改性銅基載氧體與松木共氣化特性研究.pdf

1、能源需求對能源供給形成巨大壓力，如何高效開發(fā)利用可再生能源已成為當(dāng)前急待解決的關(guān)鍵問題。與此同時，生物質(zhì)能是僅次于煤、石油和天然氣處于能源消費總量第四位的能源，是地球上唯一能夠儲存和可運輸?shù)那鍧嵞茉矗镔|(zhì)氣化正是一種很有前景的生物質(zhì)利用方式，但是傳統(tǒng)氣化方式成本高、工藝復(fù)雜，于是有學(xué)者在化學(xué)鏈燃燒的基礎(chǔ)上提出了化學(xué)鏈氣化（ chemical looping gasification，CLG）技術(shù)?；瘜W(xué)鏈氣化研究中，載氧體是影響生物質(zhì)氣

2、化的關(guān)鍵因素，在眾多參與化學(xué)鏈燃燒的載氧體中，對于銅基載氧體的研究不多，而對于其改性后用于生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化的研究更少，所以本文開展的改性銅基載氧體用于生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化研究十分必要。
　　因此，本文在傳統(tǒng)生物質(zhì)化學(xué)鏈重整制取合成氣的基礎(chǔ)上，首先通過添加一種惰性載體 MgAl2O4提高 CuO的抗燒結(jié)性和循環(huán)性能，以此研究了改性銅基載氧體的釋氧特性，并在熱重分析儀進(jìn)行了松木與改性銅基載氧體氣化實驗，探討了氣化過程的動力學(xué)特性。然后，采

3、用理論分析方法，進(jìn)行了吉布斯自由能最小化法對銅基載氧體與生物質(zhì)的化學(xué)鏈氣化特性研究，尋求優(yōu)化氣化反應(yīng)條件，以為開展實驗提供理論依據(jù)。同時，為進(jìn)一步研究化學(xué)鏈重整氣化特性，采用固定床、氣相色譜儀，深入研究了不同因素改性銅基載氧體與松木共氣化特性的影響。最后還采用掃描電子顯微鏡（SEM）和XRD紅外分析儀對合成載氧體反應(yīng)前后表征進(jìn)行分析。結(jié)果表明：
　?、偬砑覯gAl2O4的銅基載氧體表現(xiàn)出了良好的釋氧及循環(huán)特性。純CuO在氮氣氣氛下

4、，由于熔點較低容易燒結(jié)，所以溫度升高不利于其循環(huán)特性，而添加了惰性載體MgAl2O4的CuO，從連續(xù)循環(huán)18個周期看來，其循環(huán)特性幾乎不變，由此可以斷定改性后的CuO是一種具有良好循環(huán)特性及抗燒結(jié)性的載氧體。
　　②CuO/C的摩爾比、氣化溫度、壓力以及水蒸氣/生物質(zhì)（簡稱 S/B）的質(zhì)量比均對氣化過程以及氣化組分有影響。熱力學(xué)分析得出一定量的載氧體會有利于CO和H2等高熱值氣體的生成，CuO/C的摩爾比取值為0.35，即CuO與

5、松木質(zhì)量比為3:4最佳；溫度的增加有利于CO和H2等高熱值可燃?xì)怏w的生成，但考慮載氧體燒結(jié)及循環(huán)性問題，生物質(zhì)化學(xué)鏈重整時溫度通常低于1000℃，所以當(dāng)CuO作為氣化載氧體時，本文實驗選取的溫度為700~950℃；壓力的上升會抑制CO的生成，隨著壓力的增加，CO2含量增多，降低了可燃?xì)怏w的含量，所以，常壓更有利于提高生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化效果。適當(dāng)增加通入的水蒸氣量，可以提高CO的產(chǎn)量，但過量的水蒸氣會降低反應(yīng)爐內(nèi)的溫度，并吸收載氧體的熱量，

6、降低碳轉(zhuǎn)化率。因此，通入適量的水蒸氣對氣化效果尤為重要，S/B的質(zhì)量比為2左右時，碳轉(zhuǎn)化率和氣化效率最好。
　?、厶接懥怂赡九c銅基載氧體化學(xué)鏈重整共氣化特性，適當(dāng)提高氣化溫度可以提高碳轉(zhuǎn)化率和氣化合成氣產(chǎn)量，而適量的水蒸氣也能夠提高產(chǎn)氣熱值和碳轉(zhuǎn)化率。研究過程發(fā)現(xiàn)，一定溫度范圍內(nèi)，氣化溫度越高，其碳轉(zhuǎn)化率和氣化合成氣產(chǎn)量越高，然而溫度高的氣體其低位熱值不一定最高，因為溫度升高甲烷含量降低，而甲烷的含量對氣體熱值起著至關(guān)重要的作用；

7、氣化過程中通入水蒸氣對氣化過程有一定影響，通入水蒸氣可以提高松木氣化產(chǎn)氣熱值和碳轉(zhuǎn)化率，但過量的水蒸氣，則會降低氣化爐堂的溫度，使碳轉(zhuǎn)化率降低。載氧體的表征分析表明：惰性載體MgAl2O4的添加，極大程度上改善了CuO的燒結(jié)情況，提高了其抗燒結(jié)能力。
　?、茈S著氣化過程的進(jìn)行，固定碳轉(zhuǎn)化率的增加，松木活化能呈現(xiàn)降低趨勢。從改性前后的載氧體與松木氣化過程可以看出，改性銅基載氧體使得松木氣化效果更好，固定碳轉(zhuǎn)化率更高，這是由于反應(yīng)溫度