基于贫铁矿石载氧体的化学链技术处理修复植物实验研究
发布时间：2022-01-03 14:23
化学链燃烧技术是一种清洁高效的能源转换方式,利用氧载体提供晶格氧,从而避免了燃料与空气的直接接触,在捕集CO2的同时可实现燃料化学能的梯级利用。化学链气化技术通过控制燃料与氧载体间的氧碳摩尔比以实现燃料不完全氧化,从而制取可燃合成气。随着植物修复技术在治理土壤重金属污染上的大规模应用,如何安全地处理修复植物成为亟待解决的问题。贫铁矿石含铁量低,受技术水平及冶炼成本制约,其利用率低下。因此本文以贫铁矿石为氧载体,将化学链技术应用于修复植物的处理,以期实现两种物质的资源化利用。首先利用热重分析仪进行黑麦草失重特性实验研究。实验结果表明,黑麦草与贫铁矿石共存时,其气化过程存在3个失重峰,高温下的失重峰是由于燃料半焦发生气化反应所致,由此证明了贫铁矿石作为氧载体的可行性。随后开展以贫铁矿石为氧载体的化学链气化实验研究。结果表明,与石英砂为床料的黑麦草气化相比,贫铁矿石可以显著改善气化效果,提高气化过程中的碳转化率、产气率和燃气热值。通过改变反应温度、水蒸气质量流量及氧碳摩尔比等操作参数,探究不同工况下化学链气化特性,并获得了其较优操作条件为:反应温度为850℃、水蒸气质量...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
新鲜贫铁矿石EDS能谱图
东南大学硕士学位论文46（b）反应后贫铁矿石图4-11反应前后贫铁矿石氧载体EDS能谱图4-11展示了反应前后贫铁矿石载氧体的EDS能谱图。反应前后贫铁矿石的EDS能谱中K元素峰值的出现证明了改性贫铁矿石中碱金属K的存在。此外，反应后贫铁矿石载氧体EDS能谱中出现锌元素的峰值，证明挥发至烟气中的重金属锌有一部分被贫铁矿石氧载体吸附于表面，而EDS能谱上未出现铜元素峰值，可能是由于铜元素在黑麦草中的含量较低且挥发性弱，造成挥发至烟气中的铜含量极低。4.4本章小节相对于赤铁矿等含铁量较高的富铁矿石，天然贫铁矿石载氧率较低，在进行修复植物的化学链燃烧时，容易出现反应器出口还原性气体浓度较高的现象，因而采用钾盐对天然贫铁矿石进行改性处理，并以改性贫铁矿石为载氧体进行修复植物的化学链燃烧试验，考察反应温度、水蒸气流量等对化学链燃烧特性的影响，并结合XRD等表征手段对K+与天然贫铁矿石之间的作用机理进行探究。取得成果如下：（1）相对于未改性贫铁矿石为氧载体时的化学链燃烧，以改性贫铁矿石作为氧载体进行化学链燃烧实验时，CO2气体达到峰值的时间更短，且峰值浓度更高；850℃反应温度、0.33g/min水蒸气流量下，改性贫铁矿石为载氧体时化学链燃烧对应的碳转化率及CO2浓度分别由64.59%和82.73%升高到75.27%和85.25%。K+对于化学链燃烧反应性能的促进体现在提升贫铁矿石反应活性以及促进燃料热解两个方面。在连续多次的循环过程中，改性贫铁矿石始终保持着良好的反应活性，CO2浓度始终保持在85%以上，改性贫铁矿石具有较好的循环稳定性。（2）随着反应温度的升高，燃料碳转化率及CO2浓度随之升高，且在相同反应条件下，其碳转化率均高于未改性贫铁矿石作为载氧体时的燃料碳转化率。水蒸气流量的增加会提升?
