związków chemicznych zawierających w swym składzie żelazo i/lub miedź, zapewniło poprawę efektywności ekonomicznej.
Dodatek grafitu do mieszaniny spowodował, że podczas prażenia w temperaturze 850°C w atmosferze powietrza ulega on utlenieniu do ditlenku węgla, który wydzielając się powoduje zwiększenie: powierzchni właściwej, stopnia przereagowania oraz szybkości przebiegu reakcji.
PL 224 039 B1
Dobór proporcji składników związany jest z uzyskaniem cennych dla chemicznej pętli tlenkowej właściwości tlenków z uwzględnieniem obniżenia ich kosztów produkcji.
Sposób według wynalazku w nieograniczających go przykładach realizacji opisano w przykładach.
Jako surowce do otrzymywania nośników tlenu użyto następujące składniki: Fe2O3 (czystość > 99%), CuO (czystość > 99%), bentonit, sepiolit, AI2O3 (czystość 99,7%), TiO2 (czystość 99%), ZO2 (czystość 99%), SiO2 (czystość 99%), grafit syntetyczny.
Przykład 1
Sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych polega na wymieszaniu 60 g Fe2O3, 20 g CuO, 20 g sepiolitu, oraz 10 g grafitu. Składniki ucierano z wodą destylowaną do uzyskania granulacji poniżej 100 μm. Mieszaninę po wysuszeniu poddano prażeniu. Prażenie prowadzono w czasie 24 godzin w temperaturze 850°C. Następnie ponownie zmielono uzyskaną mieszaninę i poddano ponownie prażeniu w temperaturze 850°C w czasie 24 godzin. W efekcie otrzymano próbkę o składzie 60% wag. Fe2O3, 20% wag. CuO, 20% wag sepiolit.
Otrzymane tym sposobem nośniki tlenu charakteryzują się:
- dużą zdolnością transportową tlenu 19,03% w temperaturze 950°C (tabela 1), 2
- powierzchnią właściwą BET wynoszącą 7,4 m2/g oraz średnią wartością średnicy porów wynoszącą 8,8 nm,
- niskim wskaźnikiem ścieralności, Al = 3,5%,
- dobrą zdolnością regeneracji (fig. 1),
- powtarzalnością wyników,
- tym, że optymalny zakres pracy preparatu mieści się w przedziale temperatur 400-1300°C, przy czym zastosowanie kopaliny w postaci sepiolitu szczególnie korzystnie wpływa na zwiększenie zdolności transportowej tlenu w zakresie niższych temperatur, w stosunku do popularnie stosowanych materiałów inertnych np. w postaci Al2O3 (tabela 1),
- wysoką termiczną odpornością; temperatura topnienia w atmosferze redukującej wyniosła 1440°C,
- niską tendencją do aglomeracji, gdyż 90% wytworzonego materiału stanowiło frakcję < 616 μm a 50% stanowiło frakcję < 237 μm,
- krótkim czasem utleniania i redukcji, gdzie 80% frakcji ulega utlenieniu w ciągu 2,46 minuty, redukcji w 8,56 minuty dla wodoru oraz w ciągu 4,3 minuty utlenieniu po uprzedniej redukcji węglem (tabela 2),
- większą i tym samym korzystniejszą zdolnością przenoszenia tlenu w stosunku do adekwatnego dwuskładnikowego nośnika tlenu (fig. 8),
- korzystniejszą kinetyką reakcji spalania np. węgla niż w przypadku zastosowania adekwatnego dwuskładnikowego nośnika tlenu (fig. 8) przy czym reakcja spalania węgla tlenem uwalnianym ze struktur nośnika tlenu, z zastosowanym 20% dodatkiem CuO, zachodzi ok. 1,7 razy szybciej,
- 100% zdolnością regeneracji po reakcji spalania paliw gazowych i stałych np. wodoru i węgla (fig. 4, fig. 8)
- z zastosowaniem węgla, jako paliwa nie zaobserwowano problemu dezaktywacji nośnika tlenu sadzą,
- zastosowanie układu, co najmniej trójskładnikowego, w porównaniu do standardowo stosowanego dwuskładnikowego, wpłynęło na korzystne zwiększenie szybkości reakcji spalania paliwa (fig. 8)
Przykła d 2
Sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych polega na wymieszaniu 60 g Fe2O3, 20 g CuO, 20 g bentonitu oraz 10 g grafitu. Po wymieszaniu składników, mieszaninę poddano dwukrotnemu prażeniu po 24 godzin, przy czym temperatura prażenia wynosiła 1050°C. W efekcie otrzymano próbkę o składzie chemicznym 60% wag. Fe2O3, 20% wag. CuO, 20% wag. bentonit.
