膨胀珍珠岩硅酸锂吸附强化乙醇重整制氢的实验研究

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吸附强化乙醇水蒸气重整制氢技术(SE-SRE)因产氢纯度高、温室气体排放少和原料可再生等特点而受到广泛关注。硅酸锂(Li4Si O4)凭借捕集性能良好和循环稳定性优异等优势而成为极具发展潜力的重整制氢吸附剂,但是制备成本较高。本文制备了一种新型的廉价硅酸锂吸附剂,并用一步石墨成型法对其进行造粒成型,最后将吸附剂球粒应用于吸附强化蒸气重整制氢工艺中并对实验参数和循环稳定性进行探索。本文首先通过高温固相法合成了以膨胀珍珠岩(EP)为原料的硅酸锂吸附剂,结合X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FSEM)、比表面积与孔径测定(BET)和热重分析(TGA)等多种表征手段对比分析样品的物理化学特性及CO2吸附性能。实验结果显示,EP中含有的金属杂质元素可使合成的吸附剂样品具有较小的颗粒粒径和粗糙的微观形态,从而改善了吸附剂的吸附性能。与纯硅酸锂(P-Li4Si O4)相比,EP-Li4Si O4具有更大的应用温度范围,并且在500-650℃内拥有更大的吸附容量。同时,EP-Li4Si O4在循环吸附/脱附测试中也展示出良好的循环稳定性和捕集性能。在实际重整制氢系统中,粉状吸附剂易被气流吹离反应器,会影响制氢效果并增加吸附剂的补充成本。因此本文使用一步石墨成型法对EP-Li4Si O4进行造粒成型,并测试了吸附性能和机械强度。结果显示,造粒过程存在的疏水力和收缩力造成吸附剂球粒表面的致密化和比表面积的降低,继而使其CO2捕集性能下降。添加造孔材料和使用有机锂源均能有效提升成型吸附剂的吸附量,这是由于吸附剂小球微观孔隙结构的改善。在抗压和抗磨损性能测试中成型吸附剂表现出良好的机械性能。本文中探索了成型吸附剂用于SE-SRE中的可行性,还探讨了工艺参数对体系的影响,并测试了循环稳定性。结果表明,成型吸附剂能实现良好的吸附强化作用。通过对比得到的较优工况为:反应温度525℃,原料空速0.9 m L/(h·g),水醇摩尔比为8:1,吸附剂与催化剂配比3:1。在多循环测试中SE-SRE体系展现出优异的循环性能。
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