铜基氧载体制取O_2-CO_2混合气体的实验研究

采用溶胶-凝胶燃烧法制备了铜基氧载体CuO/CuAl_2O_4,利用热重分析仪研究了铜基氧载体的释氧性能,并在固定床反应器内对铜基氧载体的释氧和吸氧特性进行了实验研究。结果表明,CO_2气氛下,铜基氧载体能够释放出O_2,随反应温度增加,O_2-CO_2混合气体中O_2含世增加,反应时间减少.释氧后的铜基氧载体能够吸收N_2-O_2混合气中的O_2,吸氧速率及转化率同时受到热力学和动力学控制.880℃为铜基氧载体最佳释氧与吸氧温度。     

化学链中失活铁矿石载氧体的改性提质研究

本文以甲烷和煤粉化学链燃烧连续运行后的天然铁矿石载氧体为主体,采用Cu浸渍法对载氧体进行改性提质,在批次流化床上的化学链燃烧反应特性的研究。制备Cu质量分数ω为3%,6%和10%的三种载氧体,分别测试其载氧性能,并探究了温度、过氧系数、循环次数对于修饰后载体性能的影响。结果表明浸渍6%Cu的铁矿石载体性能最为优异;最优化的操作条件为:反应温度950℃、过氧系数3;在5次循环中,性能稳定,未出现随循环次数的增加性能衰减。反应后的载氧体保持了丰富的孔隙结构,未出现烧结现象。实验结果表明,采用浸渍法对失活天然铁矿石进行Cu改性提质是一种可行有效的办法。     

铜基改性载氧体固定床得-释氧特性研究

本文采用机械混合法制备Cu_6Si_4和Cu_6Fi_4载氧体,在固定床中进行20次失氧-得氧循环,然后在热重中进行一次释氧反应研究循环反应性能;还研究了浸渍法制备的复合载氧体CuO-NiO/SiO_2和CuO-NiO/TiO_2的循环反应性能,并辅以XRD、SEM实验表征。实验结果表明:在CuO中只加入惰性载体时,TiO_2比SiO_2更适合做CuO的载体;NiO能改性CuO/SiO_2载氧体,改善其抗烧结性提高循环反应性能;CuO-NiO/TiO_2载氧体循环多次后载氧量很低,循环反应性能低。     

溶胶凝胶Fe2O3/Al2O3氧载体与甲烷的循环反应性研究

高性能的氧载体是化学链燃烧技术实施的关键.本文采用溶胶凝胶法制备的Fe2O3/A12Oa氧载体,在固定床反应器中研究了它与CH4/空气在900℃下的循环反应性,并利用XRD、ESEM和BET对反应前后的氧载体进行了物化表征.试验结果表明,溶胶凝胶法制备的Fe2O3/A12O3氧载体具有良好的循环反应能力.随着循环次数的...     

化学链燃烧技术中新型氧载体CaSO4的特性研究

本文提出了一种新的用于化学链燃烧的氧载体CaSO4,对CaSO4作为氧载体时与CH4组成系统的热力学性能进行了研究,结果表明,在适当的温度范围内,CaSO4还原的直接产物是CaS,而不是CaO和SO2;CaS氧化的直接产物为CaSO4,也不是CaO和SO2.因此,CaSO4可以作为化学链燃烧的氧载体,而且不会有大量的SO2生成.同时,使用热重一红外分析仪研究了CaSO4和CH4系统的动力学特性,利用Coats-Redfern积分式得到CH4还原CaSO4的反应活化能E=1721.31 kJ/mol.     

钙钛矿型氧载体SrCo_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)制氧性能的实验研究

钙钛矿型金属氧化物是优良的制备供富氧燃烧所需的O_2/CO_2的氧载体,本文采用柠檬酸法制备系列SrCo_(1-x)Fe_xO_(3-δ)(x=0.2,0.4,0.6,0.8)钙钛矿型氧化物,并采用X射线衍射分析来表征SrCo_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(SCF182)反应前后的物相变化和晶体结构.同时在固定床上选择不同的运行条件对SCF182的释氧性能进行研究,包括吸附温度、吸附时间、脱附温度和循环特性.结果表明,SCF182的最佳吸附温度和脱附温度均为850℃,最佳吸附时间为1 h,循环性能良好,是可以为富氧燃烧提供稳定的O_2/CO_2循环气体的良好材料。     

铁基复合氧载体的煤化学链燃烧研究

采用热重分析仪、红外频谱仪以及差热分析对PDS烟煤与溶胶凝胶燃烧合成法制备的Fe_2O_3基复合氧载体的反应性能及热流变化进行了研究,发现:就Fe_2O_3基氧载体而言,适当增加Fe_2O_3基氧载体过量系数Φ有利于煤的充分反应;而铁基复合氧载体CuFe_2O_4与PDS煤具有更高的反应性,加入惰性载体Al_2O_3有利于CuFe_2O_4与煤一次热解产物的反应,却阻碍了其与二次热解产物的反应。CuFe_2O_4具有更高的晶格氧容量以及更少的吸热量,用于煤化学链燃烧中是非常合适的,具有很好的应用前景。     

