基于化学链燃烧原理的制氢系统设计与实验

摘要

能源短缺和气候变暖是全球性的问题，化学链燃烧技术以其固有CO2分离特性日益受到研究关注，而将化学链燃烧技术与制氢技术相结合是一种能源清洁、高效利用的有效途径。本文提出一种基于化学链燃烧技术零排放制氢的新工艺，该工艺既可实现CO2的零排放制氢，同时气化过程所需能量由系统本身提供，无需外界供给能量。
　　 首先，本文采用浸渍法制备了载氧体Fe2O3/Al2O3，选用一氧化碳作为燃料气，在流化床中对其反应性能进行了研究。发现温度对载氧体的反应性能的影响较大。当温度低于750℃，会有固态C生成，而当温度较高时会导致载氧体的烧结，850℃左右是比较适合该载氧体反应的温度。然后，从热力学角度和试验研究对基于化学链燃烧技术零排放制氢的新工艺的可行性进行了研究，通过热量平衡计算发现系统完全可以实现热量的自我供给，而串行流化床技术可以满足物料在各反应器间的循环要求。随后，在此研究的基础上，设计和搭建了化学链燃烧零排放制氢试验装置，并进行了相关试验研究，得到了布风板阻力特性曲线、临界流化风速、加入床料时系统的压力分布情况等基础参数，为试验研究提供了基础参数。而进行的热态试验表明空气作气化介质，温度为700℃时，H2浓度保持在4～5％之间，产气热值大约在4000～5000kJ/m3，而气化反应器温度为800℃时，氢气含量和产气热值都有所上升：而以水蒸气作为气化介质时，在700℃产气中氢气含量为13％左右，而800℃产气中氢气含量为18％左右。