化学链燃烧

摘要： 通过介绍近年来二噁英(PCDD/Fs)的生成机理及其控制技术的研究进展,指出现有PCDD/Fs控制技术仍未能从进一步控制氧源和碳源角度降低PCDD/Fs排放。着重介绍了化学链燃烧(CLC)技术抑制PCDD/Fs的生成机理、反应过程脱氯效率以及氯元素迁移路径的诊断预测,提出CLC技术所引入的晶格氧可作为PCDD/Fs生成的潜在氧源,应重视对氧载体种类的优选以及改进。同时阐述了多种污染物协同脱除的应用特点,添加剂改进与运行参数匹配是其技术研发的要点。

摘要： 使用浸渍法制备了球形与拉西环两种内扩散性能不同的铜基载氧体颗粒,在小型固定床反应器上进行了甲烷化学链燃烧实验,分析了球形与拉西环载氧体颗粒在还原反应与氧化反应中的最大温升及所需时间。结果表明:在还原反应中,甲烷进气流量能同时对拉西环载氧体的反应速率与最大温升产生影响,在总流量较大时有必要控制甲烷与氮气进气流量比;在氧化反应中,拉西环载氧体最大温升高于球形载氧体,反应温度的增大对拉西环载氧体最大温升的提升效果优于球形载氧体。

摘要： 化学链燃烧CO_(2)捕集与催化加氢耦合为实现碳减排与资源化利用提供了新思路。化学链燃烧技术具有CO_(2)内分离特性,能实现低成本CO_(2)捕集。该过程与CO_(2)活化加氢反应器串联,可实现CO_(2)捕集、活化与资源化的耦合。详细分析了该耦合技术的原理、复合载氧体研究现状及应用,特别是耦合制低碳烯烃的可行性,为化学链燃烧CO_(2)捕集与活化加氢耦合技术的潜在应用,以及煤化工过程副产CO_(2)活化与资源化提供了理论参考。载氧-催化双功能颗粒的设计是实现这一耦合技术的关键,开发高效稳定的载氧体用于提高CO_(2)加氢制备低碳烯烃的转化率和产率,以及反应机理的探索仍然是未来研究的重点和难点。

摘要： 为更好地研究载氧体的氧化还原反应特性,在流化床热重分析(FB-TGA)反应器上进行了赤铁矿载氧体的氧化还原循环反应实验,并采用Kunii和Levenspiel提出的两相流化床简化模型耦合单颗粒表观细化的一阶模型,结合实验结果分析了载氧体在流化床内循环不同阶段的反应动力学特征,确定了循环不同阶段反应动力学参数的范围.模型计算的结果表明,在900°C时,第1次、第60次、第120次循环中表观细化模型选定的氧化反应速率常数分别为(2.65±0.02)×10^(-2)m^(3)/(mol·s)、(2.83±0.02)×10^(-2)m^(3)/(mol·s)和(8.40±0.02)×10^(-2)m^(3)/(mol·s);随着氧化还原反应循环的进行,载氧体的反应性能降低,选定更高反应速率数值的模型可以描述实验过程.该模型能准确地描述载氧体在整个氧化还原反应阶段不同时期的反应动力学特性.

摘要： 氨气是PM_(2.5)的重要前体物之一,为了脱除以氨作为还原剂的选择性催化还原(NH_(3) selective catalytic reduction,NH_(3)-SCR)技术产生的脱硝烟气中的逃逸氨,基于固定床反应器对30-CuO/Al_(2)O_(3)的脱除逃逸氨反应机理进行了实验研究。结果发现,由于30-CuO/Al_(2)O_(3)具有载氧体的属性,当反应气体中不含O_(2)时仍发生了基于氧化态载氧体(CuO)的氨脱除过程,由此证明了基于30-CuO/Al_(2)O_(3)的氨脱除过程包含化学链燃烧反应机理,且基于化学链燃烧反应机理的氨脱除的N_(2)选择性明显高于基于选择性催化氧化机理(SCO)的氨脱除的N_(2)选择性。研究SO_(2)对逃逸氨脱除机理的影响发现,当反应气体中含有50μL/L SO_(2)时,与不含SO_(2)相比,350°C下的NO选择性从38.0%大幅降至2.7%,结合催化剂的XRD表征结果认为,含有SO_(2)时的逃逸氨脱除机理以化学链燃烧反应机理为主。