1.3.1 化学链燃烧技术化学链燃烧(chemical-looping combustion,CLC)是一种清洁、高效的无焰燃烧技术,最早由美国学者Lewis和Gillian[21]提出。在全球气候变暖现象日益严峻的背景下,化学链燃烧技术由于具有CO2内分离的性质而受到越来越多的关注。化学链燃烧利用氧载体来代替传统燃烧所需的气态氧,从而将传统的一步燃烧反应分解为两步气固反应。化学链燃烧原理示意图如图1-1所示,氧载体通过不停地在燃料反应器与空气反应器之间循环实现晶格氧的传递。在燃料反应器内,燃料与氧载体(MexOy)发生化学反应,利用氧载体所提供的晶格氧将燃料转化为CO2与H2O,并将氧载体还原为低价态的MexOy-1。由于燃料并未与空气或高纯氧发生直接接触,燃料反应器出口仅为CO2与H2O,只需通过简单的冷凝处理即可获得高浓度CO2。氧载体被燃料还原后则进入空气反应器当中与氧气发生氧化反应,之后,氧化后的氧载体再次进入燃料反应器中与燃料继续发生化学反应,如此不断地循环。
【参考文献】：
期刊论文
[1]松木屑化学链气化制备合成气实验[J]. 金晓宇,王训,胡智泉,肖波,刘石明. 环境工程. 2019(01)
[2]市政污泥中低温气化及重金属迁移转化特性[J]. 张伟,陈晓平,杨叙军,宋联,朱葛,马吉亮,刘道银,梁财. 化工进展. 2018(09)
[3]赤铁矿和钛铁矿载氧体化学链煤燃烧特性[J]. 李延兵,张帅,刘秋生,孙平. 洁净煤技术. 2017(06)
[4]草木灰水溶液改性的天然贫铁矿载氧体的反应性能[J]. 胡晓雨,金保昇,王晓佳,王旭东,朱小明. 化工进展. 2017(11)
[5]基于铁矿石载氧体25kWth串行流化床生物质化学链气化实验研究[J]. 郭万军,葛晖骏,沈来宏,宋涛,顾海明,蒋守席. 热科学与技术. 2017(01)
[6]超积累植物热解中重金属迁移及渗滤特性研究[J]. 吴贤豪,李建新,王永川,徐美娟,胡长兴,陈金波. 环境科学学报. 2017(07)
[7]蜈蚣草燃烧过程中As迁移转化规律[J]. 李小乐,段伦博,雷梅,赵长遂. 化工学报. 2017(01)
[8]基于草木灰修饰铁矿石的串行流化床化学链燃烧[J]. 高正平,黄启龙,顾海明,沈来宏. 热科学与技术. 2016(05)
[9]煤化学链燃烧双循环流化床连续实验研究[J]. 马琎晨,赵海波,魏义杰,田鑫,张永亮,郑楚光. 中国电机工程学报. 2016(19)
[10]我国危险废物处置利用现状分析[J]. 郝永利,金晶,胡华龙,孙绍锋. 中国环保产业. 2015(12)
博士论文
[1]土壤污染修复植物热处置及其重金属迁移转化规律研究[D]. 钟道旭.东南大学 2017
[2]园林绿化废弃物堆肥化的过程控制及其产品改良与应用研究[D]. 张璐.北京林业大学 2015
[3]以煤为燃料的化学链燃烧铁基载氧体特性研究[D]. 鲍金花.清华大学 2014
硕士论文
[1]碱金属对生物质化学链气化过程影响的研究[D]. 张横锦.华南理工大学 2018
[2]生物质化学链燃烧气化特性研究[D]. 曹亚文.华南理工大学 2016
[3]基于铜基氧载体的生物质化学链利用研究[D]. 郭磊.华中科技大学 2015
[4]城市固体废弃物热解过程中重金属迁移特性研究[D]. 杨上兴.华南理工大学 2014
[5]危险废弃物重金属迁移和控制机理研究[D]. 薛浩栋.浙江大学 2006
[6]河道底泥中重金属和有机物的植物去除及资源化[D]. 李红霞.天津大学 2005
本文编号：3566428
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
新鲜贫铁矿石EDS能谱图
东南大学硕士学位论文46（b）反应后贫铁矿石图4-11反应前后贫铁矿石氧载体EDS能谱图4-11展示了反应前后贫铁矿石载氧体的EDS能谱图。反应前后贫铁矿石的EDS能谱中K元素峰值的出现证明了改性贫铁矿石中碱金属K的存在。此外，反应后贫铁矿石载氧体EDS能谱中出现锌元素的峰值，证明挥发至烟气中的重金属锌有一部分被贫铁矿石氧载体吸附于表面，而EDS能谱上未出现铜元素峰值，可能是由于铜元素在黑麦草中的含量较低且挥发性弱，造成挥发至烟气中的铜含量极低。4.4本章小节相对于赤铁矿等含铁量较高的富铁矿石，天然贫铁矿石载氧率较低，在进行修复植物的化学链燃烧时，容易出现反应器出口还原性气体浓度较高的现象，因而采用钾盐对天然贫铁矿石进行改性处理，并以改性贫铁矿石为载氧体进行修复植物的化学链燃烧试验，考察反应温度、水蒸气流量等对化学链燃烧特性的影响，并结合XRD等表征手段对K+与天然贫铁矿石之间的作用机理进行探究。取得成果如下：（1）相对于未改性贫铁矿石为氧载体时的化学链燃烧，以改性贫铁矿石作为氧载体进行化学链燃烧实验时，CO2气体达到峰值的时间更短，且峰值浓度更高；850℃反应温度、0.33g/min水蒸气流量下，改性贫铁矿石为载氧体时化学链燃烧对应的碳转化率及CO2浓度分别由64.59%和82.73%升高到75.27%和85.25%。K+对于化学链燃烧反应性能的促进体现在提升贫铁矿石反应活性以及促进燃料热解两个方面。在连续多次的循环过程中，改性贫铁矿石始终保持着良好的反应活性，CO2浓度始终保持在85%以上，改性贫铁矿石具有较好的循环稳定性。（2）随着反应温度的升高，燃料碳转化率及CO2浓度随之升高，且在相同反应条件下，其碳转化率均高于未改性贫铁矿石作为载氧体时的燃料碳转化率。水蒸气流量的增加会提升?
