磷石膏载氧体的褐煤化学链气化数值模拟

利用Fasctsage 6.4软件对褐煤化学链气化的合成气模型化,模拟计算了对磷石膏载氧体的化学链气化制取合成气的过程,并对磷石膏载氧体的褐煤化学链气化的反应机制进行研究探讨。结果显示,H₂和CO是褐煤化学链气化合成气中的两种主导产品。升高气化温度将会对气化过程产生积极影响;外加水蒸气和CO₂气氛下同样可以提高合成气的产量。反应温度在950℃左右较为适宜;载氧体的使用可以使合成气的产率得到显著提升。     

CuO修饰Fe基载氧体的锡盟褐煤化学链燃烧特性分析

为提高Fe基载氧体性能以及研究锡盟褐煤化学链燃烧特性,以硝酸盐试剂及CuO粉末为原料,通过共沉淀法制备了不同质量分数CuO修饰的Fe基载氧体且使用固定床制备褐煤焦样,对制得的载氧体进行表征分析,并在小型流化床反应器中进行了褐煤及其煤焦的化学链燃烧实验。结果表明:实验制得的载氧体完成了良好的结晶过程,且经CuO修饰后的载氧体中出现了CuFe₂O₄;在褐煤化学链燃烧实验中,相比于不经CuO修饰的Fe基载氧体,修饰后的载氧体具有更好的反应活性,具体表现在碳转化率方面,通过对不同质量分数CuO修饰的Fe基载氧体进行实验分析,10%CuO修饰的载氧体褐煤化学链燃烧中碳转化率为94.84%,较不修饰情况下的89.49%提升明显,同时碳转化速率峰值为23.81mol·%·min^-1,在相同时间内较不修饰情况提升4.21mol·%·min^-1,使用10%CuO修饰的载氧体进行褐煤焦化学链燃烧实验时碳转化率高达95.80%;循环实验中,15次化学链燃烧实验循环后,褐煤化学链燃烧碳转化率为88.69%,对反应后的载氧体表征分析表明,10%CuO修饰的Fe基载氧体仍保持了较为稳定的性能。     

化学链燃烧国内外研究发展现状

阐述了化学链燃烧的基本技术原理、常见的动力学模型及其载氧体应具备的条件,并从载氧体的选取、化学链燃烧反应器的发展两个方面对当前化学链燃烧技术的发展现状和存在不足进行了总结分析。指出了化学链燃烧反应器应探索的方向和提出采用磷石膏作为载氧体的新想法。     

Co-Fe2O3[104]铁基载氧体优化体系作用下褐煤化学链燃烧特性

前期研究发现高弥勒指数晶面载氧体Fe₂O₃[104]具有高的化学链燃烧反应特性,且Co对煤及其热解中间产物具有催化气化和催化转化作用。通过正交实验优化制备Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃载氧体体系结构,开展Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃与褐煤的化学链燃烧,揭示载氧体与褐煤发生化学链燃烧的特性。结果表明:形貌控制制备的高弥勒指数晶面铁基载氧体Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃(质量分数10%)促进了褐煤化学链燃烧过程中氧的迁移速率以及载氧体的还原程度,进而显著提高了载氧体与褐煤化学链燃烧的反应速率及反应效率。进一步通过CO多循环化学链燃烧反应、XRD和TEM表征了Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃(10%)的可再生性及反应稳定性。     

化学链燃烧工艺中载氧体的研究进展

化石燃料燃烧产生的CO_2是主要的温室气体之一,化学链燃烧工艺不仅能够低能量消耗进行内分离捕集CO_2,也是制备H_2及其他工业合成气的重要手段,其中载氧体是整个化学链循环系统的关键。以化学链燃烧中的载氧体物化特性为核心,论述了载氧体的制备、组成以及掺杂优化等发展现状,分析了当前载氧体存在的问题及研究难点,并对载氧体研究方向进行展望。载氧体传统制备方法中机械混合法、浸渍法操作简单、成本低,但制备的载氧体样品均匀性差,活性和稳定性难以保证;化学共沉淀、冷冻成粒法和溶胶凝胶法能在一定程度上提高载氧体各成分的均匀性,但其载氧体的微观结构难以控制,操作复杂,制备成本较高,不适于大规模应用;载氧体制备方法应向低成本、高效以及精细化控制方向发展。目前常用的载氧体中铁基载氧体活性低,镍基和锰基载氧体对环境不利,而铜基载氧体易于烧结,惰性载体的加入和碱金属等元素的掺杂能在一定程度上改善其特性,但距离低成本、高活性、环境友好、工作寿命长还有一定差距,因而进一步研究载氧体组分和掺杂组分之间的协同机理是载氧体优化的关键。     

