基于NiO/Ca2Al2SiO7的沼气自热化学链重整制氢热分析动力学模拟

摘要

以水泥的主要成分Ca2Al2SiO7为惰性载体,采用热分析动力学研究了NiO/Ca2Al2SiO7氧载体作用下沼气的化学链重整(chemicalloopingreforming,CLR)制氢性能。通过自编的MATLAB?代码计算得到430种工况下CLR模拟结果,充分考虑NiO负载率yNiO、氧载体循环流率Fs、氧载体转化率变化ΔXs、水蒸气浓度xH2O及空气反应器温度TAR的影响。调节氧载体循环流率,可实现对(xNiO+Ca2Al2SiO7)/biogas质量比的控制,进而调整系统总焓变化ΔH,实现自热化学链重整(CLRa),即ΔH=0。在CLRa状态下,TAR和ΔXs的升高均导致H2产率降低,而Fs增加则有助于提高H2产率。模拟结果表明,当NiO含量低于10%(质量)、TAR接近1150K、ΔXs小于0.25、Fs大于2kg?s-1、xH2O小于54.5%(体积)时,H2产率可达最优值1.57(m3H2)?(m3biogas)-1。对系统的热量平衡分析显示,CLRa能够在自热状态下运行,且反应器出口处气流携带热量能够满足进口处气流的预热需求。