基于锰矿石载氧体的准东煤化学链气化特性

化学链气化利用循环载氧体为气化过程提供氧化剂,碱金属修饰载氧体能显著催化气化过程.本文以高钠准东煤为燃料,反应性高、稳定性好的锰矿石为载氧体,探究循环次数、比氧耗和温度对准东煤化学链气化特性的影响.结果表明,随着循环次数增加,碱金属Na逐渐沉积在锰矿石表面,载氧体无明显烧结,反应性能良好;比氧耗的变化会影响合成气各组分浓度,比氧耗为4、温度900℃时,有效气组分可达78.83%.     

CuO载氧体对煤化学链燃烧中汞迁移的影响

研究了在“CuO+煤”、“SiO₂+煤”、“煤”实验中燃烧和汞迁移规律。结果表明：在化学链燃烧还原反应器中载氧体与煤反应后,主要气体组分为CO₂,并含有少量CO、CH₄、H₂等挥发物;汞在还原反应器中主要以单质汞(Hg⁰)的形式进行释放,“CuO+煤”实验中Hg⁰释放量占总汞量的22.6%,远低于对照组;CuO促进了燃烧过程中汞迁移至载氧体形成颗粒态汞(Hg^P),CuO载氧体表面的O_α有利于汞转化吸附于载氧体表面,形成吸附态的HgO,一部分CuO被还原时,暴露的吸附位点较多,有利于Hg⁰的氧化。     

赤泥-铜矿石复合载氧体用于煤化学链气化性能研究

煤化学链气化制合成气是一种资源利用率高、环境污染低、节能环保的新型气化技术,而高效载氧体的设计开发是化学链气化技术的关键。本文以铜矿石和赤泥为原料采用挤出滚圆法制备R-Cu-10M（蒙脱石质量分数为10%）复合金属载氧体,实现载氧体颗粒内粉末的物理均匀混合、颗粒一次成型以及活性组分间的协同效应。围绕反应温度、氧煤比、水蒸气输入量三个关键操作变量,测试了R-Cu-10M载氧体与褐煤气化反应特性。表征结果表明,R-Cu-10M载氧体具有较好的还原性,赤泥与铜矿石中Cu-Fe金属间的协同效应有助于晶格氧释放以及还原性的提升。R-Cu-10M载氧体与褐煤发生气化反应的最佳温度为950℃,在氧煤比为3∶1、水蒸气通量为0.08 mL/min的最优工况下,合成气产量可以达到50 mmol/g载氧体,合成气选择性和碳转化率分别为75.9%和71.2%。     

基于铁矿石载氧体加压煤化学链燃烧的试验研究

在反应温度为970℃、压力范围为0.1～0.6 MPa的条件下,以铁矿石为载氧体,采用固定床反应器,对煤化学链燃烧进行了试验研究,考察了加压对燃料反应器内水蒸气气氛下煤化学链燃烧的反应特性.结果表明:加压能加快煤水蒸气气化速率,加强水气转换反应,并对煤气组分产生影响,使CO浓度降低,CO2和H2浓度升高;加压后还原反应烟气中不再含有H2,CO和CH4的浓度也变得很低,说明加压可提高还原反应中煤气的转化率;随着压力的升高,碳转化率先升高后又降低,存在着一个中间压力值,使碳转化率最高.     

基于Fe_2O_3载氧体的生物质化学链气化热力学模拟研究

建立以Fe_2O_3为载氧体的生物质化学链气化模型。基于吉布斯自由能最小化原理,利用HSC Chemistry软件对气化系统进行热力学分析与过程模拟。研究燃料反应器内载氧体/生物质比(O/B,mol/mol)、反应温度、水蒸气/生物质比(S/B,mol/mol)、CO_2/生物质比(C/B,mol/mol)等因素对化学链气化系统性能的影响,并评价气化过程中不同氧源的反应活性;考察空气反应器内氧气/铁比(O_2/Fe,mol/mol)对载氧体恢复晶格氧性能的影响。系统的优化参数为:O/B为0.15、燃料反应器温度为1100℃、S/B为0.40、C/B为0.30、O_2/Fe为1.00。     

