二氧化碳捕集與封存(CCS)技術能有效減少全球二氧化碳排放量。作為CCS技術之一,富氧燃燒極具工業(yè)應用前景。然而,其空分制氧單元具有高能耗和高成本的不足,嚴重阻礙了富氧燃燒技術的進一步商業(yè)化推廣。作為一種新型制氧方法,化學鏈空分(CLAS)技術能為富氧燃燒電廠提供經(jīng)濟高效的氧氣。為理解CLAS過程特性,本文以基于流化床的CLAS為研究對象,建立復雜串行流化床反應器模型,辨識運行參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響,優(yōu)化系統(tǒng)熱力學性能,提出新型雙快速流化床CLAS系統(tǒng),從而為新型化學鏈制氧技術的發(fā)展提供理論依據(jù)與參考。在模型建立過程中,氧化反應器和還原反應器分別建立為快速流化床模型和鼓泡流化床模型,考慮流化床水力學特性和氧載體氧化還原反應動力學,充分體現(xiàn)了 CLAS過程的獨特特征。過程模擬結果與實驗結果之間具有良好的一致性,驗證了所構建的過程模型的合理性。通過運行參數(shù)單變量分析發(fā)現(xiàn),較高的還原溫度和較高的流化氣體流量能提高氧載體轉化率與減少還原反應器的能量供應。基于最小單位能耗的多變量優(yōu)化結果表明,較初始工況系統(tǒng)而言,可實現(xiàn)38.1%的節(jié)能,優(yōu)化后的氧化反應器溫度、還原反應器溫度,空氣流量和流化氣體流量分別為830℃、950℃、1133.7 L/h和58.4 L/h。為進一步提升CLAS系統(tǒng)性能,基于化學鏈流化床反應器設計方法,設計出產氧量為1 t/h的新型雙快速流化床CLAS系統(tǒng)。根據(jù)設計參數(shù),構建CLAS雙快速流化床反應器的過程模型2.0,充分考慮雙快速流化床特性,考慮冷熱物流換熱網(wǎng)絡,以提升熱量有效利用。結果顯示,氧載體還原反應的轉化率高達67.3%,還原反應器的出口氧濃度接近該溫度下氧平衡濃度,而氧載體的氧化轉化率為87.3%,氧化反應器的出口氧濃度為13.5%,系統(tǒng)單位能耗為18.54 kWh/m3。與快速-鼓泡串行流化床CLAS系統(tǒng)相比,氧載體還原轉化率和系統(tǒng)能量性能均有顯著提升,表明新型雙快速流化床反應器形式更適用于CLAS過程。
【學位單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ116.14
【部分圖文】：

理與ＣＬＣ相似。ＣＬＣ是清潔高效的新型燃燒方式，由德國科學家Ｒｉｃｈｔｅｒ于１９８３年??提出［１１］，此后人們發(fā)現(xiàn)這種無火焰燃燒的方式具有Ｃ０２內富集的特征，證實是燃??料燃燒之后Ｃ０２捕獲最為有效的方法之一?ｔＩＣＬＣ系統(tǒng)（如圖１．１所示）主要包括燃料??反應器與空氣反應器，氧載體在燃料反應器中與燃料進行反應，主要生成物為Ｃ０２??和水蒸氣與低價態(tài)的氧載體，而低價態(tài)的氧載體又在空氣反應器中和空氣中的氧??氣發(fā)生氧化反應，攜帶燃料完全燃燒所需的氧，生成高價態(tài)的氧載體，氧化還原??反應方程見式（１．１）和式（１．２）所示。對于傳統(tǒng)固體燃料的ＣＬＣ來說，該法有一些不??足之處，尤其是固體與固體之間反應速率極低而影響系統(tǒng)的效率。為使固體燃料??氧載體進行有效燃燒，Ｍａｔｔｉｓｓｏｎ等人［１２］提出化學鏈氧解耦燃燒（Ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｌｏｏｐｉｎｇ??ｏｘｙｇｅｎ?ｃｏｕｐｌｉｎｇ，ＣＬＯＵ）。ＣＬＯＵ過程有三個步驟如下：固體燃料在燃料反應器中??氣化、氧載體釋氧與氣體燃料反應、氧載體在空氣反應器中氧化再生（吸氧）。受??到化學鏈技術發(fā)展的鼓舞以及受克服傳統(tǒng)空分制氧缺點的動力驅使

