鐵氧化物循環(huán)裂解水制氫還原反應(yīng)研究.pdf

1、能源是經(jīng)濟、社會發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著世界各國對能源需求的不斷加大，煤炭、石油等傳統(tǒng)化石能源正面臨枯竭的危機。同時以化石燃料為基礎(chǔ)的能源系統(tǒng)也給全人類帶來了一系列的威脅：環(huán)境污染、生態(tài)惡化、氣候變化等。因此，尋找一種可再生、清潔、分布均衡的能源對人類社會發(fā)展至關(guān)重要。氫能以其燃燒值高、清潔無污染、可再生等優(yōu)點而引起世界各國的廣泛關(guān)注。
　　氫雖然儲量豐富，但其化學(xué)性質(zhì)活潑，很難以單質(zhì)形式存在，所以制氫是氫能利用的關(guān)鍵。在工業(yè)過程中，最常

2、用的制氫方法是輕烴水蒸氣重整，這種方法不僅會消耗緊缺的化石能源，還會排放大量CO2，對環(huán)境不利。因此發(fā)展清潔的制氫技術(shù)勢在必行。在眾多的制氫方法中，熱化學(xué)循環(huán)裂解水制氫被認(rèn)為是最有希望實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)且環(huán)境友好的制氫方法。
　　本實驗室提出了一種制氫新工藝——鐵氧化物熱化學(xué)循環(huán)裂解水制氫。首先，高價鐵氧化物Fe3O4與CO反應(yīng)生成低價鐵氧化物FeO和CO2，該反應(yīng)稱為還原反應(yīng)；然后，生成的FeO在同一溫度與水蒸氣反應(yīng)生成Fe3O4和

3、氫氣，稱該反應(yīng)為氧化反應(yīng)；還原反應(yīng)產(chǎn)生的CO2氣體則與C發(fā)生反應(yīng)生成CO，CO一部分回到反應(yīng)器繼續(xù)進行還原反應(yīng)，一部分作為產(chǎn)品輸出。與一般熱化學(xué)循環(huán)裂解水制氫流程不同，本流程是水的不完全裂解，從而降低了能耗。整個過程只消耗碳和水，生成純凈的一氧化碳和氫氣。
　　前期的研究工作已經(jīng)初步證實了該制氫工藝的可行性。目前該流程存在的問題主要是還原階段反應(yīng)速率較慢，還原反應(yīng)與氧化反應(yīng)不匹配。從而影響了循環(huán)連續(xù)性，產(chǎn)氫效率低。
　　基于

4、此，本論文重點對鐵氧化物的還原過程進行了研究。首先，系統(tǒng)研究了Mo對鐵氧化物還原反應(yīng)的影響，并在添加Mo的基礎(chǔ)上，又摻雜了Zn、Pb、Cd、Ce、Zr、Al和Sn的氧化物，考察了它們對鐵氧化物還原反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，摻雜Ce可以顯著縮短還原時間。然后，根據(jù)還原過程尾氣濃度變化曲線將還原反應(yīng)劃分為三個階段，采用XRD分析確定各個階段的組成成分，并通過控制還原時間來控制鐵氧化的還原深度，使鐵氧化物在Fe3O4和FeO之間循環(huán)，極大地提高了