2 化学链燃烧之载氧体
氧载体 化学链燃烧
氧载体化学链燃烧《氧载体化学链燃烧》一、绪论氧载体化学链燃烧（Oxygen-carrier-Chain Chemistry，OCC）燃烧部署了一系列复杂的反应，是最先进的燃烧技术之一，在增加可控燃烧的灵活性、提升燃烧效率、抑制有害气体的生成以及抗工况变化等方面发挥出巨大作用。
OCC燃烧有其独特的特点，其主要优势是燃烧温度和压力的控制、燃烧的可控性、增加的组件化以及抑制有害气体排放的能力。
本论文着重介绍其基本原理和系统的反应方程，以及燃烧过程中氧载体的作用机理。
二、氧载体（Oxygen Carrier）氧载体是一种含有氧的物质，具有吸收、转移、传递和解离氧的能力，在OCC燃烧过程中起着重要作用。
氧载体可以分为有机氧载体和非有机氧载体，有机氧载体具有自放氧特性，具有良好的可控性，非有机氧载体则不具有自放氧特性，仅仅是能转移氧气。
2.1有机氧载体有机氧载体是一种具有自放氧特性的化学物质，具有良好的可控性，在OCC燃烧中可以控制燃烧的温度和压力。
有机氧载体主要有氧含量高的有机酸（有机碱）、烯烃、烃类以及有机氧化物等。
其中，有机碱有着较高热解活性，不同于其他有机物的可燃性，被认为是OCC燃烧中氧载体的潜在应用。
有机碱具有自放氧特性，可以进行可控的自由热解反应。
可控的热解反应不仅可以控制燃烧温度和压力，而且可以用来抑制烟气有害成分的排放。
此外，有机碱还具有良好的耐久性和可再生性，在OCC 燃烧过程中可占据核心地位。
2.2非有机氧载体非有机氧载体是一种不具有自放氧特性的物质，它仅仅具有转移氧气的能力，不能控制燃烧的温度和压力。
非有机氧载体主要有有机酸酯、碱金属氧化物、络合金属氧化物以及水溶性有机混合物等。
其中，有机酸酯具有良好的水溶解性，在OCC燃烧过程中容易被燃料气体所溶解，可以有效抑制烟气有害成分排放。
三、氧载体化学链燃烧原理OCC燃烧采用了一系列复杂的化学反应，其原理如下：氧载体（有机氧载体或非有机氧载体）先在催化剂上发生化学反应，将碳氢化合物分解成碳单质和氢气；然后碳单质与氧载体（有机氧载体或非有机氧载体）发生可控的热解反应，从而将氧载体（有机氧载体或非有机氧载体）转化成二氧化碳、水以及其他有机废气。
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@ 。
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
CeO2载氧体对煤化学链燃烧中汞迁移影响机制
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 4 期CeO 2载氧体对煤化学链燃烧中汞迁移影响机制王旭栋1，2，刘敦禹1，2，许开龙1，2，刘秋祺1，2，范昀培1，2，金晶1，2（1 上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093；2 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室，上海 200093）摘要：汞污染因其对人类和生态系统的严重危害而日益受到人们的关注，本研究旨在分析CeO 2载氧体在煤化学链燃烧过程中对汞迁移的影响。
通过实验比较了“CeO 2+煤”“SiO 2+煤”“煤”在流化床反应器中的燃烧状况，在气化氛围中，载氧体与煤反应主要转化为CO 2和少量CO 、CH 4、H 2等成分，“CeO 2+煤”体系消耗了最多的O 2，产生了最多的CO 2，表明CeO 2载氧体促使煤燃烧更加充分。
汞在气化氛围下主要以Hg 0的形式释放，“CeO 2+煤”的Hg 0释放量占总汞量的49.75%，明显低于无载氧体组。
汞在空气氛围下主要以Hg 2+的形式再次微量释放，“CeO 2+煤”的Hg 0和Hg 2+释放量均低于纯煤组。
通过改变CeO 2载氧体和煤之间的不同位置，表明在气化氛围下CeO 2载氧体对Hg 0的吸附作用很弱，其催化性和释氧作用是脱除Hg 0的关键因素，且催化性占据主要地位。
在气化氛围下，CO 2可以补充CeO 2中消耗掉的晶格氧使其具有更好的催化和再生性能。
通过对还原/氧化后CeO 2载氧体进行XPS （X 射线光电子能谱分析仪）分析，发现Ce 3d 中的Ce 3+峰值消失全部转化为Ce 4+，表明CeO 2载氧体具有良好的再生性能。
关键词：化学链燃烧；二氧化铈；载氧体；煤；汞中图分类号：TK16 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）04-2191-10Impacts of CeO 2 oxygen carriers on the conversion of mercury inchemical looping combustion of coalWANG Xudong 1，2，LIU Dunyu 1，2，XU Kailong 1，2，LIU Qiuqi 1，2，FAN Yunpei 1，2，JIN Jing 1，2(1 School of Energy and Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China;2Shanghai Key Laboratory of Multiphase Flow and Heat