本文關(guān)鍵詞：化學鏈燃燒方式中氧載體的研究進展，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

　　2006年7月

第29卷　第3期

煤炭轉(zhuǎn)化

COALCONVERSION

Vol.29　No.3

Jul.2006

化學鏈燃燒方式中氧載體的研究進展

劉黎明1)　趙海波2)　鄭楚光3)

*

　　摘　要　化學鏈燃燒是一種新型的燃燒技術(shù),氧載體的性能對它的發(fā)展非常重要。系統(tǒng)總結(jié)了以不同的金屬氧化物和惰性載體作為原料,通過二者不同的混合比例,不同的制備工藝制備的氧載體的性能,包括化學反應(yīng)性、載氧能力、物理性能、循環(huán)壽命、反應(yīng)溫度范圍和抗碳沉積能力等,認為氧載體NiO/NiAl2O4,Fe2O3/Al2O3和CoO-NiO/YSZ綜合性能優(yōu)良,可用于化學鏈燃燒過程.分析了目前相關(guān)研究的薄弱環(huán)節(jié),指出了今后有待加強的研究方向.

關(guān)鍵詞　CO2,化學鏈燃燒,氧載體中圖分類號　TK16

載體在反應(yīng)器之間循環(huán)以實現(xiàn)氧的轉(zhuǎn)移,避免了燃料與空氣的直接接觸;包括兩個串聯(lián)的反應(yīng)器:空氣(氧化)反應(yīng)器和燃料(還原)反應(yīng)器.金屬氧化物顆粒在燃料反應(yīng)器中與燃料發(fā)生還原反應(yīng):

　(2a+b/2)MeO+CaHb+ Hred→

　　　aCO2+b/2H2O+(2a+b/2)Me(1)金屬(或低價金屬氧化物)顆粒返回空氣反應(yīng)器,與空氣中的氧分子發(fā)生放熱的氧化反應(yīng):

　　(2a+b/2)Me+(a+b/4)O2→

　　　　(2a+b/2)MeO+ Hox(2)式(1)與式(2)相加,即與傳統(tǒng)燃燒反應(yīng)式完全相同:

CaHb+(a+b/4)O2→aCO2+b/2H2O+ Hc

(3)

0　引　言

隨著人們對全球變暖認識的深入以及《京都協(xié)議書》的生效,減少溫室氣體CO2的排放量成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點.CO2減排可通過提高能源的轉(zhuǎn)化和利用效率,提高可再生能源的使用比例(如風能、太陽能、水能等).然而,短期內(nèi)化石燃料仍將是世界范圍內(nèi)占統(tǒng)治地位的能源,在此背景下,通過在燃燒過程中分離和捕集,但它們的缺陷是需要消耗大量能量,這意味著系統(tǒng)整體效率將大幅度下降.因而,找到一種以犧牲較小的系統(tǒng)效率為代價就可將CO2的煙氣中分離出來的技術(shù)是極為關(guān)鍵的.化學鏈燃燒技術(shù)正是滿足上述要求的一個很好選擇,是實現(xiàn)燃料高效潔凈利用的重要組成部分,具有廣闊的發(fā)展前景.

1　化學鏈燃燒的原理與關(guān)鍵問題

1983年,德國科學家Richter等

[1]

首次提出化

學鏈燃燒(chemical-loopingcombustion,CLC)的概念,認為其具有比傳統(tǒng)燃燒方式更高的能量利用效率,之后人們發(fā)現(xiàn)該燃燒方式天生具有CO2富集的特點,而對溫室氣體的廣泛關(guān)注促使化學鏈燃燒技術(shù)在20世紀90年代開始飛速發(fā)展.化學鏈燃燒的原理見圖1,一般燃用氣態(tài)燃料(天然氣、煤氣等),對于固態(tài)燃料煤,可以利用氣流床煤氣化技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為煤氣;不直接利用空氣中的氧分子,而是使用氧載體中的氧原子來完成燃料的燃燒過程,氧　*

[2,3]

圖1　化學鏈燃燒的原理Fig.1　Chemical-loopingcombustion

　　這種新穎的燃燒方式,相比于傳統(tǒng)的與空氣直接接觸、有火焰、一步化學反應(yīng)、燃燒溫度高的燃燒方式,由于基于兩步化學反應(yīng),實現(xiàn)了化學能梯級

國家自然科學基金重點項目(90410017)和國家重點基礎(chǔ)研究專項經(jīng)費項目(2006CB200304).

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