基于新型循环载氧体的天然气化学链燃烧热力学研究

以CH4为燃料对基于CaSO4载氧体的化学链燃烧的热力学性能进行了分析研究,计算了CaSO4在CH4氛围中的还原-氧化的热力学参数与温度的关系,分析结果显示,在一定的温度范围内,以CaSO4为载氧体实现化学链燃烧具有可行性,是一种理想的载氧体。基于Gibbs能最小化方法建立了化学链燃烧技术模型,模拟了温度,CH4与CaSO4摩尔比对燃料反应器和空气反应器的影响。结果表明,燃料反应器最佳反应温度850℃～900℃,空气反应器最佳反应温度为1000℃～1050℃,CH4与CaSO4的摩尔比最佳摩尔比为1。研究结果对燃煤化学链燃烧具有参考价值。     

基于Fe基载氧体的生物质化学链燃烧试验研究

化学链燃烧技术(CLC)是一种含有CO2内分离的新型燃烧技术。以Fe2O3为载氧体,在10 kWth级串行流化床上进行了生物质化学链燃烧的试验研究,探讨了燃料反应器温度、生物质进料量和水蒸气量对2个反应器(燃料反应器+空气反应器)气体产物组成的影响。结果表明较高的反应器温度虽然有助于速控步(即气化反应)的进行,但是受载氧体的载氧率和颗粒循环速率的影响反而不利于CO2捕集。随着生物质进料量的增加,燃料反应器需氧量的上升,不利于燃料反应器CO2的捕集。而水蒸气量的增加有利于燃料反应器CO2的捕集,但是同时也导致H2的出现。     

化学链燃烧铜基载氧体前驱体煅烧反应热力学研究

基于吉布斯最小自由能原理,对铜基载氧体前驱体燃烧合成过程进行平衡模拟计算。预测了固体产物状态和气体产物分布。通过改变原料配比,计算绝热燃烧温度,判断反应能否自我维持。结果表明,在加入物料为化学计量比的反应条件下,平衡绝热燃烧温度T_ad为2 300 ~ 2 400℃,燃烧能自我维持。在加入物料为非化学计量比,尿素小于0.2倍理论加入量时,该燃烧不能自我维持,尿素小于0.5理论加入量时,含Cu化合物以液相形式存在。该体系中NO是NO_x的主要成分,随着尿素的增加,NO含量先快速增加后减少,当尿素占比为0.71时,NO含量达到极值。过量尿素的加入会使NO还原为N₂。     

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...     

置换燃烧新型载氧体CaSO4的化学热力学性能分析

以H2、CO作为还原剂对CaSO4的还原-氧化反应的热力学性能进行了研究,得到了CaSO4的还原-氧化反应的吉布斯自由能与温度的关系和反应的平衡相图.研究结果表明,当温度低于1 045℃时,适当控制H2、CO浓度,CaSO4的还原产物仅有CaS,而无CaO、SO2;当温度低于1 140℃时,CaS的氧化产物仅有CaSO4,而无CaO和SO2.研究结果为CaSO4置换燃烧分离CO2的实验研究提供了理论依据.     

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。     

生物质基础组分化学链燃烧特性实验研究

在间歇式小型流化床上,以天然铁矿石为载氧体,实验研究了木质素、纤维素、壳聚糖3种常见生物质基础组分的化学链燃烧特性。主要考察了组分性质和反应温度对载氧体微观形貌及成分变化等影响特性,以及气相产物生成、碳转化率、碳捕集率和碳转化速率变化规律。结果表明,提高反应温度会使气相产物被载氧体进一步氧化从而释放更多热量,但也导致载氧体出现一定程度的烧结和熔融的现象,从而抑制载氧体的反应活性。在不同反应温度下3种组分的碳捕集率排序为：f(木质素)>f(壳聚糖)>f(纤维素)。当反应温度提高到950℃,3种生物质基础组分的碳捕集率和碳转化率均得到了提高。其中木质素的化学链燃烧效果最好,碳捕集率达到了90.58%,基本实现了碳元素的完全反应,明显优于壳聚糖的80.86%和纤维素的66.98%。     