Transfer in Power Engineering, Shanghai 200093, China)Abstract: Mercury pollution has attracted increasing attention due to serious harm to the human beings and ecosystem. This study aims to analyze the effects of CeO 2 oxygen carriers on the conversion of mercury during coal chemical looping combustion. The combustion characteristics of “CeO 2+coal”, “SiO 2+coal” and “coal” in the fluidized bed reactor were investigated experimentally. In gasification atmosphere, the reaction between oxygen carrier and coal was mainly converted to CO 2 and a small amount of compositions including CO, CH 4, and H 2 . “CeO 2+coal” system consumed the largest amount of O 2 and produced the largest amount of CO 2, indicating that the CeO 2 oxygen carriers contributed to the fully combustion of the coal. Mercury was mainly released as Hg 0 in the gasification atmosphere, and the Hg 0 release from “CeO 2 + coal” accounted for 49.75% of the total mercury, which was significantly lower than that of the system研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0521收稿日期：2023-04-04；修改稿日期：2023-05-09。
化学链燃烧方式中氧载体的研究进展
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煤
炭
转
化
２０ ０ ６年
利 用 ， 有更 高 的能 量利 用 效 率． 重 要 的是 ，该 ］具 更
燃 烧 方 式 中燃 料 与 空 气 不 直 接接 触 ，燃 烧 产 物 （ 主 要 是 Ｃ 和水 蒸 气 ） 会 被 空 气 中的 Ｎ Ｏ 不 稀 释 而 浓
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第 ２ 卷 ９
第 ３ 期
煤 炭 转 化
Ｃ０Ａ Ｌ Ｃ０Ｎ Ｖ ＥＲＳ１ Ｎ ０
Ｖ ｏ ．２ Ｎ ｏ． １ ９ ３
２０ ０ ６年 ７月
Ｊ１２ ０ ｕ． ０ ６
化学链燃 烧方式中氧载体的研究进展
刘 黎 明Ｄ 赵 海 波 郑 楚 光。
摘 要 化 学链 燃烧 是 一种新 型 的燃烧技 术 ， 载体 的性 能对 它 的发展 非 常重要 。 氧 系统总 结 了
以不 同的金 属氧 化 物和惰 性 载体作 为 原料 ， 通过 二者 不 同的 混合 比例 ， 同的制备 工艺制备 的 氧载 不
（ ａ ｂ ２ Ｍ ｅ （ ＋ ｂ ４ Ｏ２ ２＋ ／ ） ＋ ａ ／） 一 （ａ ｂ ２Ｍｅ ２ ＋ ／ ） Ｏ＋ Ａ 。 Ｈ （） ２
大 量能量 ， 这意 味着 系统 整体 效率将 大 幅度下 降 ． 因
而， 找到 一 种 以牺 牲较 小 的系 统效 率 为 代 价就 可 将
Ｃ 的烟 气 中分 离 出来 的技术 是 极 为 关键 的． 学 Ｏ 化 链燃 烧 技 术 正是 满 足 上述 要 求 的一 个 很 好选 择 ， 是 实 现燃 料 高 效洁 净 利 用 的重 要 组成 部 分 ， 有 广 阔 具
化学链过程铁基载氧体的研究进展
化学链过程铁基载氧体的研究进展作者：陈世豪郭雪岩来源：《能源研究与信息》2024年第02期摘要：在化学链过程中，载氧体通过晶格氧的生成和释放避免了燃料和氧气的直接接触，降低了分离的成本，故其在化学链反应中起到重要的作用。
铁基载氧体因成本低、环境友好的特性成为一种有吸引力的选择。
总结了铁基载氧体在化学链过程中的相关研究。
活性氧化铁因其较低的还原能力通常需要掺杂其他金属，目前主要采用碱性金属（Na、K、Ca）和过渡金属（Cu、Co、 Ni 等）来进行改性。
研究的重点是复合金属载氧体（钙钛矿、铁酸盐、六铝酸盐、CeO2型载氧体等），其中钙钛矿型载氧体传氧能力优异，热稳定性和机械强度高，因此以不同的 A/B 位离子取代，或将钙钛矿与其他材料复合成为近年来的研究热点。