Fe_2O_3,SiO_2,Al_2O_3对磷石膏化学链燃烧反应的影响研究

合成气作为现代化工的基础原料,可通过化学链气化技术制得。利用湿法磷酸工业的副产物—磷石膏作为载氧体,通过热重分析仪和管式炉研究在N_2条件、水蒸气作为气化剂的条件下,SiO_2、Al_2O_3和Fe_2O_3对化学链燃烧过程中合成气的产出量的影响。实验结果表明:高温条件有益于合成气的产出,Fe_2O_3的加入对CO气体的产出有明显的影响,而SiO_2则更利于H_2的产出,而Al_2O_3的加入对合成气的整体产出量有促进作用。     

基于铁基载氧体煤焦化学链气化性能研究

用溶胶-凝胶法制备铁基载氧体,以500℃热解得到的半焦为固体原料,利用固定床反应器对制备的铁基载氧体煤焦化学链气化性能进行研究。实验结果表明:当氧碳比为1∶1,水蒸气流量为0.03 mL/min,气化温度为900℃时,煤焦化学链气化反应获得较高的碳转化率和合成气选择性,分别为93.42%和85.48%;水蒸气及载氧体的增多,可以提高煤焦的碳转化率,但同时会消耗合成气,导致合成气选择性降低;气化温度的提高能够促进煤焦气化反应的进行,提高CO和H_2的产率,但高温下载氧体易出现烧结问题。此外,煤焦、载氧体与水蒸气三者间的相互作用会随着煤焦气化反应的进行而有所变化。     

基于CoFe_2O_4载氧体的生物质化学链气化反应特性

在热重分析仪和固定床反应器上对基于CoFe_2O_4载氧体的生物质化学链气化反应特性进行了研究,考察了载氧体与生物质质量比、水蒸气、反应温度对生物质化学链气化反应特性的影响,同时也对载氧体的循环反应性能进行了研究。通过XRD及SEM对新制备的和反应后的载氧体进行了表征。热重结果表明:CoFe_2O_4能够提供晶格氧,有效促进生物质气化。当CoFe_2O_4与生物质质量比为0.8,水蒸气体积分数为50%,温度为900℃时,气化反应效果最好。5次循环反应后,仍能获得较高品质的合成气,载氧体能够循环再生且未出现明显烧结团聚。     

基于CoFe2O4载氧体的生物质化学链气化反应特性

在热重分析仪和固定床反应器上对基于CoFe₂O₄载氧体的生物质化学链气化反应特性进行了研究，考察了载氧体与生物质质量比、水蒸气、反应温度对生物质化学链气化反应特性的影响，同时也对载氧体的循环反应性能进行了研究。通过XRD及SEM对新制备的和反应后的载氧体进行了表征。热重结果表明：CoFe₂O₄能够提供晶格氧，有效促进生物质气化。当CoFe₂O₄与生物质质量比为0.8，水蒸气体积分数为50%，温度为900 ℃时，气化反应效果最好。5次循环反应后，仍能获得较高品质的合成气，载氧体能够循环再生且未出现明显烧结团聚。     

生物质废弃物化学链气化技术研究进展

生物质废弃物来源广泛、总量庞大、绿色可再生,是可持续发展的替代资源。化学链气化技术可通过高活性载氧粒子在氧化和还原反应器中循环的方式将生物质废弃物转化为以H2、CO为主的合成气,在获得高价值合成气的同时还能实现生物质废弃物的资源化利用。本文梳理了生物质废弃物化学链气化中不同类型载氧体的应用及改性方法。概述了复杂高含水生物质废弃物化学链气化技术的研究现状。     

铁基载氧体化学链水分解制氢耦合乙酸热分解试验

采用载氧体催化剂化学链直接分解水一步制纯氢，并将其与生物质热转化耦合，开发具有应用前景和经济性的制氢同时制合成气的新方法具有重要意义。探究金属螯合溶胶-凝胶方法制备掺杂Ce-Ni的铁基载氧体，以化学链水分解耦合乙酸热分解方式制取纯氢和富氢合成气，首先在氧化态载氧体作用下，乙酸催化热分解制取富氢合成气，载氧体被还原，实现了载氧体晶格氧的迁移，通过原位CO₂吸附实现热分解过程强化；其次是利用还原态载氧体与水发生铁-蒸汽过程制氢。研究发现，在乙酸催化热分解过程进行原位CO₂吸附强化，提高了合成气H₂纯度并减少积碳。与无掺杂纯氧化铁与空白石英砂对照，掺杂适量的Ce与Ni的Fe基载氧体具有显著制氢作用，随Ce、Ni量增加，乙酸分解阶段CO₂和CO生成量减少，水分解阶段H₂先增后降，最佳载氧体Fe、Ce和Ni组分物质的量比为100∶10∶3,加入相对于载氧体不同质量比的CO₂吸附剂均可有效降低合成气中CO₂与CO气体量，最佳质量比为1∶2,在该条...     

