固体燃料化学链燃烧技术的研究进展.pdf

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1、第33卷第4期煤炭转化VoI_33No．42010年1O月C0ALC0NVERS10N0ct．2O1O固体燃料化学链燃烧技术的研究进展黄振¨何方李海滨。赵增立。摘要介绍了化学链燃烧技术(chemical—loopingcombustion，CLC)的基本概念及其特点；分析了固体燃料CLC的反应机理；总结了固体燃料CLC中氧载体的研究进展；探讨了几种不同的固体燃料CLC的反应器装置，指出串行流化床反应器是将来着重研究的装置；介绍了化学链制氢技术(chemicalloopinghydrogen，CLH)、化学链重整技术(chemical—l

2、oopingreforming，CLR)和非耦合氧化学链燃烧技术(chemical—loopingwithoxygenuncoupling，CLOU)三种CLC技术的拓展，指出了固体燃料CLC中存在的问题及进一步研究的方向．关键词固体燃料化学链燃烧，氧载体，反应器，化学链重整，化学链制氢中图分类号O643．2术原理见图1．该燃烧技术把燃烧过程分成两步进0引言N2，O2CO2，H2O随着全球人口和经济规模的不断增长，能源使用带来的环境问题不断地为人们所认识，不止是烟雾、光化学烟雾和酸雨等危害，大气中二氧化碳(CO。)浓度升高带来的全球气候

3、变化也已成为不争的事实．据世界气象组织报道，2005年地球大气中的图1化学链燃烧技术原理温室气体二氧化碳的含量创下新高，达到379．1×Fig．1Schematicofchemical—loopingcombustion1O一，比2004年的377．1×10增加了0．53．因行，在燃烧室，燃料与氧载体反应生成二氧化碳和水此，研究CO：减排技术迫在眉睫．碳捕集与封存技蒸气，反应如式(1)所示：术(CO2captureandstorage，CCS)被认为是降低大(2n+)MeO+CH2一气中CO浓度的有效途径之一，但目前采用的燃烧(2+)M

4、eOl+H2O+nCO2(1)前CO回收、纯氧燃烧、燃烧后分离CO。三种技术在氧化剂生成室，被还原的氧载体被空气重新均导致系统效率显著降低和发电成本增加．Bolland氧化，恢复晶格氧，反应如式(2)所示：等[1]的研究表明，如果在现有的燃煤电厂增加CCSMe0v．1+1／202一Me0(2)工艺流程，将使整个系统的发电效率降低8～氧载体起到把氧从空气中传递到燃料中的作13．因此，如果能在燃烧过程中就能够产生高浓度用．整个燃烧过程放出的热量与传统燃烧过程放出的CO：或便于CO。分离的气相混合物，同时消除其的热量是一样的，但通过分步进行，

5、避免了燃烧产物他污染物的生成，将会大大降低捕集、储存CO2所需CO被空气稀释，得到的高浓度C0。气体可以收集要消耗的能量和成本．化学链燃烧是具有上述特性的封存，减少了温室气体的排放．[3]化学链燃烧方式把一种新型的燃烧方式，因而受到越来越多的关注．直接燃烧分解为两步反应的间接燃烧，实现了化学能的梯级利用]，所以具有更高的能量转化效率．如1CLC概念及其特点果燃料完全燃烧，燃料反应器中的产物气体只有化学链燃烧技术是20世纪8O年代由德国科学CO。和水蒸气，气体通过冷凝、去除，便可得到高浓家Richter等L2提出来的一种新型燃烧概念，其技

6、度的CO，不需消耗能量即可实现CO的分离，节*国家自然科学基金资助项目(50776091)、中国科学院广州能源研究所所长创新基金重点培育项目(o807z2)和中国科学院广州能源研究所所长基金资助项目(o807rf)．1)硕士生，中国科学院研究生院，100039北京；中国科学院广州能源研究所，中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室，510640广州；2)博士、副研究员；3)博士、研究员，中国科学院广州能源研究所，中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室，510640广州收稿日期：2010—04—21；修回日期：2010—06—0

7、9煤炭转化省了成本．同时，燃料和空气经过两个不同的反应在．其性能主要包括以下五点：1)要具有较高的器，N不参与燃烧反应，避免了燃料型的N的产氧化还原反应速率与气体选择性；2)较好的氧传递生．与常规燃烧相比，两个反应器的运行温度较低，能力；3)良好的机械性能，能抗烧结、团聚、磨损、破有效地控制了热力型和快速型NO的产生．碎；4)无毒性，在制备与应用的过程中对环境尽量不会造成二次污染；5)原材料价廉易得，具有较低2固体燃料的CLC技术的生产成本．目前，对化学链燃烧的研究绝大部分集中在气根据氧载体的活性组分，把氧载体分为两类：金体燃料的化学链

8、燃烧过程．显然，气体燃料(如天然属氧化物基氧载体及硫酸盐氧载体，金属氧化物氧气、合成气、H和煤气化产物等)与固体氧载体之间载体又包括单一金属氧化物氧载体、复合金属氧化的高反应性更利于CLC系统的实现及能量转