基于草木灰修飾鐵礦石載氧體的化學(xué)鏈燃燒研究.pdf

1、全球變暖造成了一系列自然災(zāi)害的發(fā)生，給世界各國帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而減少化石燃料燃燒所產(chǎn)生的溫室氣體CO2是解決全球氣候變暖的重要方式之一。化學(xué)鏈燃燒是一種具有CO2內(nèi)分離特性且清潔高效的新型燃燒技術(shù)，它借助載氧體發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)實現(xiàn)氧和熱量的傳遞。天然鐵礦石因儲量豐富和價格低廉成為目前研究的主流載氧體之一，但是其反應(yīng)活性相對較低。因此本文利用K和Na雙堿金屬以及富含堿（土）金屬(K、Na和Ca)的草木灰對鐵礦石載氧體進(jìn)行修飾，

2、考察了修飾后載氧體的化學(xué)鏈燃燒特性。
　　采用堿金屬K-Na通過浸漬法共修飾鐵礦石載氧體，在小型流化床反應(yīng)器上研究了K-Na負(fù)載量、反應(yīng)溫度和循環(huán)次數(shù)對載氧體性能的影響。研究表明:堿金屬K-Na共修飾的鐵礦石載氧體(5Na1K-Fe、3Na3K-Fe和1Na5K-Fe)的CO累積轉(zhuǎn)化率顯著高于未修飾鐵礦石;隨溫度由850℃升高到950℃，采用5Na1K-Fe和3Na3K-Fe時CO累積轉(zhuǎn)化率快速升高，在850℃時5Na1K-Fe的

3、反應(yīng)活性低于3Na3K-Fe，而在950℃時高于3Na3K-Fe;在850～900℃內(nèi)，1Na5K-Fe的CO累積轉(zhuǎn)化率逐漸提高，在900～950℃內(nèi)基本不變;在900℃時,隨循環(huán)次數(shù)增加，5Na1K-Fe和3Na3K-Fe的CO累積轉(zhuǎn)化率逐漸提高，分別于4次和8次后趨于穩(wěn)定，1Na5K-Fe的CO累積轉(zhuǎn)化率始終高于99％，堿金屬K-Na修飾效果保持穩(wěn)定，同時5Na1K-Fe和1Na5K-Fe的活性高于3Na3K-Fe，表明在堿金屬K-

4、Na負(fù)載總量為6％時，K-Na等比例修飾的鐵礦石活性低于K或Na修飾占主導(dǎo)鐵礦石。
　　利用草木灰中堿金屬K和Na高溫條件下易析出的特性，采用油菜稈灰、小麥稈灰、竹稈灰和玉米棒灰通過干法煅燒方式修飾鐵礦石。在小型流化床反應(yīng)器上研究灰種類、負(fù)載量和循環(huán)次數(shù)對鐵礦石反應(yīng)性能的影響，并分析了載氧體的組分和表面形貌的演化特性。結(jié)果表明:干法煅燒方式將灰中堿金屬K、Na和堿土金屬Ca均勻的負(fù)載到鐵礦石表面，修飾后鐵礦石活性顯著提高;灰種類、

5、負(fù)載量導(dǎo)致鐵礦石活性差異較大，這主要由灰中K、Na、Ca、Si遷移到鐵礦石表面的含量決定，油菜稈灰修飾的鐵礦石反應(yīng)活性由K、Na、Ca含量決定，小麥稈灰、玉米棒灰修飾的鐵礦石反應(yīng)活性主要由K和Si含量決定，竹稈灰修飾的鐵礦石反應(yīng)活性主要由K含量決定;循環(huán)實驗表明，油菜稈灰和小麥稈灰修飾的鐵礦石活性始終較高，SEM顯示鐵礦石表面仍有較大的孔隙結(jié)構(gòu)，K、Na、Ca并未出現(xiàn)顯著流失現(xiàn)象。
　　利用草木灰中堿金屬K和Na主要以水溶性形式存

6、在的特性，采用油菜稈灰和小麥稈灰通過濕法浸漬方式對鐵礦石載氧體進(jìn)行修飾。在小型流化床反應(yīng)器上研究了灰種類、負(fù)載量和循環(huán)次數(shù)對載氧體反應(yīng)性能的影響。結(jié)果表明:通過濕法浸漬方式，小麥稈灰中K、油菜稈灰中K和Na很好的遷移到鐵礦石顆粒表面，并且經(jīng)兩種灰修飾后鐵礦石活性顯著提高;灰種類、負(fù)載量會對鐵礦石活性產(chǎn)生重要影響，當(dāng)采用小麥稈灰修飾鐵礦石時，載氧體活性主要由載氧體中K含量決定，灰負(fù)載質(zhì)量比為20％時，載氧體活性最高，CO累積轉(zhuǎn)化率為86.

7、05％，而當(dāng)采用油菜稈灰修飾鐵礦石時，載氧體活性主要由載氧體中K和Na含量共同決定，灰負(fù)載質(zhì)量比為20％時，載氧體活性最高，CO累積轉(zhuǎn)化率為84.4％，兩者都顯著高于未修飾鐵礦石的72.5％;循環(huán)實驗表明，兩種灰修飾的載氧體活性保持穩(wěn)定，10次還原后，小麥稈灰修飾載氧體中主要堿金屬成分K負(fù)載效果較好，油菜稈灰修飾載氧體中主要堿金屬成分K和Na出現(xiàn)了一定程度的流失現(xiàn)象;10次還原后，未修飾鐵礦石表面出現(xiàn)了一定的燒結(jié)現(xiàn)象，幾乎沒有孔隙結(jié)構(gòu)，

8、而兩種灰修飾載氧體仍然具有較多的孔隙結(jié)構(gòu)。
　　采用小麥稈灰通過干法煅燒和濕法浸漬對鐵礦石載氧體進(jìn)行修飾，在小型流化床反應(yīng)器上研究了反應(yīng)溫度和循環(huán)次數(shù)對煤化學(xué)鏈燃燒氣體產(chǎn)物濃度、含碳?xì)怏w相對體積分?jǐn)?shù)和碳轉(zhuǎn)化率的影響。結(jié)果表明:在同一溫度條件下，與未修飾鐵礦石相比，采用小麥稈灰修飾的兩種載氧體的碳轉(zhuǎn)化率顯著提高，煤氣化速率顯著提高;隨著反應(yīng)溫度由850℃升高到950℃，采用未修飾鐵礦石時的碳轉(zhuǎn)化率和CO2相對體積分?jǐn)?shù)都逐漸升高，而采