基于CaSO4载氧体的煤化学链燃烧还原反应实验研究

基于CaSO4载氧体的煤化学链燃烧技术,采用小型流化床模拟燃料反应器,对煤气化–CaSO4还原反应展开实验研究。水蒸气作为气化及流化介质,煤气化气体产物(CO、CH4、H2)与CaSO4发生还原反应。结果表明,煤气化是煤气化–CaSO4还原反应过程的控制步骤;CH4、H2累积量随温度升高呈减少趋势,高于950 ℃时反应产物中无CH4、H2,温度低于950 ℃时CO累积量随温度增高亦呈减少趋势, 但高于950 ℃时CO累积量随温度升高反而略有增加;煤气化反应的碳气化效率以及煤气化–CaSO4还原反应的C–CO2转化率均随温度而增大,最大值分别达95.9%、91.5%。CaSO4在CH4、H2气氛的反应活性随温度升高而显著提高,而在CO气氛下其反应活性较弱;煤气化–CaSO4还原反应后的载氧体颗粒出现轻微磨损,扫描电镜分析表明反应后载氧体颗粒的比表面积增大,950 ℃时存在轻微烧结现象,但对载氧体反应活性影响不大。     

碱土金属Ca对铁矿石载氧体煤化学链燃烧的影响

在流化床上利用碱土金属Ca对铁矿石载氧体进行修饰,研究了Ca负载量、反应温度和循环次数对煤化学链催化燃烧的影响。结果表明:随着Ca负载量的增加,煤化学链燃烧的反应速率加快,碳转化率有效提高,气体产物浓度达到峰值的时间提前,反应后期气体产物的衰减速率变大,整个反应期间CO浓度明显减少,CO2、H2浓度增大。在800～960℃区间内,6%Ca-铁矿石的碳转化率和CO2体积份额均先增大后减小,920℃时对煤化学链催化燃烧效果最为显著,碳转化率和CO2体积份额高达91.2%和95%。19次循环实验后Ca对煤化学链燃烧仍有较好的催化效果,说明Ca-铁矿石具有较强的持续循环能力。扫描电镜表明Ca-铁矿石颗粒表面轻微烧结,表面晶粒存在较多裂纹和缝隙。     

助剂对CaSO_4载氧体化学链燃烧的影响

在固定床实验台架上,研究了CaSO4和添加助剂的CaSO4与气体燃料发生反应的特性。结果表明:助剂可大幅度地提高CaSO4的反应活性,缩短反应时间。在950℃下,所有复合载氧体的转化率均超过95%。在还原和氧化过程中,载氧体释放的SO2曲线呈单峰特性,且随温度显著增大;温度对COS的释放没有明显的影响作用。含Ni-Fe的载氧体等转化率下硫的损失率最小。通过程序升温还原、X射线衍射和场发射扫描电镜等表征分析,研究了样品的反应性能,成分与结构变化,并提出了一个可能的催化还原反应和硫释放机制。     

钾-钠共修饰铁矿石载氧体的反应特性试验

采用碱金属K-Na通过浸渍法共修饰铁矿石载氧体,在流化床上研究了K-Na负载量、反应温度和循环次数对载氧体性能的影响。结果表明:碱金属K-Na共修饰铁矿石的CO累积转化率显著高于纯铁矿石;温度对载氧体反应活性影响显著;K和Na在循环过程中对铁矿石活性的修饰效果保持稳定;5Na1K-Fe和1Na5K-Fe的活性高于3Na3K-Fe。     

基于CaSO4载氧体的煤化学链燃烧分离CO2研究

提出基于CaSO4载氧体的串行流化床煤化学链燃烧分离CO2技术，分析了燃料反应器内水煤气反应、CaSO4以及金属氧化物载氧体还原反应热力学特性参数，表明CaSO4是煤化学链燃烧反应理想的载氧体。应用Aspen Plus软件，建立了基于CaSO4煤化学链燃烧串行流化床内各种物质的质量平衡、化学平衡和能量平衡模型，进行模拟研究；结果表明，随着燃料反应器温度不断提高，燃料反应器气体产物中H2O体积浓度基本维持不变，CO2浓度略有降低，CO迅速上升，而H2缓慢增大；H2S随反应温度呈幂指数规律衰减，SO2显著递增，表明燃料反应器产物中SO2和H2S中的硫不全部是煤中硫，部分硫来自于CaSO4载氧体竞争反应的产物；载氧体循环倍率随燃料反应器温度升高呈幂指数级增加，随空气反应器温度呈幂指数级递减。     