关键词：化学链；铁基载氧体；钙钛矿；复合载氧体中图分类号： TK91 文献标志码： AResearch progress on iron-based oxygen carriers in chemical looping processCHEN Shihao ，GUO Xueyan（School of Energy and Power Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China）Abstract：Solid oxygen carriers are usually used in a chemical looping process to transfer oxygen from the oxygen gaseous to fuel， which can avoid the direct contact of these two reactants and hence decrease the energy penalty of separation. Among the solid oxygen carriers， iron-based oxygen carrier is an attractive option due to its inherent properties of low cost and environmentally- friendly. The research of iron-based oxygen carriers in chemical looping was summarized. Due to the low reduction ability of active iron oxide， it usually is doped with other metals such as alkali metals （Na， K， Ca） and transition metals （Cu， Co， Ni， etc.） for modification. The research of oxygen carriers recently focuses on composite metal oxygen carriers such as perovskite， ferrite，hexaaluminate， CeO2-type oxygen carriers， etc. Among them， the perovskite has excellent oxygen transfer ability， great thermal stability， and high mechanical strength. Substituting with different A/B-sites ions or combining with other materials recently has become a hot topic of perovskite.Keywords：chemical looping; iron-based oxygen carriers; perovskite; composite oxygen carriers在当前新兴的 CO2捕集技术中，化学链燃烧（CLC）是一种特别有前途的方法［1–2］。
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
2021年高考福建卷化学真题含答案解析
试卷主标题姓名：__________ 班级：__________考号：__________一、选择题（共10题）1、建盏是久负盛名的陶瓷茶器，承载着福建历史悠久的茶文化。
关于建盏，下列说法错误的是A ．高温烧结过程包含复杂的化学变化B ．具有耐酸碱腐蚀、不易变形的优点C ．制作所用的黏土原料是人工合成的D ．属硅酸盐产品，含有多种金属元素2、豆甾醇是中药半夏中含有的一种天然物质，其分子结构如下图所示。
关于豆甾醇，下列说法正确的是A ．属于芳香族化合物B ．含有平面环状结构C ．可发生取代反应和加成反应D ．不能使酸性溶液褪色3、设为阿伏加德罗常数的值 . 下列说法正确的是A ．所含极性共价键的数目为B ．晶体中阴、阳离子总数为C ．与足量反应生成的分子数为D ．电解熔融制，电路中通过的电子数为4、明代《徐光启手迹》记载了制备硝酸的方法，其主要流程 ( 部分产物已省略 ) 如下：下列说法错误的是A ． FeSO4的分解产物 X 为 FeO B ．本流程涉及复分解反应C ． HNO3 的沸点比 H2SO4的低 D ．制备使用的铁锅易损坏5、实验室配制碘水时，通常将溶于溶液：。
关于该溶液，下列说法正确的是A ．的电子式为B ．滴入淀粉溶液，不变蓝C ．加水稀释，平衡逆向移动D ．加少量固体平衡正向移动6、室温下，下列各组离子一定能与指定溶液共存的是A ．的溶液：、、、B ．的溶液：、、、C ．的溶液：、、、D ．的溶液：、、、7、利用下列装置和试剂进行实验，不能达到实验目的的是A B C D比较 Zn 与 Cu 的金属性强弱除去 Cl2中的 HCl并干燥制取乙酸乙酯 ( 必要时可加沸石 )实验室制取氯气A ． AB ． BC ． CD ． D8、某种食品膨松剂由原子序数依次增大的 R 、 W 、 X 、 Y 、 Z 五种主族元素组成 . 五种元素分处三个短周期， X 、 Z 同主族， R 、 W 、 X 的原子序数之和与 Z 的原子序数相等， Y 原子的最外层电子数是 Z 原子的一半。