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。     

化学链燃烧技术的研究现状

化学链燃烧是一种新型的无火焰燃烧技术，它把金属氧化物作为载氧体，对能源进行了更为合理和高效的利用，介绍了化学链燃烧的基本概念，主要特点，概括了载氧体的研究进展，提出了若干问题。对化学链燃烧的前景进行了展望。     

基于草木灰修饰Fe基载氧体的化学链燃烧实验

采用草木灰对Fe基载氧体进行修饰,并在流化床反应器上进行了气体燃料化学链燃烧实验。研究了草木灰修饰对提高Fe基载氧体还原活性的可行性,讨论了草木灰种类、草木灰的无机组分对载氧体活性的影响。结果表明,草木灰修饰能有效提高Fe载氧体的反应活性,载氧体的反应活性由草木灰中K和Si的含量共同决定。随着修饰草木灰中的K含量提高,载氧体的活性逐渐提高;但在Fe3O4/FeO的转化阶段中,同时存在碱金属K对还原反应的催化作用和低熔点碱金属硅酸盐对还原反应的抑制作用。循环实验表明,草木灰中碱金属K对载氧体活性的提高效果始终明显,载氧体中负载的K在循环过程中出现了流失现象,而生成的碱金属硅酸盐类化合物,可抑制碱金属K的流失。     

高硫煤-CuO化学链燃烧特性及硫演化热力学研究

以贵州六枝高硫煤为研究对象,通过热重实验对该典型高硫煤和CuO氧载体的化学链燃烧特性及其与空气直接接触时的燃烧特性加以定性分析和定量评估。为探索煤中硫的演化及其与CuO氧载体作用对CuO氧化活性的影响,进一步采用HSC Chemistry软件,分析了氧载体过量系数Φ对煤中硫分布的影响。研究表明:相比于空气下煤直接燃烧,CuO与六枝煤化学链燃烧的着火温度高,可燃指数和综合燃烧特性指数小,显示CuO氧载体更低的反应活性;在热力学平衡状态下,当0Φ≤1.25及Φ1.25时,系统中硫组分分别以固相Cu_2S和气相SO_2形式存在。基于上述研究结果,提出了一种煤化学链燃烧系统中同时进行脱硫和CO_2捕集的新方案。     

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.     

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。     

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%。     

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。     

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.     

燃料反应器中甲烷化学链燃烧的数值模拟

为了更好地了解化学链燃烧过程中气固流动的特点以及反应特性,基于化学动力学理论和颗粒动理学理论,考虑高颗粒浓度下摩擦应力的影响,运用双流体模型,对燃料反应器内化学链燃烧过程进行数值模拟,得到了燃料反应器内流场特性以及温度场分布规律。模拟结果同时得到了反应器内颗粒所形成的内循环流动结构。     

煤基化学链燃烧串行流化床的冷态试验研究

采用“湍动床＋快速床”作为煤基化学链燃烧（CLC）系统的空气反应器（AR）,鼓泡床作为燃料反应器（FR）,设计了流动密封阀和旋风分离器,分别用于隔绝2个反应器之间的气氛和进行气固分离,在冷态试验装置上分析研究了CLC系统的压力分布、固体循环流量、气体泄漏率及煤灰与循环载体的分离效果．结果表明：该串行流化床反应器之间气氛隔绝性良好,气体泄漏率较低,固体循环流量达到甚至超过设计标准,FR二级旋风分离器的分离效率接近100％,FR中煤灰进入AR的质量分数小于1．55％,煤灰分离效果良好;装置可以长时间连续稳定运行,且操作气速范围较广,自行设计建造的循环流化床作为煤基化学链燃烧试验装置是可行的．