基于铁基载氧体的稻秆水蒸气气化特性
发布时间：2021-11-21 16:32
在固定床管式炉中以氩气为介质,在添加水蒸气的条件下,对稻秆常规气化和化学链气化过程进行了研究,并对比了分析纯Fe2O3与赤铁矿的循环特性。研究结果表明:常规气化或者无水蒸气条件下的化学链气化效率均不高,水蒸气和氧载体的联合对气化过程存在显著的促进作用,二者的共同作用可以显著提高H2的产气率,碳转化率和气化效率均能达到80%左右;在温度为850℃,水蒸气泵转速为1. 2 r/min以及Fe2O3/C的摩尔比为0. 25时,产气率、气化效率和碳转化率达到较佳平衡;温度的提高可以促进气化反应,但容易导致氧载体失活; Fe2O3氧载体在气化过程中主要转化为Fe3O4,在多次循环反应后,氧载体的反应性能下降;与纯Fe2O3相比,赤铁矿在循环气化过程中表现为较好的稳定性。
【文章来源】：华南理工大学学报(自然科学版). 2020,48(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
循环反应次数对合成气的影响
气化实验在管式炉上进行，图1是实验装置系统示意图，包括供气系统、加热和反应装置、冷却系统和收集气体系统。通过排水法确定气体产量，用气袋收集到的气体通过气相色谱仪检测成分及产气率。气相色谱仪采用标准气体标定，对CO、H2、CO2、CH4和C2Hm浓度进行定量分析。蠕动泵可提供去离子水，去离子水注入石英管后被加热形成水蒸气，泵转速1 r/min送入水蒸气量为0.048 g/min;实验保护气为氩气，流量控制为100 m L/min;实验温度分别设定为700、750、800、850、900℃。将物料装在用铜网折叠的挂篮里，挂篮悬挂在U型石英管管口，并将U型管放入炉中，用石英棉盖住顶部以保持炉内温度。引入水蒸气并用保护气进行吹扫，物料悬挂于管口，等待整个U型管内温度稳定并在管内形成稳定的水蒸气气氛，保持10 min后将挂篮迅速降落到石英管底部，为保证物料充分反应，保护气和水蒸气持续整个反应过程，反应物在反应炉中停留10 min。在850℃下进行氧载体循环实验，还原反应完成后关闭氩气，换为空气，空气流量为200m L/min，保持温度不变，此时氧载体被氧化，时间为30 min，从而实现氧载体的循环使用。为保证实验的准确性，所有工况均进行3次重复性实验。1.3 数据分析方法
随着水蒸气的加入，发生焦油水蒸气重整反应，焦炭的水蒸气气化反应(式(4)、(5))以及水煤气反应(式(6))使得H2和CO2的含量逐渐提高，CO含量降低，由于气-气反应速率高于气-固反应，水煤气反应(6)的增强使CO被消耗转换成CO2，且随着水蒸气的继续增加，水蒸气反应吸热加强，使反应器内部温度下降，导致气化反应速率降低，气化效率和碳转化率出现下降。从图2中可见，在本实验温度下，水蒸气添加量在ω=1.5 r/min时达到最优值，气化效率达到77.0%，碳转化率达到74.2%，且H2产率也为最大值0.523 m3/kg。2.2 水蒸气对化学链气化产物的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]碱金属对生物质化学链气化过程的影响[J]. 廖艳芬,张横锦,吴宇婷,刘桂才,马晓茜. 华南理工大学学报(自然科学版). 2018(04)
[2]生物质水蒸气气化制取富氢合成气及其应用的研究进展[J]. 贾爽,应浩,孙云娟,孙宁,徐卫,许玉,宁思云. 化工进展. 2018(02)
[3]铁矿石载氧体生物质化学链气化实验研究[J]. 葛晖骏,郭万军,沈来宏,宋涛,顾海明,蒋守席. 工程热物理学报. 2015(06)
[4]微尺度氧化铁粉的低温还原机理[J]. 王秀,孙菲,林姜多,李秋菊,洪新. 粉末冶金材料科学与工程. 2012(02)