摘要： 为提高Fe基载氧体性能以及研究锡盟褐煤化学链燃烧特性,以硝酸盐试剂及CuO粉末为原料,通过共沉淀法制备了不同质量分数CuO修饰的Fe基载氧体且使用固定床制备褐煤焦样,对制得的载氧体进行表征分析,并在小型流化床反应器中进行了褐煤及其煤焦的化学链燃烧实验。结果表明:实验制得的载氧体完成了良好的结晶过程,且经CuO修饰后的载氧体中出现了CuFe_(2)O_(4);在褐煤化学链燃烧实验中,相比于不经CuO修饰的Fe基载氧体,修饰后的载氧体具有更好的反应活性,具体表现在碳转化率方面,通过对不同质量分数CuO修饰的Fe基载氧体进行实验分析,10%CuO修饰的载氧体褐煤化学链燃烧中碳转化率为94.84%,较不修饰情况下的89.49%提升明显,同时碳转化速率峰值为23.81mol·%·min^(-1),在相同时间内较不修饰情况提升4.21mol·%·min^(-1),使用10%CuO修饰的载氧体进行褐煤焦化学链燃烧实验时碳转化率高达95.80%;循环实验中,15次化学链燃烧实验循环后,褐煤化学链燃烧碳转化率为88.69%,对反应后的载氧体表征分析表明,10%CuO修饰的Fe基载氧体仍保持了较为稳定的性能。

摘要： 铁镁载氧体实验中,随着MgO的添加,铁基载氧体中铁镁氧化物逐渐增多。Fe_(2)O_(3)负载MgO后,CO-TPR出峰时间变短,说明MgO能够提高Fe_(2)O_(3)与CO的反应活性。Fe_(8)Mg_(2)载氧体相对于实验中其他铁镁载氧体,TPR峰总面积最大,Fe_(8)Mg_(2)载氧体还原能力最强,还原效果最好。通过对铁镁载氧体形貌图对比研究,发现MgO的添加能够减轻铁基载氧体的团聚和烧结。

摘要： 市政污泥的低碳资源化利用,是“无废城市”建设、应对全球气候变化的重要保障。化学链燃烧/气化技术是通过载氧体在污泥燃料和空气之间的循环反应实现污泥热解继而燃烧和碳捕集。采用廉价易得的铁基载氧体开展市政污泥化学链燃烧研究,为探究市政污泥基于铁基载氧体的化学链燃烧初始阶段的热解机理,采用X射线光电子能谱、^(13)C固体核磁等表征手段结合工业分析、元素分析,确定了典型市政污泥所含元素种类、化学价态以及成键方式,从而确定其分子团化学结构;以AlFeO_(3)的载氧体形式,构建了污泥独立热解和载氧体表面热解2种结构模型。通过反应力场分子动力学模拟(ReaxFF MD),主要针对升温速率和热解温度2个影响因素进行模拟。结果表明:不同升温速率下,污泥独立热解的产物主要为有机气体,升温速率过高不利于污泥分子团热解,选取16 K/ps较为合适;热解温度的升高和载氧体的存在均促进了污泥化学结构的热解,减少了焦油生成;无载氧体作用时,N元素在不同升温速率下,主要迁移至重质焦油中参与后续的燃烧反应;热解温度对含氮产物的生成影响不大。而载氧体的存在促使含氮活性基团的生成,进而产生NO并部分还原为N_(2);S元素主要迁移至小分子量碎片中,或以H_(2) S形式析出。因此,铁基载氧体提升了固体燃料的热解速率,可减少焦油产生,降低了NO_(x)生成,但对SO_(2)排放影响不大。