Otrzymane nośniki tlenu charakteryzują się:
- dużą zdolność transportową tlenu 18,61% w temperaturze 950°C (tabela 1),
- większą i tym samym korzystniejszą zdolnością przenoszenia tlenu w stosunku do adekwatnego dwuskładnikowego nośnika tlenu (fig. 7),
PL 224 039 B1
- korzystniejszą kinetyką reakcji spalania np. węgla niż w przypadku zastosowania adekwatnego dwuskładnikowego nośnika tlenu (fig. 7), przy czym reakcja spalania węgla tlenem uwalnianym ze struktur nośnika tlenu, z zastosowanym 20% dodatkiem CuO, zachodzi ok. 1,2 razy szybciej, 2
- powierzchnię właściwą BET wynoszącą 1,4 m2/g oraz średnią wartością średnicy porów wynoszącą 7,2 nm,
- krótki czas utlenienia i redukcji, gdzie 80% frakcji ulega utlenieniu w ciągu 2,6 minuty, redukcji w 7,88 minuty dla wodoru oraz w ciągu 3,88 minuty utlenieniu po uprzedniej redukcji węglem (tabela 2),
- 100% zdolnością regeneracji po reakcji spalania paliw gazowych i stałych np. wodoru i węgla (fig. 4, fig. 7),
- wysoką termiczną odporność, gdzie temperatura topnienia w atmosferze redukującej wyniosła 1430°C,
- zakres korzystania ze związku jest optymalny w przedziale temperatur 400-1300°C,
- niską tendencją do aglomeracji, gdzie 90% wytworzonego materiału stanowiło frakcję < 642 μm, a 50% stanowiło frakcję < 200 μm,
- powtarzalnością wyników.
Zalety te potwierdzają przeprowadzone analizy produktów w tym badania: termograwimetrii sprzężonej z kwadrupolowym spektrometrem masowym, dyfrakcji promieni rentgenowskich na próbkach proszkowych, temperatur topliwości, badania ścieralności z zastosowaniem reaktora w złożu fluidalnym, badania rozkładu uziarnienia, badania powierzchni właściwej metodą BET i rozkładu wielkości porów.
Podane sposoby otrzymywania gwarantują, że stopień przereagowania użytych substratów wynosi od 80 do 100%.
Zdolność transportowa tlenu, jako charakterystyczny parametr nośnika tlenu, definiowana jest, jako różnica masy utlenionej i zredukowanej formy stałego nośnika tlenu. W praktyce, oznacza ona ilość tlenu, jaką nośnik uwalnia ze swojej struktury i przenosi do paliwa.
W celu określenia zdolności transportowej tlenu otrzymanych stałych nośników tlenu (tabela 1) na bazie metali przejściowych przeprowadzono cykliczne badania w warunkach utleniających (powietrze syntetyczne) i redukujących (wodór 3%, węgiel kamienny z kopalni Janina o korzystnych parametrach fizykochemicznych) techniką sprzężoną TG-MS z zastosowaniem termowagi Netzsch STA 409 PC Luxx sprzężonej z kwadrupolowym spektrometrem masowym Aeolos QMS 403C, przy czym spektrometria masowa została wykorzystana w celu kontroli substratów oraz identyfikacji gazów wylotowych. Zasymulowano w ten sposób proces chemicznej pętli tlenkowej z zastosowaniem analizy termograwimetrycznej. Co więcej, badania reaktywności przeprowadzone zostały w funkcji temperatury.
