化学链燃烧
中国化学链燃烧技术研发进展与展望
中国化学链燃烧技术研发进展与展望目录一、内容简述 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究意义 (3)二、中国化学链燃烧技术的发展历程 (5)2.1 技术起源 (6)2.2 技术发展阶段 (7)三、化学链燃烧技术的核心原理 (8)3.1 化学链燃烧技术的定义 (9)3.2 核心原理 (10)四、中国化学链燃烧技术的研发进展 (11)4.1 能量利用效率提升 (12)4.2 系统污染物减排 (13)4.3 新型催化剂的研发与应用 (15)4.4 工程化应用的突破 (16)五、中国化学链燃烧技术的应用现状 (17)5.1 工业领域的应用 (18)5.2 科研领域的应用 (19)5.3 其他领域的探索 (20)六、中国化学链燃烧技术的市场前景 (21)6.1 市场需求分析 (22)6.2 市场竞争格局 (23)6.3 发展趋势与挑战 (24)七、中国化学链燃烧技术研发的挑战与对策 (26)7.1 技术难题及攻克策略 (27)7.2 人才培养与团队建设 (28)7.3 政策支持与产业环境 (29)八、结论与展望 (30)8.1 研究成果总结 (31)8.2 未来发展方向 (33)8.3 对中国化学链燃烧技术的期许 (34)一、内容简述研发背景：介绍化学链燃烧技术的起源、发展及其在能源领域的应用价值，阐述中国在这一领域的研究意义。
研发进展：详细介绍中国在化学链燃烧技术研发方面所取得的成果，包括技术突破、研究成果、应用实例等。
技术原理：阐述化学链燃烧技术的基本原理，包括化学反应过程、关键要素等，以便读者更好地理解该技术。
现状分析：对中国化学链燃烧技术的当前状况进行全面评估，包括技术成熟度、产业应用、市场竞争等方面的分析。
展望未来：结合国内外形势和技术发展趋势，对中国化学链燃烧技术的未来发展方向进行展望，包括技术创新、产业应用、政策支持等方面的预测。
挑战与对策：分析中国在化学链燃烧技术研发及产业化过程中面临的挑战，如技术瓶颈、产业政策支持、资金投入等，并提出相应的对策和建议。
对燃烧的进一步认识－－链式反应
对燃烧的进⼀步认识－－链式反应燃烧作为⼀种剧烈的化学反应，是可燃物与氧化剂作⽤发⽣的放热反应，通常伴有⽕焰、发热、发光或发烟现象。
可燃物燃烧导致的⽕灾给国家、给社会带来巨⼤的损害。
燃烧的要素是:①可燃物、②氧化剂、③温度(引⽕源)。
所以在灭⽕的过程中，采取的以下措施是:冷却灭⽕，将可燃物冷却到其燃点或闪点以下，使燃烧中⽌;窒息灭⽕，燃烧都必须在最低氧⽓浓度以上进⾏，因此，通过降低燃烧物周围的氧⽓浓度可以起到灭⽕的作⽤;隔离灭⽕，把可燃物与引⽕源或氧⽓隔离开来，燃烧反应就会⾃动中⽌。
但是，这些灭⽕的原理却不能够⽤来解释现在利⽤越来越⼴泛的卤代烷灭⽕剂的灭⽕原理。
看来，⽀持燃烧，还有我们不知道的要素在其中，它就是⼀⼀链式反应。
2链式反应(1)链式反应:链式反应是化学反应历程中⾮常重要的⼀种，它包括⼆个基⽊过程:链引发、链转移、链终⽌。
(2)链式反应的基本过程链引发:反应物在⼀定外界条件作⽤⼘，产⽣具有⾼度活泼化学形态的⾃由基的过程。
条件链转移:⾼度活泼的⾃由基与反应物继续反应，持续不断的⽣成新的物质与活泼的⾃由基。
链终⽌:活泼⾃由基与其它活泼微粒结合，形成较稳定的化合物，从⽽通过⾃由基的减少，使反应停⽌。
3燃烧中的链式反应燃烧有焰燃烧与⽆焰燃烧两种。
对于⽆焰燃烧，有可燃物、氧化剂、温度(着⽕点)⼆个条件同时存在，相互作⽤，燃烧即会发⽣。
但是对于有焰燃烧，除以上⼆个条件，燃烧过程中还必须存在未受抑制的链式反应，燃烧才能够持续下去，这亦是燃烧发⽣的充分条件之⼀。
在有焰燃烧中，当某种可燃物受热时，该可燃物的分⼦会发⽣热裂解作⽤从⽽产⽣⾃由基(游离基)。
⾃由基是⼀种⾼度活泼的化学形态，能与其它的⾃由基和分⼦反应，⽽使燃烧持续进⾏下去，这就是燃烧的链式反应。
如:燃料(烃类⼀RH)燃烧时，产⽣活性游离基H· 、·O·和·OH，并发⽣下列链式反应：（可燃物分解，吸热反应） （放热反应）最后⼀步为强烈的放热反应，放热量远⼤于第⼀步可燃物分解的吸热量，同时再次分解出游离的·0·和·OH，使得燃烧得以持续。
燃烧链式反应机理
燃烧链式反应机理燃烧链式反应机理是指在燃烧过程中，由于反应物分子的高能量状态，使得反应物分子发生分解、重组等反应，从而形成新的反应物分子和产物分子的过程。
这个过程是一个自我加速的过程，也就是说，一旦反应开始，就会不断地进行下去，直到反应物完全消耗或者反应条件发生变化。
燃烧链式反应机理可以分为三个步骤：引发步、传递步和终止步。
引发步是指在燃烧开始时，由于外界的刺激（如火花、高温等），使得反应物分子发生分解，从而形成自由基。
传递步是指自由基与反应物分子发生反应，从而形成新的自由基和产物分子。
终止步是指自由基与反应物分子或其他自由基发生反应，从而形成稳定的产物分子，从而结束反应。
在燃烧链式反应机理中，自由基是非常重要的中间体。
自由基是指具有未成对电子的分子或原子，它们非常活泼，可以与其他分子或原子发生反应，从而形成新的自由基和产物分子。
自由基在燃烧过程中起到了至关重要的作用，它们可以引发反应、传递反应和终止反应。
在燃烧链式反应机理中，引发步是整个反应过程的关键。