废弃活性炭化学链气化制富氢合成气

以废弃活性炭为原料,以Fe4ATP6复合载氧体为载氧体,在间歇高温流化床中考察了废弃活性炭化学链气化制富氢合成气反应的较优条件及复合载氧体的循环反应特性。结果表明,Fe4ATP6复合载氧体具有提供晶格氧及催化气化的双重作用,显著提高了碳转化率,促进了废弃活性炭气化过程,反应活性良好。废弃活性炭化学链气化制富氢合成气的优化反应条件：900℃、水蒸气流量为0.25 g·min^-1、OC/C比为1。在上述条件下,碳转化率达92.15%,合成气产量达1.20 L·g^-1,其中H₂产量为1.09 L·g^-1,平均浓度为55.30%。10次循环实验表明Fe4ATP6复合载氧体的反应活性略有降低,通过SEM、XRD分析载氧体的表面形貌、物质组成发现,载氧体反应后结构变化较大,粒径减小,生成了无反应活性的硅酸铁。     

废弃活性炭化学链气化制富氢合成气

以废弃活性炭为原料,以Fe4ATP6复合载氧体为载氧体,在间歇高温流化床中考察了废弃活性炭化学链气化制富氢合成气反应的较优条件及复合载氧体的循环反应特性。结果表明,Fe4ATP6复合载氧体具有提供晶格氧及催化气化的双重作用,显著提高了碳转化率,促进了废弃活性炭气化过程,反应活性良好。废弃活性炭化学链气化制富氢合成气的优化反应条件:900℃、水蒸气流量为0.25 g·min~(-1)、OC/C比为1。在上述条件下,碳转化率达92.15%,合成气产量达1.20 L·g~(-1),其中H2产量为1.09 L·g~(-1),平均浓度为55.30%。10次循环实验表明Fe4ATP6复合载氧体的反应活性略有降低,通过SEM、XRD分析载氧体的表面形貌、物质组成发现,载氧体反应后结构变化较大,粒径减小,生成了无反应活性的硅酸铁。     

餐厨垃圾化学链气化制备合成气

利用溶胶凝胶法制备了Cu Fe2O4/ATP(凹凸棒土,attapulgite)载氧体,选取典型的淀粉类餐厨垃圾(大米和面食类厨余物)作为气化原料,在流化床反应器中对餐厨垃圾化学链气化制合成气进行了实验研究。通过考察操作温度、水蒸气流量和O/C摩尔比(载氧体释氧摩尔量与物料含碳摩尔量之比)对气化过程的影响,得到餐厨垃圾化学链气化的较优操作条件为:850℃、水蒸气流量1.0 g·min-1、O/C摩尔比0.5。在该操作条件下,合成气产量为0.822 m3·kg-1,H2和CO的平均浓度分别为45.74%和22.24%,碳转化率达到83.57%。经十次循环实验后,Cu Fe2O4/ATP载氧体晶相结构稳定,主要以Cu Fe2O4形式存在,载氧体局部轻度烧结,但仍具有优良的循环特性。     

化学链制化学品工艺及循环材料研究进展

化学链技术在化学品生产过程强化方面表现出极大潜力,相较于传统工艺可提高?效率并降低碳排放。综述了目前常见的化学链制化学品工艺,主要包括化学链重整/部分氧化制合成气和氢气、低碳烷烃化学链氧化脱氢/选择性氢燃烧制烯烃、甲烷化学链氧化偶联制乙烯、甲烷化学链脱氢芳构化制苯、化学链选择性氧化制含氧有机化合物（如甲醇、环氧乙烷和甲酸等）。深入理解载氧体理化性质与化学链反应性能间的构效关系有助于实现载氧体理性设计。目前在载氧体设计方面已具备坚实的理论基础,从利用氧化物的热力学平衡氧分压筛选载氧体活性组分,到基于表面工程策略调控晶格氧释放动力学,再到通过合理构建结构和电子描述符,深入剖析载氧体性能强化策略。实验和密度泛函理论（DFT）计算数据驱动的可解释机器学习可实现载氧体的高通量筛选,极大拓宽了载氧体筛选范围,并降低试错成本。随着化学链技术的发展,载氧体这一概念可被进一步拓展至循环材料,如载氮体和载氯体等。光/电驱动的化学链过程为在低温或室温下实现高附加值产物的合成提供了新思路,拓宽了化学链技术的应用范围。此外,化学链技术还可用于共沸有机物分离过程强化,对低成本、低污染和低排放分离过程的开发具有重要...     