[5]基于赤铁矿载氧体的串行流化床煤化学链燃烧试验[J]. 顾海明,吴家桦,郝建刚,沈来宏,肖军. 中国电机工程学报. 2010(17)
[6]生物质富氧—水蒸气气化制氢特性研究[J]. 赵先国,常杰,吕鹏梅,王铁军,付严. 太阳能学报. 2006(07)
本文编号：3509849
【文章来源】：华南理工大学学报(自然科学版). 2020,48(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
循环反应次数对合成气的影响
气化实验在管式炉上进行，图1是实验装置系统示意图，包括供气系统、加热和反应装置、冷却系统和收集气体系统。通过排水法确定气体产量，用气袋收集到的气体通过气相色谱仪检测成分及产气率。气相色谱仪采用标准气体标定，对CO、H2、CO2、CH4和C2Hm浓度进行定量分析。蠕动泵可提供去离子水，去离子水注入石英管后被加热形成水蒸气，泵转速1 r/min送入水蒸气量为0.048 g/min;实验保护气为氩气，流量控制为100 m L/min;实验温度分别设定为700、750、800、850、900℃。将物料装在用铜网折叠的挂篮里，挂篮悬挂在U型石英管管口，并将U型管放入炉中，用石英棉盖住顶部以保持炉内温度。引入水蒸气并用保护气进行吹扫，物料悬挂于管口，等待整个U型管内温度稳定并在管内形成稳定的水蒸气气氛，保持10 min后将挂篮迅速降落到石英管底部，为保证物料充分反应，保护气和水蒸气持续整个反应过程，反应物在反应炉中停留10 min。在850℃下进行氧载体循环实验，还原反应完成后关闭氩气，换为空气，空气流量为200m L/min，保持温度不变，此时氧载体被氧化，时间为30 min，从而实现氧载体的循环使用。为保证实验的准确性，所有工况均进行3次重复性实验。1.3 数据分析方法
随着水蒸气的加入，发生焦油水蒸气重整反应，焦炭的水蒸气气化反应(式(4)、(5))以及水煤气反应(式(6))使得H2和CO2的含量逐渐提高，CO含量降低，由于气-气反应速率高于气-固反应，水煤气反应(6)的增强使CO被消耗转换成CO2，且随着水蒸气的继续增加，水蒸气反应吸热加强，使反应器内部温度下降，导致气化反应速率降低，气化效率和碳转化率出现下降。从图2中可见，在本实验温度下，水蒸气添加量在ω=1.5 r/min时达到最优值，气化效率达到77.0%，碳转化率达到74.2%，且H2产率也为最大值0.523 m3/kg。2.2 水蒸气对化学链气化产物的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]碱金属对生物质化学链气化过程的影响[J]. 廖艳芬,张横锦,吴宇婷,刘桂才,马晓茜. 华南理工大学学报(自然科学版). 2018(04)
[2]生物质水蒸气气化制取富氢合成气及其应用的研究进展[J]. 贾爽,应浩,孙云娟,孙宁,徐卫,许玉,宁思云. 化工进展. 2018(02)
[3]铁矿石载氧体生物质化学链气化实验研究[J]. 葛晖骏,郭万军,沈来宏,宋涛,顾海明,蒋守席. 工程热物理学报. 2015(06)
[4]微尺度氧化铁粉的低温还原机理[J]. 王秀,孙菲,林姜多,李秋菊,洪新. 粉末冶金材料科学与工程. 2012(02)
[5]基于赤铁矿载氧体的串行流化床煤化学链燃烧试验[J]. 顾海明,吴家桦,郝建刚,沈来宏,肖军. 中国电机工程学报. 2010(17)
[6]生物质富氧—水蒸气气化制氢特性研究[J]. 赵先国,常杰,吕鹏梅,王铁军,付严. 太阳能学报. 2006(07)
本文编号：3509849
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