基于赤铁矿载氧体的污泥化学链燃烧研究

基于污泥处置技术的减容化、无害化、稳定化和资源化的目的,本文首次采用化学链燃烧技术来处置污泥,实验基于赤铁矿载氧体在1 kW_(th)串行流化床上开展。研究了燃料反应器温度对污泥燃烧特性的影响,并对比了淮北无烟煤和污泥化学链燃烧特性的差异,以及考察了赤铁矿长期运行的物化性能。实验结果表明,在本实验的工况下,没有焦炭随载氧体进入到空气反应;随着燃料反应器温度的增加,污泥和煤的碳转化率均增加,但污泥的碳转化率要高于煤;同时,水蒸气的加入可提高污泥的碳转化率,但水蒸气的量对其影响较小;赤铁矿在长时间运行中,体现了良好的反应以及抗烧结性能。     

煤基化学链燃烧技术的Fe_2O_3/Al_2O_3氧载体研究

直接以煤为燃料的化学链燃烧是解决中国燃煤CO_2排放的一种潜在技术,关键问题之一是难以气化和氧化的煤焦与氧载体之间的固固还原反应。本文基于溶胶-凝胶法,利用Al(OC_3H_7)_3和Fe(NO_3)_3·9H_2O制备了12种不同的氧载体,并用XRD、SEM、BET等对其物化性质进行了表征,发现烧结温度以低于1200℃为宜。选择6种不同参数(活性Fe_2O_3质量含量、烧结温度和烧结时间)的Fe_2O_3/Al_2O_3氧载体,在热重中研究了它们与煤焦的反应性能,结果表明,在880℃左右时,氧载体与煤焦快速反应,首先快速还原成Fe_3O_4,然后有一部分FeO出现。综合各方面因素,选用F6A1116氧载体(60%Fe_2O_3含量,1100℃烧结6 h)进行与煤焦/空气的多次循环实验。结果表明,氧载体没有杂质物相生成,表现了良好的循环反应性。反应后氧载体表面发生了一定程度的烧结现象,但仍维持孔隙结构。这些实验结果初步证明,基于Fe_2O_3/Al_2O_3氧载体、燃用固体燃料煤焦的化学链燃烧技术是可行的。     

化学链燃煤系统的过程模拟

化学链燃烧是一个基于(近)零排放理念的先进能源利用技术。针对以NiO/NiAl_2O_4为氧载体的煤直接化学链燃烧系统,本文利用Aspen Plus软件进行了详细的模拟计算和热力学分析,研究了主要运行参数对系统性能的影响,得到了系统优化的运行工况,即燃料反应器的温度和压力分别为816.41℃和0.1 MPa,空气反应器的温度和压力分别为1200℃和0.1 MPa,氧载体煤北为14.0,空气煤北为7.8;并北较和评价了化学链燃煤系统和常规空气燃煤系统,发现化学链燃煤系统在热效率、(?)效率、碳捕捉率、NO_x和CO排放量等方面有优势,但SO_x排放量与常规燃煤系统相近。     

中温太阳能驱动天然气钙钛矿化学链燃烧实验研究

提出一种天然气基钙钛矿型氧化物化学链燃烧中温太阳能燃料转化方法,利用近400℃太阳热驱动天然气基的LaCu_(0.1)Ni_(0.9)O_3化学链燃烧,将太阳能转化为高品位燃料化学能。新方法不仅能利用低焦比的槽式聚光吸收反应器,而且降低了太阳能天然气热化学互补反应热品位。采用热重实验,开展天然气基LaCu_(0.1)Ni_(0.9)O_3反应与再生性能研究。研究结果表明:天然气-LaCu_(0.1)Ni_(0.9)O_3化学链燃烧的还原温度为350℃,氧载体最大释氧量为22%,多次循环反应之后氧载体的晶格结构和表面形貌均没有发生明显的变化。本文为开展中温太阳能与天然气热化学互补利用提供了新途径。     

采用详细化学反应机理研究煤富氧燃烧NO_x生成机制

本文采用详细化学反应机理,建立氧煤燃烧气固反应模型,分析煤在富氧燃烧条件下NO_x生成机制,研究不同O₂浓度和分级燃烧对NO_x排放的影响。富氧燃烧时,NO_x生成主要路径为:HCN→CN→NCO→NO和HCN→CN→NCO→HNCO→HN₂→NH→HNO→NO。初始O₂增大,挥发分和HCN析出时间提前,高的O₂初始浓度对燃料N转化率有促进作用;煤富氧分级燃烧时,主燃区还原气氛有利于NO还原为N₂,其主要还原路径如下:NO+CO→N+CO₂、NO+H→N+OH和NO+N→N₂+O,当主燃区过量空气系数SR₁从1.15减小到0.6,N最终转化率（t=1000 ms）只是从0.379减小到0.339,相对于未分级燃烧时变化了10.55%,与煤空气分级燃烧相比,煤富氧分级燃烧对N转化率影响较小。     

