化學(xué)鏈燃燒中銅基載氧體特性實驗研究.pdf

1、我國煤炭資源比較豐富，當(dāng)前能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中煤炭的所占的比重達(dá)60％以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界26.5%的平均水平，是一個典型的富煤貧油的國家。而目前，我國由于煤等化石能源燃燒產(chǎn)生的CO2排放量居世界第二位，約占全世界排放總量的13%左右。相關(guān)預(yù)測表明，到2030—2035年期間，我國的CO2排放總量將超越美國，居世界第一位。在全球氣候變暖以及世界各國呼吁降低溫室效應(yīng)的大背景下，我國的CO2減排形勢顯得相當(dāng)嚴(yán)峻，特別是控制煤燃燒過程中的CO2減排。

2、而氧解耦化學(xué)鏈燃燒正是近年來提出的一種新興的CO2減排與捕集技術(shù)。而該技術(shù)的關(guān)鍵在于對載氧體活性以及循環(huán)反應(yīng)性能的研究，這對氧解耦化學(xué)鏈燃燒技術(shù)應(yīng)用于實際工程項目具有重要的指導(dǎo)意義，對于CO2減排也具有重要的環(huán)保意義。
　　本文在深入分析化學(xué)鏈燃燒技術(shù)以及載氧體研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，首先以純凈的CuO粉末為研究對象，利用熱重分析儀分析研究了CuO的釋氧特性等，包括了不同氧氣氣氛，升溫速率，溫度等的影響；考察了CuO載氧體的氧化還原循環(huán)

3、反應(yīng)能力。采用Achar-Brindley-Sharp-Wendworth方法對CuO載氧體在不同氧氣濃度下的動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了擬合求解。在此基礎(chǔ)上，采用Al2O3、TiO2和SiO2等惰性載體對CuO載氧體進(jìn)行了改性處理，并再次考察了改性后的載氧體的釋氧性能和循環(huán)反應(yīng)性能。然后利用XRD和SEM等表征技術(shù)對循環(huán)反應(yīng)前后的改性載氧體進(jìn)行了研究分析。另外，在熱重儀和固定床燃燒反應(yīng)器上，對Cu6Si4和Cu6Ti4載氧體進(jìn)行了煤化學(xué)鏈燃燒研究

4、。
　　研究結(jié)果表明，CuO載氧體的開始釋氧溫度Ts隨O2濃度的增加上升。升溫速率越對CuO中氧氣的釋放也有影響，升溫速率越大，開始釋放氧氣的溫度Ts以及達(dá)到10%完全釋氧量的溫度Tf越高。反應(yīng)溫度越高，CuO載氧體的釋氧速率也越快。Cu2O與O2反應(yīng)的速率在初期基本不受反應(yīng)溫度的控制。但到反應(yīng)后階段，溫度越高，Cu2O越容易結(jié)合O2生成CuO。CuO載氧體的吸氧釋氧能力隨著循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸下降，這主要是由于CuO高溫下燒結(jié)造

5、成的。另外，動力學(xué)分析表明：在相同升溫速率下，隨氧氣濃度的提高，CuO釋氧段表觀活化能呈大幅上升趨勢。
　　CuO的改性處理研究結(jié)果表明，Al2O3惰性載體的添加提高了CuO的釋氧速率，其改善效果為：Al2O3>TiO2>SiO2。然而，Al2O3并沒有提高CuO的循環(huán)反應(yīng)性能，原因主要是由于Al2O3在高溫下與氧化銅反應(yīng)生成了CuAl2O4。TiO2對CuO的抗燒結(jié)能力起了很大的作用，其循環(huán)反應(yīng)性能提高了很多。而SiO2也對Cu

6、O的抗燒結(jié)能力有一定的改善。另外，循環(huán)能力測試實驗還表明反應(yīng)溫度越高，CuO的燒結(jié)現(xiàn)象越明顯。
　　Cu6Si4和Cu6Ti4載氧體的煤化學(xué)鏈燃燒實驗表明，Cu6Ti4載氧體與煤的反應(yīng)性能較之Cu6Si4載氧體更好，原因在于TiO2對CuO的改性效果最好。而載氣流量的大小對煤與載氧體反應(yīng)活性的影響不大。Cu6Si4和Cu6Ti4在固定床上的循環(huán)性能下降的主要原因是因為煤中灰分所含的礦物質(zhì)與CuO反應(yīng)生成了CuAl2O4，Cu0.1