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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
CaSO4
还原态
Ni
CaS
载氧体制备方法
机械混合法
浸渍法 分散法
MexOy-1
燃料 反应 器
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 分
非金属：CaSO4、BaSO4、SrSO4
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 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
载氧体性能
4、物理特性
抗团聚能力 抗磨损能力 抗破碎能力等
循环反应性 （细度小于45微米 停留时间小）
载氧剂寿命
与制备方法及惰性支撑材料等有关
载氧体性能
5、抗积碳能力
碳的主要来源:碳氢化合物的分解，取决于金属氧化物、惰性材料及
H2O与燃料比，故常发生在还原反应末期（氧不足）
碳沉积的危害： 随氧载体被转移到空气反应器中并被氧化为CO2,导致CO2的捕集率
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
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
化学链燃烧系统组成
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。 空气反应器：被还原后的 载氧体又被空气氧化，继 续送入还原器。 载氧体：在还原器和氧化 器之间传递氧、传递热量。
空气 Air Reactor
N2 ,O2
喷雾干燥法
冷冻成粒法 溶胶-凝胶法
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
化学链燃烧可以用于煤气化（CLG）
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
分子水平混合均匀；纯 溶胶凝 度高，粒径小；活性高 胶法 易于其他制备技术结合
载氧体性能
评价指标
化学反应性 载氧能力 热力学特性 物理特性 抗积碳能力
流化特性
经济成本 环保特性
载氧体性能
1、化学反应性
反应速率： 转化率：
m m X m m
ox red ox
dX / dt
环境要求高，潜在研究热点
载氧体性能
载氧体的研究方向：
① 研究载氧体化学反应性能的衰减规律, 避免载氧 体的中毒 ② 提高非金属载氧体化学反应性等指标 ③ 开发适于固体燃料的高性能载氧体
④ 载氧体的大规模生产仍是难题
⑤ 运用理论方法,研究载氧体/燃料在高温/高压气 氛下的气-固、固-固化学反应机理 ⑥ 提高非金属载氧体化学反应性等指标
MexOy
CO2 ,H2O
Fuel Reactor
（氧化反应）
MexOy-1
（还原反应）
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+mp)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
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。 主要包括5个关键环节（1）均相溶液的制备（2）溶胶的制备（3）溶胶的凝胶化过程 （4）湿凝胶的干燥（5）干凝胶的热处理 金属醇盐、溶剂（甲醇、乙醇 水解、缩聚 等）、水和催化剂（酸或弱碱）
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。
总反应
CnH2mOp +(n+m/2-p/2) O2 → nCO2+mH2O +HC
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 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。
降低,燃料转化率下降;
导致氧载体的反应性、寿命、物理强度降低，载氧剂失活。 减少碳沉积的方法：被载氧体氧化，被CO2、 H2O气化
载氧体性能
6、流化特性（抗烧结能力）
危害：流化床失去流态化，造成固体循环扰动，气 流沟流，降低气体与颗粒间湍流接触效率。 影响因素：氧载体制备方法、金属氧化物含量、惰 性材料种类及煅烧条件（燃烧温度、压力等）
不同载氧体的最高氧化反应温度
载氧体性能
7、经济成本
包括金属氧化物、惰性载 体、生产成本、寿命等。 常见金属载氧体成本：Co、 Ni> Cu> Mn、 Fe 氧载体寿命为300h时与 MEA吸收技术的成本相当。
载氧体性能
8、环境友好
为满足环境及工作场所的安全要求，必须考虑载氧剂的环 境及健康要求，但现有研究较少。 常见的氧载体材料中，Ni、Co价格昂贵且可致癌，Cu有害， Fe、Mn为无毒材料
载氧体性能
2.载氧能力
R0表示单位质量的循环颗
粒在空气反应器和燃料反
应器之间可以传送的最大 氧量。 R0 率 ，载氧体的循环速 床料量 能耗
不同载氧体载氧率
载氧体性能
3、热力学特性
平衡常数Keq大于103 反应可完全转化为 CO2和H2O。典型的 有CuO-Cu,Mn3O4MnO