化学链燃烧之载氧体
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
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
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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化学链燃烧反应中LaFe1-xCoxO3载氧体的性能研究
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 。
化学链燃烧工艺中载氧体的研究进展
化学链燃烧工艺中载氧体的研究进展
进一步研究载氧体组分和掺杂组分之间的协同机理是载氧体优化的关键。
化石燃料燃烧产生的CO2是主要的温室气体之一，化学链燃烧工艺不仅能够低能量消耗进行内分离捕集CO2，也是制备H2及其他工业合成气的重要手段，其中载氧体是整个化学链循环系统的关键。
安徽工业大学高志芳副教授课题组，以化学链燃烧中的载氧体物化特性为核心，论述了载氧体的制备、组成以及掺杂优化等发展现状，分析了当前载氧体存在的问题及研究难点，并对载氧体研究方向进行展望。
▼载氧体制备方法及特点
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载氧体传统制备方法中机械混合法、浸渍法操作简单、成本低，但制备的载氧体样品均匀性差，活性和稳定性难以保证。
▼传统载氧体的种类和特性
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化学共沉淀、冷冻成粒法和溶胶凝胶法能在一定程度上提高载氧体各成分的均匀性，但其载氧体的微观结构难以控制，操作复杂，制备成本较高，不适于大规模应用;载氧体制备方法应向低成本、高效以及精细化控制方向发展。
目前常用的载氧体中铁基载氧体活性低，镍基和锰基载氧体对环境不利，而铜基载氧体易于烧结，惰性载体的加入和碱金属等元素的掺杂能在一定程度上改善其特性，但距离低成本、高活性、环境友好、工作寿命长还有一定差距，因而进一步研究载氧体组分和掺杂组分之间的协同机理是载氧体优化的关键。
化学链燃烧钙基载氧体CaSO4与CO在不同温度下的反应行为
ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｓ ｂ ｌ ｗ ０ ℃ ，ｔ ｅ ｅ ｏ ｌ ｘ ｓ ｅ ｉ ｇ ｅ ｒ ａ ｔｏ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｗａ ｅ ｏ ９ ０ ｈ ｒ ｎ ｙ ｅ ｉｔ ｄ ａ ｓｎ ｌ ｅ ｃ ｉ ｎ，Ｃ Ｓ ｕ ｄ ｏ ｌ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｄ ｉ ｔ ａ Ｏ４ ｗｏ ｌ ｎ ｙ ｂ ｏ ｖ ｒ ｅ ｎ ｏ
Ｒｅ ｕ ｔｏ ｆＣａ Ｏ４ｏ ｙ ｅ ａ ｒ ｅ ｔ ｄ ｃ ｉ ｎ ｏ Ｓ ｘ ｇ ｎ ｃ ｒ ｉｒ ｗｉｈ ＣＯ ｎ ｉ
ｃ ｅ ｉ ａ —ｏ ｐｉ ｇ ｃ ｍ ｂｕ ｔｏ ｈ ｍ ｃ ｌｌ ｏ ｎ ｏ ｓｉ ｎ
ＺＨＥＮＧ ｉ Ｍ ｎ，ＳＨＥＮ ｉ ｏ ｇ。 ＸＩ Ｌａ ｈ ｎ ＡＯ ｎ Ｊａ
重 反应 ，固体 产 物 为 Ｃ Ｓ和 Ｃ Ｏ，而 产 物 气 中 除 了有 Ｃ ，还 存 在 Ｓ ｚ ｃ Ｓ ａ ａ ｏｚ Ｏ 和 ０ ，且 气 相硫 化 物 的析 出以 Ｃ Ｓ为 Ｏ
主 ；随着 反 应 温 度 的 升 高 ，Ｃ Ｓ 与 Ｃ 反 应 速 率 显 著 增 加 ，而 目标 产 物 Ｃ Ｓ在 固 体 产 物 中 所 占 的摩 尔 分 数 呈 ａＯ Ｏ ａ
ｐ ｏ ｅ ｓｗａ ｉｃ ｓ ｄ ｉ ｈｉ ｐｅ ．Ｔｈｅｅ ｅ ｉ ｅ ｓｓ ｗｅ ｈ ｔｒ ａ ｔｏｎ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ａ ｔ ｂ ｅ ｅ ｆ ｃ ｒ ｃ ｓ ｓｄ ｓ ｕｓ ｅ ｎ ｔ ｓｐａ ｒ ｘｐ ｒｍ ｎｔ ｈｏ ｄ ｔ ａ ｅ ｃ ｉ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｈ ｄ ａｎｏ ａ ｌ ｆｅ ｔ
ｏ ｏ ｈ ｔ ｅ ｒ ａ ｔｏ ｏ ｒ ｅ ａ ｄ ｒ ａ ｔ ｎ ｒ ｔ ｆ Ｃ Ｓ ｅ ｕ ｔｏ ｎ ｔ ｅ １ ｎ ｂ ｔ ｈ ｅ ｃ ｉ ｎ ｃ ｕ ｓ ｎ ｅ ｃ ｉ ａ ｅ ｏ ａ Ｏ４ ｒ ｄ ｃ ｉ ｎ ｉ ｈ ０ ｏ
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重要的燃烧方式，它可以在燃烧过程中提供更多的氧气，从而提高燃烧效率和能量输出。
本文将介绍氧载体化学链燃烧的原理、应用和未来发展方向。
