【摘要】：能源需求對能源供給形成巨大壓力,如何高效開發(fā)利用可再生能源已成為當(dāng)前急待解決的關(guān)鍵問題。與此同時,生物質(zhì)能是僅次于煤、石油和天然氣處于能源消費(fèi)總量第四位的能源,是地球上唯一能夠儲存和可運(yùn)輸?shù)那鍧嵞茉?生物質(zhì)氣化正是一種很有前景的生物質(zhì)利用方式,但是傳統(tǒng)氣化方式成本高、工藝復(fù)雜,于是有學(xué)者在化學(xué)鏈燃燒的基礎(chǔ)上提出了化學(xué)鏈氣化(chemical looping gasification,CLG)技術(shù)。化學(xué)鏈氣化研究中,載氧體是影響生物質(zhì)氣化的關(guān)鍵因素,在眾多參與化學(xué)鏈燃燒的載氧體中,對于銅基載氧體的研究不多,而對于其改性后用于生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化的研究更少,所以本文開展的改性銅基載氧體用于生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化研究十分必要。因此,本文在傳統(tǒng)生物質(zhì)化學(xué)鏈重整制取合成氣的基礎(chǔ)上,首先通過添加一種惰性載體MgAl_2O_4提高CuO的抗燒結(jié)性和循環(huán)性能,以此研究了改性銅基載氧體的釋氧特性,并在熱重分析儀進(jìn)行了松木與改性銅基載氧體氣化實驗,探討了氣化過程的動力學(xué)特性。然后,采用理論分析方法,進(jìn)行了吉布斯自由能最小化法對銅基載氧體與生物質(zhì)的化學(xué)鏈氣化特性研究,尋求優(yōu)化氣化反應(yīng)條件,以為開展實驗提供理論依據(jù)。同時,為進(jìn)一步研究化學(xué)鏈重整氣化特性,采用固定床、氣相色譜儀,深入研究了不同因素改性銅基載氧體與松木共氣化特性的影響。最后還采用掃描電子顯微鏡(SEM)和XRD紅外分析儀對合成載氧體反應(yīng)前后表征進(jìn)行分析。結(jié)果表明:(1)添加MgAl_2O_4的銅基載氧體表現(xiàn)出了良好的釋氧及循環(huán)特性。純CuO在氮?dú)鈿夥障?由于熔點(diǎn)較低容易燒結(jié),所以溫度升高不利于其循環(huán)特性,而添加了惰性載體MgAl_2O_4的CuO,從連續(xù)循環(huán)18個周期看來,其循環(huán)特性幾乎不變,由此可以斷定改性后的CuO是一種具有良好循環(huán)特性及抗燒結(jié)性的載氧體。(2)CuO/C的摩爾比、氣化溫度、壓力以及水蒸氣/生物質(zhì)(簡稱S/B)的質(zhì)量比均對氣化過程以及氣化組分有影響。熱力學(xué)分析得出一定量的載氧體會有利于CO和H_2等高熱值氣體的生成,CuO/C的摩爾比取值為0.35,即CuO與松木質(zhì)量比為3:4最佳;溫度的增加有利于CO和H_2等高熱值可燃?xì)怏w的生成,但考慮載氧體燒結(jié)及循環(huán)性問題,生物質(zhì)化學(xué)鏈重整時溫度通常低于1000℃,所以當(dāng)CuO作為氣化載氧體時,本文實驗選取的溫度為700~950℃;壓力的上升會抑制CO的生成,隨著壓力的增加,CO_2含量增多,降低了可燃?xì)怏w的含量,所以,常壓更有利于提高生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化效果。適當(dāng)增加通入的水蒸氣量,可以提高CO的產(chǎn)量,但過量的水蒸氣會降低反應(yīng)爐內(nèi)的溫度,并吸收載氧體的熱量,降低碳轉(zhuǎn)化率。因此,通入適量的水蒸氣對氣化效果尤為重要,S/B的質(zhì)量比為2左右時,碳轉(zhuǎn)化率和氣化效率最好。(3)探討了松木與銅基載氧體化學(xué)鏈重整共氣化特性,適當(dāng)提高氣化溫度可以提高碳轉(zhuǎn)化率和氣化合成氣產(chǎn)量,而適量的水蒸氣也能夠提高產(chǎn)氣熱值和碳轉(zhuǎn)化率。研究過程發(fā)現(xiàn),一定溫度范圍內(nèi),氣化溫度越高,其碳轉(zhuǎn)化率和氣化合成氣產(chǎn)量越高,然而溫度高的氣體其低位熱值不一定最高,因為溫度升高甲烷含量降低,而甲烷的含量對氣體熱值起著至關(guān)重要的作用;氣化過程中通入水蒸氣對氣化過程有一定影響,通入水蒸氣可以提高松木氣化產(chǎn)氣熱值和碳轉(zhuǎn)化率,但過量的水蒸氣,則會降低氣化爐堂的溫度,使碳轉(zhuǎn)化率降低。載氧體的表征分析表明:惰性載體MgAl_2O_4的添加,極大程度上改善了CuO的燒結(jié)情況,提高了其抗燒結(jié)能力。(4)隨著氣化過程的進(jìn)行,固定碳轉(zhuǎn)化率的增加,松木活化能呈現(xiàn)降低趨勢。從改性前后的載氧體與松木氣化過程可以看出,改性銅基載氧體使得松木氣化效果更好,固定碳轉(zhuǎn)化率更高,這是由于反應(yīng)溫度的持續(xù)升高,導(dǎo)致CuO容易燒結(jié),所以改性后可以有效提高其熔點(diǎn)。
【圖文】：

化學(xué)鏈重整可以簡單的描述為燃料當(dāng)未稀釋氧的作用，既不帶入其它氣體，也避免通入或部分氧化反應(yīng)產(chǎn)生的水蒸氣和 CO2可以實9]。化學(xué)鏈重整和燃燒原則上可以選用相同的載氧有催化作用而得到了廣泛應(yīng)用[50-51]。隨著化學(xué)鏈限于甲烷、粗燃?xì)獾葰怏w燃料的重整，逐漸發(fā)展反應(yīng)可用表示如下：→固定碳+焦油+合成氣(CO、H2等)y+ C → Me+ COy +CH4→ Me+H2O+CO2O→ H2+ CO22O→H2+CO2→ CO→ H2+ CO22→ MexOy

圖 2.2 STA409PC 型熱分析儀實物圖Fig 2.2 Physical figure of STA409PC Thermal analyzer方法下，采用 N2作為保護(hù)氣和載氣，將載氧體置于小坩堝中，將載l/min，以 25K/min 的加熱速率升溫加到 1000℃，然后保持恒溫到 800℃，后通入純氧 5 分鐘，完成一個循環(huán)，再以 25K/min 的 的 N2升溫加到 1000℃，然后保持恒溫 10 分鐘，如此循環(huán) 18結(jié)果與分析氧體釋氧吸氧性能測試 1.1 生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化原理我們可以看出，載氧體是化學(xué)鏈氣化一，其原理是載氧體在燃料反應(yīng)器中發(fā)生失氧反應(yīng)，，將氧元素，由此可見，理想的載氧體必須有良好的得氧釋氧能力。3為CuO與 CuO/MgAl2O4(簡稱 Cu6Mg4)在氮?dú)鈿夥障碌尼屟?
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2674583