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化学链燃烧之载氧体

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化学链燃烧技术中载氧体的最新研究进展

化学链燃烧技术中载氧体的最新研究进展

化学链燃烧技术中载氧体的最新研究进展刘杨先,张 军,盛昌栋,张永春,袁士杰(东南大学能源与环境学院,江苏南京210096)摘要:介绍了化学链燃烧(CLC)技术的基本概念,指出了其具有在燃烧过程中捕获高浓度CO 2,同时消除大气污染物(NO x )等优点。

载氧体的性能对其应用非常关键。

总结了该领域最近几年新开发的单金属氧化物、复合金属氧化物以及非金属氧化物载氧体的最新研究进展。

对具有广泛应用前景的固体燃料化学链燃烧技术及其合适的载氧体做了综述。

最后,对化学链燃烧技术中与载氧体相关的重点问题做了展望。

关键词:化学链燃烧;二氧化碳捕获;载氧体;复合金属氧化物;非金属氧化物;固体燃料中图分类号:TK16文献标识码:A文章编号:0253-4320(2008)09-0027-06Advances in oxygen carriers in chemical looping combustion technologyLIU Yang xian ,Z HANG Jun,SHE NG Chang dong,Z HANG Yong chun,YU AN Shi jie(School of Energy &Environ ment,Southeast Universi ty,Nanjing 210096,China)Abstract :The basic concept of chemical looping combustion (CLC)is introduced,and its advantages which can lead both to capture of high concentraed carbon diox ide and simul taneous removal of atmospheric contaminants (NO x )are pointed ou t.The performance of oxygen carriers is the key to i ts application.The new research advances in oxygen carriers in several recent years,including single metal oxides,multiplex metal oxides,non metal oxides are given.A review of p romising solid fuels chemical looping combustion technology and appropriate oxygen carr iers is done.At last,some i mportant aspects related to oxygen carriers in the chemical looping combustion technology are pu t forward.Key w ords :chemical looping combustion (C LC);CO 2capture;oxygen carriers;multiplex metal oxides;nonmetal ox ides;solid fuels收稿日期:2008-05-29基金项目:国家自然基金国际合作项目(50721140649);华中科技大学煤燃烧国家重点实验室开放基金项目(200502)作者简介:刘杨先(1984-),男,硕士生;张军(1963-),男,教授,博士生导师,研究方向为电厂污染控制,li uyangxi an1984@ 。

2 化学链燃烧之载氧体

2 化学链燃烧之载氧体
热处理 干燥
溶胶
湿凝胶
湿凝胶
湿凝胶
陈 化 、 成 型
载氧体制备方法
载氧体 制备方 法 优点 缺点
机械混 合法
浸渍法 冷冻成 粒法
过程条件易控制， 目标产物产率高； 便于大规模生产
制备简单 组份混合程度好； 载氧体球形度好
组分混合均匀性差；产 品粒度分布不均； 易团聚，成本高
活性组分含量低； 活性组分分布不均匀 过程工艺复杂，成本高 醇盐价格昂贵；溶胶凝 胶制备过程时间长；凝 胶干燥中易出现气孔
1 mol CO2 2 mol H2O 1 mol CH4 还原反应器 530℃ 9.52 mol Air
4 mol NiO
氧化反应器 1200℃
G （a）CH4直接燃烧过程
4 mol Ni （b）化学链燃烧过程
化学链燃烧中载氧体把热量从空气反应器传递 到燃料反应器，与吸热反应有机结合的能量释放 方式，减小了燃料化学能转化为物理能过程的可 用能损失，实现了能量品位的梯级利用，提高能 量利用效率。
气稀释，因此CO2浓度很高 分离时只需要将H2O冷凝去除， 即可分离回收CO2， 不需要额外的CO2分离装置，降 低系统能耗及成本，提高系统效 率
化学链燃烧的优势
优势2—能量梯级循环利用
1 mol CH4 9.52 mol Air 1200℃ 燃烧室 1 mol CO2 2 mol H2O 7.52 mol N2 1200℃
载氧体的分类
分类 Cu基 CuO Cu2O Cu2O Cu Ni基 Mn基 Mn2O3 Mn3O4 MnO Fe基 Fe2O3 Fe3O4 FeO FeO Fe3O4 Fe Co基 Co3O4 CoO CoO Co Ca基
氧化态
NiO

