微波预处理驱动下化学链气化微藻的特性及其机理研究

The high performance of oxygen carrier is the key to good running of chemical looping gasification (CLG). At present, oxygen carrier with high performance is expensive and difficult to obtain. Moreover, some pretreatment methods on oxygen carrier are complicated and have potential impact on environment. In this research we apply microwave to the pretreatment of cheap oxygen carrier. Under different microwave pretreatment, the performance of microwave pretreatment and the impact of CLG on syngas are studied by analyzing the characteristics such as microstructure and circular. And then we can obtain the optimal coupling strategy on oxygen carrier under microwave pretreatment. In addition, microstructure, functional groups and other characteristics change after microwave pretreatment on microalgae. So it can promote the high-grade energy conversion of microalgae. Thereout, we can explore the modulated promotion mechanism of CLG under microwave pretreatment. At last, the synergistic effect of CLG is studied under microwave pretreatment on oxygen carrier and microalgae. And then the dynamics model of CLG is established based on microwave pretreatment. Furthermore, the mechanism of synergistic effect is analyzed and obtained. The research aims to have a positive impact on improvement, exploration and application of microwave pretreatment, high-grade energy conversion and CLG performance.

氧载体的高性能运行是化学链气化过程良好运行的关键所在，现阶段高性能的氧载体价格昂贵且不易获得，或预处理方式过于繁杂且具影响环境的潜在风险。将微波应用到价格低廉的氧载体预处理上，在不同微波预处理方式的驱动下，通过各样品微观结构、可循环性等性能表征的对比分析，研究微波预处理驱动性能及其对化学链气化制取合成气的影响，获取微波预处理氧载体的最优耦合策略。此外，经过微波预处理微藻，使其微观结构、官能团等特性发生改变，促进微藻的高品位能源转换，探寻微波预处理对微藻化学链气化制取合成气的调制促进机制。最后，分别进行氧载体和微藻的微波预处理，研究两者协同作用下化学链气化的促进作用，建立基于微波预处理的化学链气化过程的动力学模型，进而分析其协同作用机理。该研究项目旨在对微波预处理方式、微藻的高品位能源转换及化学链气化性能的揭示探索和应用改善方面产生积极的影响。

微藻作为第三代生物燃料，具有生长周期短、生物产量高、含油量丰富、不占用农业耕地、固定CO2能力强等优势成为当前研究的热点。化学链气化是微藻生物质能源化利用的有效途径。本课题以Fe2O3作为氧载体，研究微藻在化学链气化、微波预处理中合成气特性、残渣性能变化、失重特性、气相产物红外演变特性以及小球藻焦化学结构的变迁行为，对于深入了解和揭示微波预处理驱动下化学链气化反应机理具有重要的现实意义。.采用固定床反应器研究了微藻在化学链气化反应中反应温度、氧载体含量、水蒸汽流量等多因素对合成气及残渣性能的影响，获得最佳的载氧体/微藻比例为1.0、反应温度为800℃、水蒸汽流量、载氧体氧化温度800℃等反应条件。对不同微波预处理功率和时间下的微藻进行固定床反应实验研究，发现微波预处理可破坏微藻细胞壁，使其细胞质更易进行化学链气化的反应，并获得了微波预处理条件对合成气产出特性及最佳的微波预处理条件，750 W和60 s是最优的微波预处理功率和时间。.采用热重分析仪研究了不同升温速率和预处理条件对化学链气化小球藻特性的影响，获得了失重特性和反应动力学参数，建立了化学链气化反应动力学模型，发现均相反应模型优于缩合反应模型。通过TG-FTIR获得了微波预处理驱动下化学链气化小球藻的气相产物析出演变路径，发现微波预处理可提高CO析出量，降低H2O、CO2和CH4的排放；化学链气化反应和微波预处理均能抑制NH3和HCN的排放量。.通过研究不同反应时间微藻焦的红外特性，获得了微藻在微波预处理下化学链气化过程中主要官能团或结构的演变行为。发现微波预处理有利于提高热解、气化过程的反应性能，并有利于SOx的减排。.基于以上研究结果，化学链气化为微藻的气化利用方式提供了一种有效途径，微波预处理可进一步提高其在化学链气化中的合成气产出性能，对微藻能源化利用具有一定的价值。