玉米秸秆化学链热解过程铁基复合载氧体的载氧-催化性能

生物质化学链热解利用载氧体将生物质热解-气化反应解耦为不同温度下进行的两级反应,能够同时得到高品质生物油/化学品和清洁合成气。本研究采用溶胶-凝胶法,分别选择碱土金属(Ca、Sr、Ba)和过渡金属(Co、Ni、Cu)制备了六种铁基复合载氧体,并研究了它们在玉米秸秆生物质化学链热解过程中的载氧-催化性能。研究表明:六种还原态铁基复合载氧体对生物质热解液体产物具有良好的催化裂解、酮基化反应和加氢脱氧能力,显著减少生物油中含氧化合物的含量,增加烃类化合物的生成,在气化阶段将热解焦氧化成以CO为主要组成的合成气。其中,Ca-Fe复合载氧体使生物油中酸类化合物的含量从无载氧体时的29.4%降低到0.3%,合成气中CO产率达到330 L/kg生物质。在650℃、生物质-载氧体质量比为3∶6的优化条件下,对Ca-Fe复合载氧体的10次热解-气化循环进行了研究,结果表明,10次循环过程中Ca-Fe复合载氧体具有优异的催化、脱氧和氧化性能,但多次循环后存在铁相分离和团聚现象。因此,高效稳定铁基复合载氧体仍是未来生物质化学链热解的研究重点。

铁基复合载氧体煤化学链气化反应特性及机理

以水蒸气作为气化/流化介质,在流化床中研究了两种铁基复合载氧体的化学链气化反应特性及循环特性,并对气化过程中的反应机理、动力学方程进行了推断。结果表明:温度为920℃时,添加不同修饰物的铁基复合载氧体与煤焦气化的反应活性依次为Fe4Al6K1>Fe4Al6>Fe4Al6Ni1。在多次循环实验过程中,合成气成分保持稳定,表明Fe4Al6K1复合载氧体循环特性良好。XRD谱图分析表明,六次氧化还原实验后的铁基载氧体氧化态仍为Fe2O3。K+主要以铁酸钾形态存在,该结构有利于促进化学链气化反应。利用高斯函数对气化反应速率进行了峰拟合,拟合结果表明化学链气化主要分为3个阶段:化学链作用阶段、煤气化阶段以及Fe3O4向FeO转变的气化阶段。