化学链燃烧

化学链燃烧ChemicalLoopingCombustion目录Contents基于氧载体的化学链燃烧技术载氧体研究意义及特点研究现状化学链燃烧反应器化学链燃烧系统分析固体燃料化学链燃烧技术基于氧载体的化学链燃烧技术循环氧载体无火焰燃烧根除燃料型NOx生成控制热力型NOx产生CO2富集燃料侧：空气侧：2122(2+)MeO+CH(2)MeO+HO+COxynmxynmnmmn-122MeO+O2MeOxyxy图1化学链燃烧原理示意图生成物只有H2O和CO2，避免被N2稀释，容易获得高浓度CO2，减少Nox产生。CO2富集实现能量的梯级利用，提高能源利用率。高效率可以通过低能耗的冷凝水蒸气的方法直接对CO2进行高浓度富集，不需要常规的分离装置和额外的能量，实现燃料燃烧和CO2分离一体化，提高了系统效率。低耗能研究意义及特点在已进行的研究中化学链燃烧的研究主要集中在气体燃料方面，近年来固体燃料化学链燃烧及非金属载氧体成为热点，其中固体燃料化学链燃烧也是未来化学链燃烧发展的大趋势。研究现状载氧体的选择与性能研究化学链燃烧反应器的设计与优化反应系统分析以及与其它技术的耦合123研究现状即进行还原反应氧化反应中的反应能力化学反应能力经济性环境友好性储量丰富使用成本低对环境无污染或污染小机械强度持续循环能力载氧能力其他指标抗破碎，抗磨损的能力在循环应力作用下能够保持较强的机械强度在反应过程中与氧有较强的结合能力即载氧体的使用寿命评价载氧体的重要指标能承受的最高反应温度、抗烧结和抗团聚能力、颗粒尺度分布、内部孔隙结构等载氧体评价指标载氧体Fe、Ni、Cu、Mn、Cd、Co等的氧化物或双氧载体。在高温下表现出来的持续循环能力较差；为提高其反应特性，提高寿命，抗烧结及增加表面积，常附着于惰性载体上。金属载氧体惰性附着基非金属载氧体CaSO4、SrSO4、BaSO4等硫酸盐非金属载氧体。非金属氧化物作为氧载体在载氧能力、环保和价格方面具有独特的优势，如何提高其化学反应性等指标是值得努力的方向之一。Al2O3、SiO2、NiAl2O4、MgAl2O4、TiO2、ZrO2、MgO、Y2O3+ZrO2(YSZ)、海泡石(sepiolite)等。作为惰性载体，提高比表面积和机械强度以增强循环性能；作为热载体，传递和存储能量。载氧体•瑞典Lyngfelt等在10kw化学链燃烧系统上以天然气/空气为反应气，连续运行100h研究了载氧体NiO/Al2O3反应特性和抗破坏能力•美国Cao在TGA上以煤和生物质为燃料理论分析和实验证明了CuO作为固体燃料载氧体的可行性•中国郑瑛等在TGA上以CH4为燃料验证了CaSO4作为载氧体时SO2排放的存在•(瑞典)Leion在流化床上以石油焦炭为燃料研究了温度，水蒸气，SO2浓度对载氧体Fe2O3/MgAl2O4反应速率的影响•西班牙Diego在10kW化学链燃烧装置上以CH4/空气为燃料研究了Cuo/Al2O3作为氧载体时燃料转化率、运行过程中载氧体性能变•瑞典Johansson在流化床上以CH4+H2O/O2+N2为燃料对比NiO/NiAl2O4,NiO/MgAl2O2种载氧体，选择更适合的载氧体,对比连续与间歇性试验2种不同的试验方法•中国高正平等，利用流化床以神华烟煤为燃料，并以水蒸气作为气化-流化介质，研究了温度、反应时间、循环数对Fe2O3/Fe3O4载氧体反应性的影响•中国杨一超等在固定流化床上以煤为燃料研究了加压条件下，Fe2O3/Fe3O4的反应特性载氧体(1)为使化学链燃烧技术能够更好地与其它发电系统进行耦合，应将提高载氧体的操作温度作为研究的重点。选取环境性良好、无毒、廉价的载氧体以及对现有的载氧体制备方法的改进和创新，也成为今后化学链燃烧技术发展的重点与难点。(3)寻求反应性能优良、价格低廉并且无二次污染的非金属载氧体。沈来宏等研究发现CaSO4作为煤化学链燃烧反应的理想载氧体是可行的。如何提高其反应活性、循环特性是今后研究的重点。