Przykładowo na fig. 1 podano rezultaty cyklicznych badań termograwimetrycznych dla próbki 60% wag. Fe2O3, 20% wag. CuO, 20% wag. sepiolit prowadzone w funkcji temperatury z zakresu 700-950°C.
W tabeli 1 przedstawiono zdolność transportową tlenu w funkcji składu i temperatury wybranych trójskładnikowych nośników tlenu na bazie tlenku żelaza i miedzi. W tabeli 2 zawarto przykładowe oszacowane w temperaturze 950°C czasy zarówno regeneracji i redukcji, przykładowych nośników tlenu.
T a b e l a 1
Zdolność transportowa tlenu w funkcji składu chemicznego stałych nośników tlenu
| Nośnik tlenu | Temperatura (°C) | |||
| 700 | 800 | 900 | 950 | |
| Zdolność transportowa tlenu (% wag.) | ||||
| 60% wag. % Fe2O3, 20 wag. % CuO, 20 wag. % SiO2 | 15,40 | 15,45 | 18,21 | 18,52 |
| 60% wag. % Fe2O3, 20 wag. % CuO, 20 wag. % AI2O3 | 15,25 | 14,28 | 18,46 | 19,31 |
| 60% wag. % Fe2O3, 20 wag. % CuO, 20 wag. % TiO2 | 16,54 | 16,44 | 19,25 | 19,94 |
| 60% wag. % Fe2O3, 20 wag. % CuO, 20 wag. % sepiolit | 16,19 | 16,13 | 18,59 | 19,03 |
| 60% wag. % Fe2O3, 20 wag. % CuO, 20 wag. % bentonit | 16,96 | 17,09 | 18,94 | 18,61 |
PL 224 039 B1
T a b e l a 2
Czas niezbędny do osiągnięcia zadanej konwersji w temperaturze 950°C
| Konwersja (%) | Czas regeneracji (min) | Czas redukcji (min) |
| 50 | Fe2O3 - CuO/Sepiolit 2,07 | 4,02 |
| 80 | 2,46 | 8,56 |
| 100 | 4,7 | 19,88 |
| 50 | Fe2O3 - CuO/SiO2 2,14 | 5,00 |
| 80 | 2,81 | 10,45 |
| 100 | 4,79 | 22,66 |
| 50 | Fe2O3 - CuO/Al2O3 2,11 | 5,00 |
| 80 | 2,79 | 9,54 |
| 100 | 5,0 | 22,66 |
| 50 | Fe2O3 - CuO/Bentonit 1,92 | 3,87 |
| 80 | 2,6 | 7,88 |
| 100 | 4,18 | 19,49 |
| 50 | Fe2O3 - CuO/TiO2 1,87 | 4,73 |
| 80 | 2,54 | 11,66 |
| 100 | 4,15 | 25 |
P r z y k ł a d 3
Sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych polega na wymieszaniu 60 g
Fe2O3, 20 g CuO, 20 g TiO2, oraz 10 g grafitu. Składniki ucierano z wodą destylowaną do uzyskania granulacji poniżej 100 μm. Mieszaninę po wysuszeniu poddano prażeniu. Prażenie prowadzono w czasie 20 godzin w temperaturze 850°C. Następnie ponownie zmielono uzyskaną mieszaninę z 10 g grafitu i poddano ponownie prażeniu w temperaturze 850°C w czasie 24 godzin. W efekcie otrzymano próbkę o składzie 60% wag. Fe2O3, 20 % wag. CuO, 20% wag TiO2.
