本发明涉及以铁鳞制备氧载体的方法及在甲烷化学链燃烧中的应用，属于能源化工技术领域。
背景技术：
温室气体的扩散以及大气流动，使得全球气候异常，严重影响到人类的生存的环境。世界各个国家都很关注温室气体的排放，解决温室气体的排放已成为全人类共同的目标。由于现代化工业社会过多的燃烧煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量co2等温室气体，导致全球“温室效应”的日益加剧，开发和使用新型能源以减少二氧化碳等温室气体的排放已成为世界各国的普遍共识。值得注意的是甲烷的温室效应是二氧化碳的四倍，为实现低浓度甲烷的转化和二氧化碳的定量减排和发展低碳经济的共同目标，世界各国都十分重视能源的高效清洁利用与二氧化碳减排技术的发展。现有的分离回收co2主要分为两方面：从燃烧排气中分离处理和从大气中分离固定。从燃烧排气中分离回收co2的技术可分为：燃烧后处理技术、燃烧前处理技术和富氧燃烧技术。
化学链燃烧技术，是指通过载氧体在两个反应器(即燃料反应器和空气反应器)中循环，实现氧的传递，为燃烧提供所需的氧。避免了空气中的氮气与烟气的混合和co2被稀释的可能，从而实现co2低能耗分离，是一种可行的co2减排方式。这种方法最初被提出来是用来提高电站热效率，但是同时具有分离co2的过程中消耗能量最少，可实现能量的梯级利用等优点。
化学链燃烧技术的成功应用还取决于氧载体的优劣，所以制备和开发性能优越的氧载体至关重要。通过研究发现，fe基、co基、ni基、多金属复合材料等氧载体在制备或应用的过程中都存在一些缺陷，通过研究发现部分氧载体的规模化制备和工业化应用比较困难并且价格昂贵，需要寻找一种制备工艺简单、成本低廉的氧载体。
铁鳞是在加热轧制和锻造过程中，暴露在空气中，刚才表面被氧化而脱落下来的产物-铁锈。铁鳞除含铁之外，其他杂质含量非常少，主要化学式为fe2o3。这类物质从钢件上脱落下来时，形状较薄。轧制、锻炼产生铁鳞的数量非常大，由于这些废料已经被氧化，不能再回炉直接炼钢；现有技术中，并没有记载将铁鳞资源化形成氧载体的研究。
技术实现要素：
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种以铁鳞制备氧载体的方法及在甲烷化学链燃烧中的应用，本发明氧载体用于甲烷化学链燃烧技术中晶格氧的传递，具有较好的反应循环特性，而且具有良好的ch4转化率和co2选择性。
一种以铁鳞制备氧载体的方法，具体步骤如下：
（1）将铁鳞干燥破碎至粒度不大于0.50mm得到铁鳞粉；
（2）将步骤（1）活性组分和/或助剂、铁鳞粉、载体混合均匀得到混合物，将混合物成型，然后置于温度为800~1200℃下焙烧6~12h即得氧载体。
所述载体为sio2、al2o3、mgo的一种或多种，铁鳞粉与载体的质量比为x:1-x，其中0.5≤x≤0.9。
所述步骤（2）活性组分为六铝酸盐、fe2o3、cuo、nio、co3o4中的一种或多种，活性组分与铁鳞中铁的氧化物的质量比为(0~1):1.2。
所述步骤（2）助剂为naoh、ceo2、koh、mgoh中一种或多种，助剂占铁鳞与载体总质量的0.1~10%。
所述氧载体可以为粒状、球状、圆柱状等所需各种形状。
所述助剂、活性组分的纯度为分析纯级或工业纯级。
所述氧载体可以用在甲烷化学链燃烧中：
常压下，将氧载体放入固定床反应器中，检查装置的气密性良好后，先通入保护性气体（n2或ar）以除去体系中的其他气体，以5~15℃/min的升温速率将反应器加热到800~900℃，通入原料气甲烷10~30min，流量控制在100~300ml/min，收集产生的气体；停止通入甲烷，保持反应器反应温度不变，通入保护性气体（n2或ar）以除去体系中的其他气体后切换通入水蒸汽制备氢气并对氧载体进行部分氧化再生，水蒸汽流量为1~1.8g/min，反应持续10~50min，收集产生的气体，再通入无水空气并对氧载体进行完全氧化再生，无水空气流量为100~300ml/min，反应持续5~15min；如此，交替进行操作即可实现载氧体的循环利用。
本发明的有益效果是：
（1）与其他原料制备的氧载体相比，本发明氧载体原料丰富易得，价格低廉，制备工艺简单，易于规模化生产；
（2）本发明将材料加工废料资源铁鳞作为氧载体与甲烷化学链燃烧技术相结合，实现了材料加工废料资源综合利用，拓宽了材料加工废料资源的利用方式，减低了化学链燃烧中氧载体的制备成本；
