非混合燃烧中CaSO_4载氧体的研究

发布时间：2017-07-04 04:12

  本文关键词：非混合燃烧中CaSO_4载氧体的研究

  更多相关文章： 非混合燃烧 载氧体 CaSO_4 反应特性 惰性载体 活性助剂 Aspen plus

【摘要】： 化石能源燃烧释放出大量的CO_2，由此引起的“温室效应”等全球性问题已经为世界各国广泛关注。非混合燃烧改变了传统燃烧方式中燃料与空气直接混合的方式，代之以载氧体作为媒介在燃料和空气之间传递氧，从而达到释放能量的目的，同时在过程中实现了对CO_2的分离，在产物气体中可直接获得高浓度的CO_2，对CO_2的减排具有重要意义。本文针对非混合燃烧中的载氧体存在的一些问题，采用CaSO_4作为载氧体，并针对CaSO_4应用于非混合燃烧过程的可行性和与气体燃料的反应特性，CaSO_4反应活性的改善和载氧体的循环特性等方面进行了一些初步研究，同时对于非混合燃烧应用于焦炉煤气制氢过程开展了一些模拟工作。 对于CaSO_4应用于非混合燃烧过程进行了热力学计算和模拟，从理论上分析了CaSO_4在此过程中作为载氧体的可行性，并对CaSO_4与气体燃料之间发生反应的温度和压力条件进行了分析。 利用热重分析仪和固定床反应器，对CaSO_4和分别负载惰性载体、活性助剂后的CaSO_4与气体燃料发生反应的特性进行了实验研究。结果表明，单独使用CaSO_4时，其与气体燃料发生反应的起始温度较高，且反应活性较低，不适合直接应用于非混合燃烧中。通过向CaSO_4中添加惰性物质和活性助剂，，均可以降低CaSO_4与气体燃料的起始反应温度。惰性物质在与CaSO_4混合时起到了结构支撑和传递热量的作用，其本身不参与反应。活性物质不仅自身参与反应，同时可以较大幅度地提高CaSO_4的反应活性，加快CaSO_4与气体燃料进行反应的速度。同时，借助X射线衍射、比表面积测量等手段，对于CaSO_4载氧体与气体燃料发生反应前后的状态进行了表征，初步分析了CaSO_4被气体燃料还原的产物成分和引起载氧体反应活性改善的原因。 构建了基于非混合燃烧的焦炉煤气自热重整制氢过程，对该过程所涉及的部分主要热力学问题进行分析，研究了制氢反应的化学平衡特性。利用软件模拟运行，分析了系统的整体特性，并利用效率指标对系统进行了评价。
【关键词】：非混合燃烧 载氧体 CaSO_4 反应特性 惰性载体 活性助剂 Aspen plus
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（工程热物理研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 前言11-27
• 1.1 研究背景11
• 1.2 CO_2捕集技术的发展现状11-13
• 1.2.1 燃烧后处理11-12
• 1.2.2 燃烧前处理12
• 1.2.3 富氧燃烧12
• 1.2.4 现有CO_2捕集技术存在的问题12-13
• 1.3 非混合燃烧的研究现状和发展趋势13-20
• 1.3.1 非混合燃烧中载氧体的研究进展15-17
• 1.3.2 非混合燃烧反应器的研究进展17-18
• 1.3.3 非混合燃烧系统分析的研究进展18-19
• 1.3.4 非混合燃烧的发展趋势19-20
• 1.4 CaSO_4应用于非混合燃烧20-24
• 1.4.1 相关研究背景20-21
• 1.4.2 CaSO_4作为非混合燃烧中的载氧体21-24
• 1.5 本文研究思路及研究内容24-27
• 1.5.1 模拟计算24
• 1.5.2 实验研究24-27
• 第二章 CaSO_4应用于非混合燃烧的热力学分析27-35
• 2.1 CaSO_4应用于非混合燃烧的热化学过程27
• 2.2 热力学可行性分析27-29
• 2.3 热力学平衡分析29-33
• 2.3.1 CaSO_4与CH_429-31
• 2.3.2 CaSO_4与H_231-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第三章 CaSO_4载氧体反应特性实验研究35-61
• 3.1 实验装置和研究手段35-37
• 3.1.1 固定床实验系统35-36
• 3.1.2 热重分析仪(TGA)36
• 3.1.3 傅立叶红外多组分气体分析仪(FT-IR)36-37
• 3.1.4 X射线衍射分析仪(XRD)37
• 3.1.5 氮吸附仪37
• 3.2 CaSO_4载氧体反应特性实验37-40
• 3.2.1 样品制备和实验步骤37-39
• 3.2.2 实验数据整理39-40
• 3.3 实验结果及分析40-59
• 3.3.1 CaSO_4与CH_4和H_2反应条件实验验证40-42
• 3.3.2 CaSO_4作为载氧体的反应特性42-43
• 3.3.3 惰性载体的加入对载氧体反应特性的影响43-46
• 3.3.4 活性助剂的加入对载氧体反应特性的影响46-50
• 3.3.5 压力对载氧体性能的影响50-51
• 3.3.6 载氧体的循环反应特性研究51-52
• 3.3.7 固定床实验52-54
• 3.3.8 样品表征与分析54-59
• 3.4 本章小结59-61
• 第四章 基于非混合燃烧的焦炉煤气自热重整制氢过程初步研究61-71
• 4.1 引言61
• 4.2 基于非混合燃烧的焦炉煤气自热重整制氢过程(UMC-CSR)61-63
• 4.3 CSR制氢过程化学平衡分析63-66
• 4.3.1 温度对制氢过程的影响63-64
• 4.3.2 压力对制氢过程的影响64
• 4.3.3 汽碳比(H_2O/C)对制氢过程的影响64-65
• 4.3.4 钙碳比(Ca/C)对制氢过程的影响65-66
• 4.4 过程模拟及结果分析66-69
• 4.4.1 计算假设与参数设置66-67
• 4.4.2 结果分析67-69
• 4.5 本章小结69-71
• 第五章 结论与展望71-74
• 5.1 结论71-73
• 5.2 非混合燃烧中CaSO_4载氧体的研究展望73-74
• 主要符号对照表74-76
• 参考文献76-80
• 硕士在读期间发表的论文80-81
• 致谢81