Otrzymane tym sposobem nośniki tlenu charakteryzują się:
- dużą zdolnością transportową tlenu 19,94% (w temperaturze 950°C),
- większą i tym samym korzystniejszą zdolnością przenoszenia tlenu w stosunku do ad ekwatnego dwuskładnikowego nośnika tlenu (fig. 10),
- korzystniejszą kinetyką reakcji spalania paliw np. węgla niż w przypadku zastosowania adekwatnego dwuskładnikowego nośnika tlenu (fig. 10), przy czym reakcja spalania węgla przy pomocy tlenu uwalnianego ze struktur nośnika tlenu, z zastosowanym 20% dodatkiem CuO zachodzi nieznacznie szybciej, 2
- powierzchnią właściwą BET wynoszącą 0,4 m2/g oraz średnią wartością średnicy porów wynoszącą 6,2 nm,
- dobrą zdolnością regeneracji,
- powtarzalnością wyników,
- tym, że optymalny zakres pracy preparatu mieści się w przedziale temperatur 600-1350°C,
- wysoką termiczną odpornością; temperatura topnienia w atmosferze redukującej wyniosła: 1440 °C,
- niską tendencją do aglomeracji, gdyż 90% wytworzonego materiału stanowiło frakcję < 772 μm, a 50% stanowiło frakcję < 212 μm,
- krótkim czasem utleniania i redukcji, gdzie 80% frakcji ulega utlenieniu w ciągu 2,54 minuty, redukcji w 11,66 minuty dla wodoru oraz w ciągu 4,02 minuty utlenieniu po uprzedniej redukcji węglem (tabela 2),
PL 224 039 B1
- 100% zdolnością regeneracji, po reakcji spalania paliw gazowych (np. wodoru) (fig. 4) jak i stałych (np. węgla) (fig. 10).
Przykła d 4
Sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych polega na wymieszaniu 60 g Fe2O3, 20 g CuO, 20 g AI2O3, oraz 10 g grafitu. Składniki ucierano z wodą destylowaną do uzyskania granulacji poniżej 100 μm. Mieszaninę po wysuszeniu poddano prażeniu. Prażenie prowadzono w czasie 8 godzin w temperaturze 850°C. Następnie ponownie zmielono uzyskaną mieszaninę z 10 g grafitu i poddano ponownie prażeniu w temperaturze 850°C w czasie 24 godzin. Po czym ponownie zmielono uzyskaną mieszaninę z 10 g grafitu i poddano znowu prażeniu w temperaturze 850°C w czasie 24 godzin.
W efekcie otrzymano próbkę o składzie 60% wag. Fe2O3, 20 % wag. CuO, 20% wag AI2O3.
Otrzymane tym sposobem nośniki tlenu charakteryzują się:
- dużą zdolnością transportową tlenu 19,31% (w temperaturze 950°C),
- większą i tym samym korzystniejszą zdolnością przenoszenia tlenu w stosunku do adekwatnego dwuskładnikowego nośnika tlenu (fig. 6),
- korzystniejszą kinetyką reakcji spalania np. węgla niż w przypadku zastosowania adekwatnego dwuskładnikowego nośnika tlenu (fig. 6) przy czym reakcja spalania węgla z zastosowanym 20% dodatkiem CuO zachodzi ok. 1,7 razy szybciej, 2
- powierzchnią właściwą BET wynoszącą 0,5 m2/g oraz średnią wartością średnicy porów wynoszącą 6,3 nm,
- dobrą zdolnością regeneracji (fig. 2),
- powtarzalnością wyników,
- tym, że optymalny zakres pracy preparatu mieści się w przedziale temperatur 600-1600°C,
- wysoką termiczną odpornością; temperatura topnienia w atmosferze redukującej wyniosła >1650°C,
- niską tendencją do aglomeracji, gdyż 90% wytworzonego materiału stanowiło frakcję < 608 μm, a 50% stanowiło frakcję <189 μm,
- krótkim czasem utleniania i redukcji, gdzie 80% frakcji ulega utlenieniu w ciągu 2,79 minuty, redukcji w 9,54 minuty dla wodoru oraz w ciągu 4,64 minuty utlenieniu po uprzedniej redukcji węglem,
- 100% zdolnością regeneracji, po reakcji spalania wodoru (fig. 4) i węgla nie zaobserwowano problemu dezaktywacji sadzą (fig. 6).
