松木-鐵基載氧體化學(xué)鏈氣化反應(yīng)特性研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，能源和環(huán)境問(wèn)題已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)?；剂献鳛椴豢稍偕茉?，資源量日益減少，因此開(kāi)發(fā)可再生、可循環(huán)使用的新能源迫在眉睫。在緊張的能源形勢(shì)中，可再生能源仍然保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，其中生物質(zhì)能具有廣闊前景。與化石能源相比，生物質(zhì)能是一種CO2近零排放的可再生能源。由生物質(zhì)熱解氣化制備合成氣是一項(xiàng)非常有前景的新能源技術(shù)，傳統(tǒng)生物質(zhì)氣化技術(shù)氣化成本較高，有學(xué)者在化學(xué)鏈燃燒的基礎(chǔ)上提出了化學(xué)鏈氣化（chemicalloopingg

2、asification，CLG）技術(shù)。在化學(xué)鏈氣化技術(shù)中，生物質(zhì)/鐵基載氧體化學(xué)鏈氣化技術(shù)由于鐵基載氧體的成本低而具有廣泛研究前景，但鐵基載氧體本身反應(yīng)活性較低，需要通過(guò)改性提高載氧體的反應(yīng)活性。
　　本文首先基于吉布斯自由能最小化法對(duì)常壓下影響松木/鐵基載氧體化學(xué)鏈氣化進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算，尋求優(yōu)化反應(yīng)條件，以為實(shí)驗(yàn)條件的設(shè)定提供依據(jù)。同時(shí)，通過(guò)溶膠-凝膠法和混合法制備鐵基載氧體，并添加堿金屬鉀基改進(jìn)載氧體反應(yīng)活性。在此基礎(chǔ)上，采用熱

3、重方法，研究了不同方法制備的鐵基載氧體、堿金屬K2CO3加入量對(duì)松木化學(xué)鏈氣化的影響。為進(jìn)一步研究氣化特性，論文還有用固定床氣化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，深入研究了不同因素對(duì)松木化學(xué)鏈氣化的影響。最后還采用XRD和SEM技術(shù)對(duì)反應(yīng)前后的載氧體進(jìn)行微觀表征分析。研究結(jié)果表明：
　?、僭?50°C~900°C的反應(yīng)溫度區(qū)間，當(dāng)Fe2O3/C摩爾比為1.2時(shí)，加入水蒸氣作為氣化劑，松木/化學(xué)鏈氣化具有最佳氣化效果。隨著反應(yīng)溫度的增加，氣體產(chǎn)物中CO含量

4、增加，CO2含量相對(duì)降低；隨著反應(yīng)溫度的提高，氣化效率增加，由于受鐵基載氧體物理性能的限制，超過(guò)950°C的氣化溫度會(huì)造成載氧體燒結(jié)。在Fe2O3量處于氣化轉(zhuǎn)折點(diǎn)以下時(shí)，隨著載氧體Fe2O3量的增加，碳轉(zhuǎn)化率和合成氣量增加；當(dāng)Fe2O3量超過(guò)氣化轉(zhuǎn)折點(diǎn)后，氣化轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵?，CO轉(zhuǎn)化為CO2，不利于生物質(zhì)氣化。隨著H2O/C摩爾比的增加，H2生成量逐漸增加，從氣化效果和反應(yīng)平衡考慮，H2O/C摩爾比可以取1.0~1.4。
　?、谕ㄟ^(guò)溶

5、膠-凝膠法制備的鐵基載氧體FeAl3K10在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出了最佳反應(yīng)特性。與混合法制備的H-Fe7Al3載氧體相比，通過(guò)溶膠-凝膠法制備的Fe7Al3載氧體反應(yīng)特性有一定提高。這與載氧體Fe7Al3的SEM微觀表征分析結(jié)果一致，通過(guò)溶膠-凝膠法制備的鐵基載氧體Fe7Al3表面結(jié)構(gòu)更有規(guī)律和空隙性。載氧體中添加堿金屬鉀基后，載氧體和松木混合物最大失重量變大；載氧體Fe7Al3K5和FeAl3K10在氧化段氧吸收量大大提高，其反應(yīng)活性提升明顯

6、。
　?、墼?00°C時(shí)，載氧體Fe7Al3K10/松木化學(xué)鏈氣化具有良好氣化特性，添加水蒸氣后，大大提升產(chǎn)氣品質(zhì)。在三個(gè)不同反應(yīng)溫度(850°C、900°C和950°C)下，氣體組分百分比有一定變化；在900°C時(shí)，產(chǎn)氣熱值和碳轉(zhuǎn)化率最高；載氧體的存在明顯促進(jìn)了生物質(zhì)的氣化，與混合法制備的鐵基載氧體H-Fe7Al3相比，通過(guò)溶膠-凝膠法制備的鐵基載氧體Fe7Al3/松木化學(xué)鏈氣化具有更高的氣化效率；碳酸鉀催化劑的加入明顯促進(jìn)了松