引发步的发生需要外界的刺激，如火花、高温等。
一旦引发步发生，就会引起传递步的发生，从而形成越来越多的自由基和产物分子。
在传递步中，自由基与反应物分子发生反应，从而形成新的自由基和产物分子。
这个过程是一个自我加速的过程，也就是说，一旦反应开始，就会不断地进行下去，直到反应物完全消耗或者反应条件发生变化。
在燃烧链式反应机理中，终止步是整个反应过程的结束步骤。
终止步是指自由基与反应物分子或其他自由基发生反应，从而形成稳定的产物分子，从而结束反应。
终止步的发生需要一定的条件，如反应物浓度的降低、温度的降低等。
总之，燃烧链式反应机理是燃烧过程中非常重要的一个机理，它可以解释燃烧过程中的很多现象。
在燃烧过程中，自由基是非常重要的中间体，它们可以引发反应、传递反应和终止反应。
在燃烧过程中，引发步是整个反应过程的关键，一旦引发步发生，就会引起传递步的发生，从而形成越来越多的自由基和产物分子。
2 化学链燃烧之载氧体
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
化学链燃烧的研究现状及进展
第26卷第4期 2006年8月动 力 工 程Journal of P ower EngineeringV ol.26N o.4 Aug.2006 文章编号:100026761(2006)042538206化学链燃烧的研究现状及进展李振山, 韩海锦, 蔡宁生(清华大学热能工程系;热科学与动力工程教育部重点实验室,北京100084)摘 要:化学链燃烧具有高效、二氧化碳内分离和低NO x 等特点,已受到较多关注。
介绍了化学链燃烧方式的基本概念,概括分析了它的主要特点,对化学链燃烧系统中具有重要作用的载氧剂的研究现状进行了详细的分析,并对有关化学链燃烧系统设计、试验以及与其它系统耦合方面的进展进行了描述,最后对化学链燃烧发展方向进行了展望。
图4表3参14关键词:工程热物理;化学链燃烧;载氧剂;二氧化碳内分离中图分类号:TK 121 文献标识码:ARe search Status and Progre ss of Chemical 2Looping CombustionLI Zhen 2shan , H AN Hai 2jin , C AI Ning 2sheng(MOE ’s K ey Lab of Thermal Science and P ower Engineering ;Department of Thermal Engineering ,Tsinghua University ,Beijing 710049,China )Abstract :M ore attention is now already being paid to chemical 2looping combustion (C LC )due to it ’s being featured by high efficiency ,inherent C O2separation and low NOX emission.An introduction is being presented to the basic concept of C LC ,together with a brief analysis of its main features and a detailed review concerning the research status of oxygen carriers (OC ),which play an im portant role in C LC combustion ,as well as a description of relevant system designing and performance tests.Progress in conjunction with other systems is als o mentioned.In conclusion ,prospects of future development are discussed.Figs 4,tables 3and refs 14.K eywords :engineering therm ophysics ;chemical 2looping combustion ;oxygen carrier ;inherent C O 2separation收稿日期:2006201210作者简介:李振山(19752),男,辽宁沈阳人,博士研究生,主要从事近零排放碳基燃料制氢与煤气化多联产方面的研究。
化学链燃烧技术的基本原理
化学链燃烧技术的基本原理一、引言在我们的日常生活中，燃烧是一种常见的化学反应过程，它能够将化学能转化为热能。
然而，传统的燃烧方式会产生大量的污染物，对环境造成了严重的破坏。
为了解决这一问题，化学链燃烧技术应运而生。
本文将详细介绍化学链燃烧技术的基本原理。
化学链燃烧技术是一种新型的燃烧方式，它利用催化剂将燃料与氧化剂结合，产生高效率、低污染的燃烧反应。
具体来说，化学链燃烧过程可以分为三个阶段：燃料阶段、氧化阶段和还原阶段。
1.燃料阶段在燃料阶段，我们将燃料引入燃烧室，例如天然气、石油或生物质等。
这些燃料与空气中的氧气发生化学反应，生成燃料离子和自由基。