铁基载氧体化学链制氢特性实验研究

化学链制氢(chemical looping hydrogen generation,CLHG)是一种可以内在实现CO2分离的新型制氢技术.它由燃料、水蒸气和空气反应器组成.该文选取CO为燃料,研究气体燃料的制氢性能及影响因素.并选用Fe2O3作载氧体,Al2O3和TiO2作载体,采用机械混合法,制备了Fe2O3(90％)+Al2O3(10％)、Fe2O3(60％)+Al2O3(40％),Fe2O3(60％)+TiO2(40％)3种载氧体.在900℃下,进行了还原、水蒸气氧化和空气氧化十次循环实验.实验发现,3种载氧体在循环中活性保持稳定,没有出现失活和烧结现象;增加载氧体中惰性载体的质量分数可以提高载氧体的活性;由于TiO2与Fe2O3结合生成惰性的FeTiO3,导致基于TiO2的载氧体活性低于同等质量分数下基于Al2O3的载氧体;惰性载体自身的吸湿性和水蒸气制氢氛围会导致颗粒的团聚.温度升高有利于还原反应,增加了载氧体的还原深度并提高了水蒸气氧化时氢气的产量;同时高温抑制了还原过程中的析碳.还原时气体燃料在单级燃料反应器内由于热力学平衡无法实现完全转化,可考虑设计新型的燃料反应器.     

化学链燃烧技术中非金属载氧体的研究进展

简述化学链燃烧技术是一种能实现CO_2内分离、提高燃烧效率的燃烧技术及钙基载氧体具有更高的氧传递能力、价格低廉、环境友好的特性,介绍非金属载氧体CaSO_4不同实验测试与表征手段的研究现状,分析认为串行流化床非常适合于非金属载氧体CaSO_4化学链燃烧技术的应用,并提出未来的研究方向。     

基于Fe基载氧体模拟煤气化学链燃烧分离CO_2技术

对基于Fe2O3载氧体模拟煤气化学链燃烧的各反应进行了热力学分析研究,获得了Fe2O3在模拟煤气的氛围中各还原反应的热力学参数随温度的变化关系。基于Gibbs自由能最小化方法建立了基于Fe2O3载氧体化学链燃烧反应模型,模拟了载氧体与燃料的摩尔比、温度对燃料应器中各平衡产物的影响。     

化学链燃烧过程中准东煤成灰特性实验

采用热重反应器对准东煤在不同条件下的成灰特性进行实验,研究了反应气氛、温度和铁矿石存在对准东煤成灰特性的影响。结果表明:化学链燃烧后的准东煤灰机械强度要高于空气直燃后的准东煤灰,且煤颗粒粒径越大,燃烧后煤灰的机械强度也越好;准东煤的成灰速率随着温度的升高而增加,且水蒸气气氛下的成灰速率要高于CO_2气氛;与传统燃烧方式相比,化学链燃烧过程中固留在煤灰中的钠含量较少,尤其是以水蒸气为气化介质的化学链燃烧过程。     

基于赤铁矿载氧体的串行流化床煤化学链燃烧试验

建立1kW级串行流化床反应器系统,以赤铁矿为载氧体进行了煤化学链燃烧试验。验证载氧体的持续循环能力,讨论燃料反应器温度对气体产物组成及CO2捕集效率的影响。在连续10h的试验中,载氧体展现出良好的稳定性和反应活性;随着温度由900℃升到985℃,燃料反应器中CO和CO2浓度迅速增加,空气反应器中CO2浓度则呈线性下降;较高的温度有利于提高CO2捕集效率。用BET比表面积、扫描电子显微镜和X-射线衍射对使用前后的载氧体进行表征,结果表明:表面轻微的烧结导致使用过的载氧体比表面积和空隙容积都有所下降;载氧体仍保持多孔结构,这有利于其与气体之间的反应。由于喷动床高速射流的存在,载氧体颗粒之间没有团聚现象。该种赤铁矿是实现煤化学链燃烧比较理想的载氧体。     

