鐵礦石載氧體還原反應(yīng)動力學及其制氫過程實驗研究.pdf

1、化學鏈制氫是一種新型的制氫技術(shù)，具有系統(tǒng)簡單、不需要復(fù)雜催化劑及可以制備高純度氫氣等優(yōu)點，而Fe2O3被認為是最理想的用于化學鏈制氫過程的載氧體。本文考慮選用自然界中最易獲得的鐵礦石直接作為載氧體來進行化學鏈制氫實驗研究。由于鐵礦石分布廣泛，其主要成分為Fe2O3，還含有其它一些物質(zhì)，因此其反應(yīng)性能不同于單純的Fe2O3，而目前國際上對于直接選用鐵礦石來進行化學鏈制氫研究的報道還較少，因此很有研究價值。
　　以澳洲赤鐵礦作為載氧體

2、，在小型流化床反應(yīng)器上考察了反應(yīng)溫度及還原性氣體濃度對鐵礦石載氧體還原反應(yīng)動力學及其制氫過程的影響，然后進一步研究了其循環(huán)特性。實驗結(jié)果表明:反應(yīng)溫度的升高及還原性氣體濃度的增加都促進了鐵礦石載氧體的還原過程，表觀活化能表現(xiàn)出下降的趨勢，H2生成量隨之增加;循環(huán)實驗中載氧體失重及H2生成量隨著循環(huán)次數(shù)的增加表現(xiàn)出下降的趨勢;后續(xù)循環(huán)中XRD分析結(jié)果表明鐵礦石載氧體在還原過程中生成的FeO和Fe的量較少;SEM分析結(jié)果顯示鐵礦石載氧體在循

3、環(huán)過程中發(fā)生了燒結(jié)狀況。
　　為了提高鐵礦石載氧體的反應(yīng)性能，以KNO3作為鉀基對鐵礦石載氧體進行了修飾，考察了反應(yīng)溫度及KNO3添加量對修飾后的載氧體還原反應(yīng)動力學及其制氫過程的影響，并根據(jù)循環(huán)實驗結(jié)果與未修飾時的情況作了比較。實驗結(jié)果表明:反應(yīng)溫度的升高及KNO3添加量的增加都促進了修飾后載氧體的還原過程，表觀活化能表現(xiàn)出下降的趨勢，H2生成量隨之增加;預(yù)熱過程中添加的KNO3與鐵礦石發(fā)生了反應(yīng)，生成的新物質(zhì)具有良好的催化能力

4、;循環(huán)實驗中載氧體失重及H2生成量保持了穩(wěn)定，且相比未修飾時增加較多;后續(xù)循環(huán)中載氧體在還原過程中仍有較多的FeO生成，且表面形態(tài)沒有發(fā)生明顯變化;載氧體在循環(huán)過程中K的含量發(fā)生了減少，尤其在第1次循環(huán)中減少較多，但在后續(xù)循環(huán)中K的含量保持穩(wěn)定。
　　針對鐵礦石載氧體在還原過程中會生成析碳進而降低生成氫氣的純度這一問題，先對鐵礦石載氧體在添加KNO3修飾前后進行了還原過程析碳分析，然后研究了在傳統(tǒng)化學鏈制氫還原過程和制氫過程中間增

5、加一個短暫的氧化過程對生成氫氣的影響。實驗結(jié)果表明:鐵礦石載氧體在添加KNO3修飾前后，在還原過程中后期都會產(chǎn)生小部分析碳，而生成氫氣的純度從修飾前的98.19％提高到了修飾后的98.59％;增加短暫的中間氧化過程后，修飾后的載氧體其氫氣生成量相比傳統(tǒng)過程減少了9.4％，但純度可以接近99.9％;循環(huán)實驗中在增加短暫的中間氧化過程后，氫氣生成量依舊保持穩(wěn)定，雖然相比傳統(tǒng)過程減少了16.7％，但是純度也可以接近99.9％;載氧體在經(jīng)歷中間