化学链燃烧技术中铁基氧载体的制备及其性能研究(2)

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随着世界人口的增加及生产力的发展，人类对于能源的需求量逐渐增加，目前人类的能源主要以常规能源为主，例如煤，石油，天然气等，而燃烧过程中会产生 CO2 等气体，会导致全球的温室效应与空气的污染，因此如何合理处理燃料产生的 CO2 已经成为人类进入新世纪面临的新问题。论文网

气候变化是当今社会一个热点的话题。随着工业发生近一个世纪内大气中 CO2 的量逐年增加，在 19 世纪初大气中二氧化碳占大气体积的 0.00027，到了 90 年代大气中二氧化碳占大气体积的 0.00035，CO2 的产生一部分是人类动物活动散发出的，而绝大部分是化石燃料的燃烧造成的，CO2 量过多会导致气候变暖，进而导致温室效应，按现在的发展趋势，科学家预测温室效应有可能出现的影响和危害有：1．海平面上升。2．影响农业和自然生态系统。3．加剧洪涝、干旱及其他气象灾害。4．影响人类健康。据科学家估计，到 2050 年南北极地冰川很大部分将会发生融化，到那个时候，海平面将明显高于包括上海、东京、纽约、悉尼等在内的沿海城市，上海、东京、纽约、悉尼等城市将会被淹没。

因此在无法减少 CO2 排放的情况下如何高效捕获 CO2 成为研究的方向，现在主要研究的 CO2 捕获技术可以分为三类：燃烧前的脱碳、燃烧中捕捉散发出来的 CO2 和在燃烧后进行分离 CO2。化学链燃烧是一种新型的燃烧技术，与传统的燃烧技术相比它具有工艺结构简单，CO2 富集，高效率，低耗能，成本低的优点，捕获的 CO2 可以进行储存和二次利用避免直接流入大气中减少了燃烧过程 CO2 的排放量，因而化学链燃烧技术成为一种解决能源与污染的一种有效手段。

1.2 化学链燃烧技术

学链燃烧技术[2-6]（简称 CLC）概念是由德国科学家李希特和诺奇在 1988 年首次提出基于 CLC 技术 1，氧载体的循环，这种新型的燃烧技术与传统的燃烧技术相比，燃料是不与空气中的氧气直接接触，而是利用氧载体存储在燃料中的氧进行完全燃烧，是一种新方式的二次燃烧技术。如图 1-1 所示，CLC 体系,是由空气反应器（Air

Reactor，AR）和燃料反应器（Fuel Reactor，FR）构成的，化学链燃烧中的金属氧化物（MeO）首先在还原反应器内进行还原反应，化学链燃烧燃料会与载氧体中的氧气反应然后生成 CO2 和 H2O，也就是 MeO 将会被还原成金属（Me），反应见反应式（1-1）；之后，Me 将会送至氧化反应器，被空气中的氧气氧化，反应见反应式（1-2）。这两个反应过程的总的反应和传统的燃烧模式是相同的，由反应式（1-3）可得。化学反应方程式如下：

燃料反应器（FR）中反应

（2n+m）MexOy+CnH2m+ΔHred→（2n+m）MexOy-1+mH2O+nCO2

空气反应器（AR）中反应

（2n+m）MexOy-1+（n+1/2m）O2→（2n+m）MexOy+ΔHox

（1-1）与（1-2）相加就是一般的燃烧方法：

CnH2m+（n+1/2m）O2→mH2O+nCO2+ΔHc

化学链燃烧过程的流程图

图 1.1 化学链燃烧过程的流程图

1.2.1 氧载体的研究现状

氧载体[7-18]（Oxygen Carriers）是在空气反应器和燃料反应器中循环流动,为还原反应提供氧，是由活性金属氧化物与惰性载体按一定比例组成的，具有抗破碎，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，在反应过程中与氧有较强的结合能力，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、内部孔隙结构等优点，目前国内外合成载氧体的方法有很多，如机械混合法，浸渍法，分散法，喷雾干燥法，溶胶凝胶燃烧合成法等。文献综述