（3）本发明氧载体应用于甲烷燃烧技术中，使得氧载体中的晶格氧能够释放和恢复，不断地进行氧化还原反应，从而可以循环多次使用；同时，提高了甲烷转化率和co2选择性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：一种以铁鳞制备氧载体的方法，具体步骤如下：
（1）将铁鳞置于温度为380℃下干燥6h脱除水分，破碎至平均粒度为0.42mm得到铁鳞粉；
（2）将步骤（1）铁鳞粉、载体（al2o3）和助剂（ceo2）混合均匀得到混合物，将混合物成型为粒度为20-40目的粒状，然后置于温度为800℃下焙烧12h即得氧载体，其中铁鳞粉与载体（al2o3）的质量比为1:1，助剂（ceo2）占铁鳞与载体总质量的1%；
氧载体在甲烷化学链燃烧中的应用：常压下，将12.6g氧载体放入固定床反应器中，检查装置的气密性良好后，先通入保护性气体（n2或ar）以除去体系中的其他气体，以10℃/min的升温速率将反应器加热到850℃，通入原料气甲烷30min，流量控制在150ml/min，收集产生的气体；经过分析，甲烷率达93%以上，产生大量的co2（97%）与少量的h2/co的合成气；停止通入甲烷，保持反应器反应温度不变，通入保护性气体（n2或ar）以除去体系中的其他气体后切换通入空气对氧载体进行氧化再生，空气流量为150ml/min，反应持续20min；再通入无水空气并对氧载体进行完全氧化再生，无水空气流量为150ml/min，反应持续10min；经分析，氧载体恢复程度为97%；如此，交替通入甲烷和空气进行操作即可实现载氧体的循环利用。
实施例2：一种以铁鳞制备氧载体的方法，具体步骤如下：
（1）将铁鳞置于温度为100℃下干燥24h脱除矿中水分，破碎至平均粒度为0.50mm得到铁鳞粉；
（2）将步骤（1）铁鳞粉、载体（sio2和al2o3）和助剂（naoh和mgoh混合物）混合均匀得到混合物，将混合物成型为内径为20-40目的球状，然后置于温度为850℃下焙烧12h即得氧载体，其中载体中sio2和al2o3的质量比为1:1，铁鳞粉与惰性载体（sio2和al2o3）的质量比为6:4，助剂中naoh和mgoh的质量比为1:1，助剂（naoh和mgoh）占铁鳞与载体总质量的5%；
氧载体在甲烷化学链燃烧中的应用：常压下，将12.6g氧载体放入固定床反应器中，检查装置的气密性良好后，先通入保护性气体（n2或ar）以除去体系中的其他气体，以10℃/min的升温速率将反应器加热到850℃，通入原料气甲烷20min，流量控制在200ml/min，收集产生的气体；经过分析，甲烷率达83%以上，产生大量的co2（98%），co/co2摩尔比接近于0；停止通入甲烷，保持反应器反应温度不变，通入保护性气体（n2或ar）以除去体系中的其他气体后切换通入水蒸汽制备氢气并对氧载体进行氧化再生，水蒸汽流量为1g/min，反应持续10min，收集产生的气体；经分析，产生的h2纯度达98%以上；再通入无水空气并对氧载体进行完全氧化再生，无水空气流量为100ml/min，反应持续10min；氧载体恢复程度为96%；如此，交替通入甲烷和水蒸气进行操作即可实现载氧体的循环利用。
实施例3：一种以铁鳞制备氧载体的方法，具体步骤如下：
（1）将铁鳞置于温度为280℃下干燥15h脱除矿中水分，破碎至平均粒度为0.35mm得到铁鳞粉；
（2）将步骤（1）铁鳞粉、载体（sio2和al2o3）混合均匀得到混合物，将混合物成型为内径为20-40目的球状，然后置于温度为900℃下焙烧10h即得氧载体，其中载体中sio2和al2o3的质量比为1:1，铁鳞粉与载体（sio2和al2o3）的质量比为7:3；
氧载体在甲烷化学链燃烧中的应用：常压下，将12.6g氧载体放入固定床反应器中，检查装置的气密性良好后，先通入保护性气体（n2或ar）以除去体系中的其他气体，以10℃/min的升温速率将反应器加热到900℃，通入原料气甲烷30min，流量控制在200ml/min，收集产生的气体；经过分析，甲烷率达85%以上，产生大量的co2（95%）与少量的h2/co的合成气；停止通入甲烷，保持反应器反应温度不变，通入保护性气体（n2或ar）以除去体系中的其他气体后切换通入水蒸汽制备氢气并对氧载体进行氧化再生，水蒸汽流量为1.2g/min，反应持续15min，收集产生的气体；经分析，产生的h2纯度达98%以上；再通入无水空气并对氧载体进行完全氧化再生，无水空气流量为200ml/min，反应持续5min；氧载体恢复程度为94%；如此，交替通入甲烷和水蒸气进行操作即可实现载氧体的循环利用。
实施例4：一种以铁鳞制备氧载体的方法，具体步骤如下：
（1）将铁鳞置于温度为190℃下干燥20h脱除矿中水分，破碎至平均粒度为0.30mm得到铁鳞粉；