钴基载氧剂制取O_2-CO_2混合气体的流化床实验

利用TGA研究了钴基载氧体释氧的动力学特性,得到氧平衡分压随温度的变化关系;在流化床反应器内对钴基载氧体的吸氧和释氧特性进行了实验研究,并考察了反应温度的影响。结果表明:在流化床内,钴基载氧体能吸收空气中的O_2,并能在CO_2气氛下释放出O_2。在吸氧阶段,钴基载氧体对O_2的适宜吸收的温度范围为680～860℃,低于此温度下限,受反应动力学控制;高于此温度上限,反应受热力学限制。在释氧阶段,随反应温度增加,O_2-CO_2混合气体中O_2含量增加。     

基于废铁渣载氧体煤加压化学链燃烧试验研究

针对废铁渣载氧体,在小型固定床反应器上进行了燃煤加压化学链燃烧试验以及载氧体持续循环能力的研究,结果表明,压力增加抑制了煤的初始热解过程,提高了煤焦的气化过程以及气化产物与载氧体之间的反应.随着压力增加,CO2浓度和燃料的转化率增加,CO和CH4的浓度降低,载氧体的转化率也随压力的增加而增加.由于载氧体载氧能力一定,随...     

煤基化学链燃烧过程中硫的演变

在双阶段流化床反应器内,基于溶胶凝胶法制备的Fe2O3/Al2O3氧载体研究了褐煤化学链燃烧过程中燃料硫的迁移路径及分布特性,并讨论了温度、过氧系数对燃料硫释放分布的影响.结果表明:所有工况下,氧载体均未出现被硫化的现象;在热解气化学链燃烧阶段,气相含硫物质以SO2和H2S为主,煤焦气化气化学链燃烧阶段绝大部分为SO2气体,部分来源于煤焦中CaSO4的分解。另外,部分燃料硫被碱金属固定于煤灰中。同时,提高温度和过氧系数都能导致SO2/H2S值和SO2释放量增大。     

基于水泥/CaO修饰铁矿石载氧体的煤化学链燃烧试验

煤化学链燃烧是一种基于CO_2零排放的新型燃烧方式。对铁矿石加以水泥/CaO修饰,在串行流化床上进行煤化学链燃烧试验,考察了修饰后的载氧体对煤转化特性及含N气体排放的影响。结果表明:相比于铁矿石载氧体工况,采用修饰铁矿石能够促进煤及煤气化产物在燃料反应器中的转化,从而提高CO_2捕集效率并降低额外耗氧率;采用修饰铁矿石减弱了燃料反应器中的还原性气氛,燃料反应器中的NO析出增加,而空气反应器中的NO析出减少。     

金属载氧体可持续循环能力特性研究

在化学链燃烧技术中,可持续循环能力是判断载氧体性质优劣的一个非常重要的指标,决定载氧体的使用寿命和经济性.分别利用热天平、SEM、XRD实验研究了Fe和Cu基载氧体的持续循环能力.实验数据表明,制备后的金属载氧体无论是反应速率还是可持续循环能力都得到了大幅度提升;Fe基载氧体较Cu基载氧体具有更好的可持续循环能力.     

基于Fe_2O_3的煤化学链燃烧分级送风实验

为了缓解载氧体颗粒表面的烧结,本文提出在化学链燃烧过程中,对空气反应器进行分级送风。以Fe_2O_3为载氧体,在10 kW级串行流化床实验装置上进行煤化学链燃烧分级送风实验,探讨了一二次风的配比对两个反应器气体产物组成以及煤中碳的捕集效率的影响,利用SEM和BET对反应前后载氧体的物化性能进了分析。结果表明,分级送风方法能够有效地缓解载氧体的烧结程度,有助于载氧体在长时间使用过程中反应性能的维持。     

富氧燃烧条件下煤焦的燃尽特性

本文利用平面火焰携带流反应器研究了DT烟煤在富氧燃烧条件下的燃烧实验。采用灰示踪法分析煤焦的燃尽和元素释放特性,并采用等密度模型计算了基于氧化反应C+0.5O_2→CO的表观反应动力学参数。研究结果表明;煤粉在富氧燃烧条件下的燃尽慢于空气燃烧;富氧燃烧条件下,煤焦与CO_2的气化反应会导致煤焦表面对O的化学吸附,进而导致氧元素释放速率减慢;高氧浓度条件下,高浓度CO_2对煤焦燃尽的抑制作用大于CO_2气化反应对煤焦燃尽的促进作用,降低环境氧浓度可以逐步提高CO_2气化反应对煤焦燃尽的贡献。     

基于Fe2O3载氧体的煤化学链燃烧试验

采用流化床反应器并以水蒸气作为汽化一流化介质,研究了800～950°C内以Fe2O3为载氧体的煤化学链燃烧循环反应特性.实验表明,气态产物CO2的体积浓度(干基)随温度单调递增;CO、CH4的浓度在反应时间内呈单峰特性且随温度单调递减,CH4浓度值高于CO;H2被载氧体完全氧化.载氧体与水煤气化产物在温度高于850°C体现了高的反应活性,CO2干基浓度接近95%.反应器温度900°C时,气态产物CO2体积浓度随循环数而逐渐降低,CO、CH4浓度增加.