CN106367157A - 利用油菜秆灰修饰铁矿石的化学链燃烧载氧体的制备方法 - Google Patents

利用油菜秆灰修饰铁矿石的化学链燃烧载氧体的制备方法 Download PDF

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沈来宏
蒋守席
王璐璐
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    • C10L10/00—Use of additives to fuels or fires for particular purposes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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Abstract

本发明涉及利用油菜秆灰修饰铁矿石的化学链燃烧载氧体的制备方法，将粒径为0.1‑1.0mm的铁矿石颗粒和油菜秆灰机械混合，通过干法煅烧后筛分得到化学链燃烧载氧体。具体制备方法是将铁矿石用破碎机进行破碎，并筛选出粒径为0.1‑1.0mm的铁矿石颗粒；将油菜秸秆破碎，放入马弗炉中，在500‑700℃下灼烧1‑3小时，然后筛分出粒径≤0.3mm的灰；将铁矿石和油菜秆灰放入器皿中搅拌均匀；混合物在马弗炉中于900‑950℃下煅烧2‑5小时，筛选出粒径在0.1‑1.0mm的铁矿石颗粒，制备得到油菜秆灰修饰的铁矿石载氧体。本方法主要原料为铁矿石和油菜秆灰，通过干法煅烧制得的载氧体反应活性比纯铁矿石反应活性高，一氧化碳总转化率高，并且价格低廉，制备工艺简单。

Description

利用油菜秆灰修饰铁矿石的化学链燃烧载氧体的制备方法
技术领域
本发明涉及利用油菜秆灰修饰铁矿石的化学链燃烧载氧制备方法，属于化学链燃烧技术领域。
背景技术
化学链燃烧(Chemical-Looping Combustion，CLC)是一种零能耗，在反应过程中实现CO2分离的新型燃烧技术。***由空气反应器、燃料反应器和载氧体组成，载氧体分别在两个反应器发生氧化反应和还原反应实现氧和热量的传递。
载氧体在两个反应器之间不断循环发生氧化还原反应，需要具有良好的反应性能、载氧能力、机械强度、耐高温抗烧结能力，并且环境友好、价格低廉。国内外学者的研究方向主要集中在Cu、Ni、Mn、Fe等过渡金属的氧化物，这些载氧体大都价格昂贵，不利于大规模工业应用。天然铁矿石载氧体因具有良好的反应稳定性、价格低廉、环境友好等优势成为目前研究的主流载氧体之一，与其他人工合成的载氧体相比，天然铁矿石载氧体反应活性相对较低。通过对载氧体进行修饰以提高它的反应活性是一个主要研究方向。目前铁矿石载氧体修饰方法主要采用K2CO3、Na2CO3等纯化学试剂，价格昂贵，不利于大规模工业应用。因此制备反应活性高且价格低廉的载氧体对实现化学链燃烧技术具有重要意义。
发明内容
技术问题：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明提供一种利用油菜秆灰修饰铁矿石的化学链燃烧载氧体的制备方法。本发明的目的在于采用干法煅烧制备载氧体，既可以简化载氧体制备工艺，提高载氧体反应活性，还能降低载氧体制备成本，实现油菜秆灰的资源化利用，保护环境。
技术方案：本发明的一种利用油菜秆灰修饰铁矿石的化学链燃烧载氧体的制备方法，通过干法煅烧制得，所述的干法煅烧包括以下步骤：
1)铁矿石制备：首先将原始铁矿石用破碎机进行破碎，并筛选出粒径为0.1-1.0mm的铁矿石颗粒；
2)油菜秆灰制备：将油菜秸秆破碎，放入马弗炉中，以5-20℃/min的速度程序升温至500-700℃，维持500-700℃灼烧1-3小时，最后筛分出粒径≤0.3mm的灰；
3)混合物制备：将步骤1)得到的铁矿石颗粒和步骤2)得到的油菜杆灰放入器皿中搅拌均匀，混合物原料以质量分数计为：铁矿石≥72％，油菜秆灰≤28％。
4)干法煅烧处理：将步骤3)得到的混合物放入马弗炉中，以5-20℃/min的速度程序升温至900-950℃，在马弗炉内维持900-950℃煅烧2-5小时，提高载氧体的机械强度；煅烧后筛选出粒径范围在0.1-1.0mm的载氧体，最终制备得到油菜秆灰修饰铁矿石的载氧体。
其中：
原始铁矿石中Fe2O3质量分数≥50％。
油菜秆灰中K2O质量分数≥10％。
有益效果：
(1)本发明以天然铁矿石作为载氧体基体，价格低廉，降低载氧体制备成本，为大型化化学链燃烧技术奠定了基础，具有良好的市场前景。
(2)天然铁矿石作为载氧体反应活性低，不能满足燃料高转化率要求问题，本发明采用油菜秆灰修饰天然铁矿石，油菜秆灰中富含的碱金属提高了铁矿石载氧体的反应活性，提高了燃料转化率，为提高天然铁矿石活性提供了新的制备方法，同时实现了油菜秆灰的资源化利用方法。
(3)采用廉价易得的天然铁矿石和废弃物油菜秆灰制备载氧体，对环境友好。
(4)采用干法煅烧制备载氧体，制备工艺简单，载氧体具有较高的反应活性，为大规模制备铁矿石载氧体提供了新的方法。
本发明提出利用油菜秆灰修饰铁矿石的化学链燃烧载氧体，适用于化学链燃烧技术，对二氧化碳减排具有重要意义。
附图说明
图1为利用油菜秆灰修饰铁矿石的化学链燃烧载氧体制备方法流程图。
具体实施方式
下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容，但这些实例并不限制本发明的保护范围。
实施例1：
该利用铁矿石制备化学链燃烧的载氧体的方法，具体包括以下步骤：
(1)铁矿石制备：首先将原始铁矿石用破碎机进行破碎，并筛选出粒径范围在0.1-0.3mm的铁矿石颗粒。
(2)油菜秆灰制备：将油菜秸秆破碎，放入马弗炉中，以5℃/min的速度程序升温至600℃，维持600℃在马弗炉内灼烧2小时，然后筛分出粒径≤0.1mm的灰。
(3)混合物制备：将(1)得到的铁矿石颗粒100g和(2)得到的油菜杆灰10g放入器皿中搅拌均匀。
(4)干法煅烧处理：将(3)得到的混合物放入马弗炉中，以5℃/min的速度程序升温至950℃，在马弗炉内维持950℃煅烧3小时，提高载氧体的机械强度。煅烧后筛选出粒径范围在0.1-0.3mm的载氧体，最终制备得到油菜秆灰修饰铁矿石的载氧体。
将本实施例制备得到的铁矿石载氧体应用于化学链燃烧过程中：首先将40g载氧体试样放置到流化床反应器多孔板上，在5％O2/N2(2L/min)的气氛下升温至900℃，使载氧体处于完全氧化态；待温度稳定后，将气体切换为N2气氛(2L/min)吹扫10min，排出反应器内的气体；然后调整N2为1.90L/min，并通入100ml/min CO开始还原反应，反应时间设定为40min。反应器出口气体产物经冷却、除尘后由气体采样袋收集，采样时间为2min。经过分析，还原反应40min内，一氧化碳总转化率为93.8％，一氧化碳不完全转化率较低。
实施例2：
该利用铁矿石制备化学链燃烧的载氧体的方法，具体包括以下步骤：
(1)铁矿石制备：首先将原始铁矿石用破碎机进行破碎，并筛选出粒径范围在0.1-1.0mm的铁矿石颗粒。
(2)油菜秆灰制备：将油菜秸秆破碎，放入马弗炉中，以5℃/min的速度程序升温至600℃，维持600℃在马弗炉内灼烧2小时，然后筛分出粒径≤0.1mm的灰。
(3)混合物制备：将(1)得到的铁矿石颗粒100g和(2)得到的油菜杆灰20g放入器皿中搅拌均匀。
(4)干法煅烧处理：将(3)得到的混合物放入马弗炉中，以5℃/min的速度程序升温至950℃，在马弗炉内维持950℃煅烧3小时，提高载氧体的机械强度。煅烧后筛选出粒径范围在0.1-0.3mm的载氧体，最终制备得到油菜秆灰修饰铁矿石的载氧体。
将本实施例制备得到的铁矿石载氧体应用于化学链燃烧过程中：首先将40g载氧体试样放置到流化床反应器多孔板上，在5％O2/N2(2L/min)的气氛下升温至900℃，使载氧体处于完全氧化态；待温度稳定后，将气体切换为N2气氛(2L/min)吹扫10min，排出反应器内的气体；然后调整N2为1.90L/min，并通入100ml/min CO开始还原反应，反应时间设定为40min。反应器出口气体产物经冷却、除尘后由气体采样袋收集，采样时间为2min。经过分析，还原反应40min内，一氧化碳总转化率为97.5％，一氧化碳总转化率很高。
综上，本发明所述的基于铁矿石的载氧体，油菜秆灰的引入，可以提高载氧体的反应活性，显著提高燃料的转化率。
特别说明，以上对本发明的具体实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下对具体操作步骤作出各种变化以及各种反应物和反应条件进行更改替换，因此直接或间接运用本发明在其他相关领域均包含于本发明所涵范围内。