(2)研究中所用燃料由单一成分气体向合成气发展、由气体燃料向固体燃料发展。目前研究较多的为气体燃料（如天然气），从我国的能源结构来看，煤炭占主导地位，应大力发展煤的化学链燃烧技术，找到适合固体燃料煤的高性能载氧体。载氧体化学链燃烧反应器研究者（年份）研究内容(瑞典)Lyngfelt(2001)首次设计了基于串行流化床反应器CLC系统(瑞典)Johansson,Lyngfelt(2003)串行流化床的冷态试验，气体泄漏问题严重，可通过向反应器间密封回路喷入水蒸气予以解决(瑞典)Lyngfelt,Thunman(2004)搭建10kW化学链燃烧反应系统(a)，NiO/Al2O3为载氧体，热态试验连续运行100h，燃料天然气的转化率达99.5%(韩国)Ryu(2004)建造了50kW的化学链燃烧反应系统，连续运行3.5h(奥地利)Kronberger,(瑞典)Johansson(2004)建立双室流化床系统，冷态试验，对颗粒循环量、气体泄漏等问题进行研究，优化试验系统，为建立热态试验系统做准备(瑞典)Abad,Johansson(2005)设计并建立热功率为300W化学链燃烧系统，以合成气、天然气为燃料，对基于镍基、锰基的载氧体进行连续运行试验(西班牙)Diego,García-Labiano(2006)设计并建立10kW的化学链燃烧系统(b)，基于CuO/Al2O3载氧体进行试验连续运行100h(荷兰)Noorman等(2007)基于固定床思想的化学链燃烧反应器系统的探索与研究(瑞典)Berguerand等(2008)改进的10kW化学链燃烧反应系统（固体燃料）中以煤、以石油焦炭为燃料，实现连续运行22h、11h表1化学链燃烧反应器的研究情况烟道气H2O不凝气CO2燃料进料空气2131-空气反应器；2-旋风分离器；3-燃料反应器图2Lyngfelt设计的CLC串行流化床系统图化学链燃烧反应器化学链燃烧反应器研究者（年份）研究内容(瑞典)Lyngfelt(2001)首次设计了基于串行流化床反应器CLC系统(瑞典)Johansson,Lyngfelt(2003)串行流化床的冷态试验，气体泄漏问题严重，可通过向反应器间密封回路喷入水蒸气予以解决(瑞典)Lyngfelt,Thunman(2004)搭建10kW化学链燃烧反应系统(a)，NiO/Al2O3为载氧体，热态试验连续运行100h，燃料天然气的转化率达99.5%(韩国)Ryu(2004)建造了50kW的化学链燃烧反应系统，连续运行3.5h(奥地利)Kronberger,(瑞典)Johansson(2004)建立双室流化床系统，冷态试验，对颗粒循环量、气体泄漏等问题进行研究，优化试验系统，为建立热态试验系统做准备(瑞典)Abad,Johansson(2005)设计并建立热功率为300W化学链燃烧系统，以合成气、天然气为燃料，对基于镍基、锰基的载氧体进行连续运行试验(西班牙)Diego,García-Labiano(2006)设计并建立10kW的化学链燃烧系统(b)，基于CuO/Al2O3载氧体进行试验连续运行100h(荷兰)Noorman等(2007)基于固定床思想的化学链燃烧反应器系统的探索与研究(瑞典)Berguerand等(2008)改进的10kW化学链燃烧反应系统（固体燃料）中以煤、以石油焦炭为燃料，实现连续运行22h、11h表1化学链燃烧反应器的研究情况化学链燃烧反应器研究者（年份）研究内容(瑞典)Lyngfelt(2001)首次设计了基于串行流化床反应器CLC系统(瑞典)Johansson,Lyngfelt(2003)串行流化床的冷态试验，气体泄漏问题严重，可通过向反应器间密封回路喷入水蒸气予以解决(瑞典)Lyngfelt,Thunman(2004)搭建10kW化学链燃烧反应系统(a)，NiO/Al2O3为载氧体，热态试验连续运行100h，燃料天然气的转化率达99.5%(韩国)Ryu(2004)建造了50kW的化学链燃烧反