一种化学链气化复合载氧体及其制备方法和应用 |
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申请号 | CN202311731379.9 | 申请日 | 2023-12-15 | 公开(公告)号 | CN117757539A | 公开(公告)日 | 2024-03-26 |
申请人 | 国家能源集团科学技术研究院有限公司; 东南大学; | 发明人 | 安风霞; 仲兆平; 王晓佳; 邵旦洋; 林正根; 俞颖; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及化学链 气化 技术领域,具体涉及一种化学链气化复合载 氧 体及其制备方法和应用。该方法包括:(1)将垃圾焚烧底灰进行干燥和 磁选 ,然后将磁选得到的 磁性 底灰进行 煅烧 和 破碎 ,得到磁性组分;(2)将磁性组分与预处理后的 铜 矿进行混合,得到混合料;(3)将混合料、 水 泥和水进行混合,得到浆料;(4)将浆料进行静置,然后进行煅烧和破碎。本发明所述的方法实现了垃圾焚烧底灰的资源化利用和无害化利用,极大程度地降低了载氧体的制备成本。通过垃圾焚烧底灰中的磁性组分与铜矿的配合,提升了载氧体的活性和载氧性能。 | ||||||
权利要求 | 1.一种利用垃圾焚烧底灰制备化学链气化复合载氧体的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤: |
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说明书全文 | 一种化学链气化复合载氧体及其制备方法和应用技术领域[0001] 本发明涉及化学链气化技术领域,具体涉及一种化学链气化复合载氧体及其制备方法和应用。 背景技术[0002] 化学链气化工艺在CO2减排方面比其他热工艺具有显着优势。典型的化学链气化工艺由两个步骤(还原和氧化)组成,以形成氧化还原循。载氧体首先在低氧分压(通常在惰性气氛中,例如N2),然后反应器中的燃料被晶格氧部分氧化,同时载氧体被还原,随后暴露于氧化剂中重新氧化以补充其晶格氧。 发明内容[0004] 本发明的目的是为了克服现有载氧体存在的分散性差、抗压强度,以及制备成本高和载氧性能差等问题,提供一种化学链气化复合载氧体及其制备方法和应用。 [0005] 为了实现上述目的,本发明第一方面提供一种利用垃圾焚烧底灰制备化学链气化复合载氧体的方法,该方法包括以下步骤: [0007] (2)将磁性组分与预处理后的铜矿进行混合,得到混合料; [0008] (3)将混合料、水泥和水进行混合,得到浆料; [0009] (4)将浆料进行静置,然后进行煅烧和破碎。 [0010] 优选地,步骤(1)中,所述干燥的条件包括:温度为40‑60℃,时间为3‑5天。 [0011] 优选地,步骤(1)中,煅烧的条件包括:温度为900‑1100℃,时间为3‑5h; [0012] 优选地,磁性组分的粒径60‑80目。 [0013] 优选地,步骤(2)中,预处理后的铜矿与磁性组分的用量的重量比为3:7‑27。 [0014] 优选地,步骤(2)中,所述预处理的步骤包括:将铜矿在400‑600℃下焙烧5‑6h,然后在900‑1100℃下焙烧8‑12h; [0015] 优选地,所述铜矿的粒径为60‑80目。 [0017] 优选地,水与水泥的用量的重量比为0.8‑2:1。 [0018] 优选地,步骤(4)中,煅烧的过程包括:在400‑600下煅烧2‑3h,然后在900‑1100℃下煅烧5‑8h; [0019] 优选地,步骤(5)中,破碎至粒径为40‑60目。 [0020] 本发明第二方面提供按照前文所述的方法制备的化学链气化复合载氧体。 [0021] 本发明第三方面提供前文所述的化学链气化复合载氧体在化学链气化工艺中的应用。 [0023] 其中,所述载氧体为前文所述的化学链气化复合载氧体; [0024] 优选地,所述化学链气化反应的条件包括;温度为800‑950℃。 [0025] 本发明与现有技术相比较,具有如下有益效果: [0026] 1、本发明提供了一种利用垃圾焚烧底灰制备化学链气化复合载氧体的方法,该方法实现了垃圾焚烧底灰的资源化利用和无害化利用,同时极大程度地降低了载氧体的制备成本。 [0027] 2、本发明制备的化学链气化复合载氧体具有分散性高、抗压强度好的有点,同时通过垃圾焚烧底灰中的磁性组分与铜矿的配合,提升了载氧体的活性和载氧性能。 具体实施方式[0028] 以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。 [0029] 在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。 [0030] 本发明第一方面提供一种利用垃圾焚烧底灰制备化学链气化复合载氧体的方法,该方法包括以下步骤: [0031] (1)将垃圾焚烧底灰进行干燥和磁选,然后将磁选得到的磁性底灰进行煅烧和破碎,得到磁性组分; [0032] (2)将磁性组分与预处理后的铜矿进行混合,得到混合料; [0033] (3)将混合料、水泥和水进行混合,得到浆料; [0034] (4)将浆料进行静置,然后进行煅烧和破碎。 [0035] 在本发明中,所述垃圾焚烧底灰为城市生活垃圾的焚烧残留物。 [0036] 在优选的实施方式中,步骤(1)中,所述干燥的条件包括:温度为40‑60℃,时间为3‑5天;具体的,干燥温度可以为40℃、45℃、50℃、55℃或60℃,干燥时间可以为3天、4天或5天。 [0037] 在优选的实施方式中,步骤(1)中,煅烧的条件包括:温度为900‑1100℃,时间为3‑5h;具体的,煅烧温度可以为900℃、950℃、1000℃、1050℃或1100℃,煅烧时间可以为3h、4h或5h。对于煅烧的气氛没有特殊的要求,例如可以在空气中进行。 [0038] 在优选的实施方式中,步骤(1)中,通过破碎将得到的磁性组分的粒径控制在60‑80目的范围,有利于增大表面积释放组分晶格氧,同时有利于后续复合载氧体的制备。 [0039] 在本发明所述的方法中,步骤(1)中,通过磁选可以将垃圾焚烧底灰中的磁性部分分离出来,提取的磁性部分通常含有大量的氧化铁和少量其他过渡金属(如镍、铜、锰和钴)。磁选的方式没有特殊的要求,可以采用本领域常规的方式进行实施,例如可以通过使用磁棒将垃圾焚烧底灰中的磁性底灰分离出来。 [0040] 在本发明中,铜矿的加入可以很好的促进载氧体的反应活性。为了进一步提高复合载氧体的活性和载氧性能,可以对磁性组分与铜矿的用量进行合理控制。在优选的实施方式中,步骤(2)中,预处理后的铜矿与磁性组分的用量的重量比为3:7‑27;具体的,可以为3:7、3:8、3:9、3:10、3:12、3:14、3:15、3:16、3:18、3:21、3:24或3:27[0041] 在优选的实施方式中,步骤(2)中,所述预处理的步骤包括:将铜矿在400‑600℃下焙烧5‑6h,然后在900‑1100℃下焙烧8‑12h。上述焙烧过程可以在马弗炉中进行。 [0042] 在本发明中,对于所述铜矿的来源没有特殊的要求,可以为本领域常规的市售产品。所述铜矿含有CuO、CuFe2O4和不可避免的杂质,该杂质对本发明不产生负面影响。在优选的实施方式中,所述铜矿中CuO含量的≥20重量%,CuFe2O4含量≥70重量%。进一步优选地,铜矿中CuO含量的为20‑28重量%,CuFe2O4含量为70‑78重量%。 [0043] 在优选的实施方式中,所述铜矿的粒径60‑80目。 [0045] 在优选的实施方式中,步骤(3)中,混合料与水泥的用量的重量比为3‑4:1;具体的,可以为3:1、3.1:1、3.2:1、3.3:1、3.4:1、3.5:1、3.6:1、3.7:1、3.8:1、3.9:1或4:1。 [0046] 在优选的实施方式中,水与水泥的用量的重量比为0.8‑2:1;具体的,可以为0.8:1、1:1、1.2:1、1.5:1。1.8:1或2:1。 [0047] 在优选的实施方式中,步骤(4)中,煅烧的过程包括:在400‑600℃下煅烧2‑3h,然后在900‑1100℃下煅烧5‑8h。 [0048] 在优选的实施方式中,步骤(5)中,将煅烧后的物料破碎至粒径为40‑60目,即得化学链气化复合载氧体。 [0049] 本发明第二方面提供按照前文所述的方法制备的化学链气化复合载氧体。 [0050] 本发明第三方面提供前文所述的化学链气化复合载氧体在化学链气化工艺中的应用。 [0051] 本发明第四方面提供一种利用化学链气化反应制备合成气的方法,包括:在保护气的存在下,将秸秆和载氧体进行化学链气化反应,得到合成气; [0053] 在优选的实施方式中,所述化学链气化反应的条件包括;温度为800‑950℃;具体的,化学链气化反应的温度可以为800℃、820℃、850℃、960℃、980℃、900℃、920℃或950℃。 [0054] 优选地,秸秆和载氧体的用量的重量比可以为1:0.5‑1.5。 [0055] 在本发明中,所述保护气可以为氮气。 [0056] 以下将通过实施例对本发明进行详细描述,但本发明的保护范围并不局限于此。 [0057] 以下实施例和对比例中,使用的垃圾焚烧底灰均来自城市生活垃圾焚烧厂,铜矿购自于江西某铜矿公司,铜矿中CuO含量的为23重量%,CuFe2O4含量为71.6重量%。 [0058] 实施例1 [0059] (1)将垃圾焚烧底灰在40℃干燥5天,用磁棒将磁性底灰从干燥后的垃圾焚烧底灰中分离出来,然后将磁性底灰在900℃的马弗炉中煅烧5h,接着磨碎至粒径为60‑80目,得到磁性组分; [0060] (2)将粒径为60‑80目的铜矿先在400℃下焙烧6h,然后在900℃下焙烧12h,以脱除杂质元素,得到预处理后的铜矿; [0061] 将预处理后的铜矿与磁性组分按重量比为3:27进行混合,得到混合料; [0062] (3)将混合料和水泥按重量比为4:1进行混合,再加入与水泥等重量的去离子水,充分搅拌得到浆料; [0063] (4)将浆料在室温(25℃)下自然放置15天使其硬化,然后在500℃下煅烧2h,接着在900℃下煅烧8h,然后将煅烧得到的物料破碎粒径为40‑60目,得到化学链气化复合载氧体S1。 [0064] 实施例2 [0065] (1)将垃圾焚烧底灰在60℃干燥3天,用磁棒将磁性底灰从干燥后的垃圾焚烧底灰中分离出来,然后将磁性底灰在1100℃的马弗炉中煅烧3h,接着磨碎至粒径为60‑80目,得到磁性组分; [0066] (2)将粒径为60‑80目的铜矿先在600℃下焙烧5h,然后在1100℃下在焙烧8h,以脱除杂质元素,得到预处理后的铜矿; [0067] 将预处理后的铜矿与磁性组分按重量比为3:7进行混合,得到混合料; [0068] (3)将混合料与水泥按重量比为3:1进行混合,再加入与水泥等重量的去离子水,充分搅拌得到浆料; [0069] (4)将浆料在室温(25℃)下自然放置10天使其硬化,然后在500℃下煅烧3h,接着在1100℃下煅烧5h,然后将煅烧得到的物料破碎粒径为40‑60目,得到化学链气化复合载氧体S2。 [0070] 实施例3 [0071] (1)将垃圾焚烧底灰在50℃干燥4天,用磁棒将磁性底灰从干燥后的垃圾焚烧底灰中分离出来,然后将磁性底灰在1000℃的马弗炉中煅烧4h,接着磨碎至粒径为60‑80目,得到磁性组分; [0072] (2)将粒径为60‑80目的铜矿先在500℃下焙烧5h,然后在1000℃下焙烧7h,以脱除杂质元素得到,预处理后的铜矿; [0073] 将预处理后的铜矿与磁性组分按重量比为3:12混合; [0074] (3)将混合料和水泥按重量比为3.5:1进行混合,再加入与水泥等重量的去离子水,充分搅拌得到浆料; [0075] (4)将浆料在室温(25℃)下自然放置12天使其硬化,然后在500℃煅烧2.5h接着在1000℃下煅烧7h,然后将煅烧得到的物料破碎粒径为40‑60目,得到化学链气化复合载氧体S3。 [0076] 实施例4 [0077] (1)将垃圾焚烧底灰在40℃干燥4天,用磁棒将磁性底灰从干燥后的垃圾焚烧底灰中分离出来,然后将磁性底灰在1100℃的马弗炉中煅烧4h,接着磨碎至粒径为60‑80目,得到磁性组分; [0078] (2)将粒径为60‑80目的铜矿先在400℃下焙烧6h,然后在1100℃下焙烧7h,以脱除杂质元素,得到预处理后的铜矿; [0079] 将预处理后的铜矿与磁性组分按重量比为3:12进行混合,得到混合料; [0080] (3)将混合料与水泥按重量比为4:1进行混合,再加入与水泥等重量的去离子水,充分搅拌得到浆料; [0081] (4)将浆料在室温(25℃)下自然放置14天使其硬化,然后在500℃下煅烧3h,接着在1100℃下煅烧7h,然后将煅烧得到的物料破碎粒径为40‑60目,得到化学链气化复合载氧体S4。 [0082] 对比例1 [0083] (1)将垃圾焚烧底灰在40℃干燥5天,用磁棒将磁性底灰从干燥后的垃圾焚烧底灰中分离出来,然后将磁性底灰在900℃的马弗炉中煅烧5h,接着磨碎至粒径为60‑80目,得到磁性组分; [0084] (2)将磁性组分和水泥按重量比为4:1进行混合,再加入与水泥等重量的去离子水,充分搅拌得到浆料; [0085] (3)将浆料在室温(25℃)下自然放置15天使其硬化,然后在500℃下煅烧2h,接着在900℃下煅烧8h,然后将煅烧得到的物料破碎粒径为40‑60目,得到化学链气化复合载氧体D1。 [0086] 测试例 [0087] 对实施例和对比例制备的载氧体的性能进行检测,测试过程如下:在氮气的存在下,将秸秆和待测样品按照重量比为1:1在850℃下进行化学链气化反应,得到合成气。将合成气通入烟气分析仪中测试热值,结果如表1所示。 [0088] 表1 [0089] 3 合成气热值(MJ/m) 实施例1 13.63 实施例2 12.88 实施例3 10.32 实施例4 10.96 对比例1 6.58 [0090] 通过表1可知,采用本发明所述的方法制备的化学链气化复合载氧体可以用于合成气的制备过程中,且可以得到热值较高的合成气。 [0091] 以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。 |