化學(xué)鏈燃燒課件

目錄Contents基于氧載體的化學(xué)鏈燃燒技術(shù)載氧體研究意義及特點(diǎn)研究現(xiàn)狀化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)目錄Contents基于氧載體的化學(xué)鏈燃燒技術(shù)載氧體研究意義1化學(xué)鏈燃燒課件2基于氧載體的化學(xué)鏈燃燒技術(shù)循環(huán)氧載體無火焰燃燒根除燃料型NOx生成控制熱力型NOx產(chǎn)生CO2富集燃料側(cè)：空氣側(cè)：圖1化學(xué)鏈燃燒原理示意圖基于氧載體的化學(xué)鏈燃燒技術(shù)循環(huán)氧載體無火焰燃燒根除燃料型NO3生成物只有H2O和CO2，避免被N2稀釋，容易獲得高濃度CO2，減少Nox產(chǎn)生。CO2富集實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用，提高能源利用率。高效率可以通過低能耗的冷凝水蒸氣的方法直接對CO2進(jìn)行高濃度富集，不需要常規(guī)的分離裝置和額外的能量，實(shí)現(xiàn)燃料燃燒和CO2分離一體化，提高了系統(tǒng)效率。低耗能研究意義及特點(diǎn)生成物只有H2O和CO2，避免被N2稀釋，容易獲得高濃度C4在已進(jìn)行的研究中化學(xué)鏈燃燒的研究主要集中在氣體燃料方面，近年來固體燃料化學(xué)鏈燃燒及非金屬載氧體成為熱點(diǎn)，其中固體燃料化學(xué)鏈燃燒也是未來化學(xué)鏈燃燒發(fā)展的大趨勢。研究現(xiàn)狀在已進(jìn)行的研究中化學(xué)鏈燃燒的研究主要集中研究現(xiàn)狀5載氧體的選擇與性能研究化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化反應(yīng)系統(tǒng)分析以及與其它技術(shù)的耦合123研究現(xiàn)狀載氧體的選擇與性能研究化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化反應(yīng)系統(tǒng)分6即進(jìn)行還原反應(yīng)氧化反應(yīng)中的反應(yīng)能力化學(xué)反應(yīng)能力經(jīng)濟(jì)性環(huán)境友好性儲(chǔ)量豐富使用成本低對環(huán)境無污染或污染小機(jī)械強(qiáng)度持續(xù)循環(huán)能力載氧能力其他指標(biāo)抗破碎，抗磨損的能力在循環(huán)應(yīng)力作用下能夠保持較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度在反應(yīng)過程中與氧有較強(qiáng)的結(jié)合能力即載氧體的使用壽命評(píng)價(jià)載氧體的重要指標(biāo)能承受的最高反應(yīng)溫度、抗燒結(jié)和抗團(tuán)聚能力、顆粒尺度分布、內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)等載氧體評(píng)價(jià)指標(biāo)載氧體即進(jìn)行還原反應(yīng)化學(xué)經(jīng)濟(jì)性儲(chǔ)量豐富機(jī)械強(qiáng)度持續(xù)循環(huán)能力載氧7Fe、Ni、Cu、Mn、Cd、Co等的氧化物或雙氧載體。在高溫下表現(xiàn)出來的持續(xù)循環(huán)能力較差；為提高其反應(yīng)特性，提高壽命，抗燒結(jié)及增加表面積，常附著于惰性載體上。金屬載氧體惰性附著基非金屬載氧體CaSO4、SrSO4、BaSO4等硫酸鹽非金屬載氧體。非金屬氧化物作為氧載體在載氧能力、環(huán)保和價(jià)格方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，如何提高其化學(xué)反應(yīng)性等指標(biāo)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。作為惰性載體，提高比表面積和機(jī)械強(qiáng)度以增強(qiáng)循環(huán)性能；作為熱載體，傳遞和存儲(chǔ)能量。載氧體Fe、Ni、Cu、Mn、Cd、Co等的氧化物或雙氧載體。金屬8瑞典Lyngfelt等在10kw化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)上以天然氣/空氣為反應(yīng)氣，連續(xù)運(yùn)行100h研究了載氧體NiO/Al2O3反應(yīng)特性和抗破壞能力美國Cao在TGA上以煤和生物質(zhì)為燃料理論分析和實(shí)驗(yàn)證明了CuO作為固體燃料載氧體的可行性中國鄭瑛等在TGA上以CH4為燃料驗(yàn)證了CaSO4作為載氧體時(shí)SO2排放的存在(瑞典)Leion在流化床上以石油焦炭為燃料研究了溫度，水蒸氣，SO2濃度對載氧體Fe2O3/MgAl2O4反應(yīng)速率的影響西班牙Diego在10kW化學(xué)鏈燃燒裝置上以CH4/空氣為燃料研究了Cuo/Al2O3作為氧載體時(shí)燃料轉(zhuǎn)化率、運(yùn)行過程中載氧體性能變?nèi)鸬銳ohansson在流化床上以CH4+H2O/O2+N2為燃料對比NiO/NiAl2O4,NiO/MgAl2O2種載氧體，選擇更適合的載氧體,對比連續(xù)與間歇性試驗(yàn)2種不同的試驗(yàn)方法中國高正平等，利用流化床以神華煙煤為燃料，并以水蒸氣作為氣化-流化介質(zhì)，研究了溫度、反應(yīng)時(shí)間、循環(huán)數(shù)對Fe2O3/Fe3O4載氧體反應(yīng)性的影響中國楊一超等在固定流化床上以煤為燃料研究了加壓條件下，F(xiàn)e2O3/Fe3O4的反應(yīng)特性載氧體瑞典Lyngfelt等在10kw化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)上以天然9(1)為使化學(xué)鏈燃燒技術(shù)能夠更好地與其它發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行耦合，應(yīng)將提高載氧體的操作溫度作為研究的重點(diǎn)。選取環(huán)境性良好、無毒、廉價(jià)的載氧體以及對現(xiàn)有的載氧體制備方法的改進(jìn)和創(chuàng)新，也成為今后化學(xué)鏈燃燒技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)與難點(diǎn)。(3)尋求反應(yīng)性能優(yōu)良、價(jià)格低廉并且無二次污染的非金屬載氧體。沈來宏等研究發(fā)現(xiàn)CaSO4作為煤化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)的理想載氧體是可行的。如何提高其反應(yīng)活性、循環(huán)特性是今后研究的重點(diǎn)。(2)研究中所用燃料由單一成分氣體向合成氣發(fā)展、由氣體燃料向固體燃料發(fā)展。目前研究較多的為氣體燃料（如天然氣），從我國的能源結(jié)構(gòu)來看，煤炭占主導(dǎo)地位，應(yīng)大力發(fā)展煤的化學(xué)鏈燃燒技術(shù)，找到適合固體燃料煤的高性能載氧體。載氧體(1)為使化學(xué)鏈燃燒技術(shù)能夠更好地與其它發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行耦合，化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況11煙道氣H2O不凝氣CO2燃料進(jìn)料空氣2131-空氣反應(yīng)器；2-旋風(fēng)分離器；3-燃料反應(yīng)器圖2Lyngfelt設(shè)計(jì)的CLC串行流化床系統(tǒng)圖化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器煙道氣H2O不凝氣CO2燃料進(jìn)料空氣2131-空氣反應(yīng)器；212化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況13化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況14化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器1-空氣反應(yīng)器；2-上升管；3-旋流分離器；4-燃料反應(yīng)器圖310kW的化學(xué)連燃燒裝置(a)無氣體泄漏現(xiàn)象載氧體活性基本不變載氧體磨損率也很低化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器1-空氣反應(yīng)器；2-上升管；3-旋流分離器；化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況16化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器1-空氣反應(yīng)器；2-上升管；3-旋流分離器；4-燃料反應(yīng)器圖450kW的化學(xué)連燃燒裝置化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器1-空氣反應(yīng)器；2-上升管；3-旋流分離器；化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況18化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況19化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況20化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器1-空氣反應(yīng)器；2-上升管；3-旋流分離器；4-燃料反應(yīng)器圖510kW的化學(xué)連燃燒裝置(b)化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器1-空氣反應(yīng)器；2-上升管；3-旋流分離器；化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況22化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況24化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