基于钙钛矿型吸收剂的煤炭蒸汽/氢气混合气化及制氢基础研究

The coal steam hydrogasification process and hydrogen production from reforming of the gasification products are researched in the project.A novel hydrogen production system is developed by coupling gasification process with chemical looping reforming. The perovskite-type sorbents are synthesed to be used in the reforming reaction of CH4, meanwhile, the sorbents are introduced to the gasifier to catalyze the gasification process. The perovskite-type sorbents with the ability of CO2 capture, oxygen releasing, and catalysis, are used to improve the coal conversion efficiency and reaction rate. Their performance and microstructure are investigated in the multi-cyclic utilization. The interaction of various species in the sorbents is also investigated based on the material compositions and microstructure. The stability of sorbents performance is improved by minor species in sorbents and optimization of synthesis condition and operation condition. It is significient for the research to develop the clean and high effienciency coal conversion technology.

本课题针对煤炭蒸汽/氢气混合气化以及气化产物的重整制氢两个过程开展研究，通过耦合化学链重整的概念，构建了一套新的制氢反应系统，提出了一类新型复合钙钛矿型吸收剂用于CH4的重整反应，增强气化产物的制氢效率，提高催化剂的抗中毒能力。采用现代纳米粒子的制备方法合成具有CO2捕捉能力、释氧能力、以及催化重整能力的新型复合钙钛矿型吸收剂，并对其在煤炭混合气化和重整制氢，以及再生循环过程中的宏观性能和微观机理开展研究，探讨各组分间的相互作用。从物质组成与微观结构着手，通过研究添加剂与煤炭表面的相互作用，提高煤炭的转化率，优化气化产物的构成；通过添加微量助剂以及合成条件、运行条件的优化，克服吸收剂在与CO2反应-再生循环中的性能衰减，提高气化产物的重整制氢效率。本项目的研究对煤炭的清洁高效转化技术的发展具有重要意义。

研究煤的加氢反应性能，发展先进的煤炭气化技术对煤炭的清洁利用具有重要意义。项目围绕项目所涉及的三个子过程开展相应的基础研究工作，这三个过程包括：煤炭的蒸汽\氢气混合气化过程；钙基吸收剂循环捕捉CO2增强气化产物的重整制氢过程；以及钙钛矿吸收剂的链式气化特性与结构自恢复过程。.研究了不同煤焦在0~7Mpa压力下加氢气化特性与反应动力学规律，探讨了煤种、温度、压力、制焦温度、及催化剂对气化产物的影响；研究了煤焦加氢气化过程中微观结构与官能团的演变规律，以及反应动力学规律。研究了碱土金属与钙钛矿催化煤炭蒸汽/氢气混合气化规律，碱金属催化剂可以明显提高甲烷的生成量。.采用溶胶凝胶燃烧法制备A、B位掺杂不同离子的ABO3型钙钛矿粉末。A位离子包括A=Sr, Ba, Mg, Ca，B位离子包括B=Zr、Ni、Zn、Cr。对这些钙钛矿型氧化物的循环释氧、吸氧性能开展了大量研究，发现Ba-Sr-Co-Fe吸附氧反应进行最快，而Mg-Co-Fe则需要更长的时间。各种掺杂物质的释氧量按照BCF>BSCF>SCF>SCCF >MCF的大小排序。在高压环境下对钙钛矿氧化物的循环释氧性能进行了研究，发现高压能极大提高钙钛矿氧化物的释氧量，3MPa下，BaCoO3-δ的氧释放量为92.04 mg/ g，几乎是常压下的两倍。但是释氧量随循环次数衰减很快。探讨掺杂元素对其释氧能力与结构稳定性的影响，以提高气化产物制氢的转化率。.研究了改性钙基吸收剂循环捕捉CO2的性能及结构变化，这对于气化产物的重整制氢过程具有重要参考价值。