联合CO2捕集的生物质化学链气化制备合成气系统分析

本文提出以Fe₂O₃为载氧体、以CaO捕集CO₂的生物质化学链气化系统,利用Aspen Plus软件对该系统进行了模拟,以合成气组成（干基）、合成气氢碳比、含碳产物的碳摩尔分布、冷气效率及收率等为系统性能评价指标,重点分析了燃料反应器温度（T_FR）、载氧体Fe₂O₃与生物质碳摩尔比（Fe₂O₃/C）、水蒸气与生物质碳摩尔比（Steam/C）、CaO与生物质碳摩尔比（CaO/C）等系统参数对固体生物质化学链气化系统的影响。结果表明,在T_FR = 825℃、Fe₂O₃/C = 0.5、Steam/C = 0.71和CaO/C = 0.26条件下,合成气制备系统性能较优,合成气中H₂和CO₂含量分别为55.2%和15.4%,氢碳比为1.93,冷气效率为78.2%,被CaCO₃捕集的生物质碳为18.2%,收率（湿气基）为1.95 Nm³/kg_biomass,其中合成气中H₂和CO收率为1.24 Nm³/kg_biomass。     

污泥化学链气化特性试验研究

为改善污泥气化效果,采用化学链气化技术处置污泥.在小型流化床上进行试验,基于赤铁矿载氧体,研究了O/C物质的量比、气化温度和水蒸气体积分数对污泥气化特性的影响以及赤铁矿多次连续循环过程中的物化性能.结果表明:赤铁矿会显著提高污泥的气化程度和碳转化率;当O/C物质的量比增大时,合成气中CO和CH_4的体积分数下降,H_2的体积分数呈现先下降后上升的趋势;随着气化温度的升高,合成气中CO和H_2的体积分数逐渐提高,CO_2和CH_4的体积分数降低,碳转化率不断提高;当水蒸气体积分数增大时,CO_2和H_2的体积分数逐渐提高,CO和CH_4的体积分数不断下降,碳转化率提高;赤铁矿在长时间运行中表现出良好的反应性.     

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%。     

基于铁矿石为氧载体的生物质化学链气化技术实验研究

生物质能因为其资源分布广泛、低污染和可再生等性能成为当前人们关注的重点。基于传统气化技术和化学链燃烧技术而衍生出的化学链气化技术具有低气化成本、高产气率和碳转化率高等优点。采用松木屑作为生物质原料,选用铁矿石作为氧载体,探究基于铁矿石为氧载体的生物质化学链气化反应过程,在流化床反应器上进行实验,采用控制变量法,从氧载体、水蒸气和温度等3个方面分析对化学链气化过程的影响。实验结果表明,氧载体对于气化反应的产气率和碳转化率都起到了促进作用,水蒸气的通入使得可燃气中H2的含量明显增多,温度的升高使气化反应最终的产气率和碳转化率逐渐增大。     

下吸式固定床的生物质O2/CO2分段气化流程模拟

建立干桦木屑在下吸式固定床气化炉中的Aspen Plus气化模型,该模型预测煤气组成和煤气热值,与文献试验结果吻合良好。利用灵敏度分析模块模拟了氧碳比、CO₂/C对气化结果的影响,并提出O₂/CO₂分段气化流程,对比常规的CO₂气化特征,分析了CO₂/C对气化结果的影响。结果表明,纯氧气化时可获得高H₂和CO浓度的气化气,但其净CO₂排放量较高,氧碳比增加使碳转化率逐渐增加、冷煤气效率先增加后降低;CO₂作为气化剂时,随着CO₂/C的增加,净CO₂排放量逐渐减少,但碳转化率及冷煤气效率大幅降低;与常规CO₂气化相比,O₂/CO₂分段气化在保持低CO₂排放量的同时,可有效增加气化过程中的碳转化率及冷煤气效率。     

