[发明专利]一种载氧体在化学链空气分离中的制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于化学链空气分离技术中载氧体材料的制备技术领域，具体涉及一种载氧体的制备方法及其在化学链空气分离制取纯氧技术中的应用。

背景技术

氧气是一种重要的化工原料，其在冶金工业、化学工业、国防工业以及医疗保健等方面有着广泛的应用，目前空气分离是最重要的制氧技术，其主要包括深冷法、变压吸附和膜分离法3种方式．其中深冷法是目前最成熟的也是唯一大规模商业运行的空气分离制氧技术，但这种制氧方式存在操作复杂、能耗大、成本高的缺点; 变压吸附的最大优点在于装置工艺流程简单、结构紧凑、设备投资省，但变压吸附受限于所制得氧气浓度，一般仅为 90%-95%，能耗也比较大，而且一般只适合应用于中小规模制氧；膜分离技术是近些年发展的一种新型制氧方式，具有产气量高、富氧浓度稳定、设备使用寿命长等优点，但只适用于小规模制氧，氧气纯度较低，一般为 40%-50%，而且有对膜性能依赖强、膜易于损坏、对原料气净化要求高等缺点。传统的空气分离制氧技术存在着一系列的缺点和问题。新提出的化学链空气分离制取氧气技术源于化学链燃烧的概念，利用载氧体释放分子O₂的特性，主要包括释氧反应器和空气反应器两部分，载氧体在释氧反应器中分解产生O₂，在空气反应器综合吸收O₂。用于释氧反应器中的水蒸气一方面降低反应器中氧气浓度，另一方面将氧载体释放出来的氧气带出反应器． 氧气和水蒸气的混合气体经冷却后即可得到高纯度的氧气，具有操作简单、成本低、能耗低的优点。化学链制氧技术研究的核心是对其氧载体的研究，目前适合化学链空气分离制氧的载氧体的释氧温度在700℃以上，水蒸气作为载气在高温下产生高压，对设备性能要求很高，且存在成本高和能耗大的缺点。寻求一种低温条件下能够释放分子O₂，用于化学链空气分离制取高纯O₂的载氧体成为亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种释放分子O₂温度低、反应性能好的用于化学链空气分离制取高纯氧气的载氧体的制备方法及其应用。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种用于化学链空气分离制取高纯氧气的载氧体，活性组分为PbO₂，制备方法包括以下步骤：

步骤1：将醋酸铅置于烧杯中加水搅拌，在50-80℃下水解；

步骤2：将浑浊液离心沉降5-20分钟；

步骤3：用水将沉淀充分清洗搅拌，重复步骤2，直至清洗液的PH值呈中性；

步骤4：将上述清洗后的沉淀吸滤抽干；

步骤5：用丙酮慢慢淋洗3-5次，然后再用无水乙醚淋洗3-5次；

步骤6：将沉淀放入真空干燥器中干燥，即可得到产物。

上述制备步骤1所述的(CH₃COO)₂Pb与H₂O的质量比为1：（5-20）。

将上述制得的载氧体应用在化学链空气分离技术中，在水蒸气气氛下，PbO₂在释氧反应器中的释氧温度为300-400℃。

在释氧反应器中发生的反应为：

2PbO₂ ＋ H₂O → 2PbO ＋ H₂O ＋ O₂

与现有的制备技术相比，本发明所述的载氧体的制备工艺简单，所用设备和原料较少，制备出的复合载氧体颗粒粒径小，具有很高的吸氧和释氧活性，且其释放和吸收分子氧速率快。与现有的Cu、Co、Mn等载氧体应用于化学链空气分离相比，本发明所述的载氧体突出的优点是其释氧和吸氧温度很低，在300-400℃之间，在实际工业应用中容易得到此温度区间的水蒸气作为载气，对设备耐压和耐高温要求较低，成本低，能耗少。

附图说明

图1为本发明的产物在300℃固定床上的释氧浓度曲线。

图2为本发明的产物在350℃固定床上的释氧浓度曲线。

图3为本发明的产物在400℃固定床上的释氧浓度曲线。

具体实施方式

本实施例中的原料为分析纯(CH₃COO)₂Pb·3H₂O产品；其水解温度在50-80℃；检验液体的PH值可以为酚酞或PH试纸；(CH₃COO)₂Pb与H₂O的质量比为1：（5-20）。