器1-空氣反應(yīng)器；2-上升管；3-旋流分離器；4-燃料反應(yīng)器圖610kW的化學(xué)連燃燒裝置（固體燃料）化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器1-空氣反應(yīng)器；2-上升管；3-旋流分離器；(1)CLC技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)的可行性，反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)、長期連續(xù)運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)是仍需要研究的問題。(3)尋求反應(yīng)性能優(yōu)良、價(jià)格低廉并且無二次污染的非金屬載氧體。CaSO4作為煤化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)的理想載氧體是可行的。如何提高其反應(yīng)活性、循環(huán)特性是今后研究的重點(diǎn)，與固體燃料化學(xué)鏈燃燒相結(jié)合也是值得開展的研究方向。(2)CLC反應(yīng)器的設(shè)計(jì)多以天然氣為燃料，以合成氣、煤等為燃料的反應(yīng)器系統(tǒng)更需研究與建立?；瘜W(xué)鏈燃燒反應(yīng)器(1)CLC技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)的可行性，反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)、長期化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析Richter對CLC系統(tǒng)采用能量分析和分析的方法得出：化學(xué)鏈燃燒過程與傳統(tǒng)燃燒過程相比，效率提高；金紅光針對CH4的傳統(tǒng)直接燃燒與CLC方式，對燃料的化學(xué)能梯級(jí)利用機(jī)理進(jìn)行探討，結(jié)果表明：與傳統(tǒng)的直接燃燒相比，化學(xué)鏈燃燒大大降低了燃燒過程的損失，同時(shí)CO2的分離過程基本不需額外能耗，所以能達(dá)到較高的系統(tǒng)效率。建模與分析化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析Richter對CLC系統(tǒng)采用能量分析和化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析GT:燃?xì)廨啓C(jī)；SOFC:固體氧化物燃料電池；CLSA:化學(xué)鏈燃燒與空氣濕化燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)；NGCC:天然氣聯(lián)合循環(huán)表2CLC技術(shù)與一些發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合的研究情況化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析GT:燃?xì)廨啓C(jī)；SOFC:固體氧化物燃化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析與其他技術(shù)的耦合GE公司的研究處于世界領(lǐng)先地位，分析了CCL的潛在應(yīng)用，將其與傳統(tǒng)的天然氣、柴油、煤或生物質(zhì)水蒸氣重整制氫結(jié)合起來，有效的解決了重整過程熱量來源問題，其研究已達(dá)中試階段。李振山等通過對CCL以及碳基燃料近零排放制氫研究的大量文獻(xiàn)調(diào)研，提出了吸收增強(qiáng)式化學(xué)鏈重整制氫或合成氣過程

?；瘜W(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析與其他技術(shù)的耦合GE公司的研究處于世界領(lǐng)先化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析圖8化學(xué)鏈燃燒的吸收增強(qiáng)式碳基燃料制氫O2電燃料電池H2OH2HO2CO2CaCO3CO2CaONiO熱量熱量燃料重整反應(yīng)器再生反應(yīng)器燃料水蒸氣空氣NiCaCO3NiOCaOH2CO2N2圖7基于化學(xué)鏈燃燒的吸收增強(qiáng)式天然氣制氫化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析圖8化學(xué)鏈燃燒的吸收增強(qiáng)式碳基燃料制氫化學(xué)鏈氧解耦燃燒實(shí)現(xiàn)方法H2O和CO2氣化O2/O2+H2O氣化載氧體在燃料反應(yīng)器中釋放氣相氧與固體燃料燃燒優(yōu)點(diǎn)：無需氣化，系統(tǒng)所需載氧體量少，減小了反應(yīng)器尺寸和系統(tǒng)成本氣化反應(yīng)：C+H2O→CO+H2(1)CO+H2O→CO2+H2(2)CO2+C→2CO(3)CO和H2與載氧體發(fā)生的主要反應(yīng)：MexOy+H2→MexOy-1+H2O(4)MexOy+CO→MexOy-1+CO2(5)空氣反應(yīng)器中，載氧體獲得氣相氧：O2+MexOy-2→MexOy(6)燃料反應(yīng)器中，載氧體釋放氧：MexOy→O2+MexOy-2