一、氧载体化学链燃烧的原理氧载体化学链燃烧是一种通过添加氧载体来增加燃烧反应中氧气的供应量的燃烧方式。
氧载体是一种能够在燃烧过程中释放出氧气的化学物质，它可以与燃料一起燃烧，从而提供更多的氧气，促进燃烧反应的进行。
氧载体化学链燃烧的过程可以分为三个阶段：氧载体的还原、氧载体的氧化和燃料的燃烧。
在第一阶段中，氧载体被还原成其较低的氧化态，同时释放出氧气。
在第二阶段中，氧载体被氧化成其较高的氧化态，同时吸收了燃料中的氧气。
在第三阶段中，燃料与氧气一起燃烧，释放出能量和废气。
二、氧载体化学链燃烧的应用氧载体化学链燃烧具有广泛的应用前景，特别是在能源领域。
以下是一些典型的应用场景：1. 燃煤发电燃煤发电是目前世界上最主要的电力生产方式之一，但是燃煤会产生大量的二氧化碳等有害气体。
氧载体化学链燃烧可以通过添加氧载体来提高燃烧效率，减少二氧化碳等有害气体的排放。
2. 工业炉窑工业炉窑是许多工业生产过程中必不可少的设备，但是它们通常需要大量的燃料和氧气。
氧载体化学链燃烧可以通过添加氧载体来提高氧气的供应量，从而提高燃烧效率和能量输出。
3. 燃气轮机燃气轮机是一种高效的能源转换设备，但是它们通常需要大量的氧气来支持燃烧反应。
氧载体化学链燃烧可以通过添加氧载体来提高氧气的供应量，从而提高燃烧效率和能量输出。
三、氧载体化学链燃烧的未来发展方向氧载体化学链燃烧是一种非常有前途的燃烧方式，但是目前还存在一些挑战和限制。
以下是一些可能的未来发展方向：1. 开发更高效的氧载体目前已经有一些氧载体被广泛应用，但是它们的效率和稳定性还有待提高。
未来可以通过开发新的氧载体来提高燃烧效率和能量输出。
2. 优化燃烧反应条件氧载体化学链燃烧的效率和稳定性受到燃烧反应条件的影响。
一种以甲烷为燃料,以含铜氧化物为载氧体的化学链
一种以甲烷为燃料,以含铜氧化物为载氧体的化学链化学链是一种以甲烷为燃料的体系，其中含铜氧化物作为载氧体。
这种化学链的发展对于解决能源和环境问题具有重要意义。
本文将详细讨论这种化学链的基本原理、应用前景以及挑战与限制。
首先，我们来了解什么是化学链。
化学链是一种通过一系列化学反应将原始物质转化为所需产物的过程。
在这个过程中，一种化学物质通过一系列催化反应与其他反应物发生相互作用，并通过适当的控制和条件，实现所需产物的转化。
在这种以甲烷为燃料的化学链中，甲烷首先通过催化剂反应转化为甲醇。
随后，甲醇经过一系列反应，包括脱氧、升华和催化转化等步骤，最终转化为含铜氧化物。
含铜氧化物可以进一步参与其他化学反应，产生二氧化碳和水蒸气等产物。
这种化学链的基本原理是通过控制和优化这些反应，实现甲烷的转化和能量的释放。
为什么选择甲烷作为燃料呢？甲烷是一种主要存在于天然气中的化合物，具有丰富的资源和广泛的应用。
而且，甲烷燃烧产生的气体主要是二氧化碳和水，相对于燃烧煤炭或石油产生的气体，对环境影响较小。
因此，利用甲烷作为燃料可以实现清洁能源的利用和环境保护。
载氧体是化学链中的关键组成部分。
在这种以含铜氧化物为载氧体的化学链中，铜氧化物作为催化剂，参与甲烷的氧化反应。
铜氧化物的选择是基于其良好的催化活性和稳定性。
通过优化铜氧化物的结构和组分，可以实现更高的催化效率和稳定性，并减少化学链中的能量损失。
这种以甲烷为燃料、含铜氧化物为载氧体的化学链具有广泛的应用前景。
首先，它可以用于清洁能源的生产。
通过将甲烷转化为甲醇，再将甲醇转化为含铜氧化物，最终释放出能量，可以实现能源的高效利用和减少对化石燃料的依赖。
其次，这种化学链还可以应用于废弃物的处理和回收。
例如，通过将有机废物中的甲烷转化为甲醇，再进行后续的化学反应，可以将废弃物转化为有用的产物，并减少对自然资源的消耗。
然而，面临着一些挑战和限制。
首先，甲烷的转化效率和产物选择度仍然需要进一步提高。
《改性CaSO4-膨润土载氧体煤直接化学链燃烧中PAHs的生成研究》范文
《改性CaSO4-膨润土载氧体煤直接化学链燃烧中PAHs的生成研究》篇一改性CaSO4-膨润土载氧体煤直接化学链燃烧中PAHs的生成研究一、引言煤的直接化学链燃烧是一种清洁高效的能源转换技术，其在燃烧过程中具有低污染、高效率等优点。
然而，在燃烧过程中，多环芳烃（PAHs）等有害物质的生成与排放问题仍然是一个亟待解决的难题。
近年来，改性CaSO4/膨润土载氧体因其良好的反应活性和稳定性被广泛应用于煤的直接化学链燃烧中。
本文旨在研究改性CaSO4/膨润土载氧体在煤直接化学链燃烧过程中对多环芳烃（PAHs）生成的影响及其生成机理。
二、改性CaSO4/膨润土载氧体的介绍改性CaSO4/膨润土载氧体是一种由CaSO4和膨润土经过一定工艺处理后得到的复合材料。
这种材料在煤的直接化学链燃烧中具有较高的反应活性和稳定性，能够有效促进燃烧反应的进行，降低有害物质的生成。
三、实验方法与步骤本实验采用改性CaSO4/膨润土载氧体作为催化剂，在模拟煤的直接化学链燃烧条件下进行实验。
通过改变反应条件，如温度、压力、氧气浓度等，观察PAHs的生成情况。
