本文關(guān)鍵詞：生物質(zhì)灰對鐵基載氧體性能的影響

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【摘要】：化學(xué)鏈燃燒技術(shù)是一種新型的燃燒技術(shù),它具有C02內(nèi)分離特性且不需要消耗額外能量。近年來,研究重點在基于固體燃料的化學(xué)鏈燃燒特性。在固體燃料化學(xué)鏈燃燒中關(guān)于燃料灰分的研究主要集中于煤灰,而關(guān)于生物質(zhì)灰在化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)中的影響特性尚不明確。因此本文以鐵基載氧體和生物質(zhì)灰為研究對象,對兩者之間的相互作用進行了初步研究,重點探討了生物質(zhì)灰中堿金屬K的影響機理,并且研究了利用生物質(zhì)灰中富含K鹽的特性對鐵基載氧體進行改性以提高其還原活性的可行性。在小型固定床上以鐵礦石為載氧體,CO為燃料,進行了化學(xué)鏈燃燒實驗。通過在鐵礦石中混入生物質(zhì)灰,研究了生物質(zhì)灰對鐵礦石載氧體性能的影響,探討了生物質(zhì)灰的種類(玉米稈灰、油菜稈灰和稻草灰)、灰的添加量(5%～20%)、循環(huán)次數(shù)及灰中堿金屬對鐵礦石還原反應(yīng)性能的影響。實驗結(jié)果表明：生物質(zhì)灰中無機組分不同,導(dǎo)致其對鐵礦石載氧體反應(yīng)活性的影響具有較大差異。玉米稈灰和油菜稈灰中堿金屬K含量高,高溫下K以氣態(tài)形式遷移到鐵礦石表面生成K3Fe04,催化CO與鐵礦石的反應(yīng),提高了鐵礦石的還原反應(yīng)活性。稻草灰中Si含量很高,高溫下堿金屬K及FeO與其反應(yīng)生成低熔點共晶體,加劇了鐵礦石表面的燒結(jié),減少了氣固反應(yīng)的接觸面積,導(dǎo)致CO累積轉(zhuǎn)化率急劇下降。采用生物質(zhì)灰對Fe203載氧體進行修飾,并在小型流化床反應(yīng)器上進行了氣體燃料化學(xué)鏈燃燒實驗。通過分析生物質(zhì)灰種類、生物質(zhì)灰中無機組分的影響,探討了利用生物質(zhì)灰富含K鹽的特性來提高Fe203載氧體還原活性的可行性。實驗結(jié)果表明：生物質(zhì)灰修飾能有效提高Fe203載氧體的反應(yīng)活性,載氧體的還原反應(yīng)活性由生物質(zhì)灰中K和Si的含量共同決定。隨著修飾生物質(zhì)灰中K含量提高,載氧體的活性逐漸提高；但在Fe3O4/FeO的轉(zhuǎn)化階段中,同時存在堿金屬K對還原反應(yīng)的催化作用和低熔點堿金屬硅酸鹽對還原反應(yīng)的抑制作用。循環(huán)實驗表明,生物灰中堿金屬K對載氧體活性的提高效果始終明顯,載氧體中負載的K在循環(huán)過程中出現(xiàn)了流失現(xiàn)象,而生成的堿金屬硅酸鹽類化合物,可抑制堿金屬K的流失。進一步采用1kWth串行流化床反應(yīng)器,在燃料反應(yīng)器溫度800-930℃范圍內(nèi),以合成氣(CO+H2+CH4)為燃料,對生物質(zhì)灰修飾鐵礦石載氧體進行可行性實驗。實驗結(jié)果表明：生物質(zhì)灰修飾鐵礦石載氧體在1kWth串行流化床上表現(xiàn)出較高的反應(yīng)活性,且隨著反應(yīng)溫度的升高,載氧體的反應(yīng)活性越好；燃料反應(yīng)器出口CO和CH4濃度顯著降低,如在930℃下分別為0.12%和2.63%,與采用純鐵礦石相比分別降低了97.3%和16.0%；兩種載氧體與燃料氣中H2的反應(yīng)較為徹底,H2轉(zhuǎn)化率接近100%;同時生物質(zhì)灰修飾的載氧體對C02捕集效率提升明顯,其最大值為89.38%；SEM分析表明,反應(yīng)后的鐵礦石顆粒表面出現(xiàn)了晶粒熔融粘接的趨勢,但生物質(zhì)灰修飾鐵礦石的孔隙結(jié)構(gòu)仍較為明顯；EDS分析表明生物質(zhì)灰修飾鐵礦石中K的負載情況較為穩(wěn)定,沒有出現(xiàn)明顯的流失現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK16

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