化學(xué)鏈燃燒之載氧體課件.pptx

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1、化學(xué)鏈燃燒及載氧體材料化學(xué)鏈燃燒（CLC）一種燃料與空氣不直接接觸的無火焰燃燒方式，基本原理是將傳統(tǒng)的燃料與空氣直接接觸反應(yīng)的燃燒借助于載氧體的作用分解為2個氣固反應(yīng)，燃料與空氣無需接觸，由載氧體將空氣中的氧傳遞到燃料中化學(xué)鏈燃燒的基本概念什么是化學(xué)鏈燃燒？化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)主要包括燃料反應(yīng)器空氣反應(yīng)器載氧體燃料反應(yīng)器：載氧體被燃料還原，燃料被氧化?？諝夥磻?yīng)器：被還原后的載氧體又被空氣氧化，繼續(xù)送入還原器。載氧體：在還原器和氧化器之間傳遞氧、傳遞熱量?；瘜W(xué)鏈燃燒系統(tǒng)組成化學(xué)鏈燃燒是如何實現(xiàn)的呢？空氣N2,O2MexOyMexOy-1燃料FuelReactor（還原反應(yīng)）CO

2、2,H2OAirReactor（氧化反應(yīng)）化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)原理燃料反應(yīng)器（還原反應(yīng)）CnH2mOp+(2n+m-p)MexOy→nCO2+mH2O+(2n+m-p)MexOy-1+Hred空氣反應(yīng)器（氧化反應(yīng)）(2n+m-p)MexOy-1+(n+m/2-p/2)O2→(2n+m-p)MexOy+Hox總反應(yīng)CnH2mOp+(n+m/2-p/2)O2→nCO2+mH2O+HCHc=Hox+Hred以CuO載氧體為例，新鮮的載氧體緊密結(jié)合，其表面呈致密的狀態(tài)。在1000倍的視野中出現(xiàn)直徑為10~20μm的孔。被還原后的氧載體表面呈蓬松狀態(tài)，氧載體表面呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，孔徑均小于

3、5μm。這是由于在反應(yīng)過程中氧載體因釋氧使得晶相組成發(fā)生變化，其中的CuO轉(zhuǎn)化為Cu2O，氧分子由氧載體晶體內(nèi)部釋放加強(qiáng)孔結(jié)構(gòu)的形成，這使得氧載體表面形成新的微觀多孔結(jié)構(gòu)，使得氧載體與氣體的接觸面大為增加，更有利于燃料的燃燒。新鮮的銅基氧載體放大1000倍放大10000倍與無煙煤反應(yīng)之后的氧載體放大1000倍放大10000倍化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)原理化學(xué)鏈燃燒的優(yōu)勢CO2捕集，降低能耗提高能源利用效率控制NOx排放用于重整制氫等其他行業(yè)為什么要研究化學(xué)鏈燃燒呢？優(yōu)勢1--CO2捕集燃料燃燒的產(chǎn)物（主要是CO2和H2O）不會被氮?dú)夂瓦^量的空氣稀釋，因此CO2濃度很高分離時只需要將

4、H2O冷凝去除，即可分離回收CO2，不需要額外的CO2分離裝置，降低系統(tǒng)能耗及成本，提高系統(tǒng)效率化學(xué)鏈燃燒的優(yōu)勢化學(xué)鏈燃燒的優(yōu)勢優(yōu)勢2—能量梯級循環(huán)利用化學(xué)鏈燃燒中載氧體把熱量從空氣反應(yīng)器傳遞到燃料反應(yīng)器，與吸熱反應(yīng)有機(jī)結(jié)合的能量釋放方式，減小了燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為物理能過程的可用能損失，實現(xiàn)了能量品位的梯級利用，提高能量利用效率。優(yōu)勢3—控制NOx的生成燃燒過程中，燃料與氧氣不直接接觸，避免了燃料型NOx的生成；當(dāng)溫度低于1500℃時，熱力型NOx的生成極少，而空氣側(cè)反應(yīng)溫度較低，因而可以有效控制熱力型NOx的生成。化學(xué)鏈燃燒的優(yōu)勢化學(xué)鏈燃燒的應(yīng)用：化學(xué)鏈燃燒可用于發(fā)電，

5、比如氧化反應(yīng)器中產(chǎn)生的高溫空氣可以推動燃?xì)廨啓C(jī)做功（CLC+GT）化學(xué)鏈燃燒可以用于重整制氫（CLR+CLH）化學(xué)鏈燃燒可以用于煤氣化（CLG）化學(xué)鏈燃燒有哪些應(yīng)用呢？化學(xué)鏈燃燒的應(yīng)用研究重點載氧體反應(yīng)器反應(yīng)系統(tǒng)化學(xué)鏈燃燒的小型固定床或流化床實驗階段化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)中試驗證與系統(tǒng)分析階段載氧體的選擇、測試與開發(fā)階段化學(xué)鏈燃燒的研究重點及進(jìn)展載氧體研究載氧體功能分類制備方法性能發(fā)展方向研究內(nèi)容載氧體的功能空氣反應(yīng)器燃料反應(yīng)器循環(huán)MexOyMexOy-1實現(xiàn)氧和熱量的傳遞氧化反應(yīng)還原反應(yīng)載氧體的分類金屬：Ni、Fe、Co、Mn、Cu、Cd非金屬：CaSO4、BaSO4、SrS

6、O4活性成分其他：復(fù)合型（Cu-Ni/Al2O3、Co-Ni/Al2O3）惰性載體：多孔結(jié)構(gòu)增加反應(yīng)表面積、機(jī)械強(qiáng)度、抗磨損能力及固體的粒子電導(dǎo)率Al203、Si02、NiAl2O4、海泡石(sepiolite)、TiO2、Zr02、Y2O3+Zr02(YSZ)釔穩(wěn)定氧化鋯、高嶺土、膨潤土、六價鋁酸鹽等分類Cu基Ni基Mn基Fe基Co基Ca基氧化態(tài)CuOCu2ONiOMn2O3Mn3O4Fe2O3Fe3O4FeOCo3O4CoOCaSO4還原態(tài)Cu2OCuNiMnOFeOFe3O4FeCoOCoCaS載氧體的分類載氧體制備方法機(jī)械混合法浸漬法分散法噴霧干燥法冷凍成粒法溶

7、膠-凝膠法載氧體制備方法機(jī)械混合法：將一定粒徑的金屬氧化物、惰性載體(有時加入10%重量百分比的石墨作為添加劑)以設(shè)定的比例混合、粉碎，加入適量的水使之成為具有適當(dāng)粘度的糊狀物，然后干燥燒結(jié)處理，最后通過篩選以獲得一定粒徑的氧載體。浸漬法：首先將金屬氧化物的硝酸鹽(如Cu(NO3)2)溶于溶劑中得到定量濃度的飽和溶液，并向溶液中加入惰性載體，然后除去溶劑并在一定溫度下鍛燒使硝酸鹽分解，以達(dá)到活性相負(fù)載的目的(通過多次浸漬可增大負(fù)載量)，所得顆粒即可作為氧載體。冷凍成粒法：將金屬氧化物、惰性載體和少量的分散劑與水混合后，利用球磨機(jī)得到漿狀物