Na przedstawionych poniżej wykresach przedstawiono odpowiednio uzyskane wyniki badania w tym:
Fig. 1 - Rezultaty cyklicznych badań termograwimetrycznych 60% wag. Fe2O3, 20% wag. CuO, 20% wag. sepiolit, z wykorzystaniem jako paliwa wodoru,
Fig. 2 - Rezultaty cyklicznych badań termograwimetrycznych 60% wag. Fe2O3, 20% wag. CuO, 20% wag. Al2O3, z wykorzystaniem jako paliwa wodoru,
Fig. 3 - Rezultaty cyklicznych badań termograwimetrycznych 60% wag. Fe2O3, 20% wag. CuO, 20% wag. SiO2, z wykorzystaniem jako paliwa wodoru,
Fig. 4 - Zdolność utlenienia (regeneracji) przykładowych nośników tlenu na bazie tlenku żelaza i tlenku miedzi,
Fig. 5 - Zdolność redukcji przykładowych nośników tlenu na bazie tlenku żelaza i tlenku miedzi w zależności od stosowanego materiału inertnego,
Fig. 6 - Rezultaty badań termograwimetrycznych spalania węgla tlenem uwalnianym z nośników tlenu o składzie 60% wag. Fe2O3, 20% wag. CuO, 20% wag. Al2O3 i 80 % wag. Fe2O3, 20% wag. Al2O3,
Fig. 7 - Rezultaty badań termograwimetrycznych spalania węgla tlenem uwalnianym z nośników tlenu o składzie 60% wag. Fe2O3, 20% wag. CuO, 20% wag. bentonitu i 80% wag. Fe2O3, 20% wag. bentonitu,
Fig. 8 - Rezultaty badań termograwimetrycznych spalania węgla tlenem uwalnianym z nośników tlenu o składzie 60% wag. Fe2O3, 20% wag. CuO, 20% wag. sepiolitu i 80% wag. Fe2O3, 20% wag. sepiolitu,
PL 224 039 B1
Fig. 9 - Rezultaty badań termograwimetrycznych spalania węgla tlenem uwalnianym z nośników tlenu o składzie 60% wag. Fe2O3, 20% wag. CuO, 20% wag. SiO2 i 80% wag. Fe2O3, 20% wag. SiO2,
Fig. 10 - Rezultaty badań termograwimetrycznych spalania węgla tlenem uwalnianym z nośników tlenu o składzie 60% wag. Fe2O3, 20% wag. CuO, 20% wag. TiO2 i 80% wag. Fe2O3, 20% wag. TiO2.
Oznakowanie
Linie przerywane zastosowano do oznaczenia szybkości reakcji, przy czym kolor czarny zastosowano dla układu trójskładnikowego, a szary dla dwuskładnikowego nośnika tlenu. Z kolei, linie ciągłe oznaczają zmianę masy w funkcji temperatury bądź czasu, przy czym kolor szary zastosowano dla układu dwuskładnikowego np. 80% wag., 20% wag. TiO2, a czarny dla układu trójskładnikowego np. próbki o składzie 60% wag. Fe2O3, 20 % wag. CuO, 20 % wag. TiO2.
Claims (9)
1. Sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych na bazie tlenku żelaza i reaktywnych nośników tlenu oraz materiałów inertnych i nośników węglowych, polegający na wymieszaniu składników wyjściowych, poddaniu mieszaniny wysokotemperaturowemu prażeniu, znamienny tym, że do składników wyjściowych w postaci Fe2O3 i CuO oraz materiału inertnego, użytych w proporcjach wynikających z ogólnego wzoru chemicznego Σ (XFe2O3 + YCuO + Zmateriat inertny) = 100% wagowych, gdzie X i Y znajdują się w przedziałach 1 < x < 99, 1 < y < 99, korzystnie X przyjmuje wartości 20, 30, 40, 60% wag., a Y przyjmuje wartości 60, 50, 40, 20% wagowych zaś materiał inertny użyty jest w ilości uzupełniającej do 100% wagowych, dodaje się sproszkowany nośnik węglowy w ilości od 1 do 25% wagowych w stosunku do wyjściowej mieszaniny i całość poddaje się, co najmniej dwuetapowemu prażeniu w atmosferze utleniającej lub obojętnej w temperaturze 400-1100°C w czasie 3-24 godzin.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że składniki wyjściowe z nośnikiem węglowym, poddaje się, co najmniej dwuetapowemu prażeniu w atmosferze utleniającej lub obojętnej w temperaturze 850°C w czasie 24 godzin.
