论文部分内容阅读
化学链燃烧技术是一种新型无火焰燃烧技术,因其具有燃烧效率高、NOx排放低以及CO2内分离的特点而受到广泛关注。煤化学链气化技术将化学链载氧体无焰燃烧理论应用于循环流化床气化,是一种新型气化技术。化学链气化技术中,煤在气化炉中不直接与空气接触,而是采用水蒸汽/CO2作为气化介质,通过载氧体颗粒在再生反应器和气化反应器之间的循环转化实现晶格氧和热量的传递,完成煤的气化反应。本文对煤/载氧体化学链气化钙基复合载氧体的制备及性能进行了探索,主要研究内容如下：首先采用规模化制备方法得到了一种NiO修饰的复合型钙基载氧体,并分别在综合热分析仪和流化床上考查了其反应活性和循环反应性能。在小型高温流化床中考查了几种不同煤种的气化性能。综合考虑煤气化反应速率、碳转化率和气体产物中合成气干基浓度,选取神木烟煤为化学链气化的燃料。分别采用γ-Al2O3口水泥为惰性载体制备了Fe203修饰的钙基复合载氧体,并利用综合热分析仪考查了几种复合载氧体与煤的气化特性,筛选出一种高活性的载氧体CaAlFe10;最后,小型高温流化床中考查了CaAlFe10的多次循环反应能力。几种载氧体反应速率由快到慢依次为：CaAlNi10> CaAlFe10>CaFeCement> CaAl;最终相对还原程度从高到低依次为：CaAlFe10>CaAlNil0>CaFeCement> CaAl。因此,γ-Al2O3比水泥更适宜作为复合钙基载氧体的惰性载体。CaAlFe10载氧体十次还原-氧化循环实验的产物分析表明CaAlFe10载氧体具有较高的再生率和良好的持续循环反应能力。浸渍NiO后钙基载氧体同煤的反应起始温度由850℃下降到800℃,反应速率明显加快,反应时间由35min缩短至11min。选择CaAlNi10载氧体进行了10次还原-氧化循环实验,固体产物和气体产物分析表明NiO在循环过程中对S的释放有一定控制作用;CaAlNi10载氧体具有较好的再生性和良好的持续反应能力。因此,本文规模化制备的CaAlNi10载氧体适用于工业生产。采用流化磨损的方法,在流化床中考查了几种钙基复合载氧体的磨损规律,并探索表观气速等流化参数和颗粒自身性质(如浸渍量、粒径范围等)对其磨损行为的影响。低气速、大粒径颗粒有利于建立磨损平衡,降低磨损率。其中CaFeCement载氧体耐磨性最强,其磨损行为主要受剥层磨损机制支配；CaAlNi10的耐磨性较好,呈现混合磨损的特点,且以断裂磨损为主；而CaAIFe10的耐磨性较差,主要磨损机制为受体断裂磨损机制。综合考虑反应性、多次循环反应性和磨损特性,CaAlNi载氧体最适宜应用于煤化学链气化。