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 罗超;查智明;邓中乙;;化学链燃烧分离CO_2技术的研究进展[J];电力科技与环保;2010年06期

2 丁宁;郑瑛;罗聪;郑楚光;;钙基复合载氧体反应性能的研究[J];动力工程学报;2010年09期

3 丁宁;郑瑛;罗聪;吴琪珑;边关;郑楚光;;钙基复合载氧体的化学链燃烧循环实验研究[J];工程热物理学报;2011年09期

4 秦翠娟;沈来宏;肖军;高正平;;化学链燃烧技术的研究进展[J];锅炉技术;2008年05期

5 郗艳荣;刘永卓;郭庆杰;程煜;田红景;;钙基复合载氧体的制备及反应性能[J];化工进展;2013年10期

6 丁宁;郑瑛;罗聪;吴琪珑;傅培舫;郑楚光;;化学链燃烧中CaSO_4复合载氧体的实验研究[J];燃料化学学报;2011年03期

7 郑文广;梁秀进;;基于CaSO_4载氧体加压置换燃烧分离CO_2的研究[J];华电技术;2013年05期

8 丁宁;郑瑛;罗聪;郑楚光;;助剂对CaSO_4载氧体化学链燃烧的影响[J];中国电机工程学报;2011年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 樊腾飞;CaSO_4载氧体应用于CaO再生过程的热力学分析与实验研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 蒋景周;基于化学链燃烧原理的制氢系统设计与实验[D];华北电力大学（北京）;2011年

2 刘永生;细颗粒石膏流化特性的实验研究[D];南京师范大学;2011年

3 王亮;载氧体三氧化二铁与氯化氢作用规律研究[D];华北电力大学（北京）;2009年

4 王孝宏;化学链燃烧中Ni基氧载体与CO反应的密度泛函研究[D];华中科技大学;2012年

5 汪文榕;基于钙基载氧体的化学链燃烧实验研究[D];华中科技大学;2012年

本文编号：516275