铁基载氧体的沼气化学链燃烧反应动力学研究

化学链技术能够实现碳基燃料燃烧所释放的CO2 的全捕获,可为我国早日实现"双碳"目标提供一种全新的视角.首先理论推导得到铁基载氧体CH4 还原反应的改进动力学模型;对Fe2O3 与CH4 之间的反应系统进行了热力学计算,为后续反应操作温度的选择提供理论指导;在固定床反应器中通过改变混合气流速,研究外扩散对反应过程的影响,当气体流速达到 180 mL.min-1 以后,表观反应速率不再增加,表明外扩散影响消除;在消除外扩散及灰尘扩散影响的前提下进行表面反应动力学测定,回归获得反应活化能E=147.574 kJ.mol-1 和指前因子k0=6.399 5×107 s-1,并建立了表面反应动力学方程式;在温度为 680℃时,延长反应时间至 1 h,反应不再进行,据此确定对应于该温度下的反应的固体产物,该固体产物以Fe2O3.n FeO形式虚拟表示,进而获得虚拟反应计量系数;通过对反应时间与载氧体Fe2O3转化率之间关系的研究,对反应模型进行了筛选,获得最优反应动力学模型,其中包含 3 个模型参数:虚拟组成比n=8,灰层扩散系数De=1.0841×10-9 m2.s-1,表面反应速率常数(680℃)ks=5.576×103 m.s-1,由于温度对De的影响一般不大,该优化反应动力学模型适应于变温条件.