基于铁基载氧体的污泥/生物质化学链气化及其灰分-水分影响特性研究进展

双碳目标背景下，我国积极推进高湿污泥/生物质资源化技术的发展和应用。化学链技术作为一种新兴的能源利用方法，在处理有机固废方面得到了广泛应用研究。概述了高湿污泥与农林废弃物常用处置技术及化学链气化技术研究现状，着重归纳了化学链气化过程中灰分与水分对气化特性影响的研究进展。载氧体作为化学链技术中关键的一环，其应用研究已取得丰硕成果，在众多载氧体中，铁基载氧体因其低成本与较高的载氧能力成为化学链气化最受关注的载氧体，但其反应活性较低，需掺杂Ni、Ca、K等元素进行改性。污泥和生物质的灰分及水分对于气化产物和气化效率有双向影响，甚至影响NO_x排放。污泥/生物质灰分中含有的K、Ca等氧化物有助于提高载氧体活性，但反应速率太高会造成载氧体局部烧结，继而降低载氧体活性；循环的灰分与气相充分接触，对气体重整具有一定催化作用，从而提高了合成气品质。尽管污泥/生物质中水分析出吸收大量热量，但部分水蒸气和载氧体协同促进碳气化反应从而提高了H₂生成率，提高富氢燃气品质；水蒸气作为气化剂过量供给时，CO₂产量明显增加，降低了合成气品质。因此，污泥...     

生物质化学链气化制取合成气模拟研究

利用Aspen Plus软件建立生物质化学链气化制取合成气模型,对铁基生物质化学链气化制取合成气进行模拟计算,分析气化过程中温度和压力等因素变化对生物质气化制取合成气的影响,探讨了氧载体存在对生物质气化过程的影响.结果表明,H2和CO是生物质化学链气化产生的合成气中最主要的两种产物,气化温度的提高对气化过程是有利的,而压力的提高降低了气化效果,气化温度在800℃～850℃较为适宜;载氧体的存在能显著提高合成气的产率.     

CuO修饰的赤泥载氧体废弃活性炭化学链燃烧

以拜耳法赤泥为基体,采用浸渍法制备了CuO修饰的赤泥载氧体（Cu0.5RM1、Cu1RM1）。利用SEM-EDSmapping、XRD对其进行物化表征,并在高温流化床反应器及热重分析仪中考察了赤泥载氧体的废弃活性炭化学链燃烧特性。结果表明,浸渍法可准确制备定量CuO修饰的赤泥载氧体;相比于纯赤泥载氧体,CuO修饰的赤泥载氧体具有化学链燃烧载氧体与化学链氧解耦燃烧载氧体的双重特性,能够加快碳转化速率,有效提高出口气体中CO₂浓度;Cu1RM1反应活性较高,875℃为其较优的反应温度,此时t₉₅为28min,出口气体中CO₂浓度为92.9%（体积分数）,燃烧效率达93.0%。10次循环实验表明Cu1RM1载氧体具有相对稳定的循环反应特性。     

复合载氧体磨损规律的研究

载氧体的研究是化学链燃烧技术研究的关键,制备载氧体的方法有很多,本文用浸渍法制备复合载氧体(活性组分CaSO4,惰性组分Al2O3,助剂Fe2O3)。载氧体的性能对化学链燃烧技术的应用非常关键,机械强度是评价载氧体的主要指标之一。采用冷态流化床磨损测试方法研究了复合载氧体的磨损规律。磨损的发展过程符合Gwyn磨损动力学方程,不同颗粒磨损规律的差别可由Gwyn方程的各参数来描述。     

铁基复合载氧体煤化学链气化反应特性及机理

以水蒸气作为气化/流化介质,在流化床中研究了两种铁基复合载氧体的化学链气化反应特性及循环特性,并对气化过程中的反应机理、动力学方程进行了推断。结果表明:温度为920℃时,添加不同修饰物的铁基复合载氧体与煤焦气化的反应活性依次为Fe4Al6K1>Fe4Al6>Fe4Al6Ni1。在多次循环实验过程中,合成气成分保持稳定,表明Fe4Al6K1复合载氧体循环特性良好。XRD谱图分析表明,六次氧化还原实验后的铁基载氧体氧化态仍为Fe₂O₃。K⁺主要以铁酸钾形态存在,该结构有利于促进化学链气化反应。利用高斯函数对气化反应速率进行了峰拟合,拟合结果表明化学链气化主要分为3个阶段:化学链作用阶段、煤气化阶段以及Fe₃O₄向FeO转变的气化阶段。