化学链燃烧中三种载氧体与CO反应的密度泛函研究

化学链燃烧中三种载氧体与CO反应的密度泛函研究

化学链燃烧中三种载氧体与CO反应的密度泛函研究化学链式燃烧技术(CLC)是一种新颖的燃烧技术。

该技术不仅能提高发电厂的热效率,而且在CO2捕捉分离方面有着固有的低能耗优势,对CO2气体的减排具有重要意义,因而逐渐成为能源清洁利用领域的研究重点。

化学链式燃烧反应是通过载氧体来完成氧的传递,因此载氧体本身的物理化学特性以及载氧体如何与燃料进行氧传递规律的揭示显得尤为重要。

本文采用量子化学密度泛函的理论方法研究了化学链式燃烧技术中燃料反应器中载氧体与燃料气体的微观反应机理。

以CO作为燃料,选取氧化铁、氧化铜和氧化锰三种常见载氧体作为研究对象。

研究表明,当CO分子分别靠近三种载氧体表面时,与表面金属原子发生的相互作用最强,原因是CO中C原子的2p轨道与过渡金属原子的3d轨道发生了杂化作用。

对于CO分子在无氧条件下和载氧体发生相互作用生成C02的反应机理则可以归纳为：首先,CO分子与载氧体表面的晶格氧发生相互作用,通过生成新的C-O 键,形成二齿型碳酸盐物种,该二齿型碳酸盐物种是CO2的前驱物种,因此该物种的形成是氧化反应得以发生的关键,然后此物种越过一定的反应能垒从载氧体表面解离出去,最终生成C02,完成氧从载氧体向燃料的传递。

论文研究结果对于载氧体氧化燃料气体过程的认识具有重要的科学意义,并对载氧体的选择优化具有理论指导意义。

化学循环燃烧工艺中载氧体的研究进展

化学循环燃烧工艺中载氧体的研究进展

方法制备的各种载氧 体的性 能进 行 了对比分 析，指 出纯 Ｆ２ ３ ｅＯ／ Ｏ 、ＮＯ ＮＡ２４是 目前 的优 势载氧 体 ，并对 ｅ０ 、ｒ２ ３ ３ ｉ／ ｉ１ ０
载 氧 体 今 后 的发 展 方 向 作 了展 望 。
关
键
词 ：化学循 环燃烧 ；ｃ ；载氧体 ；机械混合法 ；浸渍法 ；冷冻颗粒化法 ３ ｏ０６ Ｏ
四 川 环
境
Ｖ０ ． ５． ｏ ５ １２ Ｎ ．
ＳＣＨＵ ＶＩ ０ＮＭＥ Ｉ ＡＮ ＥＮ Ｒ ＮＴ
Ｏｃｏ ｅ ２ ６ ｔｂ ｒ ∞
・
综 述 ・
化 学循 环 燃 烧 工 艺 中载 氧体 的研 究进 展
ｅ ｌ ｅ ｒ ｌｏ ｐｅ ｉｔｄ． ＆＇ ｒａｅ ａ ｒｄ ｃｅ ｒ ｉ ｓ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ： Ｃ ｅ ｃ — ｐｎ ｏ ｕｔ ｎ；ｅ ｒｏ ｉｘｄ ； ｏｙ ｅ ａｒ ｒ ｈｍ ａ ｌ ｉｇｃｍ ｓｉ ｉ ｌ ｏ ｂ ｏ ａ１ ｎ ｄｏ ｅ ｘｇ ｎｃｒｉ ；ｍｅｈ ｎｃ ｉ ｎ ； ｉ ｒｇ ａ ｏ ） ｉ ｅ ｃａ ｉａ ｍｘ ｇ ｍｐ ｎｔ ｎ；ｆｅｚ ｒｎ ｌｔ ｎ ｌ ｉ ｅ ｉ ｒ ｉ ｇａｕａｉ ｇ ｎ ｏ
Ｕｇｒ ｕ ｎｍ ｕ ｅｉ ｙｕ Ａｔ ｏ ｏｓ ｇ ｎ ｏ Ｒ ｏ
８４０ ，Ｃ ｉ ；２ Ｃｌｇ ｎｉｎ ｅ ｃ ｎｅ Ｅｇｎｅｎ ４ Ｏ６ ｈ ａ ． ｌ ｅｆＥ ｖｏｍ Ｔ Ｓｉ ｃ ＆ ｎｉ ｒ ｇ，Ｈ ｎ ｎＵｉ ｒｔ ｎ ｏｅ ｏ ｒ ￣ｌ ｅ ｅｉ ｕａ ｎ ｅ ｉ ｖ ｓｙ，Ｃ ａ ｓａ４０８ ，Ｃ ｉ ） ｈｎ ｈ １０２ ｈｎ ｇ ａ
ｃ ａａ ｔｒ ｔ ｓ ｏ Ｉ ａｅ ｂ ｅ ｙ ｒｖｅ ｅ ｉ ｐ ｐ ｒ Ｔ ｅｐ ｒ ｒ ｎ ｅｏ ｏ ｙ ｅ ａｒ ｒ ， ｗ ｃ ｒ ｒｐ ｒ ｄ ｂ ｃ ａ ｉａ ｍ ｘｎ ， ｈ ｒ ｃｅ ｓ ｃ ｆＣ ＿ ｒ ｒ ｆ ｅ ｉｗ ｄ ｉ ｔ ｓ ａ ｅ ． ｈ ｅ ｏ ｍａ ｃ ｆ ｘ ｇ ｎ ｃ ｒ ｅ ｓ ｉｉ Ｅ ｉｌ ｎｈ ｆ ｉ ｉ ｈ ｈ ａｅｐ ｅ ａｅ ｙｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｉ ｉ ｇ