（2）将步骤（1）铁鳞粉、载体（sio2、al2o3和mgo）和助剂（koh和ceo2）混合均匀得到混合物，将混合物成型为直径为1cm的圆柱状，然后置于温度为950℃下焙烧10h即得氧载体，其中载体中sio2、al2o3和mgo的质量比为1:1:1，铁鳞粉与载体（sio2、al2o3和mgo）的质量比为6:4，助剂中koh和ceo2混合物的质量比为1:1，助剂koh和ceo2占铁鳞粉与载体氧化物的质量比为8%；
氧载体在甲烷化学链燃烧中的应用：常压下，将12.6g氧载体放入固定床反应器中，检查装置的气密性良好后，先通入保护性气体（n2或ar）以除去体系中的其他气体，以10℃/min的升温速率将反应器加热到950℃，通入原料气甲烷30min，流量控制在150ml/min，收集产生的气体；经过分析，甲烷率达90%以上，产生大量的co2（96%），co/co2摩尔比接近于0；停止通入甲烷，保持反应器反应温度不变，通入保护性气体（n2或ar）以除去体系中的其他气体后切换通入水蒸汽制备氢气并对氧载体进行氧化再生，水蒸汽流量为1.8g/min，反应持续10min，收集产生的气体；经分析，产生的h2纯度达98%以上；再通入无水空气并对氧载体进行完全氧化再生，无水空气流量为300ml/min，反应持续5min；氧载体恢复程度为97%；如此，交替通入甲烷和水蒸气进行操作即可实现载氧体的循环利用。
实施例5：一种以铁鳞制备氧载体的方法，具体步骤如下：
（1）将铁鳞置于温度为150℃下干燥20h脱除矿中水分，破碎至平均粒度为0.30mm得到铁鳞粉；
（2）将步骤（1）铁鳞粉、载体（sio2）和助剂（naoh和ceo2混合物）混合均匀得到混合物，将混合物成型为直径为1cm的圆柱状，然后置于温度为1000℃下焙烧8h即得氧载体，其中铁鳞粉与载体（sio2）的质量比为8:2，助剂中koh和ceo2混合物的质量比为1:1，助剂koh和ceo2占铁鳞粉与载体氧化物的质量比为10%；
氧载体在甲烷化学链燃烧中的应用：常压下，将12.6g氧载体放入固定床反应器中，检查装置的气密性良好后，先通入保护性气体（n2或ar）以除去体系中的其他气体，以10℃/min的升温速率将反应器加热到850℃，通入原料气甲烷20min，流量控制在100ml/min，收集产生的气体；经过分析，甲烷率达88%以上，产生大量的co2（95%），co/co2摩尔比接近于0；停止通入甲烷，保持反应器反应温度不变，通入保护性气体（n2或ar）以除去体系中的其他气体后切换通入水蒸汽制备氢气并对氧载体进行氧化再生，水蒸汽流量为1.8g/min，反应持续10min，收集产生的气体；再通入无水空气并对氧载体进行完全氧化再生，无水空气流量为250ml/min，反应持续7min；经分析，产生的h2纯度达97%以上，氧载体恢复程度为95%；如此，交替通入甲烷和水蒸气进行操作即可实现载氧体的循环利用。
实施例6：一种以铁鳞制备氧载体的方法，具体步骤如下：
（1）将铁鳞置于温度为210℃下干燥22h脱除矿中水分，破碎至平均粒度为0.42mm得到铁鳞粉；
（2）将步骤（1）铁鳞粉、载体（sio2）和助剂（naoh、ceo2和koh混合物）混合均匀得到混合物，将混合物成型为直径为1cm的圆柱状，然后置于温度为1200℃下焙烧6h即得氧载体，其中铁鳞粉与载体（sio2）的质量比为1:1，助剂中naoh、ceo2和koh的质量比为1:1:1，助剂（naoh、ceo2和koh混合）占铁鳞与载体总质量的3%；
氧载体在甲烷化学链燃烧中的应用：常压下，将12.6g氧载体放入固定床反应器中，检查装置的气密性良好后，先通入保护性气体（n2或ar）以除去体系中的其他气体，以10℃/min的升温速率将反应器加热到900℃，通入原料气甲烷20min，流量控制在200ml/min，收集产生的气体；经过分析，甲烷率达90%以上，产生大量的co2（96%），co/co2摩尔比接近于0；停止通入甲烷，保持反应器反应温度不变，通入保护性气体（n2或ar）以除去体系中的其他气体后切换通入水蒸汽制备氢气并对氧载体进行氧化再生，水蒸汽流量为1.5g/min，反应持续10min，收集产生的气体；再通入无水空气并对氧载体进行完全氧化再生，无水空气流量为100ml/min，反应持续15min；经分析，产生的h2纯度达96%以上，氧载体恢复程度为98%；如此，交替通入甲烷和水蒸气进行操作即可实现载氧体的循环利用。
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做出各种变化。