鈣鈦礦型載氧體制取O2-CO2混合氣體的實驗研究.pdf

1、富氧燃燒技術(shù)是一項大規(guī)模降低燃煤CO2排放的技術(shù),這一技術(shù)的關(guān)鍵問題之一是降低制氧成本,提高經(jīng)濟性。深冷法是目前唯一商業(yè)運行大規(guī)模的制氧方法,但是其裝置復(fù)雜、投資大、能耗高。基于鈣鈦礦型氧化物的鏈?zhǔn)街蒲跫夹g(shù)與深冷法相比具有較好的經(jīng)濟性,有研究指出,這一新制氧工藝的能耗為傳統(tǒng)深冷法的70％左右,投資成本為深冷法的50%左右,能夠有效降低制氧成本。因此,對這一技術(shù)開展研究對富氧燃燒技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。
　　本文針對鈣鈦礦載氧體較

2、慢的脫附速率的問題,改進制備方法合成了不同組成鈣鈦礦載氧體,并通過固定床實驗、TGA實驗對載氧體的反應(yīng)性能及循環(huán)特性等進行了研究,通過X射線衍射分析、掃描電鏡等研究手段對鈣鈦礦型氧化物的制備和表征進行研究,主要的實驗內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　采用檸檬酸法制備了系列SrCo1-xFexO3-δ金屬氧化物粉末,并采用X射線衍射分析來表征SrCo0.8Fe0.2O3-δ(SCF182)反應(yīng)前后的物相變化和晶體結(jié)構(gòu)。同時在固定床上選擇不同的運

3、行條件對SCF的釋氧性能進行研究,包括吸附溫度、吸附時間、脫附溫度和循環(huán)特性。結(jié)果表明,SCF182的最佳吸附溫度和脫附溫度均為850℃,最佳吸附時間為1h,并且吸氧/釋氧循環(huán)性能穩(wěn)定,可以為富氧燃燒提供穩(wěn)定的O2/CO2循環(huán)氣體。
　　在前面的基礎(chǔ)上,進一步對SCF182進行改性,研究不同制備方法以及前驅(qū)體溶液pH值對合成的鈣鈦礦載氧體SCF182的結(jié)構(gòu)和氧吸附/脫附性能的影響。結(jié)果表明,通過調(diào)節(jié)EDTA-檸檬酸聯(lián)合絡(luò)合法前驅(qū)體

4、的pH值得到的載氧體與用檸檬酸法制備的SCF182相比有更優(yōu)良的氧釋放特性,氧脫附量隨pH的增大是先升高后降低的,pH為8時SCF182有最高的釋氧量達42.2mg/g。
　　著重從改進釋氧性能發(fā)面,進一步采用EDTA-檸檬酸聯(lián)合絡(luò)合法制備了一系列以SCF182為母體的A位摻雜不同的二價堿土金屬離子的鈣鈦礦粉末,并通過固定床實驗研究了A位摻雜對鈣鈦礦載氧體吸附和脫附性能的影響。結(jié)果表明釋氧量按照BCF>BSCF>SCF>SCCF>

5、MCF的大小排序。因此,在選擇A位摻雜時,應(yīng)選擇Ba這種離子半徑大、離子勢小的堿土金屬離子。
　　同時研究了B位摻雜對以SCF182為母體的改性,制備了一系列B位摻雜不同過渡金屬的Sr-Co-Zr、Sr-Co-Cr、Sr-Co-Cu、Sr-Co-Ni、Sr-Co-Zn、Sr-Co-Fe。結(jié)果表明SCF182的Fe離子位置用Zr、Cr、Zn、Ni離子取代均可提高載氧體的氧脫附性能,特別是SrCo0.8Zr0.2O3-δ鈣鈦礦型氧化物