氧载体 化学链燃烧

氧载体 化学链燃烧

氧载体化学链燃烧
氧载体化学链燃烧是一种新型的高效能燃烧技术，它将氧气与载体材料结合，形成一种新型的燃烧方法，能够在保证高能效的同时，实现环保的燃烧过程。

氧载体化学链燃烧的原理是利用载体材料与氧气进行反应，产生高温、高压气体，然后将这些气体引导到燃烧室中进行燃烧。

这种燃烧方式能够将燃料完全燃烧，减少燃料的浪费，同时减少大气中有害气体的排放。

氧载体化学链燃烧技术的优点主要有以下几个方面：
1.高效能。

由于氧载体化学链燃烧技术能够将燃料完全燃烧，因此能够提高燃烧效率，节省能源。

2.环保性强。

氧载体化学链燃烧技术能够减少大气中有害气体的排放，对环境污染的影响较小。

3.稳定性好。

氧载体化学链燃烧技术能够在高温、高压环境下稳定运行，不易出现燃烧失控的现象。

4.适用范围广。

氧载体化学链燃烧技术适用于各种不同类型的燃料，包括固体、液体和气体等。

氧载体化学链燃烧技术在很多领域都有广泛的应用，如工业生产、
交通运输、农业生产等。

在工业生产中，氧载体化学链燃烧技术可以用于燃烧各种废弃物和污染物，减少环境污染，同时节省能源成本。

在交通运输中，氧载体化学链燃烧技术可以用于发动机燃烧，提高燃烧效率，减少尾气排放。

在农业生产中，氧载体化学链燃烧技术可以用于燃烧农作物的秸秆和粪便等有机物，减少土地污染，同时提高农作物的产量。

氧载体化学链燃烧技术是一种高效能、环保性强、稳定性好、适用范围广的新型燃烧技术。

随着环保意识的增强，氧载体化学链燃烧技术在未来的发展中将会得到更广泛的应用。

化学链燃烧.ppt

化学链燃烧.ppt

化学链燃烧反应器
表1 化学链燃烧反应器的研究情况
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)
(瑞典)Lyngfelt, Thunman(2004)
(韩国)Ryu (2004)
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10 kW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
化学链燃烧
Chemical Looping Combustion
目录 Contents
基于氧载体的化学链燃烧技术 研究意义及特点 研究现状 载氧体
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
图1 化学链燃烧原理示意图
根除燃料型NOx 生成 控制热力型NOx 产生
低耗能
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。

