生物质灰对铁基载氧体性能的影响

发布时间：2017-12-02 02:26

  本文关键词：生物质灰对铁基载氧体性能的影响

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【摘要】：化学链燃烧技术是一种新型的燃烧技术,它具有C02内分离特性且不需要消耗额外能量。近年来,研究重点在基于固体燃料的化学链燃烧特性。在固体燃料化学链燃烧中关于燃料灰分的研究主要集中于煤灰,而关于生物质灰在化学链燃烧系统中的影响特性尚不明确。因此本文以铁基载氧体和生物质灰为研究对象,对两者之间的相互作用进行了初步研究,重点探讨了生物质灰中碱金属K的影响机理,并且研究了利用生物质灰中富含K盐的特性对铁基载氧体进行改性以提高其还原活性的可行性。在小型固定床上以铁矿石为载氧体,CO为燃料,进行了化学链燃烧实验。通过在铁矿石中混入生物质灰,研究了生物质灰对铁矿石载氧体性能的影响,探讨了生物质灰的种类(玉米秆灰、油菜秆灰和稻草灰)、灰的添加量(5%～20%)、循环次数及灰中碱金属对铁矿石还原反应性能的影响。实验结果表明：生物质灰中无机组分不同,导致其对铁矿石载氧体反应活性的影响具有较大差异。玉米秆灰和油菜秆灰中碱金属K含量高,高温下K以气态形式迁移到铁矿石表面生成K3Fe04,催化CO与铁矿石的反应,提高了铁矿石的还原反应活性。稻草灰中Si含量很高,高温下碱金属K及FeO与其反应生成低熔点共晶体,加剧了铁矿石表面的烧结,减少了气固反应的接触面积,导致CO累积转化率急剧下降。采用生物质灰对Fe203载氧体进行修饰,并在小型流化床反应器上进行了气体燃料化学链燃烧实验。通过分析生物质灰种类、生物质灰中无机组分的影响,探讨了利用生物质灰富含K盐的特性来提高Fe203载氧体还原活性的可行性。实验结果表明：生物质灰修饰能有效提高Fe203载氧体的反应活性,载氧体的还原反应活性由生物质灰中K和Si的含量共同决定。随着修饰生物质灰中K含量提高,载氧体的活性逐渐提高；但在Fe3O4/FeO的转化阶段中,同时存在碱金属K对还原反应的催化作用和低熔点碱金属硅酸盐对还原反应的抑制作用。循环实验表明,生物灰中碱金属K对载氧体活性的提高效果始终明显,载氧体中负载的K在循环过程中出现了流失现象,而生成的碱金属硅酸盐类化合物,可抑制碱金属K的流失。进一步采用1kWth串行流化床反应器,在燃料反应器温度800-930℃范围内,以合成气(CO+H2+CH4)为燃料,对生物质灰修饰铁矿石载氧体进行可行性实验。实验结果表明：生物质灰修饰铁矿石载氧体在1kWth串行流化床上表现出较高的反应活性,且随着反应温度的升高,载氧体的反应活性越好；燃料反应器出口CO和CH4浓度显著降低,如在930℃下分别为0.12%和2.63%,与采用纯铁矿石相比分别降低了97.3%和16.0%；两种载氧体与燃料气中H2的反应较为彻底,H2转化率接近100%;同时生物质灰修饰的载氧体对C02捕集效率提升明显,其最大值为89.38%；SEM分析表明,反应后的铁矿石颗粒表面出现了晶粒熔融粘接的趋势,但生物质灰修饰铁矿石的孔隙结构仍较为明显；EDS分析表明生物质灰修饰铁矿石中K的负载情况较为稳定,没有出现明显的流失现象。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK16

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本文编号：1243342