钙钛矿型LaFeO_(3)载氧体生物质化学链气化热力学分析及实验研究北大核心CSCD

文章针对基于LaFeO_(3)载氧体的木屑生物质化学链气化特性,开展了热力学过程模拟与分析,并搭建了固定床实验装置,研究了载氧体添加量(O/B)、气化温度和水蒸气量对合成气品质的影响。热力学分析结果表明:相比传统Fe_(2)O_(3)载氧体,LaFeO_(3)不易与合成气进一步反应,更适合生物质的化学链气化过程,且气化温度升高有利于提升合成气产率,增大LaFeO_(3)添加量也会促进合成气生成,而过多的Fe_(2)O_(3)则会进一步氧化合成气导致产气率下降;添加水蒸气可明显提高合成气中H2占比。实验结果表明,提高反应温度和载氧体添加量能够提高合成气品质,但过量水蒸气反而不利于合成气的转化。在O/B为0.6、气化温度为900℃、水蒸气流量为0.3mL/min的最佳工况下,基于LaFeO_(3)的木屑化学链气化过程的转化效率达到97.09%。研究成果可为生物质固废的能源化利用与推广提供科学依据。     

下吸式固定床的生物质H2O/CO2气化数值模拟研究

利用Aspen Plus 软件建立干桦木屑在下吸式固定床气化炉中的气化模型,模拟值与文献实验值吻合良好。利用Aspen Plus的灵敏度分析模块模拟分别以水蒸气（H₂O）和二氧化碳（CO₂）为气化剂时气化剂/生物质碳比（GC值）对气化结果的影响,并结合H₂O、CO₂各自的特点研究其复合气化。结果表明,H₂O气化时可获得富氢煤气,但其净CO₂排放量较高;CO₂气化时碳转化率及冷煤气效率较低,但净CO₂排放量较低;H₂O、CO₂复合气化使碳转化率及冷煤气效率略有降低,但可有效减少气化系统中的净CO₂排放量。     

LaFeO3氧载体在乙烷化学链干重整中的性能评估

采用溶胶凝胶法制备了钙钛矿型氧化物LaFeO₃,在固定床上研究了反应温度和重时空速对氧载体在乙烷化学链干重整中性能的影响,以及氧载体的长周期循环性能．结果表明LaFeO₃氧载体可实现乙烷向合成气的高效转化,还原态的氧载体可以被CO₂氧化以实现其晶格氧的恢复,且表面积碳能被有效清除．反应最佳温度为800℃,此时CO产率最高(54.84%),最佳重时空速为12 000 L/(kg·h),CO选择性最高(60.16%)．在20次循环实验中,LaFeO₃氧载体的各项性能指标波动幅度较小,具有较好的反应稳定性．     

木屑高温水蒸气气化制备合成气研究

在常压固定床反应器中进行木屑高温水蒸气气化制取合成气研究。分别在750~1000℃温度和0.32~1.02g/min水蒸气流量下进行实验,反应时间为10 min。主要研究反应温度和水蒸气流量对碳转化率、合成气产率及合成气组分的影响。研究结果表明,木屑水蒸气气化具有很高的反应活性,合成气产率在0.81~1.74 L/g之间;反应温度和水蒸气流量对碳转化率和合成气热值及组分影响显著;在反应温度950℃,水蒸气流量0.67 g/min时,碳转化率达到最高值99.47%;合成气主要由H2、CO、CO2、CH4及少量CnHm组成,其中(H2+CO)比例达到63%~75%,合成气热值在10.5~11.5 MJ/m3之间,H2/CO比在1.0~2.3之间。     

松木屑与褐煤流化床共气化过程的分析

生物质与煤共气化可解决生物质不易稳定流化及气化气焦油含量高的问题。基于流化床反应器的松木屑与褐煤共气化试验,研究松木屑掺混比例对合成气及未反应碳的值和效率的影响,并将试验值和理论值进行分析比较。结果表明,各成分气体对合成气值的贡献关系是:CH_4C_2H_4COH_2,松木屑气化有更好的能量利用效率;合成气值和效率的试验值均高于计算值,而未反应碳值和效率的试验值均低于计算值;在生物质掺混比例为50%的工况下,松木屑与褐煤共气化协同作用最显著,表现为一种更好的气化方式。     