化学链燃烧技术中载氧体的研究概述


气 中含量最高 ， 因此二氧化碳 的减排成为控制温室
效应的关键 。在我 国， 煤 炭提供 了约 ７ ０ ％ 的能源 ， 以化石燃料为主要能源的火电厂 占我 国 Ｃ Ｏ ： 排放总 量 的３ ０ ％左右。化石燃料对世界 上几乎所有 国家
的温度远低于传统燃烧温度 ， 可 以有效地控制甚至 消除 Ｎ Ｏ ｘ的生成。化学 链 燃烧 可 以方便 的进行
ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｖ ｅ ｎ ｒ ｅ ｍｏ ｖ ｌ ａ ａ ｔ ｍｏ ｓ ｐ ｈ ｅ ｉｃ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｍｉ ｎ ａ ｎ ｔ ｓ ＮＯｘ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｐ ｔ ｕ ｒ ｅ ｈ ｉ ｇ ｈ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｄ ｉ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｏ ｕ ｔ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｌ ｅ ｎｅ ｒ ｇ ｙ ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍｐ ｉ ｔ ｏ ｎ．Ｔｈ ｅ ｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｏ ｘ ｙ ｇ ｅ ｎ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ ｓ ｉ ｓ ｈｅ ｔ ｋ ｅ ｙ ｔ ｏ ｉ ｔ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐｍｅ ｎ ｔ
ａ ｎ ｄ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｏ ｆ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ—ｌ ｏ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｍｂ ｕ ｓ ｕ ｃ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｏ ｘ ｙ ｇ ｅ ｎ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｌｓ ａ ， ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｈｏ ｔ ｄ ｓ ， ｅ ｘ ｐ ｅ ｉ ｒ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｍｅ ｈｏ ｔ ｄ ｓ ａ ｎ ｄ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｍ ａ ｒ ｎｃ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｗｅ ｒ ｅ

化学链燃烧中硫酸钙载氧体性能及其改性研究

化学链燃烧中硫酸钙载氧体性能及其改性研究化学链燃烧中硫酸钙载氧体反应特性及其改性研究摘要温室效应及其引发的全球气候变暖已成为当今重大全球环境问题之一。

作为最主要的温室气体，二氧化碳的减排工作迫在眉睫。

燃煤电站是二氧化碳排放大户，也是二氧化碳减排工作的重点对象。

二氧化碳捕集和封存技术被认为是实现二氧化碳减排的有效途径。

但是由于空气中氮气的稀释，烟气中二氧化碳浓度低，仅为10%-15%，需要进行耗能的分离富集过程后才能进行封存，造成了使用的不经济性。

化学链燃烧则改变了传统的燃烧方式，通过载氧体对氧的传递，实现了燃料与空气的分离，避免了二氧化碳的稀释问题，燃料燃烧后产生的烟气通过简单的冷凝除去水蒸气就可得到高浓度的二氧化碳。

化学链燃烧技术的应用对降低减排总成本具有重大现实意义。

本研究首先选用了来源广泛、价格低廉的铁矿石及硫酸钙作为载氧体进行实验。

在不同温度下对载氧体的反应活性进行实验研究，重点考察了燃料甲烷的转化率，并对燃料反应器出口的一氧化碳和二氧化硫浓度进行了检测。

考察了铁矿石、单纯硫酸钙载氧体的反应特性。

实验表明，铁矿石反应活性不高，载氧量也较低。

而硫酸钙则具有较高的载氧能力，但其作为载氧体在低温下反应活性较差，需在较高温度下反应才能有效进行，易导致氧载体中的硫以二氧化硫的形式释放，造成氧载体性能下降。

从总体性能方面考虑，硫酸钙载氧体的性能优于铁矿石，选择其做进一步的研究。

针对硫酸钙活性较低的问题，为提高硫酸钙的氧传递能力及还原活性，探索了掺杂过渡金属氧化物的硫酸钙制备的载氧体的性能。

在硫酸钙中添加金属氧化作为改性剂，结果表明，加入锰氧化物或铁氧化物改性后，硫酸钙载氧体的反应活性有很大提高，降低了反应体系温度，能够同时实现燃料的有效利用和二氧化硫排放的控制。