基于铁矿石载氧体的生物质化学链气化机理研究

在单批次进料小型流化床上,以稻壳为生物质燃料,研究了床料、气化温度、水蒸气体积分数以及载氧体载氧量与生物质含碳量的摩尔比(O/C)对生物质化学链气化反应特性的影响,并考察了铁矿石的长期交替氧化还原过程中的反应特性,分析了在小型流化床,水蒸气气氛气化条件下,铁矿石载氧体在反应过程中主要的反应以及反应后的铁矿石的床料变化。研究表明:在载氧体条件下,生物质的碳转化率显著增大,随着反应温度的升高,合成气中的H_2和CO的体积分数也相应升高。在温度不变情况下,随着水蒸气比例的升高,CO_2和H_2的体积分数显著上升。伴随着O/C摩尔比的升高,CO和H_2均显著下降。因此,在不同的反应条件下,铁矿石在生物质化学链气化过程中对反应速度、合成气比例等均有明显的作用,对研究生物质的综合利用具有一定的意义。     

CuFe2O4氧载体与小麦秆-煤化学链共气化研究

以小麦秆与印尼褐煤为原料,制备具有尖晶石结构的CuFe₂O₄复合氧载体,在自制多功能反应器上,系统研究了CuFe₂O₄氧载体反应活性及小麦秆和印尼褐煤化学链共气化特性,重点关注小麦秆和煤不同掺混比、气化温度、氧载体过量系数和水蒸气输入量这4个关键运行参数的影响。结果表明：CuFe₂O₄复合氧载体中Cu-Fe的协同作用有助于晶格氧的有效传递和反应活性的提升,而小麦秆和印尼褐煤化学链共气化时碳转化率及冷煤气效率比单一燃料的大,促进了高品质合成气的形成;小麦秆和褐煤在与CuFe₂O₄化学链气化过程中的最优运行参数为共气化温度950℃、氧载体过量系数0.2、水蒸气通入体积流量0.125 mL/min、小麦秆-印尼褐煤掺混质量比1∶1,在此最优条件下,合成气产量高达1.262 m³/kg, H₂与CO体积比为1.69,碳转化率为89.7%,合成气选择性为63.2%。     

基于钙基载氧体的核桃壳半焦化学链气化研究

基于TG-FTIR联用技术,探讨以CaSO_4为载氧体的核桃壳半焦的化学链气化反应动力学特性。结果表明,CaSO_4/核桃壳半焦的反应在约950℃时存在1个失重峰,且反应气体产物主要有CO、CO2、COS、SO_2共4种物质;适当提高CaSO_4/核桃壳半焦的质量配比有利于增强反应活性。利用Ozawa法、Coats-Redfern积分法、Malek法对半焦/CaSO_4进行动力学计算,计算结果表明,随着转化率的增加,活化能呈现降低趋势且反应过程符合相界面收缩球状模型。     

基于铁矿石载氧体25 kWth串行流化床生物质化学链气化实验研究

设计并建立了25kW_(th)串行流化床生物质气化反应器,基于此反应器,以赤铁矿石作为载氧体,开展生物质化学链气化实验研究,考察气化反应器温度、S/B、载氧体添加比例对生物质气化特性的影响。当赤铁矿占床料比例高于40%时,该气化装置的气化反应器温度保持平稳,铁矿石载氧体的再生及传热性能优良。燃料反应器出口烟气的成分为H_2、CO_2、CO、CH_4和少量的C_2H_4。随着气化反应器温度升高,气化反应器出口烟气中CO、CH_4和C_2H_4体积分数逐渐降低,相应的CO_2体积分数逐渐升高。随着S/B由0.6升高到1.4,气化反应器出口烟气中H_2和CO_2体积分数逐渐升高,CO、CH_4和C_2H_4体积分数逐渐降低。另外,载氧体添加比例增加,生物质气化反应器出口烟气中CO、H_2、CH_4和C_2H_4体积分数呈减小的趋势,而CO_2体积分数显著增加。     

基于铁矿石载氧体的化学链燃烧

针对铁矿石载氧体,在流化床上进行了模拟煤气成分化学链燃烧循环试验研究.结果表明,在反应初期可得到高浓度的CO2,CO的转化率随着循环次数的增加先减少后增加,H2的转化率在整个循环过程中为100%;CO2的收率随循环次数的增加先缓慢增加最后趋于稳定;该铁矿石载氧体在多次循环反应中保持了很高的活性,开始几个循环中,随循环次...     