摘要： 在中国能源供应结构仍以化石能源为主、电力供应仍以燃煤电厂为主的状况下,为实现碳中和的目标,二氧化碳捕捉技术作为可能的兜底技术仍具有重要的意义。通过对主流的二氧化碳捕捉技术的原理和特点进行系统梳理,得出了富氧燃烧技术尤其是化学链燃烧技术、氧化钙循环捕捉技术与燃煤电厂的工艺耦合性好、成本相对较低,适用于燃煤电厂存量市场的技术改造。

摘要： 油气类挥发性有机化合物(VOCs)是一类重要的大气污染物质。基于化学链燃烧原理,以油气类VOCs的代表性物质之一正己烷为处理对象,开展了正己烷的脱除实验研究。首先基于固定床反应器进行了正己烷与氧化态铜基载氧体的直接化学链燃烧反应实验,发现当反应温度低于350°C时,正己烷的脱除率和载氧体的还原利用率均较低,而将反应温度提高到400°C以上时,载氧体上产生了大量积炭,表明直接的化学链燃烧无法较好的脱除正己烷。为此,探索了先对正己烷进行水蒸气重整将其转化为易于化学链燃烧的H;和CO,然后再对H;和CO进行化学链燃烧,即耦合了水蒸气重整和化学链燃烧的方法。基于该方法的正己烷脱除实验中,发现在正己烷液相空速1.0 h;、水碳比1.0和反应温度高于420°C的条件下,在7.5 min时,正己烷脱除率和载氧体还原利用率均高于75%且无积炭发生,表明耦合了水蒸气重整的化学链燃烧工艺可较好的处理正己烷。载氧体的XRD表征结果表明,在本工艺的化学链燃烧反应中铜基载氧体的氧化态物种为CuO,而还原态物种为Cu。

摘要： 源自强化气固接触的理念,本实验设计了一种新型的化学链燃烧系统,该系统是由空气反应器、燃料反应器、旋风分离器、返料器组成的循环回路.燃料反应器采用多个内置布风板,将单一稠密的鼓泡床分隔为多腔室、气固流态化连续的涌渗床.采用压力分析方法,研究在不同风量下该系统内的压力变化与物料分布.结果表明:涌渗反应器内物料集中在内置布风板处;反应器内流化风量是影响压降的决定因素;合适的流化风量可保证气固流动的稳定.

摘要： 对自行搭建的50kWth化学链燃烧串行流化床进行全床计算颗粒流体力学(CFD)模拟.以天然赤铁矿为氧载体,以煤为燃料,对床内气固两相反应流动的细节信息进行了分析,气相组分出口浓度模拟结果与实验结果基本吻合.重点分析了串行流化床反应器间的固体循环流量,系统压力分布,固相浓度分布,煤转化过程关键信息.最后,基于以上的模拟分析,优化操作工况,提高CO2气产率.以上过程体现了CPFD模拟可为CLC系统的设计和运行提供重要的参考依据.

摘要： 为了从原理上解释反应与扩散对化学链燃烧中载氧体颗粒还原反应的控制机制,本文以载氧体和还原性气体的反应为研究对象建立了晶粒-颗粒模型,并通过实验数据验证了模型的正确性.本文从颗粒尺度和晶粒尺度两个层面分析了颗粒行为和晶粒行为的对应关系,结果表明,在反应与扩散控制机制的竞争与协调下,颗粒内被还原晶粒的结构呈现三种典型分布.此外还讨论了气体产物层扩散系数和化学反应速度常数对晶粒转化率的影响.

摘要： 采用燃烧法合成了具有自载体功能的NiFeAlO4载氧体材料,通过表征手段和实验研究考察了不同还原深度下NiFeAlO4载氧体的化学链燃烧反应特性和循环热稳定性,并对NiFeAlO4载氧体晶相结构和表观形貌的变化规律进行了分析.结果表明,还原深度加深不利于NiFeAlO4载氧体保持较好的循环热稳定性.对反应前后NiFeAlO4载氧体晶相结构的分析表明,还原深度加深后经过“还原-氧化”后生成的NiFe2O4和NiAl2O4是导致NiFeAlO4载氧体循环热稳定性下降的主要原因.