(7)燃料反應(yīng)器中，燃料與氣相氧反應(yīng)：CnH2m+（n+m/2）O2→nCO2+mH2O(8)氣化使其生成氣體燃料（主要是CO和H2）缺點(diǎn)：汽化反應(yīng)速率慢，使系統(tǒng)反應(yīng)過程受到限制生成中間氣體CO和H2，與載氧體發(fā)生反應(yīng)缺點(diǎn)：氣化過程難度很大，且氣化反應(yīng)器的布置使系統(tǒng)成本增加固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)化學(xué)鏈氧解耦燃燒實(shí)現(xiàn)方法H2O和CO2氣化O2/O2+H2O32

H2CO2CaCO3CaON2H2OCaSCaSO4熱鋁礬土冷鋁礬土空氣灰分和硫酸鈣煤CaCO3=CaO+CO2CaOtoCaCO3化學(xué)鏈CaStoCaSO4化學(xué)鏈CaO+CO2=CaCO3CO+H2O=CO2+H24C+CaSO4=4CO+CaS2O2+CaS=CaSO4圖11基于煤氣化的化學(xué)鏈燃燒動(dòng)力系統(tǒng)示意圖固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)H2CO2CaCO3CaON2H2OCaSCaSO4熱鋁礬33燃料CaSO4CO2新鮮的CaSO4CO/CO2CaS灰N2O2氣化反應(yīng)器900℃C+CO2=2CO燃料反應(yīng)器9000C4CO+CaSO4=4CO2+CaS空氣反應(yīng)器1000℃CaS+2O2=CaSO4空氣熱量圖12固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)示意圖固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)燃料CaSO4CO2新鮮的CaSO4CO/CO2CaS灰N234固體燃料的轉(zhuǎn)化率燃料反應(yīng)器內(nèi)氣體轉(zhuǎn)化率CO2收集率載氧體特性及防止顆粒結(jié)焦固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)固體燃料的轉(zhuǎn)化率燃料反應(yīng)器內(nèi)氣體轉(zhuǎn)化率CO2收集率載氧體特35固體燃料的轉(zhuǎn)化率燃料反應(yīng)器內(nèi)氣體轉(zhuǎn)化率CO2收集率載氧體特性及防止顆粒結(jié)焦固體燃料的轉(zhuǎn)化率燃料反應(yīng)器內(nèi)氣體轉(zhuǎn)化率CO2收集率載氧體特性及防止顆粒結(jié)焦固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)固體燃料的轉(zhuǎn)化率燃料反應(yīng)器內(nèi)氣體轉(zhuǎn)化率CO2收集率載氧體特36燃料反應(yīng)器內(nèi)氣體轉(zhuǎn)化率CO2收集率載氧體特性及防止顆粒結(jié)焦固體燃料的轉(zhuǎn)化率燃料反應(yīng)器內(nèi)氣體轉(zhuǎn)化率CO2收集率載氧體特性及防止顆粒結(jié)焦氣化反應(yīng)：C+H2O→CO+H2CO+H2O→CO2+H2CO2+C→2COCO和H2與載氧體反應(yīng)：MexOy+H2→MexOy-1+H2OMexOy+CO→MexOy-1+CO2固體燃料的氣化速率低于載氧體和氣化中間產(chǎn)物之間的反應(yīng)速率，限制了系統(tǒng)的整體效率。西安交通大學(xué)的王國賢等提出提高反應(yīng)溫度和采用增壓反應(yīng)器系統(tǒng)是解決氣化效率低下可行的方法。固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)燃料反應(yīng)器內(nèi)氣體轉(zhuǎn)化率CO2收集率載氧體特性及防止顆粒結(jié)焦37燃料反應(yīng)器內(nèi)氣體轉(zhuǎn)化率CO2收集率載氧體特性及防止顆粒結(jié)焦固體燃料的轉(zhuǎn)化率燃料反應(yīng)器內(nèi)氣體轉(zhuǎn)化率CaoY,PanWP等指出固體燃料與載氧體直接反應(yīng)速率和固體燃料的氣化速率慢，制約燃料反應(yīng)器內(nèi)的氣體轉(zhuǎn)化率。固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)燃料反應(yīng)器內(nèi)氣體轉(zhuǎn)化率CO2收集率載氧體特性及防止顆粒結(jié)焦38燃料反應(yīng)器內(nèi)氣體轉(zhuǎn)化率CO2