1.3.1 化学链燃烧技术化学链燃烧(chemical-looping combustion,CLC)是一种清洁、高效的无焰燃烧技术,最早由美国学者Lewis和Gillian[21]提出。在全球气候变暖现象日益严峻的背景下,化学链燃烧技术由于具有CO2内分离的性质而受到越来越多的关注。化学链燃烧利用氧载体来代替传统燃烧所需的气态氧,从而将传统的一步燃烧反应分解为两步气固反应。化学链燃烧原理示意图如图1-1所示,氧载体通过不停地在燃料反应器与空气反应器之间循环实现晶格氧的传递。在燃料反应器内,燃料与氧载体(MexOy)发生化学反应,利用氧载体所提供的晶格氧将燃料转化为CO2与H2O,并将氧载体还原为低价态的MexOy-1。由于燃料并未与空气或高纯氧发生直接接触,燃料反应器出口仅为CO2与H2O,只需通过简单的冷凝处理即可获得高浓度CO2。氧载体被燃料还原后则进入空气反应器当中与氧气发生氧化反应,之后,氧化后的氧载体再次进入燃料反应器中与燃料继续发生化学反应,如此不断地循环。
【参考文献】：
期刊论文
[1]松木屑化学链气化制备合成气实验[J]. 金晓宇,王训,胡智泉,肖波,刘石明. 环境工程. 2019(01)
[2]市政污泥中低温气化及重金属迁移转化特性[J]. 张伟,陈晓平,杨叙军,宋联,朱葛,马吉亮,刘道银,梁财. 化工进展. 2018(09)
[3]赤铁矿和钛铁矿载氧体化学链煤燃烧特性[J]. 李延兵,张帅,刘秋生,孙平. 洁净煤技术. 2017(06)
[4]草木灰水溶液改性的天然贫铁矿载氧体的反应性能[J]. 胡晓雨,金保昇,王晓佳,王旭东,朱小明. 化工进展. 2017(11)
[5]基于铁矿石载氧体25kWth串行流化床生物质化学链气化实验研究[J]. 郭万军,葛晖骏,沈来宏,宋涛,顾海明,蒋守席. 热科学与技术. 2017(01)
[6]超积累植物热解中重金属迁移及渗滤特性研究[J]. 吴贤豪,李建新,王永川,徐美娟,胡长兴,陈金波. 环境科学学报. 2017(07)
[7]蜈蚣草燃烧过程中As迁移转化规律[J]. 李小乐,段伦博,雷梅,赵长遂. 化工学报. 2017(01)
[8]基于草木灰修饰铁矿石的串行流化床化学链燃烧[J]. 高正平,黄启龙,顾海明,沈来宏. 热科学与技术. 2016(05)
[9]煤化学链燃烧双循环流化床连续实验研究[J]. 马琎晨,赵海波,魏义杰,田鑫,张永亮,郑楚光. 中国电机工程学报. 2016(19)
[10]我国危险废物处置利用现状分析[J]. 郝永利,金晶,胡华龙,孙绍锋. 中国环保产业. 2015(12)
博士论文
[1]土壤污染修复植物热处置及其重金属迁移转化规律研究[D]. 钟道旭.东南大学 2017
[2]园林绿化废弃物堆肥化的过程控制及其产品改良与应用研究[D]. 张璐.北京林业大学 2015
[3]以煤为燃料的化学链燃烧铁基载氧体特性研究[D]. 鲍金花.清华大学 2014
硕士论文
[1]碱金属对生物质化学链气化过程影响的研究[D]. 张横锦.华南理工大学 2018
[2]生物质化学链燃烧气化特性研究[D]. 曹亚文.华南理工大学 2016
[3]基于铜基氧载体的生物质化学链利用研究[D]. 郭磊.华中科技大学 2015
[4]城市固体废弃物热解过程中重金属迁移特性研究[D]. 杨上兴.华南理工大学 2014
[5]危险废弃物重金属迁移和控制机理研究[D]. 薛浩栋.浙江大学 2006
[6]河道底泥中重金属和有机物的植物去除及资源化[D]. 李红霞.天津大学 2005
本文编号：3566428
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