这一阶段的反应速率较快，释放大量的热能。
2.氧化阶段在氧化阶段，燃料离子和自由基与空气中的氧气发生化学反应，生成二氧化碳和水蒸气。
这一阶段的反应速率较慢，是整个化学链燃烧过程的关键环节。
在这个阶段中，催化剂的作用至关重要，它可以显著提高反应速率和产物纯度。
3.还原阶段在还原阶段，未完全燃烧的自由基与催化剂发生反应，生成无污染的氢气、一氧化碳等还原性气体。
这些还原性气体具有较强的还原能力，可以进一步促进燃料与氧气的反应，从而提高燃烧效率。
同时，还原性气体也可以作为还原剂，在后续的反应中参与化学链的传递。
三、化学链的应用化学链不仅是一种高效的燃烧方式，而且具有广泛的应用前景。
它可以应用于各种类型的燃烧设备中，如燃气轮机、内燃机、锅炉等。
通过使用化学链燃烧技术，我们可以显著提高燃料的利用率，减少污染物的排放，同时降低设备的能耗和成本。
此外，化学链还可以应用于生物质能的开发利用中，实现资源的可持续利用。
四、结论化学链燃烧技术是一种新型的燃烧方式，它利用催化剂将燃料与氧化剂结合，产生高效率、低污染的燃烧反应。
通过燃料阶段、氧化阶段和还原阶段的协同作用，化学链燃烧技术可以显著提高燃料的利用率，减少污染物的排放，同时降低设备的能耗和成本。
随着环保意识的不断提高和技术的不断进步，化学链燃烧技术将在未来的能源领域中发挥越来越重要的作用。
煤基化学链燃烧系统的化学反应性能研究
摘要 ： 为了更有效地减少主要的温室气体 Ｃ ： Ｏ 的排放量 ， 在不添加额外 的分离装置和消耗额外能源 的情 况下 ， 急需找 到一
种可行的新型燃烧方式。 基于零 排放理念的化学链燃烧技术 ， 它不仅能有效地富集 高浓度的 Ｃ ： Ｏ， 而且还将 大幅提高能源的利用 效率 ， 实现多种污染物 的协同控制。 与煤焦反应时 ， 铁基氧载体表现出高的反应程度 ， 且尾气中 Ｃ Ｏ浓度均较低 ， 易于收集高浓度
的Ｃ ： Ｏ 。这些都证实了煤基 化学链燃烧技术的可行性 以及其低 排放特性 。 关键词 ：Ｏ ； 学链燃烧 ； Ｃ： 化 固定床反应器 ； 氧载体 ； 溶胶—凝胶法
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂ ｃ ｕ ｅ ｔ ｅ ｃ ｓ ａ ｓ ｄ ｂ ｈ ｌｂ ｌｗ ｒ ｎ ａ ｔ ａ ｔｄ ｍｏ ｅ ａ ｄ ｍｏ ｅ ａｔｎ ｉｎ，ａ ｎ ｗ ｃ ｍｂ ｓ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｓ ｒ ｃ ： ｅ ａ ｓ ｈ ｒ ｉ ｃ ｕ ｅ ｙ ｔ ｅ ｇｏ ａ ａ ｍｉ ｇ ｈ ｓ ａｔ ｃｅ ｒ ｎ ｒ ｔ ｔ ｉ ｓ ｒ ｅ ｏ ｅ ｏ ｕ ｔ ｎ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｉ ｗ ｔｏ ｔ ｐ ｃａ ２ｓ ｐ ａ ｉｎ ｅ ｕｐ ｎ ｎ Ｄ＇ ｎ ｒ ｙ ｃ ｎ ｕ ｔ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｏ ｒ ｄ ｃ ｈ Ｏ２ｅ ｓ ｉｎ ｅ ｅ ｔ ｅ ｙ Ｔ ｅ ｃ ｅ ｃ ｉ ｕ ｅ ｉ ＣＯ ｅ ａ ｔ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｄ ｍＯ Ｅｅ ｅ ｇ ｏ ｓ ｍｐ ｉ ｓ ｅ ｄ ｄ ｔ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ Ｃ ｍｉ ｏ ｆ ｃｉ ｌ ． ｈ ｈ ｍｉａ ｈ ｓ ｌ ｒ ｏ ａ ￣ ｏ ｓ ｖ ｌ ｌｏ ｉｇ ｃ ｍｂ ｓｉｎ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ，ｗ ｉｈ ｉ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｐ ｎ ｉｌ ｆｚ Ｙ ｍｉｓ ｎ，ｃ ｎ ｎ ｔ ｎ ｙ ｅ ｒ ｈ ｈ ｇ Ｏ２ ｏ ｃ ｎ ａｉｎ，ｂ ｔａｓ ｏ ｐ ｎ ｏ ｕ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ｏ ｙ ｈ ｃ ｓｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｒ ｃｐ ｅ ｏ ｅｏ ｅ ｓ ｉ ｉ ｏ ａ ｏ ｌ ｎ ｃ ｉｈ Ｃ ｎ ｅ ｔ ｔ ｏ ｉ ｃ ｒ ｏ ｕ ｏ ｌ ｉ ｃｅ ｓ ｈ ｎ ｒｙ ｃ ｎ ｅ ｓｏ ｆ ｃ ｅ ｃ ｎ ｅ ｒ ａ ｅ ｔ ｅｅ ｓｉ ｎ ｏ ａｉｕ ｏ ｌｔ ｎｓ Ｉ ｅ ｃ ａ／ ｉ ｃ ｃｅｒ ａ ｔ ｎ ｅ ｂ ￣ ｄ ｏ ｙ ｅ ｎ ｒ ａ ｅ ｔ ｅ ｅ ｅ ｇ ｏ ｖ ｒｉ ｎ ｅ ｉｎ ｙａ ｄ ｄ ｃ ｅ ｓ ｈ ｍｉｓｏ ｆ ｒｏ ｓｐ ｌ ａ ｔ． ｎ ｔ ｈ ａｒ ｙ ｌ ｅ ｃｉ ，Ｆ － ａ ｅ ｘ ｇ ｎ ｉ ｖ ｕ ｈ ｒ ｏ ｓ ｃ ｒ ｅｓｈ ｖ ｉｈ ｒ ｅ ｃｉｎ ｃ ｎ ｅ ｓ ｎ ｒｔ ｎ ｗｅ Ｏ ｃ ｎ ｅ ｔａｉｎ ｉ ｕ ａ ｈ ｃ ａ ｉｒ ｏ ｅＣＯ２ ａ ｔ ｒ ． ｌ ｖｄ ｎ ｅ ｂ ｖ ａｒ ｒ ａ ｅｈ ｇ ｅ ａ ｔ ｏ ｖ ｒｉ ａｉ ａ ｄ ｌ ｒ ｏ ｃ ｎ ｒｔ ｆ ｅｇ ｓ ｉｈ ｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ｐ ｕ ｅ Ａｌ ｅ ｉ ｅ ｃ ｓ ｏ ｅ ｉ ｒ ｏ ｏ ｏ ｏ Ｃ ｏ ｎｌ ｗ ｓｓ ｆ ｔ ｃ ａ ｃ ｎｔ ｓ ｆ ｅ ｅ ｓ ｉ ｔ ｏ ｅ ｃ ｏ ｉ ｇｃ ｍｂ ｓｉｎｏ ｏ ａ ｅ ｎ ｓｌｗｅ ｍｉｓ ｎ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ． ａ ｔ ｙｔ ａ ｉ ｌ ｙ ｆ ｈ ｍｉａ ｌ ｐ ｎ ｏ ｕ ｔ ｆ ａ ｂ ｓ ｄ ａ ｄ ｉ ｅ ｉ ｈ ｆ ｂ ｉ ｃ ｌ ｏ ｏ ｃｌ ｔ ｏ ｒｅ ｓ ｉ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉ ｏ ｉ ｃ Ｋｅ ｒ ｓ Ｃ ； ｈ ｍｉａ ｏ ｉ ｇｃ ｍｂ ｓ ｏ ； ｘ ｄ ｂ ｄｒ ａ ｔｒ ｘ ｇ ｎ ｃ ｒｉｒ Ｓ ｌ Ｇｅ ｔ ｏ ｙ ｗｏ ｄ ： Ｏ２ｃ ｅ ｃ ｌ ｏ ｐｎ ｏ ｕ ｔ ｎ ｆ ｅ ｅ ｃｏ ，ｏ ｙ ｅ ａ ｒ ； ｏ— ｌ ｌ ｉ ｉ ｅ ｅ ｍｅｈ ｄ
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。
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图2 Lyngfelt 设计的CLC 串行流化床系统图
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） (瑞典)Lyngfelt(2001) 研究内容 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) (奥地利)Kronberger, (瑞典)Johansson(2004) (瑞典)Abad, Johansson(2005) (西班牙)Diego, Garcí a-Labiano(2006) (荷兰)Noorman等 (2007) (瑞典)Berguerand等 (2008)
研究意义及特点
CO2 富集 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。
高效率
实现能量的梯级利用，提高能源利用率。
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4 50kW的化学连燃烧装置
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） (瑞典)Lyngfelt(2001) 研究内容 首次设计了基于串行流化床反应器CLC系统
(瑞典)Johansson, Lyngfelt(2003)
(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。
(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。
(瑞典)Lyngfelt, Thunman(2004) (韩国)Ryu (2004) (奥地利)Kronberger, (瑞典)Johansson(2004) (瑞典)Abad, Johansson(2005) (西班牙)Diego, Garcí a-Labiano(2006) (荷兰)Noorman等 (2007) (瑞典)Berguerand等 (2008)
化学链燃烧反应器
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
1-空气反应器；2-上升管；3-旋流分离器；4-燃料反应器 图3 10kW的化学连燃烧装置(a)
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） (瑞典)Lyngfelt(2001) 研究内容 首次设计了基于串行流化床反应器CLC系统
(荷兰)Noorman等 (2007)
(瑞典)Berguerand等 (2008)
基于固定床思想的化学链燃烧反应器系统的探索与研究
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
化学链燃烧反应器
烟道气
2 1
3
H2 O
燃料 空气 进料
不凝气
CO2
1-空气反应器；2-旋风分离器；3-燃料反应器
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
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 % 建造了50kW的化学链燃烧反应系统，连续运行3.5h 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 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 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 基于固定床思想的化学链燃烧反应器系统的探索与研究 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
