基于鐵基載氧體的化學(xué)連制氫過程中硫遷移變化的研究.pdf

1、傳統(tǒng)化石能源利用方式給人類賴以生存的環(huán)境帶來嚴(yán)重的危害,如“溫室效應(yīng)”引起各國政府的普遍關(guān)注。氫能作為一種清潔的燃料,近年來也受到廣泛重視?；瘜W(xué)鏈制氫是一種能將化石燃料轉(zhuǎn)化為氫氣并實(shí)現(xiàn)CO2捕集的新技術(shù),而包含在氣體燃料中H2S對金屬氧化物載氧體的特性有影響。
　　 本文從熱力學(xué)和化學(xué)平衡角度研究了Fe2O3載氧體化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)各個反應(yīng)器中化學(xué)反應(yīng)的特性。H2S在燃料反應(yīng)器中被Fe2O3迅速氧化為SO2,固相硫份主要為FeS與F

2、e0.877S。Fe2O3與H2S的反應(yīng)為生成固相硫份的主導(dǎo)反應(yīng)。Fe1-xS與CO、SO2與CO的反應(yīng)會生成COS。載氧體中的固相硫份在制氫過程中與水蒸氣反應(yīng)析出H2S。再生反應(yīng)過程中殘余的固相硫份被O2充分氧化并釋放出SO2。通過再生反應(yīng),載氧體恢復(fù)原有Fe2O3形態(tài)和載氧能力并且質(zhì)量未受損失。
　　 在熱力學(xué)分析基礎(chǔ)上,遵循質(zhì)量守恒、能量守恒搭建并模擬了基于Fe2O3載氧體的化學(xué)鏈反應(yīng)制氫系統(tǒng)。各反應(yīng)器部分采用RGbbis

3、模塊模擬,氣固分離采用Ssplit模塊模擬實(shí)現(xiàn)。通過改變反應(yīng)氣成分構(gòu)成,反應(yīng)器溫度、壓力,分析討論使用含H2S的燃料對各反應(yīng)器出口產(chǎn)物成分、CO轉(zhuǎn)化率、制氫效率等影響。提高燃料反應(yīng)器溫度有益于提高CO轉(zhuǎn)化率與制氫純度。適宜的制氫反應(yīng)溫度在800℃。各反應(yīng)壓力變化對反應(yīng)過程影響較小。燃料中H2S的濃度升高將降低制氫純度,載氧體中殘余硫份在再生反應(yīng)器被充分氧化并以SO2與SO3的形式釋放。在燃料中提高CO2的比例不僅可以抑制還原過程的析碳情

4、況,而且降低還原反應(yīng)后載氧體含硫率,提高制氫純度。
　　 在固定床試驗(yàn)臺(i.d.40mm,H1600mm)上,通過改變氣體成分模擬化學(xué)鏈制氫過程,研究燃料中硫份的遷移規(guī)律以及對制氫過程的影響。實(shí)驗(yàn)中載氧體20g,CO+H2s+N2作還原氣,水蒸氣+N2作為蒸汽氧化制氫反應(yīng)氣,O2+N2作為再生模擬空氣。在800-900℃下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并在900℃下通過進(jìn)行多次還原氧化循環(huán)試驗(yàn)用以研究載氧體的反應(yīng)活性與穩(wěn)定性。結(jié)果表明,還原過程中