基于鐵基載氧體的化學連制氫過程中硫遷移變化的研究.pdf

1、傳統(tǒng)化石能源利用方式給人類賴以生存的環(huán)境帶來嚴重的危害,如“溫室效應”引起各國政府的普遍關注。氫能作為一種清潔的燃料,近年來也受到廣泛重視。化學鏈制氫是一種能將化石燃料轉化為氫氣并實現(xiàn)CO2捕集的新技術,而包含在氣體燃料中H2S對金屬氧化物載氧體的特性有影響。
　　 本文從熱力學和化學平衡角度研究了Fe2O3載氧體化學鏈制氫系統(tǒng)各個反應器中化學反應的特性。H2S在燃料反應器中被Fe2O3迅速氧化為SO2,固相硫份主要為FeS與F

2、e0.877S。Fe2O3與H2S的反應為生成固相硫份的主導反應。Fe1-xS與CO、SO2與CO的反應會生成COS。載氧體中的固相硫份在制氫過程中與水蒸氣反應析出H2S。再生反應過程中殘余的固相硫份被O2充分氧化并釋放出SO2。通過再生反應,載氧體恢復原有Fe2O3形態(tài)和載氧能力并且質量未受損失。
　　 在熱力學分析基礎上,遵循質量守恒、能量守恒搭建并模擬了基于Fe2O3載氧體的化學鏈反應制氫系統(tǒng)。各反應器部分采用RGbbis

3、模塊模擬,氣固分離采用Ssplit模塊模擬實現(xiàn)。通過改變反應氣成分構成,反應器溫度、壓力,分析討論使用含H2S的燃料對各反應器出口產(chǎn)物成分、CO轉化率、制氫效率等影響。提高燃料反應器溫度有益于提高CO轉化率與制氫純度。適宜的制氫反應溫度在800℃。各反應壓力變化對反應過程影響較小。燃料中H2S的濃度升高將降低制氫純度,載氧體中殘余硫份在再生反應器被充分氧化并以SO2與SO3的形式釋放。在燃料中提高CO2的比例不僅可以抑制還原過程的析碳情

4、況,而且降低還原反應后載氧體含硫率,提高制氫純度。
　　 在固定床試驗臺(i.d.40mm,H1600mm)上,通過改變氣體成分模擬化學鏈制氫過程,研究燃料中硫份的遷移規(guī)律以及對制氫過程的影響。實驗中載氧體20g,CO+H2s+N2作還原氣,水蒸氣+N2作為蒸汽氧化制氫反應氣,O2+N2作為再生模擬空氣。在800-900℃下進行實驗,并在900℃下通過進行多次還原氧化循環(huán)試驗用以研究載氧體的反應活性與穩(wěn)定性。結果表明,還原過程中