【摘 要】
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氢气不但是炼油、石化和煤化工行业的重要原料,而且是一种理想的清洁能源载体。煤气化制氢是工业大规模制氢的首选方式之一。虽然传统煤气化制氢工艺成熟,但其投资成本大、需
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氢气不但是炼油、石化和煤化工行业的重要原料,而且是一种理想的清洁能源载体。煤气化制氢是工业大规模制氢的首选方式之一。虽然传统煤气化制氢工艺成熟,但其投资成本大、需用纯氧、气体分离成本高、产氢效率偏低、CO2排放量大。降低煤气化制氢工艺CO2排放的关键在于:提高过程热效率、避免(或降低)复杂的气体分离过程。借助于氧载体的传递作用,化学链制氢技术可实现氧和热在燃料反应器、蒸汽反应器和空气反应器之间的转移,从而使CO2、H2、N2内在分离,既直接利用空气、也能获得高浓度的CO2和H2。铁基氧载体是化学链制氢的理想氧载体之一,然而在燃料反应器中,铁基氧载体与煤的直接反应速率很慢且该反应器吸热。如何促进氧载体与煤的直接反应速率且使燃料反应器自热是该制氢技术的关键。在前期研究的基础上,我们提出添加碱金属催化剂来促进Fe2O3与煤的直接反应速率;通过添加Al2O3,一方面作为惰性组分防止氧化铁的烧结,另一方面与FeO反应,释放反应热为燃料反应器提供部分热量。模拟结果表明,各反应器都能实现自热,该过程制氢热效率可达75%。实验验证结果表明,碱金属催化剂可显著促进反应速率;Al2O3添加可通过生成Fe Al2O4为Fe2O3与煤反应提供热量,同时防止烧结;铁铝氧载体能被空气氧化会初始相态,实现氧的循环。
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