在900℃的情况下，改性后的硫酸钙载氧体能够保证95%以上的甲烷气体有效转化成二氧化碳，比单纯硫酸钙提高了20个百分点。

其900℃时的反应活性甚至优于950℃下单纯硫酸钙的反应活性，同时，二氧化硫的排放浓度降低了一个数量级。

化学链燃烧中载氧体磨损及抗磨损方法研究进展

化学链燃烧中载氧体磨损及抗磨损方法研究进展
朱丹;刘方;宋晨;杨丽
【期刊名称】《低碳化学与化工》
【年(卷),期】2024(49)5
【摘要】大规模使用化石燃料导致CO_(2)大量排放,由此引发的全球气候问题受到广泛关注。

化学链燃烧采用循环载氧体为燃料提供活性氧,改进了传统燃烧方式,避免了N2对烟气的稀释,降低了CO_(2)的捕集成本,具有CO_(2)内分离的优点,在CO_(2)捕集领域具有较大发展潜力。

载氧体是化学链燃烧技术的核心,具有传递热量和释放晶格氧的双重作用,但面临磨损率大和寿命较短的问题,严重影响化学链燃烧技术的经济性。

综述了载氧体磨损的表观现象和内在机理,发现化学磨损是载氧体磨损的主要因素;总结了评估和预测载氧体磨损的方法,以及提高载氧体耐磨性的方法,并对未来载氧体的研究方向进行了展望。

【总页数】12页(P50-61)
【作者】朱丹;刘方;宋晨;杨丽
【作者单位】中国矿业大学低碳能源与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ031.7;TK09
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5.化学链燃烧技术中载氧体的研究进展
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化学链燃烧反应中LaFe1-xCoxO3载氧体的性能研究

