赤铁矿基氧载体的松木锯末化学链气化实验研究

摘要

在紧张的能源形势中，以煤炭为代表的化石能源仍占据着中国主体能源的地位。鉴于煤炭等化石类能源的不可再生性以及中国煤炭资源的不合理利用，大力开发清洁、可再生的新能源已成为缓解我国能源危机和减轻环境污染的主导方向，其中生物质能源具有广阔前景。在生物质能源的利用中，生物质化学链气化技术展现了较好的发展前景。本文以松木锯末为生物质原料，以来源广泛、经济友好的赤铁矿为氧载体，在小型流化床反应器中进行了生物质化学链气化制备合成气实验研究，研究了O/C比、水蒸气流量、反应器温度对合成气品质的影响，并进行生物质焦油分析和循环实验。同时，通过浸渍法添加活性金属改进氧载体的活性，探索其反应性能。最后，采用XRD、ESEM、BET等技术对氧载体进行微观表征分析。主要研究内容及结论如下： （1）在O/C比为0.2，水蒸气流量为0.15mL/min，反应器温度为850℃时，实验取得最佳气化效果，CO、CH4、H2产量分别为2.43L、0.77L、1.4L。以赤铁矿作为氧载体时，生物质焦油中部分大分子有机物发生裂解，生成小分子有机物或合成气组分，且焦油总含量显著降低，有利于生物质化学链气化系统的运行和安全。 （2）赤铁矿XRD结果表明：在水蒸气存在的条件下，赤铁矿的还原受到了抑制，Fe2O3只能被转化为Fe3O4；ESEM与BET分析结果表明：随着循环次数的增加，赤铁矿氧载体颗粒表面烧结现象明显，其比表面积由2.63m2/g降低为1.35m2/g。 （3）在最佳工况条件下，以CaO-赤铁矿、MgO-赤铁矿和CeO2-赤铁矿作为氧载体进行松木锯末化学链气化实验时，产出合成气品质比赤铁矿作为氧载体时更高，其中以CeO2-赤铁矿为最佳，其碳转化率、气化效率、气体产率以及合成气低位热值分别为91.00%、95.86%、1.20Nm3/kg和12.81MJ/Nm3；以三种改性赤铁矿为床料时，生物质焦油含量较赤铁矿作为氧载体时有所降低，其中CeO2-赤铁矿促进焦油裂解的能力最强。 （4）氧载体颗粒的XRD分析表明：CaO-赤铁矿主要成分为Fe2O3、CaO和Ca2Fe2O5；MgO-赤铁矿主要成分为Fe2O3和MgFe2O4；CeO2-赤铁矿主要成分为Fe2O3和CeO2。在经历五次循环实验后，三种改性氧载体的主要成分均未发生改变。ESEM与BET分析结果表明：相比CaO-赤铁矿而言，MgO-赤铁矿和CeO2-赤铁矿拥有更高的抗烧结性能和热稳定性。

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