摘要： 在微型双流化床反应装置上,研究了化学链燃烧条件下小龙潭褐煤在热解阶段中气相S的迁移释放.模拟和实验结果表明:在以铁矿石为氧载体时可将煤热解气中大部分的气相硫中间产物H2S转化为SO2.煤热解产物在经过铁矿石后释放的气相含S物质主要为SO2,同时含有少量的H2S,总含硫气体生成量为1750.8mg/kg煤,占燃料总硫质量的41.58％.

摘要： 反应器系统是以煤为燃料的化学链燃烧系统的基础组成部分,反应器系统提供载氧体反应的场所,将载氧体以合适的速率在不同的反应器之间传输,实现气固分离和不同性质颗粒的分离.因此,设计、研究反应器系统是实现以煤为燃料的化学链燃烧的根本前提.本文对以煤为燃料的化学链燃烧过程的反应器系统进行研究,对反应器系统中的三个重要部件:空气反应器、燃料反应器、碳分离器及整体的循环特性进行研究,总结建立了以煤为燃料的化学链燃烧反应器系统的设计方法,在此基础之上设计了3MWth的化学链燃烧示范装置,为以煤为燃料的化学链燃烧热态系统的建造与运行奠定了基础.

摘要： 化学链燃烧作为一种低能耗低成本内分离化石燃料利用CO2的新型技术,是华中科技大学煤燃烧国家重点实验室的研究重点之一.经过十多年的持续研发,主要的研究特色包括:多功能氧载体的裁剪设计和批量制备:从理解原子/分子尺度氧载体晶格氧传输原理出发,发展了自组装核壳结构的氧载体颗粒,并开发了燃烧合成法、喷动床造粒法等批量制备技术,针对不同煤种设计不同化学组分和物理结构的氧载体颗粒,实现煤化学链燃烧的性能优化;发展新型双循环流化床化学链燃烧反应器:从氧载体表界面尺度反应动力学和流化床反应器内多尺度结构数值建模出发,发展了对全尺度化学链燃烧反应器进行多尺度模拟的模型和方法,结合冷态实验和数值模拟,设计了新颖的双循环流化床化学链燃烧反应器,分别建立了热功率5kWth、50kWth的装置,进行了500h以上的实验,燃烧效率最高可达97.6％;煤化学链燃烧过程污染物的释放规律和控制技术:系统研究了硫化物、氮化物等气态污染物、煤灰与氧载体相互作用等,了抗硫中毒的氧载体或加入CaO等脱硫剂来控制硫化物,发现煤中氮化物主要以N2释放,煤灰对氧载体的副作用较小,煤化学链燃烧排放的可吸入颗粒物来源于煤灰本身、氧载体氧化还原造成晶格空穴产生的小颗粒和磨损破碎产生的小颗粒.

摘要： 基于污泥处置技术的减容化、无害化、稳定化和资源化的目的,本文首次采用化学链燃烧技术来处置污泥,实验基于赤铁矿载氧体在1kWth串行流化床上开展.研究了燃料反应器温度和水蒸气量对污泥燃烧特性的影响,并对比了淮北无烟煤和污泥化学链燃烧特性的差异,以及考察了赤铁矿长期运行的物化性能.实验结果表明,在本实验的工况下,没有焦炭随载氧体进入到空气反应;随着燃料反应器温度的增加,污泥和煤的碳转化率均增加,但污泥的碳转化率要高于煤;同时,水蒸气的加入可提高污泥的碳转化率,但水蒸气的量对其影响较小;赤铁矿在长时间运行中,体现了良好的反应以及抗烧结性能.

