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化学链燃烧铁基和镍基氧载体的反应性能研究

作　者: 蒋林林
导　师: 赵海波；郑楚光
学　校: 华中科技大学
专　业: 热能工程
关键词: 化学链燃烧二氧化碳捕捉煤焦甲烷铁基氧载体镍基氧载体
分类号: TK16
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

全球变暖带来的一系列负面影响,引起了人们对主要温室气体CO₂的关注。化学链燃烧技术（Chemical Looping Combustion）是一种新型的燃烧技术,不仅可以实现CO₂的低耗回收利用,化学能的梯级利用,而且能够有效提高燃料的燃烧效率、抑制和根除NOx的形成,因而受到了广泛的关注。本文就化学链燃烧技术,采用煤焦、CH₄为燃料,基于热重分析仪（TGA）、固定床（FxB）、流化床反应器（FzB）进行了氧载体方面的研究。在分析总结国内外化学链燃烧技术氧载体研究工作的基础上,以气态燃料化学链燃烧技术对氧载体的要求为基准,考虑到固态燃料煤焦与气态燃料的区别,选用Fe（NO₃）₃·9H₂O和Al（OC₃H₇）₃为主要原料,参照溶胶-凝胶法NiO/NiAl₂O₄氧载体的制备方法,制备了12种不同参数的Fe-基氧载体,并通过XRD、ESEM、BET等对制备的氧载体进行物化性能表征,然后选择符合预期要求的氧载体进行TGA、FxB、FzB试验研究。在TGA中,研究了6种Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体与煤焦的还原反应性,结果发现在880℃左右时,Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体与煤焦快速反应。综合各方面的因素,选择60%Fe₂O₃含量,1100℃烧结6h的Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体在TGA中进行其与煤焦/空气的多次循环反应实验,结果显示Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体具有良好的循环反应性。在固定床/流化床多功能反应器中研究了Fe₂O₃/Al₂O₃、NiO/NiAl₂O₄氧载体在900℃时分别与CH₄/空气的反应性,并对反应前后样品的物化性能进行了表征,结果发现:Fe₂O₃/Al₂O₃与CH₄在固定床、流化床中发生反应时,前者CO₂的最大浓度51.2%高于后者44%,前者未反应的CH₄浓度低于后者,CH₄没有发生碳沉积反应。NiO/NiAl₂O₄与CH₄在固定床、流化床中发生反应时,CO₂的最大浓度分别为73.5%、70.8%均高于Fe₂O₃/Al₂O₃与CH₄的反应,CH₄完全反应并且都发生了碳沉积反应。两种氧载体与CH₄的反应,尾气中CO、H₂的浓度都很低。NiO/NiAl₂O₄氧载体的反应性高于Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体。循环反应后,两种氧载体表面均发生了烧结现象,但氧载体表面仍具有丰富的孔隙结构。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-22
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 化学链燃烧技术  10-20
  1.3 本文研究内容  20-22
2 Fe_2O_3/Al_2O_3氧载体的制备及其热重试验研究  22-37
  2.1 溶胶-凝胶法Fe_2O_3/Al_2O_3氧载体的制备  22-23
  2.2 Fe_2O_3/Al_2O_3氧载体的物化性能表征  23-28
  2.3 Fe_2O_3/Al_2O_3氧载体的热重试验研究  28-35
  2.4 本章小结  35-37
3 Fe_2O_3/Al_2O_3、NiO/NiAl_2O_4氧载体在固定床中的试验研究  37-52
  3.1 Fe_2O_3/Al_2O_3氧载体与CH4在固定床中的试验研究  37-44
  3.2 NiO/NiAl_2O_4氧载体与CH4在固定床中的试验研究  44-51
  3.3 本章小结  51-52
4 Fe_2O_3/Al_2O_3、NiO/NiAl_2O_4氧载体在流化床中的试验研究  52-63
  4.1 理论最小流化速度的确定  52-53
  4.2 Fe_2O_3/Al_2O_3氧载体与CH4在流化床中的试验研究  53-57
  4.3 NiO/NiAl_2O_4氧载体与CH4在流化床中的试验研究  57-62
  4.4 本章小结  62-63
5 全文总结及展望  63-65
  5.1 全文总结  63-64
  5.2 进一步工作的建议  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-72
附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录  72

化学链燃烧铁基和镍基氧载体的反应性能研究

内容摘要

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