生物质化学链气化制备高H_2/CO物质的量比的合成气

在自行研制的小型常压双流化床上进行生物质化学链气化制备高H_2/CO物质的量比合成气的实验研究.考察了燃料反应器温度对合成气组分、合成气H_2/CO物质的量比、烟气组分、碳转化率和冷煤气效率的影响,探讨了双流化床连续运行10,h的操作稳定性,并借助X射线衍射仪(XRD)与扫描电镜(SEM)对反应前后的载氧体进行表征.结果表明,燃料反应器温度为820,℃时,合成气中的H_2/CO物质的量比能达到2.45,;表征结果表明,载氧体在反应后主要成分由Fe_2O_3变为Fe_3O_4,且颗粒表面发生烧结.     

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。     

Mo2C/Al2O3的制备及其催化二甲醚水蒸气重整性能研究

通过浸渍沉淀法结合程序升温碳化法制备了Mo₂C/Al₂O₃复合催化剂,并应用于二甲醚水蒸气重整催化体系的研究。考察了二甲醚水解催化载体、水解功能组分Al₂O₃与重整功能组分Mo₂C的比例、反应物浓度对复合催化剂活性的影响。结果表明,β-Mo₂C与γ-Al₂O₃载体以Mo/Al = 1/1耦合后能够高效催化二甲醚重整制氢,其最佳进料水醚比为5,最适反应温度为400℃。     

Ni-xFe/Mayenite促进CO2-CH4重整的稳定性调控实验研究

采用湿法混合-浸渍法制备了一系列 Ni-xFe/mayenite(Ca₁₂Al₁₄O₃₃)催化剂,并在 700 ℃、常压、CH₄/CO₂为 1 的条件下进行了干重整实验研究．系统考察了金属负载量、金属组分等对干重整活性和稳定性的影响．其中7.5% Ni-0.1Fe/mayenite 能够得到接近热力学平衡值的 CO₂和 CH₄转化率(分别为 90.1%、86.0%),氢碳比为0.94.Ni-x Fe/mayenite 的活性随着 Ni 负载量从 5%增加到 10%显著提高;进一步增加到 30%时,活性提升有限．Ni 负载量较高的 Ni/mayenite 更容易发生碳沉积,导致反应器堵塞,而 Ni-x Fe/mayenite 在干重整过程中稳定性显著提高．Fe 掺杂提高催化剂表面氧浓度,形成 Ni-Fe 合金有利于 Ni 位点分散,抑制 CH₄过快裂解;钙铝石作为载体,促进了 CO₂与金属之...     

生物质化学链气化多联产工艺热力学分析

为提高生物质的利用效率,提出了生物质化学链气化氢-电-甲醇多联产工艺,采用CaO吸附强化Fe_2O_3生物质化学链气化过程,生产高纯度氢气和适用于甲醇合成的高氢碳比合成气。选用木屑作为生物质,利用Aspen Plus软件进行过程模拟和热力学分析,以合成气的氢碳比(H/C)、系统氢气效率、净电效率、甲醇效率和总效率作为评价指标,讨论了水蒸气与生物质质量比(S/B)、氧载体与生物质质量比(M_(Ca)/B、M_(Fe)/B)和气化压力(p_(CLG))对系统性能的影响。结果表明:在S/B=0.4、M_(Ca)/B=1、M_(Fe)/B=0.5和p_(CLG)=0.8 MPa时,系统性能最优,合成气的H/C为2.09,甲醇效率为41.28%,总效率为59.34%。     

生物质化学链气化联合燃气轮机发电系统模拟

使用Aspen Plus软件对以Fe_2O_3为载氧体的生物质化学链气化系统进行模拟,分析温度、压力、载氧体与生物质摩尔比、水蒸气与生物质摩尔比等因素对合成气制备的影响;对不同生物质的气化条件进行优化;将气化制得的合成气通入M701F燃气轮机中发电,考察系统的发电效率。结果表明:常压下,不同生物质气化的优化温度均在740℃左右,此时制备的合成气冷煤气效率较高;提高反应压力有利于系统热量自平衡,但合成气的冷煤气效率降低;载氧体与生物质摩尔比的优化值与生物质中氧碳摩尔比呈负相关,且达到优化值时,气化环境中氧碳摩尔比在1.25左右;水蒸气通入气化系统后冷煤气效率可提高15.00%～20.00%,主要原因为H_2的产量显著增加,通入水蒸气后的气化环境的氧碳比在1.4左右时,制备合成气的冷煤气效率较高;系统的发电效率在30.00%～37.00%,高于生物质发电效率。     