烧 系统 由空 气反 应器 、 燃 料 反 应器 和载 氧体 组 成 。
的补充 ， 可 提 供 大 量 的 可 移 动 氧物 种 ＿ 】 。本 课 题 制备 了 Ｌ ａ Ｆ ｅ ￣ Ｃ ｏ 一 Ｏ ３系列 钙钛 矿型 载氧体 ， 对其进
行了热 重 （ Ｔ Ｇ） 、 Ｘ 射 线衍 射 （ Ｘ Ｒ Ｄ） 、 扫 描 电 镜
载氧体的选择提供 可靠 数据 。
ｃ ０ ； 还 原态 的载 氧体再进 入 到空 气 反应 器 中被 空 气 氧化 ， 这样 载 氧体 又 回到 氧 化态 ， 完成 了一 次 还
原一 氧化循 环Ｉ ５ ］ 。
１ 实 验
１ ． １ 载氧体 的制 备
（ １ ）将 Ｆ ｅ （ Ｎ Ｏ ３ ） 。・ ９ Ｈ２ Ｏ和 Ｃ ｏ （ ＮＯ ３ ） ２ ・ ６ Ｈ２ Ｏ
梁 皓 ，尹 泽 群 ，张 喜 文 ，方 向晨
（ 中 国石 化 抚 顺 石 油 化 工 研 究 院 ，辽 宁 抚 顺 １ １ ３ ０ ０ １ ）
摘
要： 采用柠檬酸络合法制备不 同 Ｃ ｏ 含量 的 Ｌ ａ Ｆ ｅ 一 Ｃ ｏ Ｏ 。系列 复 合 氧 化 物 载 氧体 。 采 用 热 分 析 、 ｘ射
的重要 方 向之一［ ２ ＿ ３ ｌ 。
化 学链 燃烧基 本 原 理是 将 传 统 的燃 料 与 空气
直 接接 触 的燃烧 方式 借 助 于载 氧 体 的作 用 分 解 为 两 个气 固反 应 ， 燃 料 与空 气 无需 接 触 ， 由载 氧 体将 空气 中的氧 传递 到燃 料 中进 行 燃 烧ｌ ４ ］ 。化 学链 燃
线衍射 （ Ｘ Ｒ Ｄ ） 、 程序升温还原（ Ｔ Ｐ Ｒ） 和扫 描 电镜 等 手 段 对 载 氧体 进 行 表 征 ， 并 在 化 学 链 燃 烧 反 应 中 进 行 性 能 评 价 。Ｘ Ｒ Ｄ 表 征结 果 表 明 ， 不同 Ｃ ｏ含 量 的 Ｌ ａ Ｆ ｅ … Ｃ ｏ Ｏ 。 均 能 形 成 钙 钛 矿 结 构 。ＴＰ Ｒ表 征 结 果 可 以说 明 Ｌ ａ Ｃ ｏ ０ 。 中 的 氧物 种 氧 化 能 力 强 于 Ｌ ａ Ｆ ｅ Ｏ 。 。在 连 续 １ Ｏ次 化学 链 燃 烧 反 应 中 ， 燃料 Ｃ Ｏ 全 部 被 氧化 ， 这归于 Ｌ ａ Ｃ ｏ Ｏ 。 持 续 供 氧 能 力 强 的 特 点 。Ｌ ａ Ｃ ｏ Ｏ。 循环 １ Ｏ次 后 仍 然 保 持 钙 钛 矿 结 构 不 变 ， 而且颗粒没有 长大 ， 只是 颗 粒 之 间 形 成 了 网状 结 构 。通 过 该 实 验 发 现 Ｌ ａ Ｃ ｏ Ｏ。 具 有 高 活 性 和 较 强 的 稳定 性 ， 适 合 作 化 学链 燃 烧 技 术 的载 氧 体 。
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液，并向溶液中加入惰性载体，然后除去溶剂并在一定温度下锻烧使硝酸盐分解，以 达到活性相负载的目的(通过多次浸渍可增大负载量)，所得颗粒即可作为氧载体。
冷冻成粒法：将金属氧化物、惰性载体和少量的分散剂与水混合后，利用球磨机
得到浆状物，通过喷嘴使浆状物雾化进入液氮而得到冻结的球状粒子，粒子中的 水利用冷冻干燥法除去，利用热解法除去粒子中的有机物，然后在一定温度下干 燥、烧结处理并筛分得到一定粒径的氧载体。
载氧体制备方法
机械混合法：将一定粒径的金属氧化物、惰性载体(有时加入10%重量百分比的石墨
作为添加剂)以设定的比例混合、粉碎，加入适量的水使之成为具有适当粘度的糊状物， 然后干燥烧结处理，最后通过筛选以获得一定粒径的氧载体。
浸渍法：首先将金属氧化物的硝酸盐(如Cu(NO3)2) 溶于溶剂中得到定量浓度的饱和溶
MexOy-1
载氧体：在还原器和氧化
器之间传递氧、传递热量。 空气
燃料
化学链燃烧反应原理
燃料反应器（还原反应） CnH2mOp+(2n+m-p)MexOy→nCO2+mH2O +(2n+m-
p)MexOy -1+Hred 空气反应器（氧化反应） (2n+m-p)MexOy -1+(n+m/2-p/2) O2→(2n+m-p) MexOy+Hox 总反应 CnH2mOp +(n+m/2-p/2) O2 → nCO2+mH2O +HC
1200℃
燃烧室
1 mol CO2 2 mol H2O 7.52 mol N2
1200℃
G （a）CH4直接燃烧过程
1 mol CO2 2 mol H2O
9.52 mol Air
1 mol CH4
还原反应器 4 mol NiO 氧化反应器
530℃
1200℃
4 mol Ni （b）化学链燃烧过程
