基于化学链气化的铜基载氧体制备与性能研究

发布时间：2017-09-14 12:23

  本文关键词：基于化学链气化的铜基载氧体制备与性能研究

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【摘要】：化学链气化技术是近年来兴起的一种极具前景的气化技术,它将传统气化技术与化学链技术耦合在一起,能够进一步降低资源转化过程中的能量损失,能够提高气化过程的效率。采用溶胶凝胶法制备了CuO载氧体以及5%MgO/CuO、5%CaO/CuO、5%K2O/CuO、 5%Na2O/CuO、5% Fe2O3/CuO、5%NiO/CuO、5%Co3O4/CuO、5%Mn3O4/CuO八种铜基复合载氧体,在固定床上采用非等温法对各种载氧体的释氧温度和释氧速率进行了研究,其中5%Co304/Cu0、5%NiO/CuO的释氧温度较低且释氧速率较快,在固定床上采用等温法对各载氧体的释氧反应动力学进行了分析,CuO及其复合金属氧化物载氧体的反应动力学模型均为二维成核与核生长反应模型,机理函数表达式为G(a)=[-ln(1-α)]1/2。9种载氧体活化能的大小关系为：5%Co3O4/CuO5%NiO/CuO5% Fe2O3/CuO5%Mn3O4/CuO5%MgO/CuOCuO5%CaO/CuO5%Na2O/CuO5%K2O/Cu O。对煤和稻壳的水蒸气气化与化学链气化进行研究,并将煤与稻壳的水蒸气共气化和化学链共气化与之作对比分析,考察共气化的协同作用。发现在煤和稻壳的水蒸气气化和化学链气化反应中,H2具有最高的生成速率与产量。在煤和稻壳的化学链气化与共气化中,5%Co3O4/CuO相比与5%NiO/CuO具有更好的反应性能和更佳的气化效果。煤、稻壳的化学链气化相比其水蒸气气化具有更高的H2、CO产量,煤与稻壳的水蒸气共气化在H2和CO的产量上有着较好的协同作用。在化学链共气化中,H2与CO的产量与协同作用都要高于水蒸气共气化,其中H2产量增长了15.38%,CO产量增长了38.89%。同时,共气化比单独气化表现出了更高的碳转化率。
【关键词】：化学链气化 铜基载氧体 动力学 活化能 煤 生物质 共气化
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O611.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 研究背景9
• 1.2 气化技术及其研究现状9-16
• 1.2.1 生物质气化技术11-13
• 1.2.2 煤气化技术13-15
• 1.2.3 共气化技术15-16
• 1.3 化学链气化的提出与发展16-19
• 1.3.1 化学链燃烧17
• 1.3.2 化学链气化17-19
• 1.4 化学链技术中的载氧体材料19-20
• 1.5 本文研究的内容20-22
• 2 实验与方法22-31
• 2.1 载氧体的制备方法22-24
• 2.2 铜基载氧体的制备24-25
• 2.2.1 实验试剂24
• 2.2.2 溶胶凝胶法制备铜基载氧体24-25
• 2.3 实验系统与实验方法25-27
• 2.3.1 载氧体释氧实验系统25
• 2.3.2 载氧体释氧实验过程25-26
• 2.3.3 化学链气化实验系统26-27
• 2.3.4 化学链气化实验过程27
• 2.4 等温动力学分析方法27-30
• 2.5 本章小结30-31
• 3 铜基载氧体释氧动力学31-51
• 3.1 添加金属氧化物对铜基载氧体释氧性能的影响31-33
• 3.1.1 实验过程与结果分析31-33
• 3.2 CuO释氧动力学33-36
• 3.2.1 CuO释氧性能的分析33-34
• 3.2.2 机理函数与活化能分析34-36
• 3.3 添加碱土金属对CuO载氧体释氧动力学的影响36-40
• 3.3.1 释氧性能分析37
• 3.3.2 机理函数与活化能分析37-40
• 3.4 添加碱金属对CuO载氧体释氧性能的影响40-43
• 3.4.1 释氧性能分析40-41
• 3.4.2 机理函数与活化能分析41-43
• 3.5 添加非释氧金属对CuO载氧体释氧动力学的影响43-46
• 3.5.1 释氧性能分析43-44
• 3.5.2 机理函数与活化能分析44-46
• 3.6 添加释氧金属对CuO载氧体释氧性能的影响46-49
• 3.6.1 释氧性能分析46-47
• 3.6.2 机理函数与活化能分析47-49
• 3.7 本章小结49-51
• 4 铜基载氧体化学链气化性能研究51-91
• 4.1 煤的气化性能研究51-60
• 4.1.1 煤的水蒸气气化51-53
• 4.1.2 煤的化学链气化53-59
• 4.1.3 载氧体与焦油的反应对化学链气化的影响59-60
• 4.2 生物质的气化性能研究60-70
• 4.2.1 稻壳的水蒸气气化60-63
• 4.2.2 稻壳的化学链气化63-70
• 4.3 煤与生物质共气化性能研究70-89
• 4.3.1 煤与生物质水蒸气共气化70-78
• 4.3.2 煤与生物质化学链共气化78-86
• 4.3.3 化学链共气化与水蒸气共气化的对比分析86-89
• 4.4 本章小结89-91
• 5 结论与展望91-93
• 5.1 结论91-92
• 5.2 进一步工作展望92-93
• 致谢93-94
• 参考文献94-100
• 附录100

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