[发明专利]用于化学链过程的氧载体的氧化还原制备方法

说明书

本发明涉及一种制备用于化学链过程的氧载体的方法，其包括：(a)提供包含至少一种第一过渡金属和/或该至少一种第一过渡金属的氧化物的材料A，其中该至少一种第一过渡金属选自周期系第6‑11族化学元素中的一种或多种，其中该至少一种第一过渡金属和/或该至少一种第一过渡金属的氧化物任选地支撑在一种或多种支撑材料上，(b)使材料A与H2进行反应以引起该至少一种第一过渡金属和/或至少一种第一过渡金属氧化物的至少部分还原以形成还原材料B，(c)用至少一种第二过渡金属的盐的溶液处理还原材料B，其中选择该至少一种第二过渡金属使其具有比该第一过渡金属的标准还原电势更大的标准还原电势，其中该还原材料B中的该至少一种第一过渡金属的一部分被该至少一种第二过渡金属置换，其中该还原材料B中的该至少一种第一过渡金属相对于该至少一种第二过渡金属的摩尔比在2:1与100:1之间的范围内，以及(d)洗涤并任选地干燥因此获得的氧载体。本发明还涉及用此方法获得的氧载体以及使用蒸汽再生该氧载体的方法。

技术领域

本发明涉及一种制备用于化学链过程的氧载体的方法。

背景技术

燃烧和其他化学过程产生的二氧化碳排放严重影响环境。因此，已经开发了替代方法，其中可以大大减少这些CO₂排放。在当前和新兴的CO₂捕获技术中，化学链过程经常作为结合CO₂捕获和能量产生的特别有前景的方法被提到。

通常，化学链用于表示使用使燃料转化所需的氧循环的固体材料的循环过程。这种固体材料因此被称为“氧载体”并且传统上由金属氧化物颗粒组成。为了使化学链闭合，在开始新的循环之前，贫氧的固体氧载体必须再氧化(再生)。根据化学链过程的关注点，氧载体材料可以使用空气或者甚至H₂O或CO₂再生。

当该过程的目标是产生能量时，将燃料转化成总氧化产物(CO₂和H₂O)，并且将贫氧固体用空气作为氧源而再生。然后将该过程称为化学链燃烧(CLC)。CLC的重要优点是氧化性空气中所含的N₂与该过程中产生的CO₂的固有分离。烟道气中仍然存在的H₂O可以容易地冷凝，并且可以获得纯CO₂流而无需额外的分离成本。也不需要昂贵的空分装置，比如用于常规氧燃料燃烧的空分装置。

然而，最近，化学链的关注点正更多地转向产生氢气和其他化学品而不是能量。这样，可以产生具有更多经济附加值的产品，从而增加了在当前背景下，甚至在更小的规模下该技术的经济可行性。

化学链重整(CLR)和化学链气化(CLG)在其向合成气(CO+H₂)的转化中分别涉及气态碳质原料(天然气)和固态碳质原料(煤和生物质)的使用。使用金属氧化物氧载体作为氧化剂使原料部分地氧化以产生合成气。然后在再生步骤中使用空气使还原的金属氧化物氧化。

开发CLR和CLG方法的重要动机在于它们容许避免在反应中使用纯氧作为氧化剂的优点，这是因为蒸汽和二氧化碳可以用作氧化剂。除此之外，金属氧化物还可以用作化学链过程中的传热介质。CLR和CLG是具有集成式CO₂分离的产生H₂的有前景的概念。传统上利用两个相互连接的流化床系统的反应器概念与常规的化学链燃烧类似。区别在于该方法的目的现在是产生H₂和CO而不是热。这通过将总系统中的空气:燃料比保持较低以防止燃料完全氧化成CO₂和H₂O来实现。为了获得纯的氢气流，将该重整器气体在水煤气变换反应器中转化以使H₂产率最大化，并且可以通过在合适溶剂中的变压吸附或吸收将H₂与CO₂分离。

在这些CLC和CLR方法中使用的氧载体在本领域中有描述。