煤-載氧體化學(xué)鏈氣化鈣基復(fù)合載氧體的制備及性能研究.pdf

1、化學(xué)鏈燃燒技術(shù)是一種新型無火焰燃燒技術(shù)，因其具有燃燒效率高、NOx排放低以及CO2內(nèi)分離的特點而受到廣泛關(guān)注。煤化學(xué)鏈氣化技術(shù)將化學(xué)鏈載氧體無焰燃燒理論應(yīng)用于循環(huán)流化床氣化，是一種新型氣化技術(shù)。化學(xué)鏈氣化技術(shù)中，煤在氣化爐中不直接與空氣接觸，而是采用水蒸汽/CO2作為氣化介質(zhì)，通過載氧體顆粒在再生反應(yīng)器和氣化反應(yīng)器之間的循環(huán)轉(zhuǎn)化實現(xiàn)晶格氧和熱量的傳遞，完成煤的氣化反應(yīng)。本文對煤/載氧體化學(xué)鏈氣化鈣基復(fù)合載氧體的制備及性能進(jìn)行了探索，主要

2、研究內(nèi)容如下:
　　首先采用規(guī)?；苽浞椒ǖ玫搅艘环NNiO修飾的復(fù)合型鈣基載氧體，并分別在綜合熱分析儀和流化床上考查了其反應(yīng)活性和循環(huán)反應(yīng)性能。在小型高溫流化床中考查了幾種不同煤種的氣化性能。綜合考慮煤氣化反應(yīng)速率、碳轉(zhuǎn)化率和氣體產(chǎn)物中合成氣干基濃度，選取神木煙煤為化學(xué)鏈氣化的燃料。
　　分別采用γ-Al2O3和水泥為惰性載體制備了Fe2O3修飾的鈣基復(fù)合載氧體，并利用綜合熱分析儀考查了幾種復(fù)合載氧體與煤的氣化特性，篩選出一

3、種高活性的載氧體CaAlFe10;最后，小型高溫流化床中考查了CaAlFe10的多次循環(huán)反應(yīng)能力。幾種載氧體反應(yīng)速率由快到慢依次為:CaAlNi10＞CaAlFe10＞CaFeCement＞CaAl;最終相對還原程度從高到低依次為:CaAlFe10＞CaAlNi10＞CaFeCement＞CaAl。因此，γ-Al2O3比水泥更適宜作為復(fù)合鈣基載氧體的惰性載體。CaAlFe10載氧體十次還原-氧化循環(huán)實驗的產(chǎn)物分析表明CaAlFe10載氧

4、體具有較高的再生率和良好的持續(xù)循環(huán)反應(yīng)能力。
　　浸漬NiO后鈣基載氧體同煤的反應(yīng)起始溫度由850℃下降到800℃，反應(yīng)速率明顯加快，反應(yīng)時間由35 min縮短至11 min。選擇CaAlNi10載氧體進(jìn)行了10次還原-氧化循環(huán)實驗，固體產(chǎn)物和氣體產(chǎn)物分析表明NiO在循環(huán)過程中對S的釋放有一定控制作用;CaAlNi10載氧體具有較好的再生性和良好的持續(xù)反應(yīng)能力。因此，本文規(guī)模化制備的CaAlNi10載氧體適用于工業(yè)生產(chǎn)。
　

5、　采用流化磨損的方法，在流化床中考查了幾種鈣基復(fù)合載氧體的磨損規(guī)律，并探索表觀氣速等流化參數(shù)和顆粒自身性質(zhì)（如浸漬量、粒徑范圍等）對其磨損行為的影響。低氣速、大粒徑顆粒有利于建立磨損平衡，降低磨損率。其中CaFeCement載氧體耐磨性最強，其磨損行為主要受剝層磨損機制支配;CaAlNi10的耐磨性較好，呈現(xiàn)混合磨損的特點，且以斷裂磨損為主;而CaAlFe10的耐磨性較差，主要磨損機制為受體斷裂磨損機制。綜合考慮反應(yīng)性、多次循環(huán)反應(yīng)性和