3. Sposób według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że materiał inertny stanowi sepiolit i/lub bentonit, i/lub kaolin, i/lub ZrO2, i/lub TiO2, i/lub Al2O3, i/lub SiO2 lub ich dowolna mieszanina.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nośnikiem węglowym jest sproszkowany węgiel aktywny, torf, węgiel kamienny i brunatny, grafit, antracyt, koks naftowy, materiały węglowe pochodzenia pakowego, Fulleren lub ich dowolna mieszanina.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że do mieszaniny dodaje się 10% wagowych sproszkowanego grafitu.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem inertnym są nieorganiczne termoodporne kopaliny lub ich mieszanina.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że materiałem inertnym jest bentonit lub sepiolit lub kaolin lub ich dowolna mieszanina.
8. Sposób według zastrz. 1 oraz 2, znamienny tym, że po zakończeniu procesu wysokotemperaturowego prażenia prowadzi się proces kontrolowanego wychładzania z szybkością spadku temperatury od 1°C/minutę do 1000°C/minutę.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że składnikami wyjściowymi są związki chemiczne zawierające w swym składzie żelazo i miedź, z których w wyniku prażenia w atmosferze utleniającej lub obojętnej otrzymuje się tlenki żelaza i miedzi.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL394620A PL224039B1 (pl) | 2011-04-20 | 2011-04-20 | Sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych na bazie tlenku żelaza i tlenku miedzi |
| PCT/IB2011/054347 WO2012143766A1 (en) | 2011-04-20 | 2011-10-04 | The method of obtaining ternary chemical compounds based on iron oxide and copper oxide |
| EP11781865.8A EP2699517A1 (en) | 2011-04-20 | 2011-10-04 | The method of obtaining ternary chemical compounds based on iron oxide and copper oxide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL394620A PL224039B1 (pl) | 2011-04-20 | 2011-04-20 | Sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych na bazie tlenku żelaza i tlenku miedzi |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL394620A1 PL394620A1 (pl) | 2012-10-22 |
| PL224039B1 true PL224039B1 (pl) | 2016-11-30 |
Family
ID=44936317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL394620A PL224039B1 (pl) | 2011-04-20 | 2011-04-20 | Sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych na bazie tlenku żelaza i tlenku miedzi |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2699517A1 (pl) |
| PL (1) | PL224039B1 (pl) |
| WO (1) | WO2012143766A1 (pl) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103043615B (zh) * | 2012-12-26 | 2014-07-23 | 东北大学 | 以热气体为热源的化学链空气技术制备氧气的装置及方法 |
| JP6326982B2 (ja) * | 2013-06-21 | 2018-05-23 | 東京瓦斯株式会社 | ケミカルループ燃焼方法及び酸素キャリア |
| CN111362310A (zh) * | 2020-02-21 | 2020-07-03 | 深圳大学 | 多元异质结构纳米复合材料及可控制备方法与锂离子电池 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2923035B1 (fr) | 2007-10-25 | 2009-11-27 | Hopi | Procede de construction d'au moins un identifiant et de securisation de sa lecture par un stylo numerique associe a une feuille tramee et moyens pour le mettre en oeuvre. |
| FR2924035B1 (fr) * | 2007-11-23 | 2010-09-03 | Sebatien Roux | Formulation d'oxydes, son obtention et son utilisation comme porteur d'oxygene dans un procede d'oxydation et/ou de desoxydation d'un flux gazeux |
| EP2509921B1 (en) * | 2009-12-10 | 2017-09-06 | Instytut Chemicznej Przeróbki Wegla | The method of obtaining ternary chemical compounds based on iron oxide and manganese oxide |
| PL218481B1 (pl) | 2009-12-10 | 2014-12-31 | Inst Chemicznej Przeróbki Węgla | Sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych na bazie tlenku żelaza i tlenku manganu |