应系统，连续运行3.5h(奥地利)Kronberger,(瑞典)Johansson(2004)建立双室流化床系统，冷态试验，对颗粒循环量、气体泄漏等问题进行研究，优化试验系统，为建立热态试验系统做准备(瑞典)Abad,Johansson(2005)设计并建立热功率为300W化学链燃烧系统，以合成气、天然气为燃料，对基于镍基、锰基的载氧体进行连续运行试验(西班牙)Diego,García-Labiano(2006)设计并建立10kW的化学链燃烧系统(b)，基于CuO/Al2O3载氧体进行试验连续运行100h(荷兰)Noorman等(2007)基于固定床思想的化学链燃烧反应器系统的探索与研究(瑞典)Berguerand等(2008)改进的10kW化学链燃烧反应系统（固体燃料）中以煤、以石油焦炭为燃料，实现连续运行22h、11h表1化学链燃烧反应器的研究情况化学链燃烧反应器1-空气反应器；2-上升管；3-旋流分离器；4-燃料反应器图310kW的化学连燃烧装置(a)无气体泄漏现象载氧体活性基本不变载氧体磨损率也很低化学链燃烧反应器研究者（年份）研究内容(瑞典)Lyngfelt(2001)首次设计了基于串行流化床反应器CLC系统(瑞典)Johansson,Lyngfelt(2003)串行流化床的冷态试验，气体泄漏问题严重，可通过向反应器间密封回路喷入水蒸气予以解决(瑞典)Lyngfelt,Thunman(2004)搭建10kW化学链燃烧反应系统(a)，NiO/Al2O3为载氧体，热态试验连续运行100h，燃料天然气的转化率达99.5%(韩国)Ryu(2004)建造了50kW的化学链燃烧反应系统，连续运行3.5h(奥地利)Kronberger,(瑞典)Johansson(2004)建立双室流化床系统，冷态试验，对颗粒循环量、气体泄漏等问题进行研究，优化试验系统，为建立热态试验系统做准备(瑞典)Abad,Johansson(2005)设计并建立热功率为300W化学链燃烧系统，以合成气、天然气为燃料，对基于镍基、锰基的载氧体进行连续运行试验(西班牙)Diego,García-Labiano(2006)设计并建立10kW的化学链燃烧系统(b)，基于CuO/Al2O3载氧体进行试验连续运行100h(荷兰)Noorman等(2007)基于固定床思想的化学链燃烧反应器系统的探索与研究(瑞典)Berguerand等(2008)改进的10kW化学链燃烧反应系统（固体燃料）中以煤、以石油焦炭为燃料，实现连续运行22h、11h表1化学链燃烧反应器的研究情况化学链燃烧反应器1-空气反应器；2-上升管；3-旋流分离器；4-燃料反应器图450kW的化学连燃烧装置化学链燃烧反应器研究者（年份）研究内容(瑞典)Lyngfelt(2001)首次设计了基于串行流化床反应器CLC系统(瑞典)Johansson,Lyngfelt(2003)串行流化床的冷态试验，气体泄漏问题严重，可通过向反应器间密封回路喷入水蒸气予以解决(瑞典)Lyngfelt,Thunman(2004)搭建10kW化学链燃烧反应系统(a)，NiO/Al2O3为载氧体，热态试验连续运行100h，燃料天然气的转化率达99.5%(韩国)Ryu(2004)建造了50kW的化学链燃烧反应系统，连续运行3.5h(奥地利)Kronberger,(瑞典)Johansson(2004)建立双室流化床系统，冷态试验，对颗粒循环量、气体泄漏等问题进行研究，优化试验系统，为建立热态试验系统做准备(瑞典)Abad,Johansson(2005)设计并建立热功率为300W化学链燃烧系统，以合成气、天然气为燃料，对基于镍基、锰基的载氧体进行连续运行试验(西班牙)Diego,García-Labiano(2006)设计并建立10kW的化学链燃烧系统(b)，基于CuO/Al2O3载氧体进行试验连续运行100h(荷兰)Noorman等(2007)基于固定床思想的化学链燃烧反应器系统的探索与研