双塔板式Cu-Fe载氧体煤化学链制氢反应过程基础研究

作     者：邱爽 

作者单位：辽宁科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陆利明;李先春

授予年度：2020年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：双塔板反应器 褐煤 直接化学链制氢 铁铜基载氧体 

摘      要：煤直接化学链制氢存在的主要问题是无法将煤灰与载氧体有效的分离,使得煤灰与载氧体活性组分粘连,经多次循环使载氧体活性降低甚至失活。因此灰分分离问题是清洁和高效利用煤直接化学链制氢技术的关键。为此设计出可高效分离煤灰的双塔板式反应器,本文针对反应器的影响因素以及载氧体化学性能对化学链制氢反应的影响进行了探究。以化学合成法制备Cu-Fe复合载氧体,在双塔板式反应器中探讨此分离方式对煤直接化学链制氢反应特性的影响。利用X射线衍射仪(XRD)分析反应前后载氧体物相结构的变化;利扫描电子显微镜(SEM-EDS)分析载氧体反应前后的表面形貌的变化;利用BET分析载氧体比表面积。结果表明:双塔板反应器在分离煤灰具有一定的优势。实验条件范围内,还原时长14min、n(Cu O)/n(FeO)=1:1,煤粒径越小,水汽流速越大,化学链制氢的效果越好。钾的植入加快大粒径煤的气化过程,但其过量植入会使还原末期制氢阶段提前发生及积碳加剧,其中1%钾具有较好的制氢效果。反应温度越高,积碳现象越弱。在不要求较高的二氧化碳和氢气纯度时,900℃时具有较理想的实验效果,达到降低外界能源消耗的目的。载氧体还原消耗的氧优先来源于CuO,而在制氢阶段Fe/Fe O会优先Cu/CuO与HO发生氧化反应。Cu-Fe复合载氧体随着循环次数的增加,其储氧性能逐渐降低及机械性能有所下降。还原性CuO、FeO分散性成为产氢量的一个主要原因。积碳现象是影响氢气的纯度的重要原因。相比于Cu-Fe复合载氧体,惰性载体MgAlO的植入对于稳定载氧体活性组分化学性能起到很重要的作用。在还原反应后惰性载体会部分分解为氧化镁或氧化铝,其中氧化镁可以提高载氧体氧含量。空气氧化后载氧体组成与新鲜载氧体大体相同;惰性载体的加入也避免不了还原阶段载氧体的轻微烧结以及比表面积的降低。空气氧化对载氧体和孔道的恢复起到积极的作用,氧化阶段载氧体的孔容甚至高于还原阶段载氧体的孔容。