化学链燃烧中载氧体把热量从空气反应器传递 到燃料反应器，与吸热反应有机结合的能量释放 方式，减小了燃料化学能转化为物理能过程的可 用能损失，实现了能量品位的梯级利用，提高能 量利用效率。
燃烧过程中，燃料与氧气不直接接触，避免了燃料 型NOx的生成； 当温度低于1500℃时，热力型NOx的生成极少，而 空气侧反应温度较低，因而可以有效控制热力型NOx的 生成。
化学链燃烧的应用
化学链燃烧有 哪些应用呢？
化学链燃烧的应用：
化学链燃烧可用于发电，比如氧化反应器中产生 的高温空气可以推动燃气轮机做功（CLC+GT） 化学链燃烧可以用于重整制氢（CLR+CLH） 化学链燃烧可以用于煤气化（CLG）
化学链燃烧及 载氧体材料
化学链燃烧的基本概念
什么是化学链 燃烧？
化学链燃烧（CLC） 一种燃料与空气不直接 接触的无火焰燃烧方式， 基本原理是将传统的燃 料与空气直接接触反应 的燃烧借助于载氧体的 作用分解为2个气固反应， 燃料与空气无需接触， 由载氧体将空气中的氧 传递到燃料中
化学链燃烧系统组成
载氧体制备方法
溶胶凝胶法：是由金属无机或有机化合物经过水解缩聚、逐渐凝胶化并进行干燥、
锻烧等后处理过程而获得氧化物或其他化合物的工艺技术。尽管溶胶凝胶法具有诸多 优点，比如操作简单、无需昂贵设备，可在低温下制备成分分布均匀、纯度高、粒径 分布均匀，易于获得化学活性高的单、多组分混合物，同时还易与其他材料制备技术 结合;但是由于醇盐价格昂贵、毒性大，从而使得目标产物的制备成本大大增加，因而 在此金属上又发展了很多非醇盐为原料的新型溶胶凝胶法。
化学链燃烧的优势
优势1--CO2捕集
燃料燃烧的产物（主要是CO2 和H2O）不会被氮气和过量的空 气稀释，因此CO2浓度很高 分离时只需要将H2O冷凝去除， 即可分离回收CO2， 不需要额外的CO2分离装置，降 低系统能耗及成本，提高系统效
率
化学链燃烧的优势
优势2—能量梯级循环利用
1 mol CH4 9.52 mol Air
Hc=Hox+Hred
化学链燃烧反应原理
以CuO载氧体为例，新鲜的载氧 体紧密结合，其表面呈致密的状 态。在1000倍的视野中出现直 径为10~20 μm的孔。 被还原后的氧载体表面呈蓬松状
态，氧载体表面呈现多孔结构， 孔径均小于5 μm。 这是由于在反应过程中氧载体因
释氧使得晶相组成发生变化，其 中的CuO转化为Cu2O，氧分子由 氧载体晶体内部释放加强孔结构
化学链燃烧的研究重点及进展
载氧体的选择、测试与开发阶段 化学链燃烧的小型固定床或流化床实验阶段 化学链燃烧系统中试验证与系统分析阶段
研究重点
载氧体
反应器
反应系统
载氧体研究
研究内容
功能
发展 方向
分类
载氧体
性能
制备 方法
载氧体的功能
MexOy
空气 反应 器
循 环
燃料 反应 器
MexOy-1
氧化反应 实现 和 的传递 还原反应
载氧体的分类
金属：Ni、Fe、Co、Mn、Cu、Cd
活
性 成
非金属：CaSO4、BaSO4、SrSO4
分 其他：复合型（Cu-Ni/Al2O3、 Co-Ni/Al2O3 ）
惰性载体：多孔结构增加反应表面积、机械强度、抗磨损能
力及固体的粒子电导率 Al203、Si02、NiAl2O4、海泡石(sepiolite)、TiO2、Zr02、 Y2O3+Zr02(YSZ) 钇稳定氧化锆、高岭土、膨润土、六价铝酸盐等
化学链燃烧系统主要包括 燃料反应器
化学链燃烧是如 何实现的呢？
空气反应器
载氧体 燃料反应器：载氧体被燃 料还原，燃料被氧化。
N2 ,O2
MexOy
CO2 ,H2O
空气反应器：被还原后的 Air Reactor
Fuel Reactor
载氧体又被空气氧化，继 续送入还原器。
（氧化反应）
（还原反应）
载氧体的分类
分类 Cu基 Ni基 Mn基 Fe基 Co基 Ca基
氧化态 CuO Cu2O
还原态
Cu2O Cu
NiO
Mn2O3 Mn3O4
Fe2O3 Fe3O4 FeO
Co3O4 CoO
CaSO4
Ni
MnO
FeO
Fe3O4 Fe
CoO Co
CaS
载氧体制备方法
机械混合法 浸渍法 分散法
喷雾干燥法 冷冻成粒法 溶胶-凝胶法
的形成，这使得氧载体表面形成
新的微观多孔结构，使得氧载体
与气体的接触面大为增加，更有 利于燃料的燃烧。
放大1000倍
放大10000倍
新鲜的铜基氧载体
放大1000倍
放大10000倍
与无烟煤反应之后的氧载体
化学链燃烧的优势
为什么要研究化 学链燃烧呢？
CO2 捕集，降低能耗 提高能源利用效率
控制NOx排放 用于重整制氢等其他行业