化學(xué)鏈過程將一個化學(xué)反應(yīng)分解為在不同空間或時間內(nèi)進(jìn)行的兩個或多個反應(yīng),利用循環(huán)介質(zhì)在其中進(jìn)行物質(zhì)和能量的傳遞,可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物的原位分離。經(jīng)過30余年的發(fā)展,化學(xué)鏈概念的應(yīng)用已遠(yuǎn)不僅限于最開始的化學(xué)鏈燃燒（CLC）過程,越來越多的研究者開始嘗試?yán)没瘜W(xué)鏈獨(dú)特的分階段反應(yīng)模式和原位產(chǎn)物分離的特點(diǎn)對傳統(tǒng)化工過程進(jìn)行改進(jìn),以期更加經(jīng)濟(jì)高效地獲取目標(biāo)產(chǎn)物。但是,就目前的發(fā)展現(xiàn)狀而言,各方性能優(yōu)良且經(jīng)濟(jì)可行的氧載體顆粒仍是限制化學(xué)鏈技術(shù)成功走向工業(yè)化的瓶頸所在。本文從化學(xué)鏈過程高性能氧載體和相關(guān)反應(yīng)動力學(xué)研究兩方面著手,主要開展了以下幾方面工作:首先,采用水泥修飾的方法,解決了銅礦石氧載體高溫易燒結(jié)的問題。通過TG實(shí)驗(yàn),綜合考慮氧載體的反應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性和抗燒結(jié)性,優(yōu)化出水泥最佳修飾比例為20 wt.%。與純銅礦石相比,水泥修飾后的銅礦石氧載體具有更高的高溫循環(huán)穩(wěn)定性。同時,由于水泥組分很好地改善了銅礦石的高溫抗燒結(jié)特性,使得其在與褐煤的化學(xué)鏈氧解耦燃燒（CLOU）過程中的反應(yīng)性能提升明顯。熱機(jī)械膨脹測試結(jié)果顯示,經(jīng)20 wt.%水泥修飾的銅礦石氧載體（Cu-C-20）的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)1141.6... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：181 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

大氣中累積的人為CO2排放總量與全球溫升（相對工業(yè)化前）的關(guān)系[1]

一種可行的CCUS系統(tǒng)[4]

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文5個采用固體燃料的CLC電站的CO2捕集成本為20$/t美元/噸CO2[12]，遠(yuǎn)低于燃燒前捕集技術(shù)的28-41美元/噸CO2，燃燒后捕集技術(shù)的36-53美元/噸CO2和富氧燃燒捕集技術(shù)的36-67美元/噸CO2[13,14]。因此，美國能源部將化學(xué)鏈燃燒技術(shù)視為當(dāng)前最具發(fā)展?jié)摿Φ母咝А⒔?jīng)濟(jì)的CO2捕集技術(shù)之一，并與第一代IGCC技術(shù)和富氧燃燒技術(shù)并列列入到2025-2030年的CCUS技術(shù)工業(yè)化示范規(guī)劃中，如圖1-3所示[15]。圖1-3美國能源部關(guān)于CCUS技術(shù)發(fā)展的路線圖[15]。1.2化學(xué)鏈技術(shù)1.2.1化學(xué)鏈燃燒概念的提出化學(xué)鏈技術(shù)的雛形最早可追溯到20世紀(jì)初期的鐵-水制氫反應(yīng)。Lane等[16]試圖找到一種高效的制氫方法，采用高溫水蒸氣作用于單質(zhì)鐵，將Fe氧化為Fe3O4并產(chǎn)生H2。這一嘗試曾一度趨于商業(yè)化應(yīng)用，但限于鐵基材料的性能較差（特別是在有硫存在的條件下），而且隨著以石油和天然氣為原料的制氫技術(shù)的發(fā)展，最終鐵-水制氫方式被淘汰。而到了20世紀(jì)50年代，美國科學(xué)家Lewis和Gilliland等[17,18]利用金屬氧化物與氣體燃料在雙流化床上的反應(yīng)為飲料行業(yè)生產(chǎn)高純度CO2，但由于當(dāng)時缺乏合適的反應(yīng)器和循環(huán)金屬氧化物，最終也沒能成功進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)營。以上可以作為CLC技術(shù)雛形的關(guān)鍵在于它們的技術(shù)工藝中都存在氧化還原反應(yīng)的循環(huán)過程，通過這種循環(huán)過程實(shí)現(xiàn)了外界物質(zhì)向期望產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化。受限于當(dāng)時所處的歷史背景以及對環(huán)境問題的認(rèn)識不夠，沒有提出具有現(xiàn)代意義的化學(xué)鏈燃燒概念。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]煤化學(xué)鏈燃燒雙循環(huán)流化床連續(xù)實(shí)驗(yàn)研究[J]. 馬琎晨,趙海波,魏義杰,田鑫,張永亮,鄭楚光.  中國電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2016(19)
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[5]化學(xué)鏈重整直接制氫技術(shù)進(jìn)展[J]. 曾亮,鞏金龍.  化工學(xué)報(bào). 2015(08)
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[7]Cu/Co/Mn基氧載體釋氧動力學(xué)及機(jī)理研究[J]. 梅道鋒,趙海波,馬兆軍,楊偉進(jìn),方彥飛,鄭楚光.  燃料化學(xué)學(xué)報(bào). 2013(02)
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[10]燃煤電站鍋爐富氧燃燒技術(shù)研究進(jìn)展綜述[J]. 曹陽,林鵬云,羅永浩,陳楠,肖琨,陳飛,鄭路.  鍋爐技術(shù). 2012(01)

碩士論文
[1]化學(xué)鏈燃燒數(shù)值模擬與模型改進(jìn)[D]. 蘇明澤.華中科技大學(xué) 2016
[2]化學(xué)鏈氧解耦燃燒中錳基載氧體特性實(shí)驗(yàn)研究[D]. 王強(qiáng).重慶大學(xué) 2014
[3]化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算流體力學(xué)模擬[D]. 張少華.華中科技大學(xué) 2011



本文編號：2972316