碳酸盐中CO2气化生物质制合成气

以杉木屑为原料,CO₂为气化剂,熔融碳酸盐Li2CO3-Na2CO3-K2CO3(LNK)为热介质和催化剂进行气化制合成气(H2+CO)的研究,考察气化剂CO₂流量、CO₂通入方式、复合熔盐体系中添加的金属氧化物种类和Cr2O3含量等因素对气体产物组成分布及产率的影响。结果表明:CO₂流量显著影响气化反应的平衡;以鼓泡法通入CO₂时生物质的气化效果优于吹扫法的情况,CO₂流量为99.8 L/h时气化效果较好,合成气含量和产率分别达到61.4%和350.2 mL/g生物质;添加的金属氧化物中Cr₂O₃对生物质气化过程的促进作用优于MgO和Fe₂O₃,随着Cr₂O₃含量的增大,合成气含量先增大后略微减小,在Cr₂O₃含量为10.0%时最高,为67.9%。     

铁基载氧体的污泥化学链气化过程中氮迁移热力学模拟与实验研究

基于吉布斯自由能最小化原理,采用HSC Chemistry 6.0软件,对污泥化学链气化过程中NO_x前驱物（NH₃和HCN）与Fe₂O₃载氧体的氧化还原行为进行了热力学模拟。基于污泥热解实验中NO_x前驱物的含量,计算载氧体与污泥的摩尔比（OC/SS）对NH₃、HCN以及NH₃和HCN混合气氧化过程的影响。热力学模拟结果表明：Fe₂O₃能显著促进NO_x前驱物的氧化和裂解,主要生成N₂,几乎无NO_x生成;当NH₃、HCN以及混合气（NH₃和HCN）分别作为还原剂时,其最优OC/SS分别为0.02、0.04和0.05;由于HCN还原性强于NH₃,其氧化速率较快。基于Fe₂O₃/Al₂O₃混合物（FeAl）载氧体,实验对比了污泥化学链气化与污泥热解过程中NO_x前驱物的释放特性,发现Fe₂O₃能显著降低烟气中NO_x前驱物的产率,NH₃和HCN产率分别下降32%和62%。实验结果与热力学模拟结果一致。     

铁酸铜尖晶石催化甲醛氧化的性能研究

通过溶胶-凝胶-自蔓延燃烧法制备了系列Cu_xFe_3-xO₄尖晶石催化剂。采用XRD和XPS表征方法对催化剂晶相结构及表面元素价态进行了分析,考察了Cu_xFe_3-xO₄催化甲醛的氧化效率。采用密度泛函理论探究了甲醛吸附在CuFe₂O₄表面的最稳定构型和吸附机理。结果表明,Cu_xFe_3-xO₄催化剂主要由Cu-Fe尖晶石相和部分CuO、Fe₂O₃相组成。Cu_0.5Fe_2.5O₄催化甲醛氧化效率最佳,在温度高于250℃时氧化效率达到90%以上。甲醛在CuFe₂O₄(100)表面的吸附属于化学吸附,吸附能为 -107.15 kJ/mol。     

铜基氧载体化学链氧解耦的流化床实验研究

采用溶胶-凝胶法制备了CuO/CuAl2O4氧载体,在CO2气氛下和空气气氛下,分别研究了该氧载体的释氧和吸氧性能,研究结果表明,随着温度的升高,氧载体的释氧、吸氧速率不断升高.随后在N2气氛下研究了3种典型煤的化学链氧解耦燃烧过程,结果表明,煤中挥发分的含量直接影响燃烧过程的快慢,在氧解耦燃烧时,高挥发分的褐煤尾气中,CO2体积分数比无烟煤高15%左右,褐煤中碳的平均转化率为无烟煤的2～3倍.