[发明专利]一种负载型镍钨双金属复合氧化物及其制备方法和应用

说明书

本发明属于化学链制氢技术领域，公开了一种负载型镍钨双金属复合氧化物及其制备方法和应用，分子式为Ni_yW₁O_3+y/Al₂O₃，y为0.3‑1；制备方法是先将六水合硝酸镍、六氯化钨和九水合硝酸铝按比例在乙醇中完全混合溶解；然后与NaOH水溶液滴加混合，静置后将絮状沉淀物离心过滤洗涤；干燥、焙烧后即得产物；该负载型镍钨双金属复合氧化物可以用于低碳烷烃三床自热气化、重整直接制氢和二氧化碳。本发明耦合了化学链燃烧、催化重整以及热解水制高纯氢气和气固逆流操作式三床反应器自热重整的优点，利用简单易行、成本低廉的共沉淀制备方法，实现了燃料直接转化为二氧化碳和高纯度氢气的制取和产品的近零能耗原位分离。

技术领域

本发明属于利用金属氧化物的化学链制氢技术领域，具体的说，是涉及一种双金属氧化物及其制备方法以及用于自热直接制氢和分离二氧化碳的应用。

背景技术

随着全球能源需求的急剧上升及温室气体排放问题的不断加剧，氢能产业的部署已成为解决社会、经济与环境可持续发展的重要战略之一。氢的用途广泛，可以用于液态燃料的合成与升级，以替代传统石油制取汽油、柴油；同时，以氢为燃料的质子交换膜燃料电池能源转化效率高，副产物仅为水，有望成为新一代交通工具的动力核心。

氢作为二次能源，需要通过能量转化过程从碳氢化合物和水等含氢物质中提取，主要技术路径包括热化学、电解水、光解水制氢等[Sherif SA,Goswami DY,StefanakosEK,Steinfeld A.Handbook of Hydrogen Energy[M].2014,Boca Raton,USA:CRCPress.]。目前，以化石能源为原料的热化学过程在工业上应用最为广泛，主要包括甲烷蒸汽重整、乙醇蒸汽重整、石脑油重整、煤气化等工艺，碳排放问题严重。由于重整反应为强吸热反应，对反应器结构和材料提出了较高的要求，而且管外燃烧所产生的CO₂与残留空气混合，需要通过额外的分离工序才能进行碳捕集。提供蒸汽重整所需热量的另一种方式是在反应体系内引入纯氧，进行强放热的部分氧化反应，如煤气化及自热重整等过程，但需要匹配高能耗的空气分离装置，设备投资与操作成本均非常高。为了提高产物中H₂纯度，常常采用较高水碳比，由此带来高额的操作费用。综上，传统热化学制氢工艺在流程末端进行碳氢分离，能量转化与产物分离集成度低，气体分离能耗高。

化学链技术作为一种先进高效的热化学技术，在燃料转化的同时可以实现产物的近零能耗原位分离，已经得到广泛的关注[Fan L-S,Zeng L,Wang W,Luo S.Chemicallooping processes for CO₂capture and carbonaceous fuel conversion-prospectand opportunity[J].Energy&Environmental Science,2012,5(6),7254-7280.]。化学链技术使用固态金属氧化物代替传统重整、气化、或燃烧过程中所需的水蒸汽或纯氧，将燃料直接转化为合成气或者二氧化碳和水，被还原的金属氧化物可以与空气反应再生放出热量发电，或者可以与水蒸汽再生并直接产生氢气，实现了氢气的近零能耗原位分离。