摘要： 采用油菜秆灰(RSA)、小麦秆灰(WSA)、竹秆灰(BSA)和玉米棒灰(CCA)通过干法煅烧方式修饰铁矿石,在流化床上研究灰种类、负载量和循环次数对铁矿石反应性能的影响,并研究修饰后的铁矿石对煤化学链燃烧的影响.结果表明,修饰后铁矿石活性显著提高,灰种类、负载量导致铁矿石活性差异较大.循环实验表明,RSA和WSA修饰的铁矿石活性始终较高,SEM显示铁矿石表面仍有较大的孔隙结构.以煤为燃料时,煤中碳转化率有较大提高.

摘要： 串行流化床的合理设计和优化运行对于化学链燃烧(CLC)富集CO2至关重要,传统的流化床经验设计方法基于宏观流化规律而不能提供反应器内流动的细节信息,实验方法也因为测量限制等问题而难以得到详尽的多相反应流信息.计算流体力学模拟(CFD)能够提供反应器内燃料与氧载体的复杂多相反应流动细节信息,可为CLC系统的设计、放大、运行提供重要的参考依据.本文利用商业软件Fluent对本课题组内5kWth级化学链燃烧串行流化床进行全床CFD模拟,以赤铁矿为氧载体,燃料为CH4,并与实验结果对照,气相组分出口浓度模拟结果与实验测量基本符合.模拟与实验的差异可能是因为铁矿石与各种燃料的化学反应动力学模型存在一定误差.

摘要： 本发明属于能源清洁燃烧和高效利用相关技术领域，公开了一种耦合化学链制氧的原位煤气化化学链燃烧系统，该系统由一套化学链制氧子系统和一套原位煤气化化学链燃烧子系统耦合而成，其中所述化学链制氧子系统包括释氧反应器、吸氧反应器、第一四通阀和第二四通阀，所述原位煤气化化学链燃烧子系统包括燃料反应器、空气反应器和冷凝器，同时对这些组件之间的耦合关系及其工作方式进行了改进和设计。通过本发明，能够以结构紧凑、便于操控的方式，高效率地将化学链制氧子系统制取的包含少量O

摘要： 本发明公开一种基于太阳能集成富氧燃烧与化学链燃烧的热电联产系统及其工作方法，该系统是将太阳能热化学过程和燃料动力循环的有机耦合，实现太阳能的阶梯利用，一方面还原后的载氧体将太阳能转化为化学能储存在载氧体蓄热器中，为化学链燃烧提供必要的热能，一方面利用光照下微藻光合作用吸收CO

摘要： 一种用于酸性气体燃烧的化学链燃烧(CLC)方法包括一系列反应区，并被配置成提供原位制取氧气和从产品流中原位去除SO2气体，所述SO2气体通过在一反应区域的某一位置SO2与钙基吸附剂反应从而去除。CLC方法也被配置成原位制取氧气，所述原位制取氧气归因于金属氧物物氧载体的使用，所述金属氧物氧载体故意放置成不直接接触酸性气体，从而消除不希望有的硫基金属氧化物的生成。

摘要： 本发明属于能源清洁燃烧和高效利用相关技术领域，公开了一种耦合化学链制氧的原位煤气化化学链燃烧系统，该系统由一套化学链制氧子系统和一套原位煤气化化学链燃烧子系统耦合而成，其中所述化学链制氧子系统包括释氧反应器、吸氧反应器、第一四通阀和第二四通阀，所述原位煤气化化学链燃烧子系统包括燃料反应器、空气反应器和冷凝器，同时对这些组件之间的耦合关系及其工作方式进行了改进和设计。通过本发明，能够以结构紧凑、便于操控的方式，高效率地将化学链制氧子系统制取的包含少量O2的CO2/H2O混合气化剂通入原位煤气化化学链燃烧子系统的燃料反应器中，加速煤焦的气化反应速率，从而达到提高整体煤化学链燃烧转化效率的目的。

