化学链燃烧方式中氧载体的研究进展

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　　2006年7月

第29卷　第3期

煤炭转化

COALCONVERSION

Vol.29　No.3

Jul.2006

化学链燃烧方式中氧载体的研究进展

刘黎明1)　赵海波2)　郑楚光3)

*

　　摘　要　化学链燃烧是一种新型的燃烧技术,氧载体的性能对它的发展非常重要。系统总结了以不同的金属氧化物和惰性载体作为原料,通过二者不同的混合比例,不同的制备工艺制备的氧载体的性能,包括化学反应性、载氧能力、物理性能、循环寿命、反应温度范围和抗碳沉积能力等,认为氧载体NiO/NiAl2O4,Fe2O3/Al2O3和CoO-NiO/YSZ综合性能优良,可用于化学链燃烧过程.分析了目前相关研究的薄弱环节,指出了今后有待加强的研究方向.

关键词　CO2,化学链燃烧,氧载体中图分类号　TK16

载体在反应器之间循环以实现氧的转移,避免了燃料与空气的直接接触;包括两个串联的反应器:空气(氧化)反应器和燃料(还原)反应器.金属氧化物颗粒在燃料反应器中与燃料发生还原反应:

　(2a+b/2)MeO+CaHb+ Hred→

　　　aCO2+b/2H2O+(2a+b/2)Me(1)金属(或低价金属氧化物)颗粒返回空气反应器,与空气中的氧分子发生放热的氧化反应:

　　(2a+b/2)Me+(a+b/4)O2→

　　　　(2a+b/2)MeO+ Hox(2)式(1)与式(2)相加,即与传统燃烧反应式完全相同:

CaHb+(a+b/4)O2→aCO2+b/2H2O+ Hc

(3)

0　引　言

随着人们对全球变暖认识的深入以及《京都协议书》的生效,减少温室气体CO2的排放量成为人们日益关注的焦点.CO2减排可通过提高能源的转化和利用效率,提高可再生能源的使用比例(如风能、太阳能、水能等).然而,短期内化石燃料仍将是世界范围内占统治地位的能源,在此背景下,通过在燃烧过程中分离和捕集,但它们的缺陷是需要消耗大量能量,这意味着系统整体效率将大幅度下降.因而,找到一种以牺牲较小的系统效率为代价就可将CO2的烟气中分离出来的技术是极为关键的.化学链燃烧技术正是满足上述要求的一个很好选择,是实现燃料高效洁净利用的重要组成部分,具有广阔的发展前景.

1　化学链燃烧的原理与关键问题

1983年,德国科学家Richter等

[1]

首次提出化

学链燃烧(chemical-loopingcombustion,CLC)的概念,认为其具有比传统燃烧方式更高的能量利用效率,之后人们发现该燃烧方式天生具有CO2富集的特点,而对温室气体的广泛关注促使化学链燃烧技术在20世纪90年代开始飞速发展.化学链燃烧的原理见图1,一般燃用气态燃料(天然气、煤气等),对于固态燃料煤,可以利用气流床煤气化技术将其转化为煤气;不直接利用空气中的氧分子,而是使用氧载体中的氧原子来完成燃料的燃烧过程,氧　*

[2,3]

图1　化学链燃烧的原理Fig.1　Chemical-loopingcombustion

　　这种新颖的燃烧方式,相比于传统的与空气直接接触、有火焰、一步化学反应、燃烧温度高的燃烧方式,由于基于两步化学反应,实现了化学能梯级

国家自然科学基金重点项目(90410017)和国家重点基础研究专项经费项目(2006CB200304).

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