收集率載氧體特性及防止顆粒結(jié)焦固體燃料的轉(zhuǎn)化率CO2收集率隨著載氧體的失活，CH4，CO，H2等氣體產(chǎn)物的增加，導(dǎo)致CO2濃度降低，致使CO2的收集率降低。03006009001200Xm圖9Fe基分析純樣品曲線氧化0.00.20.40.60.81.0反應(yīng)時(shí)間/s一次循環(huán)三次循環(huán)五次循環(huán)八次循環(huán)十次循環(huán)05101520CO2concentration/%圖10氣體產(chǎn)物干基濃度隨循環(huán)數(shù)變化506070809010005101520253035CH4O2concentration/%CycleNumberCO2H2CH4CO固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)燃料反應(yīng)器內(nèi)氣體轉(zhuǎn)化率CO2收集率載氧體特性及防止顆粒結(jié)焦39燃料反應(yīng)器內(nèi)氣體轉(zhuǎn)化率CO2收集率載氧體特性及防止顆粒結(jié)焦固體燃料的轉(zhuǎn)化率載氧體特性及防止顆粒結(jié)焦實(shí)現(xiàn)固體燃料的化學(xué)鏈燃燒技術(shù)，需要尋找到更耐高溫高壓、高反應(yīng)活性、抗磨損能力強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度好，并且價(jià)格低廉、環(huán)境友好的可長期運(yùn)行的高性能載氧體。非金屬載氧體因其環(huán)保、價(jià)廉而受到廣泛關(guān)注，應(yīng)用于固體燃料CLC具有很大的吸引力。固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)燃料反應(yīng)器內(nèi)氣體轉(zhuǎn)化率CO2收集率載氧體特性及防止顆粒結(jié)焦40固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)固體燃料化學(xué)鏈燃燒是今后研究的重要趨勢，固體燃料先氣化再氧化（同一反應(yīng)器進(jìn)行）證明是可行且有優(yōu)勢的方案，其反應(yīng)機(jī)理的研究需要進(jìn)行，在大規(guī)模的長期連續(xù)試驗(yàn)運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)高的燃料轉(zhuǎn)化率及高的CO2收集率將是試驗(yàn)研究的重點(diǎn)。非金屬載氧體應(yīng)用于固體燃料化學(xué)鏈燃燒具有很大吸引力，值得展開大量研究。固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)固體燃料化學(xué)鏈燃燒是今后研究的重要趨勢41THEENDReplayCloseTHEENDReplayClose目錄Contents基于氧載體的化學(xué)鏈燃燒技術(shù)載氧體研究意義及特點(diǎn)研究現(xiàn)狀化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)目錄Contents基于氧載體的化學(xué)鏈燃燒技術(shù)載氧體研究意義43化學(xué)鏈燃燒課件44基于氧載體的化學(xué)鏈燃燒技術(shù)循環(huán)氧載體無火焰燃燒根除燃料型NOx生成控制熱力型NOx產(chǎn)生CO2富集燃料側(cè)：空氣側(cè)：圖1化學(xué)鏈燃燒原理示意圖基于氧載體的化學(xué)鏈燃燒技術(shù)循環(huán)氧載體無火焰燃燒根除燃料型NO45生成物只有H2O和CO2，避免被N2稀釋，容易獲得高濃度CO2，減少Nox產(chǎn)生。CO2富集實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用，提高能源利用率。高效率可以通過低能耗的冷凝水蒸氣的方法直接對CO2進(jìn)行高濃度富集，不需要常規(guī)的分離裝置和額外的能量，實(shí)現(xiàn)燃料燃燒和CO2分離一體化，提高了系統(tǒng)效率。低耗能研究意義及特點(diǎn)生成物只有H2O和CO2，避免被N2稀釋，容易獲得高濃度C46在已進(jìn)行的研究中化學(xué)鏈燃燒的研究主要集中在氣體燃料方面，近年來固體燃料化學(xué)鏈燃燒及非金屬載氧體成為熱點(diǎn)，其中固體燃料化學(xué)鏈燃燒也是未來化學(xué)鏈燃燒發(fā)展的大趨勢。研究現(xiàn)狀在已進(jìn)行的研究中化學(xué)鏈燃燒的研究主要集中研究現(xiàn)狀47載氧體的選擇與性能研究化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化反應(yīng)系統(tǒng)分析以及與其它技術(shù)的耦合123研究現(xiàn)狀載氧體的選擇與性能研究化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化反應(yīng)系統(tǒng)分48即進(jìn)行還原反應(yīng)氧化反應(yīng)中的反應(yīng)能力化學(xué)反應(yīng)能力經(jīng)濟(jì)性環(huán)境友好性儲(chǔ)量豐富使用成本低對環(huán)境無污染或污染小機(jī)械強(qiáng)度持續(xù)循環(huán)能力載氧能力其他指標(biāo)抗破碎，抗磨損的能力在循環(huán)應(yīng)力作用下能夠保持較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度在反應(yīng)過程中與氧有較強(qiáng)的結(jié)合能力即載氧體的使用壽命評(píng)價(jià)載氧體的重要指標(biāo)能承受的最高反應(yīng)溫度、抗燒結(jié)和抗團(tuán)聚能力、顆粒尺度分布、內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)等載氧體評(píng)價(jià)指標(biāo)載氧體即進(jìn)行還原反應(yīng)化學(xué)經(jīng)濟(jì)性儲(chǔ)量豐富機(jī)械強(qiáng)度持續(xù)循環(huán)能力載氧49Fe、Ni、Cu、Mn、Cd、Co等的氧化物或雙氧載體。