鐵礦石載氧體還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及其制氫過(guò)程實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、化學(xué)鏈制氫是一種新型的制氫技術(shù)，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、不需要復(fù)雜催化劑及可以制備高純度氫氣等優(yōu)點(diǎn)，而Fe2O3被認(rèn)為是最理想的用于化學(xué)鏈制氫過(guò)程的載氧體。本文考慮選用自然界中最易獲得的鐵礦石直接作為載氧體來(lái)進(jìn)行化學(xué)鏈制氫實(shí)驗(yàn)研究。由于鐵礦石分布廣泛，其主要成分為Fe2O3，還含有其它一些物質(zhì)，因此其反應(yīng)性能不同于單純的Fe2O3，而目前國(guó)際上對(duì)于直接選用鐵礦石來(lái)進(jìn)行化學(xué)鏈制氫研究的報(bào)道還較少，因此很有研究?jī)r(jià)值。
　　以澳洲赤鐵礦作為載氧體

2、，在小型流化床反應(yīng)器上考察了反應(yīng)溫度及還原性氣體濃度對(duì)鐵礦石載氧體還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及其制氫過(guò)程的影響，然后進(jìn)一步研究了其循環(huán)特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:反應(yīng)溫度的升高及還原性氣體濃度的增加都促進(jìn)了鐵礦石載氧體的還原過(guò)程，表觀活化能表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，H2生成量隨之增加;循環(huán)實(shí)驗(yàn)中載氧體失重及H2生成量隨著循環(huán)次數(shù)的增加表現(xiàn)出下降的趨勢(shì);后續(xù)循環(huán)中XRD分析結(jié)果表明鐵礦石載氧體在還原過(guò)程中生成的FeO和Fe的量較少;SEM分析結(jié)果顯示鐵礦石載氧體在循

3、環(huán)過(guò)程中發(fā)生了燒結(jié)狀況。
　　為了提高鐵礦石載氧體的反應(yīng)性能，以KNO3作為鉀基對(duì)鐵礦石載氧體進(jìn)行了修飾，考察了反應(yīng)溫度及KNO3添加量對(duì)修飾后的載氧體還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及其制氫過(guò)程的影響，并根據(jù)循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與未修飾時(shí)的情況作了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:反應(yīng)溫度的升高及KNO3添加量的增加都促進(jìn)了修飾后載氧體的還原過(guò)程，表觀活化能表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，H2生成量隨之增加;預(yù)熱過(guò)程中添加的KNO3與鐵礦石發(fā)生了反應(yīng)，生成的新物質(zhì)具有良好的催化能力

4、;循環(huán)實(shí)驗(yàn)中載氧體失重及H2生成量保持了穩(wěn)定，且相比未修飾時(shí)增加較多;后續(xù)循環(huán)中載氧體在還原過(guò)程中仍有較多的FeO生成，且表面形態(tài)沒(méi)有發(fā)生明顯變化;載氧體在循環(huán)過(guò)程中K的含量發(fā)生了減少，尤其在第1次循環(huán)中減少較多，但在后續(xù)循環(huán)中K的含量保持穩(wěn)定。
　　針對(duì)鐵礦石載氧體在還原過(guò)程中會(huì)生成析碳進(jìn)而降低生成氫氣的純度這一問(wèn)題，先對(duì)鐵礦石載氧體在添加KNO3修飾前后進(jìn)行了還原過(guò)程析碳分析，然后研究了在傳統(tǒng)化學(xué)鏈制氫還原過(guò)程和制氫過(guò)程中間增

5、加一個(gè)短暫的氧化過(guò)程對(duì)生成氫氣的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:鐵礦石載氧體在添加KNO3修飾前后，在還原過(guò)程中后期都會(huì)產(chǎn)生小部分析碳，而生成氫氣的純度從修飾前的98.19％提高到了修飾后的98.59％;增加短暫的中間氧化過(guò)程后，修飾后的載氧體其氫氣生成量相比傳統(tǒng)過(guò)程減少了9.4％，但純度可以接近99.9％;循環(huán)實(shí)驗(yàn)中在增加短暫的中間氧化過(guò)程后，氫氣生成量依舊保持穩(wěn)定，雖然相比傳統(tǒng)過(guò)程減少了16.7％，但是純度也可以接近99.9％;載氧體在經(jīng)歷中間