铁矿石对钙基载氧体化学链燃烧的影响机制

To grasp the influence mechanism of iron ore on chemical looping combustion (CLC) of Ca-based oxygen carrier, and to realize Ca-based oxygen carrier to be applied in CLC of coal, therefore the studies are of great significance to the development of CLC with solid fuels .. The experimental research is carried out in a thermogravimetric reactor and a laboratory fluidized-bed reactor, and Fe2O3/CaSO4 composite oxygen carriers which are prepared by various methods are evaluated. The reactivity, cycle characteristics and mechanical properties of composite oxygen carrier are investigated, and the influence of reaction temperature, particle size and Fe/S ratio on CLC system is analyzed, thus the optimized preparation method and the optimal operating parameters are obtained. The generation and transformation mechanisms of gas pollutants and the influence of iron ore on the sulfur release are deeply analyzed. Meanwhile the migration features of oxides in coal ash, and the effect of oxides on the performance as well as lifetime of oxygen carrier are explored. Based on the characterization data, the mathematical model of granular flow and chemical reaction is built in order to explain the synergistic catalytic mechanism of iron ore in the fuel reactor and the interaction between particles.

掌握铁矿石对钙基载氧体化学链燃烧系统的影响机制，以实现钙基载氧体在煤基化学链燃烧中的应用，因此对固体燃料化学链燃烧的发展具有重要的意义。. 本项目拟采用不同的制备方法将铁矿石添加至钙基载氧体中，在热重反应器和小型流化床实验装置上进行化学链燃烧实验。通过研究铁矿石改性钙基载氧体的反应活性、循环特性和机械强度等性能，分析反应温度、铁矿石粒径和铁硫比等参数对化学链燃烧系统的影响机制，从而优化载氧体制备的方法，并获得最佳运行参数。深入剖析污染物的生成与转化机理，探索铁矿石对整个系统硫释放的影响机制，解析煤灰中氧化物的迁移特征及其对载氧体性能与寿命的影响规律。基于现代分析仪器获得的表征数据，构建颗粒流动与化学反应数学模型，以达到阐释铁矿石在燃料反应器内的协同催化机理和颗粒之间的相互作用的目的。

掌握铁矿石对钙基载氧体化学链燃烧系统的影响机制，以实现钙基载氧体在煤基化学链燃烧中的应用，因此对固体燃料化学链燃烧的发展具有重要的意义。项目执行期内在山东省科学院流动与强化传热重点实验室搭建批次流化床反应器系统，并基于此系统开展了一系列实验研究。首先，实验研究了三元熔融盐催化剂对钙基载氧体煤焦化学链燃烧特性的影响，证实三元融熔盐协同催化煤焦气化反应和CaSO4的还原反应，确定机械混合法为催化载氧体最佳合成方法。其次，实验研究了石灰颗粒对钙基载氧体甲烷化学链燃烧特性的影响，发现石灰的添加在热力学上有助于含硫气体的去除，确定钙硫比为0.8，石灰颗粒直径为180-250 μm，运行温度为900 °C为添加石灰的钙基载氧体甲烷化学链燃烧的最佳运行工况。再次，对CaSO4载氧体和复合载氧体(CaSO4/Fe2O3)进行了对比实验研究，发现添加铁矿石有利于煤焦气化-CaSO4还原反应，Fe2O3对硫释放具有抑制作用。最后，对天然赤铁矿载氧体与CO还原反应的第一阶段本征反应动力学进行了测试，确定第一还原阶段的温度测试窗口为400-650°C；反应的本征活化能为74.48 kJ/mol，指前因子为1.2×1012 s-1；分析验证并解释了关于缩核模型、外扩散控制，较小的表观活化能等前人的研究工作。