Claims (3)

1.一种利用油菜秆灰修饰铁矿石的化学链燃烧载氧体的制备方法，其特征在于，通过干法煅烧制得，所述的干法煅烧包括以下步骤：
1)铁矿石制备：首先将原始铁矿石用破碎机进行破碎，并筛选出粒径为0.1-1.0mm的铁矿石颗粒；
2)油菜秆灰制备：将油菜秸秆破碎，放入马弗炉中，以5-20℃/min的速度程序升温至500-700℃，维持500-700℃灼烧1-3小时，最后筛分出粒径≤0.3mm的灰；
3)混合物制备：将步骤1)得到的铁矿石颗粒和步骤2)得到的油菜杆灰放入器皿中搅拌均匀，混合物原料以质量分数计为：铁矿石≥72％，油菜秆灰≤28％。
4)干法煅烧处理：将步骤3)得到的混合物放入马弗炉中，以5-20℃/min的速度程序升温至900-950℃，在马弗炉内维持900-950℃煅烧2-5小时，提高载氧体的机械强度；煅烧后筛选出粒径范围在0.1-1.0mm的载氧体，最终制备得到油菜秆灰修饰铁矿石的载氧体。
2.根据权利要求1所述的利用油菜秆灰修饰铁矿石的化学链燃烧载氧体的制备方法，其特征在于，原始铁矿石中Fe2O3质量分数≥50％。
3.根据权利要求1所述的利用油菜秆灰修饰铁矿石的化学链燃烧载氧体的制备方法，其特征在于，油菜秆灰中K2O质量分数≥10％。
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