摘要： 本发明公开一种基于太阳能集成富氧燃烧与化学链燃烧的热电联产系统及其工作方法，该系统是将太阳能热化学过程和燃料动力循环的有机耦合，实现太阳能的阶梯利用，一方面还原后的载氧体将太阳能转化为化学能储存在载氧体蓄热器中，为化学链燃烧提供必要的热能，一方面利用光照下微藻光合作用吸收CO

摘要： 一种用于酸性气体燃烧的化学链燃烧(CLC)方法包括一系列反应区，并被配置成提供原位制取氧气和从产品流中原位去除SO2气体，所述SO2气体通过在一反应区域的某一位置SO2与钙基吸附剂反应从而去除。CLC方法也被配置成原位制取氧气，所述原位制取氧气归因于金属氧物物氧载体的使用，所述金属氧物氧载体故意放置成不直接接触酸性气体，从而消除不希望有的硫基金属氧化物的生成。

摘要： 本发明公开了一种基于化学链燃烧的间接式中温太阳能热化学储能装置，包括抛物槽式聚光镜、线聚焦强化集热管、管壳式集热反应器、集热流体调节阀、集热流体备用储罐、气-固氧化反应器、布气板，气-固换热装置、气-固分离装置和压力泵。其中，线聚焦强化集热管、管壳式集热反应器和压力泵相连，管壳式集热反应器、回料阀和气-固氧化反应器相连，气-固氧化反应器、气-固分离装置、气-固换热装置和管壳式集热反应器相连。当无太阳能或太阳能辐照强度不足时，线聚焦强化集热管、集热流体调节阀、集热流体备用储罐、管壳式集热反应器和压力泵相连。利用本发明，太阳能集热以金属固体燃料形式储存，具有储能密度高、结构简单、调控灵活等优点。

摘要： 本发明公开了以甘油为助剂的复合载氧体在煤化学链燃烧过程中的制备方法。涉及一种添加助剂的复合载氧体的制备，提供出一种具有较高的反应活性和避免烧结。此复合载氧体的制备方法为：甘油与去离子水混合，再加入CuO和Fe2O3进行搅拌，然后机械混合得到混合溶液；将混合溶液进行抽滤，得到红色沉淀，烘干后再进行锻烧，得到用于煤化学链燃烧过程中的复合载氧体。通过甘油这种惰性载体在煅烧后形成的多孔结构提高机械强度的化学链燃烧载氧体。本发明使载氧体在化学链燃烧过程中提高循环稳定性和反应活性，具有操作简便，安全可靠，较高的工业价值，环境友好。

摘要： 本发明公开了一种基于氨燃料化学链燃烧的超临界二氧化碳发电系统及方法，该系统包括空气入口三通阀、燃料入口三通阀、反应器A、反应器B、空气出口三通阀、燃料出口三通阀、工质入口三通阀、工质出口三通阀、透平、回热器、预冷器、压缩机和发电机。该系统利用化学链燃烧技术燃烧氨燃料，减少了二氧化碳和氮氧化物的排放，采用固定床反应器，相较于流化床化学链燃烧反应器，节省了床料流化所需的动力消耗，同时，减少了氧载体的磨损消耗。

摘要： 本实用新型公开了一种基于化学链燃烧的间接式中温太阳能热化学储能装置，包括抛物槽式聚光镜、线聚焦强化集热管、管壳式集热反应器、集热流体调节阀、集热流体备用储罐、气-固氧化反应器、布气板，气-固换热装置、气-固分离装置和压力泵。线聚焦强化集热管、管壳式集热反应器和压力泵相连，管壳式集热反应器、回料阀和气-固氧化反应器相连，气-固氧化反应器、气-固分离装置、气-固换热装置和管壳式集热反应器相连。当无太阳能或太阳能辐照强度不足时，线聚焦强化集热管、集热流体调节阀、集热流体备用储罐、管壳式集热反应器和压力泵相连。利用本实用新型，太阳能集热以金属固体燃料形式储存，具有储能密度高、结构简单、调控灵活等优点。