在高溫下表現(xiàn)出來的持續(xù)循環(huán)能力較差；為提高其反應(yīng)特性，提高壽命，抗燒結(jié)及增加表面積，常附著于惰性載體上。金屬載氧體惰性附著基非金屬載氧體CaSO4、SrSO4、BaSO4等硫酸鹽非金屬載氧體。非金屬氧化物作為氧載體在載氧能力、環(huán)保和價(jià)格方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，如何提高其化學(xué)反應(yīng)性等指標(biāo)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。作為惰性載體，提高比表面積和機(jī)械強(qiáng)度以增強(qiáng)循環(huán)性能；作為熱載體，傳遞和存儲(chǔ)能量。載氧體Fe、Ni、Cu、Mn、Cd、Co等的氧化物或雙氧載體。金屬50瑞典Lyngfelt等在10kw化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)上以天然氣/空氣為反應(yīng)氣，連續(xù)運(yùn)行100h研究了載氧體NiO/Al2O3反應(yīng)特性和抗破壞能力美國Cao在TGA上以煤和生物質(zhì)為燃料理論分析和實(shí)驗(yàn)證明了CuO作為固體燃料載氧體的可行性中國鄭瑛等在TGA上以CH4為燃料驗(yàn)證了CaSO4作為載氧體時(shí)SO2排放的存在(瑞典)Leion在流化床上以石油焦炭為燃料研究了溫度，水蒸氣，SO2濃度對載氧體Fe2O3/MgAl2O4反應(yīng)速率的影響西班牙Diego在10kW化學(xué)鏈燃燒裝置上以CH4/空氣為燃料研究了Cuo/Al2O3作為氧載體時(shí)燃料轉(zhuǎn)化率、運(yùn)行過程中載氧體性能變?nèi)鸬銳ohansson在流化床上以CH4+H2O/O2+N2為燃料對比NiO/NiAl2O4,NiO/MgAl2O2種載氧體，選擇更適合的載氧體,對比連續(xù)與間歇性試驗(yàn)2種不同的試驗(yàn)方法中國高正平等，利用流化床以神華煙煤為燃料，并以水蒸氣作為氣化-流化介質(zhì)，研究了溫度、反應(yīng)時(shí)間、循環(huán)數(shù)對Fe2O3/Fe3O4載氧體反應(yīng)性的影響中國楊一超等在固定流化床上以煤為燃料研究了加壓條件下，F(xiàn)e2O3/Fe3O4的反應(yīng)特性載氧體瑞典Lyngfelt等在10kw化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)上以天然51(1)為使化學(xué)鏈燃燒技術(shù)能夠更好地與其它發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行耦合，應(yīng)將提高載氧體的操作溫度作為研究的重點(diǎn)。選取環(huán)境性良好、無毒、廉價(jià)的載氧體以及對現(xiàn)有的載氧體制備方法的改進(jìn)和創(chuàng)新，也成為今后化學(xué)鏈燃燒技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)與難點(diǎn)。(3)尋求反應(yīng)性能優(yōu)良、價(jià)格低廉并且無二次污染的非金屬載氧體。沈來宏等研究發(fā)現(xiàn)CaSO4作為煤化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)的理想載氧體是可行的。如何提高其反應(yīng)活性、循環(huán)特性是今后研究的重點(diǎn)。(2)研究中所用燃料由單一成分氣體向合成氣發(fā)展、由氣體燃料向固體燃料發(fā)展。目前研究較多的為氣體燃料（如天然氣），從我國的能源結(jié)構(gòu)來看，煤炭占主導(dǎo)地位，應(yīng)大力發(fā)展煤的化學(xué)鏈燃燒技術(shù)，找到適合固體燃料煤的高性能載氧體。載氧體(1)為使化學(xué)鏈燃燒技術(shù)能夠更好地與其它發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行耦合，化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況53煙道氣H2O不凝氣CO2燃料進(jìn)料空氣2131-空氣反應(yīng)器；2-旋風(fēng)分離器；3-燃料反應(yīng)器圖2Lyngfelt設(shè)計(jì)的CLC串行流化床系統(tǒng)圖化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器煙道氣H2O不凝氣CO2燃料進(jìn)料空氣2131-空氣反應(yīng)器；254化