理與ＣＬＣ相似。ＣＬＣ是清潔高效的新型燃燒方式，由德國科學家Ｒｉｃｈｔｅｒ于１９８３年??提出［１１］，此后人們發(fā)現(xiàn)這種無火焰燃燒的方式具有Ｃ０２內富集的特征，證實是燃??料燃燒之后Ｃ０２捕獲最為有效的方法之一?ｔＩＣＬＣ系統(tǒng)（如圖１．１所示）主要包括燃料??反應器與空氣反應器，氧載體在燃料反應器中與燃料進行反應，主要生成物為Ｃ０２??和水蒸氣與低價態(tài)的氧載體，而低價態(tài)的氧載體又在空氣反應器中和空氣中的氧??氣發(fā)生氧化反應，攜帶燃料完全燃燒所需的氧，生成高價態(tài)的氧載體，氧化還原??反應方程見式（１．１）和式（１．２）所示。對于傳統(tǒng)固體燃料的ＣＬＣ來說，該法有一些不??足之處，尤其是固體與固體之間反應速率極低而影響系統(tǒng)的效率。為使固體燃料??氧載體進行有效燃燒，Ｍａｔｔｉｓｓｏｎ等人［１２］提出化學鏈氧解耦燃燒（Ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｌｏｏｐｉｎｇ??ｏｘｙｇｅｎ?ｃｏｕｐｌｉｎｇ，ＣＬＯＵ）。ＣＬＯＵ過程有三個步驟如下：固體燃料在燃料反應器中??氣化、氧載體釋氧與氣體燃料反應、氧載體在空氣反應器中氧化再生（吸氧）。受??到化學鏈技術發(fā)展的鼓舞以及受克服傳統(tǒng)空分制氧缺點的動力驅使

?工程碩士學位論文??熱量可以由還原反應器中的熱物流和氧化反應器出口的熱空氣流抵消一部分，如??圖１．３所示；這些熱量可以通過不同冷熱物流之間在一系列的熱交換器中進行換熱??得到，另外ＣＬ?ＡＳ系統(tǒng)額外所需的熱量通過電力提供。Ｍｏ?ｇｈｔａｄｅｒｉ［?１?Ｇ］建立了如圖１．３??所示的初始ＣＬＡＳ流程，經(jīng)過簡單的質量與能量平衡計算發(fā)現(xiàn)ＣＬＡＳ系統(tǒng)所需的熱??量明顯比深冷空分系統(tǒng)要少，ＣＬＡＳ過程的平均能耗約為０．０８ｋＷｈ／ｍ３，僅僅為先??進深冷空分系統(tǒng)能耗的２６％，盡管先進的冷凍分離系統(tǒng)能將功耗降至０．３?ｋＷｈ／ｍ３，??可其功耗仍舊將近ＣＬＡＳ過程的４倍之高�；诖耍梢哉fＣＬＡＳ過程有潛力且能??創(chuàng)造性地去變革和改進空分制氧系統(tǒng)的性能。??Ｈｏｔ?Ｒｅｄｕｃｅｄ?Ｏｊ?／?Ｆｌｕｅ－ｇａｓ?Ｍｉｘｔｕｒｅ??Ａｉｒ?ｆ???Ｍｅｘ〇ｖ?????ｗ?Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ?Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ??Ｒｅａｃｔｏｒ?Ｒｅａｃｔｏｒ??Ｉ?Ｍｅｘ〇ｖ＾?■??４?ｉ?Ｈｏｔ?Ｒｅｃｙｃｌｅｄ“????Ｐｒｅｈｅａｔｅｄ?Ｆｌｕｅ－ｇａｓ??Ａｉｒ????＜￣（Ｌ?ｐ：￣￣＞??ＴＴ??Ｒｅｄｕｃｅｄ?Ｆｒｅ＾ｈ?Ｒｅｃｙｃｌｅｄ??Ａｉｒ?Ａｉｒ?Ｆｌｕｅ－ｇａｓ??圖１．３化學鏈空分技術的流程??１．３化學鏈空分技術研究進展??１．３．１適宜的氧載體??不論是先前提到的ＣＬＣ和ＣＬＯＵ技術，還是ＣＬＡＳ過程的成功實現(xiàn)，都與適合??的金屬氧載體密不可分。在化學鏈系統(tǒng)中，載氧體的選擇至關重要，因載氧體在??高溫下的反應器中循環(huán)使用
【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 趙亞仙;向文國;陳時熠;;化學鏈高溫空分制氧性能評價[J];東南大學學報(自然科學版);2013年04期

本文編號：2889059