| PL222499B1 (pl) | 2010-07-07 | 2016-08-31 | Inst Chemicznej Przeróbki Węgla | Sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych na bazie tlenku żelaza i tlenku manganu |
-
2011
- 2011-04-20 PL PL394620A patent/PL224039B1/pl unknown
- 2011-10-04 EP EP11781865.8A patent/EP2699517A1/en not_active Ceased
- 2011-10-04 WO PCT/IB2011/054347 patent/WO2012143766A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL394620A1 (pl) | 2012-10-22 |
| EP2699517A1 (en) | 2014-02-26 |
| WO2012143766A1 (en) | 2012-10-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ma et al. | Effects of supports on hydrogen production and carbon deposition of Fe-based oxygen carriers in chemical looping hydrogen generation | |
| Siriwardane et al. | Synergetic effects of mixed copper–iron oxides oxygen carriers in chemical looping combustion | |
| Gu et al. | Interaction between biomass ash and iron ore oxygen carrier during chemical looping combustion | |
| AU2012253332B2 (en) | Oxygen carrying materials | |
| Shafiefarhood et al. | Iron-containing mixed-oxide composites as oxygen carriers for Chemical Looping with Oxygen Uncoupling (CLOU) | |
| US20190003704A1 (en) | Sustainable Oxygen Carriers for Chemical Looping Combustion with Oxygen Uncoupling and Methods for Their Manufacture | |
| Ma et al. | Redox performance of pyrite cinder in methane chemical looping combustion | |
| Kwak et al. | Improved reversible redox cycles on MTiOx (M= Fe, Co, Ni, and Cu) particles afforded by rapid and stable oxygen carrier capacity for use in chemical looping combustion of methane | |
| Wang et al. | Inhibition of carbon deposition using iron ore modified by K and Cu in chemical looping hydrogen generation | |
| US20130130032A1 (en) | Fe-ni compound oxide for chemical looping combustion process and method of manufacturing the same | |
| Imtiaz et al. | Highly efficient oxygen‐storage material with intrinsic coke resistance for chemical looping combustion‐based CO2 capture | |
| Wang et al. | Development of LaFeO3 modified with potassium as catalyst for coal char CO2 gasification | |
| Cui et al. | A high-performance oxygen carrier with high oxygen transport capacity and redox stability for chemical looping combustion | |
| Tian et al. | Evaluation of a hierarchically-structured CuO@ TiO2-Al2O3 oxygen carrier for chemical looping with oxygen uncoupling | |
| CN108686664B (zh) | 多功能金属催化剂在生物质催化热解过程中的应用方法 | |
| JP2018020913A (ja) | 高活性酸素キャリア材料の製造方法 | |
| Zhang et al. | Effects of Na2CO3/K2CO3 on chemical looping combustion using Fe2O3/Al2O3 as oxygen carrier | |
| PL224039B1 (pl) | Sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych na bazie tlenku żelaza i tlenku miedzi | |
| Roux et al. | Study and improvement of the regeneration of metallic oxides used as oxygen carriers for a new combustion process | |
| Ma et al. | Mechanism of solid state diffusion on the performance evolution of iron-based oxygen carrier at different operating conditions for chemical looping process | |
| Chiron et al. | Steam carbon gasification of a nickel based oxygen carrier | |
| TWI625305B (zh) | 複合型載氧體之製備方法 | |
| EP2509921B1 (en) | The method of obtaining ternary chemical compounds based on iron oxide and manganese oxide | |
| PL218481B1 (pl) | Sposób otrzymywania trójskładnikowych związków chemicznych na bazie tlenku żelaza i tlenku manganu | |
| Van Garderen et al. | Influence of porous substrate on copper based oxygen carrier efficiency for chemical-looping combustion |