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。     

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。     

以煤为燃料的化学链燃烧研究进展

从3个方面介绍以煤为燃料的化学链燃烧的研究进展。在载氧体方面,研究载氧体的气固反应特性,采用表面光滑的Fe多晶片作为反应物,借助扫描电镜观测固体产物,剥离了孔隙结构的影响,解决固体产物微观形貌难以直接观察的问题;建立了基于分子尺度固体产物成核与生长的速率方程,从微观分子尺度来描述宏观的动力学行为;建立活性成分与惰性载体间相互作用力模型;提出通过引入外来离子提高天然钛铁矿载氧体反应活性的方法。在煤与载氧体相互作用方面,考虑了挥发分、煤灰对载氧体的影响;采用催化气化使气化速率与还原速率相匹配;煤的破碎、磨耗及分层会导致燃料反应器内气体的不完全转化。在反应器方面,建立了双循环回路的三流化床实验台,实现了140h稳定热态运行;并提出采用下行床、低温化学链燃烧和直接化学链燃烧的概念来转化未反应气体。     

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。     

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。     

助剂对ZnFe2O4氧载体化学链制氢反应性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备不同助剂掺杂改性的ZnFe₂O₄氧载体,探究不同助剂(Sr、Ce、La和Al)对其性能的影响。化学链制氢实验在固定床反应器中进行,结果表明：添加助剂能有效提高氧载体的性能,单位质量氧载体H₂产量从高到低依次为La>Sr>Al>Ce,La改性的ZnFe₂O₄氧载体反应活性最高。结合X射线衍射、H₂-程序升温还原、吸附比表面测试法等表征手段和化学链制氢实验对掺杂助剂La的氧载体物理化学性质作进一步分析,考察不同掺杂质量分数对氧载体反应性能的影响。结果表明：添加质量分数为12%La助剂的ZnFe₂O₄在化学链制氢反应中单位H₂产量最高;La助剂的加入提高了氧载体的比表面积,促进氧空位的形成,加快晶格氧的迁移速率,有利于化学链制氢反应。     

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。     

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.     

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。     

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。     

化学链高温空分制氧与IGCC集成系统性能评价

基于Aspen plus软件,建立了化学链高温空分制氧与IGCC集成的系统(CLAS-IGCC)模型,并以蒸汽作为化学链高温空分载氧介质,从载氧蒸汽过热度、氧煤质量比(氧煤比)、水煤质量比(水煤比)和载氧体等4个方面对CLAS-IGCC的性能进行了研究。结果表明:CLAS-IGCC效率随载氧蒸汽过热度增加而先减小后增大,随氧煤比增大而减小;水煤比对系统效率影响不大;以Mn_3O_4-Mn2O_3为载氧体的CLAS-IGCC与以CoO-Co_3O_4为载氧体的CLAS-IGCC相比略具优势;CLAS-IGCC效率为45.1%,而采用常规低温空分制氧技术的IGCC效率为45.8%,因此,蒸汽型CLAS-IGCC集成效果不具优势。     

惰性载体Al_2O_3对Fe_2O_3及CuO氧载体煤化学链燃烧的影响

氧载体是煤化学链燃烧技术的基础,惰性载体则是其中的必要组成部分,起着重要的作用。以Al2O3作为典型惰性载体,采用热重分析仪、红外频谱仪、场发射扫描电镜和能谱分析仪以及X衍射仪,对六盘水贫煤与Fe2O3、CuO基氧载体的反应进行了详细的研究。研究发现,Al2O3的引入,使得Fe2O3、CuO基氧载体表面积增大、孔径分布更为优化,而且对氧载体与六盘水贫煤一次热解产物的反应是有利的,能够促进氧载体中更多晶格氧的传递,Fe2O3基氧载体中有更多的Fe2O3还原为低于Fe3O4价态的氧化物,而CuO基氧载体中CuO除了还原为Cu、Cu2O外,其中的CuAl2O4也有一定的反应活性,被还原为CuAlO2。与LPS煤反应时,Fe2O3深度还原产物与部分Al2O3及煤中的SiO2反应生成Fe3Al2（SiO4）3,而CuO则与Al2O3及六盘水贫煤反应生成了（Cu0.215Mg1.785）（Al4Si5O18）复合物。     

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...     

纤维增韧提高载氧体抗磨损性实验研究

载氧体作为化学链燃烧技术中的关键环节,对其性能的研究具有重要意义.铁基载氧体由于其热力学性能良好、环保、储量丰富及价格低廉等优点,被认为最具工业应用前景的一类载氧体,但是目前其抗磨损性差、寿命短的问题极大限制了在化学链燃烧技术中的应用.基于纤维增韧陶瓷材料技术,设计载氧体在不同工况下的磨损测试实验,研究Al2O3纤维对...     

液相无焰燃烧合成LiNi_xMn_(2-x)O_4(x≤0.10)及电化学性能研究

采用液相无焰燃烧法一步合成了一系列LiNi_xMn_(2-x)O_4(0≤x≤0.10)正极材料。通过XRD、SEM和电化学测试分析了所合成样品的结构、微观形貌和电化学性能。结果表明,所有合成的LiNi_xMn_(2-x)O_4正极材料都是尖晶石型LiMn_2O_4结构。LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4在1C、循环500次后的放电比容量最高为79.3mAh·g~(-1)。CV测试显示,LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4在循环500次后的氧化还原电位差最小,仅为0.18V,这说明其电化学极化较弱且有良好的电化学可逆性。EIS测试表明,在所有的样品中,LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4样品的活化能(Ea)最小为23.81KJ·mol~(-1)。故掺杂适量的Ni离子能够有效改善锂离子电池正极材料的循环可逆性和电化学性能。