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況55化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況56化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器1-空氣反應(yīng)器；2-上升管；3-旋流分離器；4-燃料反應(yīng)器圖310kW的化學(xué)連燃燒裝置(a)無氣體泄漏現(xiàn)象載氧體活性基本不變載氧體磨損率也很低化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器1-空氣反應(yīng)器；2-上升管；3-旋流分離器；化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況58化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器1-空氣反應(yīng)器；2-上升管；3-旋流分離器；4-燃料反應(yīng)器圖450kW的化學(xué)連燃燒裝置化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器1-空氣反應(yīng)器；2-上升管；3-旋流分離器；化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況60化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況61化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況62化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器1-空氣反應(yīng)器；2-上升管；3-旋流分離器；4-燃料反應(yīng)器圖510kW的化學(xué)連燃燒裝置(b)化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器1-空氣反應(yīng)器；2-上升管；3-旋流分離器；化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況64化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器表1化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的研究情況66化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器1-空氣反應(yīng)器；2-上升管；3-旋流分離器；4-燃料反應(yīng)器圖610kW的化學(xué)連燃燒裝置（固體燃料）化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器1-空氣反應(yīng)器；2-上升管；3-旋流分離器；(1)CLC技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)的可行性，反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)、長期連續(xù)運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)是仍需要研究的問題。(3)尋求反應(yīng)性能優(yōu)良、價(jià)格低廉并且無二次污染的非金屬載氧體。CaSO4作為煤化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)的理想載氧體是可行的。如何提高其反應(yīng)活性、循環(huán)特性是今后研究的重點(diǎn)，與固體燃料化學(xué)鏈燃燒相結(jié)合也是值得開展的研究方向。(2)CLC反應(yīng)器的設(shè)計(jì)多以天然氣為燃料，以合成氣、煤等為燃料的反應(yīng)器系統(tǒng)更需研究與建立?；瘜W(xué)鏈燃燒反應(yīng)器(1)CLC技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)的可行性，反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)、長期化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析Richter對CLC系統(tǒng)采用能量分析和分析的方法得出：化學(xué)鏈燃燒過程與傳統(tǒng)燃燒過程相比，效率提高；金紅光針對CH4的傳統(tǒng)直接燃燒與CLC方式，對燃料的化學(xué)能梯級(jí)利用機(jī)理進(jìn)行探討，結(jié)果表明：與傳統(tǒng)的直接燃燒相比，化學(xué)鏈燃燒大大降低了燃燒過程的損失，同時(shí)CO2的分離過程基本不需額外能耗，所以能達(dá)到較高的系統(tǒng)效率。