同时，采用气相色谱-质谱联用技术对生成的PAHs进行定性和定量分析。
四、实验结果与分析1. PAHs的生成情况实验结果表明，在改性CaSO4/膨润土载氧体的作用下，煤的直接化学链燃烧过程中PAHs的生成量得到了有效控制。
随着反应条件的改变，PAHs的生成量呈现不同的变化趋势。
在适当的反应条件下，PAHs的生成量明显降低。
2. PAHs的生成机理通过对实验结果的分析，我们认为改性CaSO4/膨润土载氧体对PAHs的生成具有抑制作用。
这可能是由于载氧体在燃烧过程中能够吸附和分解部分有害物质，从而降低PAHs的生成。
此外，载氧体还能够促进燃烧反应的进行，使煤的燃烧更加充分，从而减少有害物质的生成。
五、结论本文研究了改性CaSO4/膨润土载氧体在煤直接化学链燃烧过程中对多环芳烃（PAHs）生成的影响及其生成机理。
2 化学链燃烧之载氧体
载氧体
反应器
反应系统
载氧体研究
研究内容
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 实现氧和热量的传递 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 ）
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℃
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
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
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
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-
化学链燃烧
Chemical Looping Combustion
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
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
(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。
• 美国Cao 在TGA 上以煤和生物质为燃料理论分析和实验证明了CuO 作为 固体燃料载氧体的可行性
化学链燃烧是利用载氧体将空气中的氧传输至燃料的新技术。一种甲烷的化学链燃烧技
化学链燃烧是利用载氧体将空气中的氧传输至燃料的新技术。
一种甲烷的化学链燃烧技化学链燃烧()是利用载氧体将空气中的氧传输至燃料的新技术，与传统燃烧方式相比，避免了空气和燃料的直接接触，有利于高效捕集。
基于载氧体的甲烷化学链燃烧技术示意图如下。
空气反应器与燃料反应器中发生的反应分别为：①②(1)反应_______。
(2)反应②的平衡常数表达式_______。
(3)氧的质量分数：载氧体Ⅰ_______(填“＞”“=”或“＜”)载氧体Ⅱ。
(4)往盛有载氧体的刚性密闭容器中充入空气【氧气的物的量分数为21%】，发生反应①。
平衡时随反应温度T变化的曲线如图所示。
时的平衡转化率_______(保留2位有效数字)。
(5)根据下图，随温度升高而增大的原因是_______。
反应温度必须控制在以下，原因是_______。
(6)载氧体掺杂改性，可加快化学链燃烧速率。
使用不同掺杂的载氧体，反应②活化能如下表所示。
载氧体掺杂物质氧化铝膨润土活化能/由表中数据判断：使用_______(填“氧化铝”或“膨润土”)掺杂的载氧体反应较快；使用氧化铝或者膨润土掺杂的载氧体，单位时间内燃料反应器释放的热量分别为、，则a_______b(填“＞”“=”或“＜”)。
参考答案与解析 【答案】(1) (2)(或)(3)＞(4)58%(5)反应①为放热反应，温度升高平衡左移温度高于时，大于21%，载氧体无法载氧(6)膨润土＜【解析】(1)①；②，用①2+②（1）得：反应=，故答案：。
(2)由②可知，故体没有浓度，所以该反应的平衡常数表达式(或)，故答案：(或)。
(3)由图可知：载氧体I是把空气中的氧气转移到燃料反应器，载氧体II是氧气和甲烷发生反应释放出水和二氧化碳，所以氧的质量分数：载氧体I＞载氧体II，故答案：＞。
(4)设往盛有载氧体的刚性密闭容器中充入空气的物质的量为1mol,氧气的物的量分数为21%，则氧气的物质的量为0.21mol，氮气的物质的量为0.78mol，由图可知，达到平衡时氧气的物的量分数为10%，则达到平衡时气体的物质的量为0.78mol+0.1mol=0.88mol，变化的氧气的物质的量为1mol-0.88mol，根据①反应，时的平衡转化率=58%，故答案：58%。
铁矿石载氧体化学链燃烧高温还原表征
