摘要
煤热解耦合化学链气化系统，是结合煤固体热载体热解技术而提出的一种联产焦油和合成气的固体燃料化学链气化耦合工艺。该系统通过煤热解技术先行回收煤中高附加值的焦油产品，残余半焦作为化学链气化系统的原料制取合成气，在提高了煤炭经济性的同时实现了煤炭的梯级利用。而具有高释氧活性和稳定性的载氧体是控制系统效率的关键因素之一。对此，本文以廉价易得的铁基载氧体为基础，研究了掺杂不同含量NiO活性助剂以及不同种类惰性载体在半焦气化过程中对载氧体释氧活性和稳定性的影响，筛选出适用于半焦化学链气化单元的载氧体。并探究了半焦化学链气化反应前后不同价态的载氧体对热解单元油气的影响。具体研究工作如下： （1）通过固定床实验，考察不同的NiO添加量对铁基载氧体气化反应性能的影响。气体产物分析表明：在化学链气化反应中铁基载氧体的NiO添加量以20wt%为宜，此时获得最大碳转化率和较高的合成气选择性分别为87.17%和69.37%。但是FeNi载氧体在多次循环反应以及氧化性气氛下出现相分离现象以及团聚烧结问题导致气化性能显著下降。 （2）通过固定床实验，研究CeO2、ZrO2和CeZrO4三种惰性载体对FeNi（NiO添加量为20wt%）载氧体反应性能的影响。结果表明：惰性载体的加入有助于增强载氧体的循环稳定性。其中以CeZrO4为惰性载体的FeNi载氧体稳定性最佳，在多次循环后仍保持较高的碳转化率（86.53%）与合成气选择性（69.78%）。且载氧体在多次循环以及氧化性气氛下存在的相分离以及团聚烧结问题得到有效缓解。 （3）通过固定床实验，模拟了不同价态载氧体存在下对煤热解油气产率及成分的影响。实验结果表明：在热解时加入不同价态FeNi载氧体均会使得焦油产率下降，水产率增加。通过GC-MS分析表明：加入不同价态FeNi载氧体均会使焦油中酚类占比减少，萘类占比增加。其中还原态的Fe-Ni载氧体还会使脂肪族类化合物占比增多。此外，CeZrO4的加入会促进FeNi载氧体对焦油的改质作用，同时改善载氧体的积碳问题。
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