传统的化石能源利用方式给人类赖以生存的环境带来巨大的危害,“温室效应”等全球性问题已经引起世界各国政府的普遍关注,同时,氢能作为一种清洁的燃料近年来受到广泛重视。以传统化石能源洁净利用为中心,构建生产氢并有效减少CO₂排放的可持续发展能源系统势在必行。根据“直接制氢,矿石固化CO₂”的思路,本文对含碳能源直接制氢中钙基CO₂吸收剂的工作条件、循环特性、吸收剂活性的改善以及吸收剂不同循环特性对制氢系统的影响进行了研究。 针对本文中CO₂吸收剂特定的工作环境,通过对含碳能源直接制氢过程的热力学分析和系统模拟,初步确定了该制氢过程中钙基CO₂吸收剂适宜的工作条件,并以不同种类的生物质为气化原料,对直接制氢进行了实验研究,对计算结果进行了验证。 利用常压固定床反应器和加压反应器,以可逆的煅烧/碳酸化反应为基础,主要对碳酸钙煅烧的产物——CaO的循环特性进行了实验研究,借助电镜扫描和孔隙测量等手段,分析了温度、压力、载气成分等因素对吸收剂循环转化率的影响,初步确定了引起吸收剂活性衰减的原因。 采用不同的循环路径和添加剂,对吸收剂进行了循环特性改善研究,并以水和水蒸汽为活化剂,对多次循环后的吸收剂进行了活化实验,确定了含碳能源直接制氢中,维持和改善吸收剂循环特性的最佳方法。吸收剂的活化实验取得了良好的效果,提供了一种方便、廉价的吸收剂活化方法,并可拓展应用到其它场合。 根据不同钙基吸收剂的循环特性,构建了含碳能源直接制氢流程,初步分析了不同吸收剂循环特性对制氢产物的影响。基于吸收剂的不同再生方式,通过对不同制氢系统的设计和模拟,确定了吸收剂再生方式对制氢过程的影响,初步分析表明碳部分转化供热较适合含碳能源直接制氢系统。