基于CaSO4载氧体加压置换燃烧分离CO2的研究

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1、第35卷第5期华电技术V01．35No．52013年5月HuadianTechnologyMav．2013基于CaSO4载氧体加压置换燃烧分离CO2的研究郑文广，梁秀进(华电电力科学研究院，浙江杭州310030)摘要：介绍了基于钙基载氧体煤加压化学链燃烧分离CO的技术，分析了加压条件下燃料反应器内温度与燃料的摩尔比对气相、固相平衡组分的影响，以及在最佳温度和摩尔比范围内压力对不同组分的影响。研究了压力对燃料和载氧体转换率的影响以及不同压力下温度对燃料和载氧体转换率及sO和H，s含量的影响。论述了压力对氧化反应器内不同组分的影响。结果表明，加压条件下及燃料

2、反应器内最佳反应温度为850～950oC，最佳的载氧体与燃料摩尔比为0．250，最佳最小压力为0．5MPa；随着压力的增加，有利于减少s02和H2S的排放，提高载氧体和燃料的转换率。在空气反应器内，压力增加利于减少SO排放及提高载氧体的循环利用率。关键词：清洁燃烧；CaSO载氧体；加压置换燃烧；CO分离中图分类号：TK16文献标志码：A文章编号：1674—1951(2013)05—0017—05CaSO与CH，CO和H的还原反应特性以及O引言CaSO在小型流化床上的循环反应特性，研究结果化学链燃烧(Chemical-loopingCombustion)是

3、一表明：该新型载氧体不仅燃料转换率高(气体产物种崭新的燃烧理念，燃料不直接与空气接触，而是通中CO体积分数达95％以上)，而且SO2和H2S在过载氧体在燃料反应器和空气反应器之间的循环交一定温度范围内的释放量也很少。文献[4—5]对替来实现燃料燃烧过程；载氧体在空气反应器中进此过程进行热力学特性分析得出如下结论：CaSO和CO，H，还原反应的亲和性与NiO非常接近，是煤行氧化反应，然后在燃料反应器中进行还原反应，气化学链燃烧反应的理想载氧体；燃料反应器内气体相反应产物主要为CO和H：O(汽)，水蒸气冷凝后产物中，H2S和SO的含量随反应温度的变化呈现就能

4、得到高纯度的CO，能高效、低能耗地实现CO非轴对称性变换趋势，H，S随反应温度呈现幂指数分离捕获。化学链燃烧过程中，载氧体既传递了氧规律衰减，SO显著递增。燃料反应器产物SO和(从空气传递到燃料中)，又将氧化反应中生成的热H2s中的硫不全是煤中的硫，其中一部分来自于载量传递到还原反应器。因此，载氧体的制备和开发氧体CaSO中的竞争反应产物；CaSO循环倍率和技术对化学链燃烧系统的性能至关重要。载氧体理论反应循环倍率之差随燃料反应器温度升基于CaSO载氧体的化学链燃烧反应，CaSO载高呈现幂指数级递增；CaSO循环倍率随水煤比呈氧体相对金属载氧体，不仅载氧

5、率高——其理论载氧线性增加，而随空气反应器温度呈幂指数递减。文率为0．4706(CaSO4／CaS)，是金属载氧体(NiO／Ni，献[6]采用TGA、固定床试验装置对添加不同惰性0．214；CuO／Cu，0．201；Fe2O3／Fe3O4，一0．033)的2倍载体及活性助剂的CaSO载氧体与气体燃料(CH多，而且价格低廉。天然石膏矿中CaSO的质量分和H：)的反应特性进行研究，发现Fe：O改性的数达95％以上，机械强度也非常高，是廉价、理想的CaSO载氧体具有较高的活性，但有钙铁复合物生载氧体。文献[1]对非金属载氧体CaSO进行了初成，阻碍了与H的反应

6、。步研究，对其热力学和动力学特性进行了分析，结果本文基于Gibbs自由能最小化原理，对CaSO表明：在适当的温度范围内，CaSO还原的直接产物载氧体化学链燃烧过程进行热力学平衡分析，研究为CaS，CaS氧化的直接产物为CaSO，而且不会有CaSO与CO和H还原反应过程中各反应的反应大量的SO生成，证明了其化学反应的可行性；同时平衡常数随温度的变化规律，研究载氧体与燃料的指出，温度和压力是影响SO和HS生成的重要因摩尔比、温度、压力等因素对CaSO还原过程中各素。文献[2—3]在固定床和小型流化床上研究了气固平衡组分的影响，研究在最佳温度和摩尔比条件下，H

7、，CO，CaSO的转换率，为后续的煤加压化收稿日期：2012—11—21；修回日期：2013—04—01学链燃烧反应试验研究提供参考依据。·l8·华电技术第35卷△98K=1047．93kJ／tool。(R8)1计算方法及模型分析计算公式定义为由于化学链燃烧在温度较高、化学反应和传质ArG=一RTInK，(1)都较快的体系下进行，其化学反应过程主要由平衡XCaSO4，(2)过程来控制，反应过程为复杂的化学反应平衡过程，达到化学反应热力学平衡时的判断标准是化学反应：，，(3)体系的Gibbs自由能达到最小值。在实际计算时，凡1利用Gibbs自由能函数最小化

8、方法可以摆脱复杂化学反应的详细机制，从热力学中平衡的基本概念出Equilibri