载氧体几何结构对固定床化学链燃烧影响的实验研究

使用浸渍法制备了球形与拉西环两种内扩散性能不同的铜基载氧体颗粒,在小型固定床反应器上进行了甲烷化学链燃烧实验,分析了球形与拉西环载氧体颗粒在还原反应与氧化反应中的最大温升及所需时间。结果表明：在还原反应中,甲烷进气流量能同时对拉西环载氧体的反应速率与最大温升产生影响,在总流量较大时有必要控制甲烷与氮气进气流量比;在氧化反应中,拉西环载氧体最大温升高于球形载氧体,反应温度的增大对拉西环载氧体最大温升的提升效果优于球形载氧体。     

NiFe2O4为载氧体的生物质半焦化学链燃烧热力学模拟研究

本文建立了以铁酸镍（NiFe2O4）为载氧体的生物质半焦化学链燃烧模型,利用HSC Chemistry 5.0软件对生物质半焦和NiFe2O4载氧体之间的化学链燃烧反应进行了热力学计算,模拟载氧体被半焦还原以及载氧体被空气氧化两个步骤的氧化还原过程,得到燃料反应器的优化操作参数为：载氧体和生物质半焦的摩尔比（O/BC）为1.5,燃料反应器的温度为800℃。热力学分析显示,NiFe2O4在化学链燃烧反应中是按照NiFe2O4→Ni-Fe2O3→ Ni-Fe3O4→Ni-FeO→Ni-Fe的顺序逐级被还原的。氧化过程的模拟说明,在空气气氛中,失去的晶格氧可以恢复到初始的程度,而实验手段得到的氧化产物的X射线衍射图则证明,通过氧化,被还原的载氧体可以大部分恢复到NiFe2O4尖晶石结构。     

微藻-氧载体化学链气化的特性研究

分别制备并研究4种氧载体Fe_2O_3/NiO、Fe_2O_3/ZnO、NiO/ZnO和Fe_2O_3/NiO/ZnO的加入对微藻化学链气化的影响。采用热重红外联用方法研究氧载体种类、氧载体质量对微藻产气的影响,计算获得相应化学链气化反应动力学参数,并通过扫描电子显微镜(SEM)对氧载体进行微观分析。实验结果表明,微藻在氧载体的作用下存在2个对微藻气化促进效果最明显,ZnO的加入有助于提升氧载体性能。     

活性物质分布对镍基载氧体固定床化学链燃烧的影响

采用实验的方法,以空气和甲烷为反应气体,研究了活性物质分布对镍基载氧体固定床化学链燃烧的影响.实验结果表明:气体流量会同时对温升和反应速率产生影响,其中对反应速率影响更大,流量越大,反应速率越大,温升越大;半活性颗粒对应的反应器轴心处各点最大温升大于全活性颗粒对应的轴心处各点最大温升;相同条件下全活性颗粒的反应速率略大于半活性颗粒.研究结果表明,半活性颗粒更有利于活性物质反应完全,其反应特性更优.     

Fe2O3为载氧体的煤/秸秆化学链燃烧循环特性研究

对煤、秸秆与Fe2O3以不同质量掺混比混合后化学链燃烧过程中载氧体还原/再生的多循环反应特性进行了研究,重点分析了固体燃料带入的灰分对化学链反应速率的影响以及秸秆的掺入对化学链反应的改善.结果表明：载氧体Fe2O3质量掺混比的增大有利于化学链反应的进行,燃烧起始反应温度降低;Fe2O3作为载氧体受灰分积累的影响较大,其可持续循环能力较差;煤中掺入秸秆改善了煤的化学链燃烧特性,提高了燃烧反应速率和载氧体的再生反应速率.     

