用于化學鏈制氧技術(shù)的銅基載氧體制氧性能研究.pdf

1、氧氣是一種重要的化工原料，在工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中都有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的空氣分離制氧方法在能耗、設(shè)備投資及生產(chǎn)運營方面存在著許多缺點?；瘜W鏈空氣分離制氧技術(shù)是基于化學鏈燃燒技術(shù)提出的一種新型制氧方法，其原理是利用載氧體的連續(xù)氧化還原反應(yīng)來制取氧氣。該技術(shù)理論能耗僅為傳統(tǒng)深冷法能耗的26％，具有非常廣闊的發(fā)展前景。
　　化學鏈空氣分離制氧是一種新型的制氧技術(shù)，載氧體性能的好壞直接決定著系統(tǒng)運行性能和效率，因此載氧體性能的研究是關(guān)鍵。

2、銅基載氧體具有載氧量大、放氧溫度區(qū)間大、價格低、無毒性等優(yōu)點。本文通過機械混合法，以CuO為活性成分，MgAl2O4、SiO2、 ZrO2為惰性載體制備了不同惰性載體添加比例的5種類型銅基載氧體，分別為CuO-(60wt.％)MgAl2O4、 CuO-(50wt.％)MgAl2O4、 CuO-(40wt.％)MgAl2O4、CuO-(60wt.％)ZrO2、CuO-(60wt.％)SiO2。對制得的載氧體的物理性能進行了表征，包括XRD

3、物相組成分析，SEM-EDX表面形貌和能譜分析和BET比表面積分析。搭建了固定床反應(yīng)器熱態(tài)實驗平臺，通過熱態(tài)實驗對工業(yè)實際應(yīng)用進行小型模擬，考察了溫度、氣體流量、裝載量、惰性載體的種類和添加比例對銅基載氧體放氧反應(yīng)和吸氧反應(yīng)的影響。放氧過程中溫度分別為950℃、975℃、985℃、1000℃、1015℃，氣體流量分別為0.8L/min、0.9L/min、1.0L/min、1.1 L/min、1.2L/min。吸氧過程中溫度分別為800℃

4、、850℃、900℃、950℃、1000℃，氣體流量分別為0.7L/min、0.8L/min、0.9L/min、1.0L/min、1.1L/min。吸氧和放氧過程中裝載量的考察參數(shù)都為50g、70g、90g。此外，本文還通過循環(huán)反應(yīng)對制得的5種載氧體的循環(huán)穩(wěn)定性進行了考察和分析，確定了5種載氧體的合理的使用溫度，分析了銅基載氧體放氧性能降低的原因，結(jié)果如下:
　　(1)載氧體XRD物相分析結(jié)果表明:制得的載氧體中的活性成分均沒有與

5、惰性載體發(fā)生反應(yīng);SEM表面形貌結(jié)果表明:制得的載氧體中活性成分與惰性載體交錯分布;比表面積測量結(jié)果表明:CuO/MgAl2O4＞CuO/ZrO2＞CuO/SiO2，且惰性載體的添加比例越大，比表面積越大。
　　(2)熱態(tài)實驗結(jié)果表明:放氧反應(yīng)過程中載氧體的放氧反應(yīng)速率在950℃-1015℃范圍內(nèi)隨反應(yīng)溫度的升高而增加，在0.8L/min-1.2L/min范圍內(nèi)隨流量的增加而增大;吸氧反應(yīng)過程中載氧體的吸氧反應(yīng)速率在800℃-10

6、00℃范圍內(nèi)隨反應(yīng)溫度的升高而減小，在0.7L/min-1.1 L/min范圍內(nèi)隨流量的增加而增大;載氧體的放氧反應(yīng)和吸氧反應(yīng)速率在一定范圍內(nèi)都隨裝載量的增加而增大;對于本實驗采用的三種不同惰性載體，其對應(yīng)的載氧體的放氧反應(yīng)速率MgAl2O4＞ZrO2＞SiO2，吸氧反應(yīng)速率相差不大;在保證載氧體循環(huán)穩(wěn)定性能的前提下，吸氧反應(yīng)和放氧反應(yīng)速率都隨惰性載體添加比例的減小而增加。
　　(3)循環(huán)實驗結(jié)果表明:CuO-(50wt.％)Mg