铁矿石载氧体化学链燃烧高温还原表征宋涛;沈来宏;肖军;高正平;顾海明;张思文【摘要】基于热重分析仪研究了950℃下天然赤铁矿石载氧体与H2还原反应过程中的反应性能,并借助于X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜与电子能谱(SEM-EDS)联用,对还原反应固体产物进行了表征.研究表明,950℃下载氧体反应速率最大值出现在转化率为0.11时,此阶段主要是由Fe2O3完全转化为Fe3O4,反应很容易进行.随后反应速率下降,当转化率为0.178时载氧体产物含有的低阶铁氧化物为Fe3 O4、FeO；而转化率为0.477时,主要产物有Fe、FeO、Fe3 O4存在.SEM-EDS表征结果表明,随转化率增加,载氧体颗粒表面上含Fe元素的晶粒逐渐聚集、长大,并且在Fe、FeO生成区发生了颗粒体积收缩和烧结现象,特别是Fe元素富集区；而SiO2、Al2 O3相对含量较高区域依然保持稳定的结构.与铁矿石串行流化床实验对比,铁矿石良好的惰性载体分布有效地缓解了载氧体的烧结程度,使得载氧体在长时间使用过程中反应性能得以维持.%Using H2 as a reactant gas, the reaction characterization of hematite oxygen carrier was investigated in a thermogravimetric analyzer (TGA). The solid reduction products were characterized by XRD (X-ray diffraction) and SEM-EDS (Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive Spectrometer). The results show that thereis a maximum reaction rate when the conversion is 0.11. In this stage,Fe2O3 as an active phase was converted to Fe3O4 and the reduction reaction was easy to happen. Then, there is a decrease of reaction rate. When the conversion degree of hematite oxygen carrier was 0.178, the solid reduction products were composed of Fe3O4 and FeO. When the conversion is 0.477, Fe3O4, FeO and Fe were all found in the reductionproducts. SEM-EDS results show that the grains at the surface of hematite oxygen carrier were gathered and grown up, and the particle volume shrinkage and sintering effect are observed, especially in the region rich in Fe element. However, a relative stable structure was seen in the region rich in SiO2 or A12O3 contents. Further, compared with the results based on interconnected beds, the sintering of hematite was alleviated due to a good inert material distribution, which kept a good long-term reactivity of hematite oxygen carrier.【期刊名称】《燃料化学学报》【年(卷),期】2011(039)008【总页数】8页(P567-574)【关键词】化学链燃烧;铁矿石;载氧体;烧结;反应性能【作者】宋涛;沈来宏;肖军;高正平;顾海明;张思文【作者单位】东南大学热能工程研究所,江苏南京210096;东南大学热能工程研究所,江苏南京210096;东南大学热能工程研究所,江苏南京210096;东南大学热能工程研究所,江苏南京210096;东南大学热能工程研究所,江苏南京210096;东南大学热能工程研究所,江苏南京210096【正文语种】中文【中图分类】TK546化学链燃烧 (Chemical－Looping Combustion，CLC)是一种新型的能够分离CO2的燃烧方式。
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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