CO2气化对单颗粒煤富氧燃烧特性影响实验研究

富氧燃烧技术作为一种实现CO2减排的有效技术路线,是国内外的研究热点.高浓度CO2气氛下,煤的氧燃烧特性与传统的空气燃烧存在极大区别.煤的燃烧在CO2气化和O2氧化的相互竞争中进行,而该竞争机制尚不明确.针对1273 K的中温燃烧,选用单颗粒煤在竖直管式炉高温燃烧实验台上进行富氧气氛(27 ％O2/73 ％CO2,体积...     

铜基载氧体颗粒活性物质分布对固定床化学链燃烧反应的影响

采用实验方法,使用固定床反应器对两种不同活性物质总量及分布方式的铜基载氧体颗粒(1/2活性颗粒和1/4活性颗粒)进行了化学链燃烧实验研究,并与全活性颗粒进行了对比分析。实验表明,还原过程和氧化过程中载氧体颗粒活性物质的总量与反应放热呈正相关的关系,但同时也受到活性物质分布方式的影响。主要体现在氧化过程中,半活性颗粒所能达到的最大温升与全活性颗粒基本持平。通过温升及反应时间等方面的对比,得到铜基载氧体颗粒活性物质分布对化学链燃烧反应的影响规律。同时分析了近壁效应、颗粒堆积情况以及气流流动在反应中起到的作用。     

结构化载氧体颗粒化学链燃烧内扩散影响模拟分析

采用有限速率模型对CuO/Al_2O_3结构化载氧体颗粒化学链燃烧进行了数值模拟,考察了不同结构化载氧体颗粒模型和进气速度对载氧体化学反应内扩散的影响。结果表明,相比于球形载氧体,环形结构拉西环载氧体内扩散更为容易,反应快,温升高;相比于全活性载氧体,1/4活性和半活性载氧体气体扩散到活性物质距离短,反应更快;增加进气速度能够加速颗粒内扩散,改善反应速率。     

煤基化学链燃烧技术的NiO/NiAl_2O_4氧载体研究

直接以煤为燃料的化学链燃烧技术首先需要解决的关键问题是高性能氧载体.通过溶胶-凝胶法制备了几种不同NiO含量、不同烧结温度和不同煅烧时间的NiO/NiAl2O4氧载体,并对其物化性质进行了表征.实验结果表明,超过850℃时NiO/NiAl2O4与神府煤焦的还原反应快速进行,而60%(质量分数)NiO含量、1 300 ℃烧结6 h的NiO/NiAl2O4氧载体具有更好的还原反应性;在与煤焦/空气的单循环还原/氧化反应中,NiO/NiAl2O4表现出良好的循环反应性.实验结果证明基于NiO/NiAl2O4氧载体、燃用固体燃料煤焦的化学链燃烧技术是可行的.     

结构型载氧体固定床化学链重整制氢的实验研究

采用浸渍法制备球形与拉西环形两种不同结构型Ni基载氧体,用于甲烷化学链重整制氢反应。在固定床中考察反应温度、进气水碳物质的量的比和空速对载氧体活性及稳定性的影响,并对比研究两种不同结构型载氧体的性能。结果表明：两种载氧体均可以保持较好的活性,相对而言球形载氧体更易积碳。在800℃以上时两种载氧体均具有较高的甲烷转化率及产物选择性,拉西环形载氧体在高温下性能下降得较慢。过高的水碳物质的量的比会抑制重整反应的进行,但拉西环形载氧体在高水碳物质的量的比下仍能保持较高的产物选择性。随着空速的增大,拉西环形载氧体的甲烷转化率降低,而对球形载氧体来说,当空速在3 500 h^-1左右时甲烷转化率和氢气产率均最高。经过20次循环稳定性测试,两种载氧体颗粒均出现了不同程度的积碳烧结,其中拉西环形载氧体结构保持得较好,积碳在氧化阶段能被部分清除。