煤直接化学链燃烧技术受到了广泛关注，该技术将载氧体与煤在燃料反应器中直接接触，以水蒸气为气化介质，通过载氧体释放的晶格氧来实现合成气的还原反应。载氧体制备是该技术工业应用的关键技术之一。本文针对CaSO4载氧体在煤直接化学链燃烧应用中存在的问题，通过添加助剂及惰性载体，制备了系列钙基复合载氧体。在流化床内，以水为流化气化介质对其性能进行了探索，主要内容如下:
(1)以工业级CaSO4和膨润土为原料，采用机械混合造粒规模化制备了CaSO4/Bentonite复合载氧体。CaSO4含量为60wt.％的CaSO4/Bentonite载氧体具有高的反应活性及抗磨损能力，磨损率为0.089％·h-1。在800～900℃，载氧体与煤反应活性随温度升高而增强。反应温度为900℃时，气体产物中CO2平均浓度为89.52％。七次循环反应后，碳转化效率在70％以上，CO2的平均体积含量保持在80％左右。X射线衍射分析表明，载氧体的还原产物为CaS，未生成CaO副产物。
(2)将CaSO4/Bentonite载氧体浸渍在Fe(NO3)3溶液中，制备了Fe2O3为活性助剂的CaSO4-Fe2O3/Bentonite载氧体，考察了载氧体的煤化学链燃烧反应特性。反应温度为900℃时，碳转化率达到95％所需的时间为20.8min，尾气中CO2浓度为95.99％，载氧体表现出高的反应活性。10次氧化/还原反应之后，载氧体保持良好的循环反应活性，气体产物中CO2浓度保持在80％以上。高挥发分高灰分的煤种更适于煤化学链燃烧技术，不同的煤种气体产物中CO2浓度均保持在90％以上。此外，粒度分布曲线表明循环反应中载氧体表现强的抗磨损能力。
(3)将CaSO4/Bentonite载氧体浸渍在K2CO3溶液中，制备了K2CO3修饰的CaSO4-K2CO3/Bentonite载氧体，考察了载氧体的煤化学链燃烧反应特性。900℃时，加入K2CO3后燃烧气体产物CO2生成速率第4min时达到最大值，峰值达到0.45L·min-1，碳转化率达到95％所需的时间缩短为13min，CO2干基浓度保持在85％以上。反应后载氧体表面孔隙结构变得丰富，多次循环反应后载氧体发生烧结现象，并且载氧体表面的钾出现流失，但仍具有催化效果。K2CO3对不同煤种的气化过程均有较高的催化作用，能显著缩短反应时间。
- 作 者：
- 贾伟华
- 学科专业：
- 化学工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 青岛科技大学
- 导师姓名：
- 郭庆杰
- 学位年度：
- 2014
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