• 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
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
目录 Contents
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
图1 化学链燃烧原理示意图
燃料侧： (2n+m)MexOy +Cn H2m (2n m)MexOy 1 +mH2O+nCO2 空气侧： 2MexOy -1 +O2 2MexOy
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
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% 建造了50kW的化学链燃烧反应系统，连续运行3.5 h 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 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 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100 h 基于固定床思想的化学链燃烧反应器系统的探索与研究 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22 h、11 h
载氧体
金属载氧体
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。
惰性附着基
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。
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。
载氧体
• 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 • 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 • 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
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） (瑞典)Lyngfelt(2001) (瑞典)Johansson, Lyngfelt(2003) (瑞典)Lyngfelt, Thunman(2004) (韩国)Ryu (2004) (奥地利)Kronberger, (瑞典)Johansson(2004) (瑞典)Abad, Johansson(2005) (西班牙)Diego, Garcí a-Labiano(2006) 研究内容 首次设计了基于串行流化床反应器CLC系统 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 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 % 建造了50kW的化学链燃烧反应系统，连续运行3.5h 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 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 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
研究现状
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
1
3
化学链燃烧反应器 的设计与优化
2
反应系统分析以及与 其它技术的耦合
载氧体
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
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
机械用寿命 评价载氧体的重要指标
载氧能力 在反应过程中与氧 有较强的结合能力
其他指标
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
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） (瑞典)Lyngfelt(2001) 研究内容 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) (奥地利)Kronberger, (瑞典)Johansson(2004) (瑞典)Abad, Johansson(2005) (西班牙)Diego, Garcí a-Labiano(2006) (荷兰)Noorman等 (2007) (瑞典)Berguerand等 (2008)