燃煤增压化学链燃烧耦合联合循环系统过程模拟研究

煤在加压条件下进行化学链燃烧后,燃料反应器出口烟气成分主要是CO_2和H_2O,空气反应器出口烟气成分主要为N_2和少量O_2。这些高温、高压的烟气携带大量热量,将增压化学链燃烧系统与联合循环系统耦合为增压化学链燃烧耦合联合循环(PCLC-CC)系统,可以实现能量的循环梯级利用。本文运用Aspen Plus过程模拟软件对煤的PCLC-CC系统进行模拟和热力学分析,分别对化学链燃烧系统、燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机进行过程模拟,运用Aspen Plus软件自带的模型分析工具和流程选项分析系统参数并进行优化。结果表明,PCLC-CC系统运行所需最小空气量为137.43 kg/s,最小载氧体煤比为62.5时,系统的净效率为40.65%,CO_2的捕捉率为92.81%,均与实际情况相符。     

单颗粒模拟研究化学链氧解耦燃烧中煤焦颗粒转化特性

主要研究在典型的化学链氧解耦燃烧(chemical looping combustion with oxygen uncoupling,CLOU)气氛下水蒸气对煤焦转化特性的影响.通过单因素分析,模拟在不同温度、煤焦颗粒粒径、氧气浓度、水蒸气浓度下开展.研究结果表明,在低O2浓度(1％)下,水蒸气气化反应可明显增加煤焦...     

无烟煤-CoO化学链燃烧特性及动力学研究

本研究采用溶胶-凝胶燃烧法制备CoO氧载体,通过热重实验TG/DTG分析研究CoO与阳泉无烟煤(YQ煤)的反应特性,并进行反应动力学分析。研究结果发现:YQ-CoO化学链燃烧的着火温度较高,挥发分释放特性指数、可燃性指数和综合燃烧特性指数均较小,燃烧和燃尽特性较差;依据Coats-Redfern模型分别计算出n取不同值时CoO与YQ煤化学链燃烧反应的活化能和指前因子,发现其活化能较大,指前因子较小,不易于燃烧。     

草木灰水溶液改性天然贫铁矿载氧体试验研究

选用草木灰水溶液改性天然贫铁矿作为载氧体,在固定床中,采用CO作为还原气体,考察了K~+物质的量比改性载氧体活性的影响;并对其进行短时间、多次数氧化还原循环试验研究。结果表明:K~+物质的量比越高,改性载氧体的活性越好。改性载氧体在固定床100次循环反应中表现出了较强的循环稳定性;随着循环次数的增多,改性载氧体会出现粉化情况,且K~+物质的量比越高,改性载氧体的粉化现象越严重。     

铁基载氧体化学链氧化氨气特性的实验研究EI北大核心CSCD

NH3燃烧会不可避免地生成氮氧化物等污染物。化学链燃烧技术因其自身性质,为提高NH3燃烧特性提供了一种研究手段。铁基载氧体因具有良好的反应活性等特点,被广泛用于化学链反应中。该文采用浸渍法制备Fe_(2)O_(3)/Al2O3铁基载氧体。在不同温度下,对不同质量分数的Fe_(2)O_(3)/Al2O3进行化学链氧化NH3和循环稳定性的实验研究。结果可知,在900~1000℃,当Fe_(2)O_(3)质量分数在30%~50%时,Fe_(2)O_(3)/Al2O3的NH3转化率平均在95%以上。反应稳定后,N2选择性保持在99%左右。结果表明,氨氛围下铁基载氧体具有较好的化学链燃烧性质,能够为氨燃烧、解决氨逃逸和铁基载氧体相关研究提供一定参考。     