建模與分析化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析Richter對CLC系統(tǒng)采用能量分析和化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析GT:燃?xì)廨啓C(jī)；SOFC:固體氧化物燃料電池；CLSA:化學(xué)鏈燃燒與空氣濕化燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)；NGCC:天然氣聯(lián)合循環(huán)表2CLC技術(shù)與一些發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合的研究情況化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析GT:燃?xì)廨啓C(jī)；SOFC:固體氧化物燃化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析與其他技術(shù)的耦合GE公司的研究處于世界領(lǐng)先地位，分析了CCL的潛在應(yīng)用，將其與傳統(tǒng)的天然氣、柴油、煤或生物質(zhì)水蒸氣重整制氫結(jié)合起來，有效的解決了重整過程熱量來源問題，其研究已達(dá)中試階段。李振山等通過對CCL以及碳基燃料近零排放制氫研究的大量文獻(xiàn)調(diào)研，提出了吸收增強(qiáng)式化學(xué)鏈重整制氫或合成氣過程

?；瘜W(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析與其他技術(shù)的耦合GE公司的研究處于世界領(lǐng)先化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析圖8化學(xué)鏈燃燒的吸收增強(qiáng)式碳基燃料制氫O2電燃料電池H2OH2HO2CO2CaCO3CO2CaONiO熱量熱量燃料重整反應(yīng)器再生反應(yīng)器燃料水蒸氣空氣NiCaCO3NiOCaOH2CO2N2圖7基于化學(xué)鏈燃燒的吸收增強(qiáng)式天然氣制氫化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)分析圖8化學(xué)鏈燃燒的吸收增強(qiáng)式碳基燃料制氫化學(xué)鏈氧解耦燃燒實(shí)現(xiàn)方法H2O和CO2氣化O2/O2+H2O氣化載氧體在燃料反應(yīng)器中釋放氣相氧與固體燃料燃燒優(yōu)點(diǎn)：無需氣化，系統(tǒng)所需載氧體量少，減小了反應(yīng)器尺寸和系統(tǒng)成本氣化反應(yīng)：C+H2O→CO+H2(1)CO+H2O→CO2+H2(2)CO2+C→2CO(3)CO和H2與載氧體發(fā)生的主要反應(yīng)：MexOy+H2→MexOy-1+H2O(4)MexOy+CO→MexOy-1+CO2(5)空氣反應(yīng)器中，載氧體獲得氣相氧：O2+MexOy-2→MexOy(6)燃料反應(yīng)器中，載氧體釋放氧：MexOy→O2+MexOy-2

(7)燃料反應(yīng)器中，燃料與氣相氧反應(yīng)：CnH2m+（n+m/2）O2→nCO2+mH2O(8)氣化使其生成氣體燃料（主要是CO和H2）缺點(diǎn)：汽化反應(yīng)速率慢，使系統(tǒng)反應(yīng)過程受到限制生成中間氣體CO和H2，與載氧體發(fā)生反應(yīng)缺點(diǎn)：氣化過程難度很大，且氣化反應(yīng)器的布置使系統(tǒng)成本增加固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)化學(xué)鏈氧解耦燃燒實(shí)現(xiàn)方法H2O和CO2氣化O2/O2+H2O74

H2CO2CaCO3CaON2H2OCaSCaSO4熱鋁礬土冷鋁礬土空氣灰分和硫酸鈣煤CaCO3=CaO+CO2CaOtoCaCO3化學(xué)鏈CaStoCaSO4化學(xué)鏈CaO+CO2=CaCO3CO+H2O=CO2+H24C+CaSO4=4CO+CaS2O2+CaS=CaSO4圖11基于煤氣化的化學(xué)鏈燃燒動(dòng)力系統(tǒng)示意圖固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)H2CO2CaCO3CaON2H2OCaSCaSO4熱鋁礬75燃料CaSO4CO2新鮮的CaSO4CO/CO2CaS灰N2O2氣化反應(yīng)器900℃C+CO2=2CO燃料反應(yīng)器9000C4CO+CaSO4=4CO2+CaS空氣反應(yīng)器1000℃CaS+2O2=CaSO4空氣熱量圖12固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)示意圖固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)燃料CaSO4CO2新鮮的CaSO4CO/CO2CaS灰N276固體燃料的轉(zhuǎn)化率燃料反應(yīng)器內(nèi)氣體轉(zhuǎn)化率CO2收集率載氧體特性及防止顆粒結(jié)焦固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)固體燃料的轉(zhuǎn)化率燃料反應(yīng)器內(nèi)氣體轉(zhuǎn)化率CO2收集率載氧體特77固體燃料的轉(zhuǎn)化率燃料反應(yīng)器內(nèi)氣體轉(zhuǎn)化率CO2收集率載氧體特性及防止顆粒結(jié)焦