生物質(zhì)化學(xué)鏈燃燒過程中氮的遷移機(jī)理研究.pdf

1、化石燃料燃燒排放的CO2是主要的溫室氣體之一?；瘜W(xué)鏈燃燒技術(shù)是一種新型的無火焰燃燒方式，區(qū)別于傳統(tǒng)燃燒，它通過載氧體提供品格氧來代替氧氣。化學(xué)鏈燃燒的主要?dú)怏w產(chǎn)物為CO2和水蒸氣，有利于CO2的捕集，而載氧體的在燃料反應(yīng)器和空氣反應(yīng)器間交替循環(huán)，也有助于提高能量利用效率。生物質(zhì)能是一種清潔的可再生能源，我國(guó)擁有豐富的生物質(zhì)資源，將生物質(zhì)能與化學(xué)鏈燃燒技術(shù)結(jié)合起來具有重要的意義。氮氧化物的排放會(huì)導(dǎo)致光化學(xué)煙霧、酸雨等環(huán)境問題，對(duì)大氣和地表

2、的生物也會(huì)造成危害。目前，有關(guān)生物質(zhì)化學(xué)鏈燃燒過程中氮氧化物的釋放規(guī)律鮮有研究，氮在其中的遷移機(jī)理尚未揭示。針對(duì)生物質(zhì)化學(xué)鏈燃燒過程中氮氧化物的釋放特性及氮的遷移規(guī)律，本文開展了一系列實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了初步研究。
　　鎳基載氧體是化學(xué)鏈燃燒的優(yōu)良載氧體之一，考察基于鎳基載氧體的化學(xué)鏈燃燒過程中氮的遷移特性很有必要。研究表明，在850℃下，N2O和NO是主要的氮氧化物氣體，且N2O的生成量超過NO的生成量。根據(jù)熱力學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，生物質(zhì)中

3、揮發(fā)分氮是NOx生成的主要氮源，且N2O的產(chǎn)生可能主要來自前驅(qū)物HCN與NiO的反應(yīng)，NH3在該溫度下幾乎不參與反應(yīng)。生物質(zhì)中的K、Ca元素在化學(xué)鏈燃燒還原過程結(jié)束后可能通過復(fù)雜的理化反應(yīng)而進(jìn)入載氧體顆粒。
　　化學(xué)鏈氧解耦燃燒技術(shù)是化學(xué)鏈燃燒技術(shù)的延伸和拓展，利用機(jī)械擠壓法制備銅基載氧體，研究了化學(xué)鏈氧解耦燃燒過程中氮氧化物的生成及演變規(guī)律。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)N2O和NO的生成率分別達(dá)到30.9％和21.9％，同時(shí)在反應(yīng)器出口氣體中檢測(cè)到

4、少量NO2。揮發(fā)分氮是化學(xué)鏈氧解耦燃燒NO和NO2的主要來源，而N2O在揮發(fā)分氮和焦炭氮中分配的比例相差不大。反應(yīng)后的銅基載氧體呈現(xiàn)蓬松多孔結(jié)構(gòu)，有利于載氧體的再生。
　　之后在單批次進(jìn)料固定床上，以天然赤鐵礦載氧體，研究了還原反應(yīng)階段反應(yīng)溫度、水蒸氣量和循環(huán)次數(shù)對(duì)谷殼的氮氧化物釋放特性的影響。結(jié)果表明，碳轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度升高而增加，隨實(shí)驗(yàn)循環(huán)次數(shù)的增加而降低，但隨水蒸氣量呈先增加后下降趨勢(shì)，并在水蒸氣量為1 g/min時(shí)達(dá)到最大

5、值。谷殼在化學(xué)鏈燃燒過程中氮的主要去向之一是揮發(fā)分氮，還原階段未檢測(cè)到NO2。隨著反應(yīng)溫度由750℃升高到900℃，NO的生成率增加，而N2O的生成率先增加后降低，在850℃時(shí)達(dá)到最大值。水蒸氣量由0.5g/min升高到2 g/min，N2O和NO的生成率均增加，且NO增加速率高于N2O。在循環(huán)實(shí)驗(yàn)中，NO的生成率不斷下降，N2O的生成率先上升后下降，多次循環(huán)后的載氧體表面出現(xiàn)燒結(jié)，活性下降。
　　選取含氮模型化合物進(jìn)行研究有助于