固定床上Fe_2O_3载氧燃烧特性实验研究

Fe2O3作为载氧体可以在载氧燃烧过程中实现CO2的分离。在固定床试验台(内径40mm,高1600mm)上,通过改变载氧体在反应器中所处的还原氧化氛围模拟载氧燃烧过程,研究载氧体Fe2O3的载氧燃烧特性。实验载氧体量385g,CO+CO2+N2为还原气体,O2+N2为氧化气体。在900℃下针对CO2对反应的影响进行研究,对载氧体粒径和反应温度的影响进行探讨。为了分析载氧体的反应活性与稳定性,在900℃下对载氧体颗粒进行多次还原氧化循环实验。结果表明,在纯CO的氛围下,Boudouard反应会导致还原过程发生析碳,CO还原气中加入CO2可以抑制析碳的产生。还原反应中载氧体颗粒的比表面积和孔隙率越大,CO的转化率越高。在Fe2O3-Fe3O4阶段,高温不利于CO的转化,但有助于CO在Fe3O4-Fe0.947O/Fe阶段中的转换。通过5～6次的循环实验发现,载氧体在经过第1次反应后会出现一定程度的失活,此后性质保持稳定。     

基于加压吸氧化学链制氧的富氧燃烧系统建模及分析

富氧燃烧为二氧化碳的捕集与储存提供了非常有效的途径,然而富氧燃烧用到的深冷空气分离(深冷空分)制氧技术会消耗大量电能,并且随着制氧体积分数的增加,制氧功耗也会增加。化学链制氧是一种有效的为富氧燃烧提供低能耗高纯度氧气的制氧方法。本文采用加压吸氧化学链制氧方法解决常规化学链制氧中还原反应吸热量过大问题,并对耦合深冷空分制氧、常规化学链制氧、加压吸氧化学链制氧的富氧燃烧流程进行模拟分析对比。结果表明:加压吸氧化学链制氧甲烷消耗量为常规化学链的12.7%,耦合加压吸氧化学链制氧的富氧燃烧系统净效率可以达到34.0%,且在基础投资和运行成本上均优于深冷空分制氧系统和常规化学链制氧系统。     

煤的结构对化学链燃烧系统反应性能的影响

以我国典型煤种为原料,从结构与反应性的角度研究了不同热解条件下制得的煤焦的化学链燃烧反应特性,考察了煤阶、热解温度和热解速率对煤焦反应性能、孔隙结构和微晶结构的影响。结果表明,煤阶越低,煤焦孔隙结构越发达,使得煤焦的反应性能更佳;热解温度对3种煤的影响行为不同,褐煤煤焦随热解温度的升高孔隙结构变差,微晶结构有序化程度升高,煤焦反应性能下降,而烟煤和无烟煤煤焦在热解温度为900℃时获得最佳的反应性能,其中煤焦孔隙结构是影响其反应性能的主要因素;3种快速热解煤焦具有更发达的孔隙结构,微晶结构有序化程度较低,反应性能明显优于慢速热解煤焦。     

含灰烟气循环煤粉富氧燃烧中超细颗粒物生成特性研究

在实验室高温沉降炉系统基础上搭建了模拟实际烟气循环的富氧燃烧台架,在无烟气循环、脱灰烟气循环和含灰烟气循环条件下对大同烟煤和神华烟煤燃烧时超细颗粒物的生成特性进行了实验研究。结果表明:与无烟气循环燃烧方式相比,脱灰烟气循环燃烧方式下两种煤的超细颗粒物生成量无显著差别,而含灰烟气循环燃烧方式下其生成量分别降低了约12.03%和7.73%;加入循环灰后,大同煤灰里的硅铝酸盐会捕集燃煤释放的K、Na等矿物蒸气,而神华煤灰里的CaO还会捕集燃煤释放的S,二者均会导致超细颗粒物生成量减少。     

煤基化学链燃烧系统的化学反应性能研究

为了更有效地减少主要的温室气体CO2的排放量,在不添加额外的分离装置和消耗额外能源的情况下,急需找到一种可行的新型燃烧方式。基于零排放理念的化学链燃烧技术,它不仅能有效地富集高浓度的CO2,而且还将大幅提高能源的利用效率,实现多种污染物的协同控制。与煤焦反应时,铁基氧载体表现出高的反应程度,且尾气中CO浓度均较低,易于收集高浓度的CO2。这些都证实了煤基化学链燃烧技术的可行性以及其低排放特性。