煤化学链燃烧载氧体研究进展

煤的化学链燃烧是清洁煤燃烧的重要技术之一。化学链中载氧体的使用可以避免煤和空气直接接触,从而避免氮氧化物等污染物的产生并提高能量转化效率。一般来说,煤的化学链燃烧有2种反应途径:煤气化化学链燃烧和氧解耦化学链燃烧;不同反应途径将极大影响载氧体组分以及结构设计。详细论述了2015-2020年煤化学链燃烧中固态金属载氧体的研究进展,包括铁基、锰基、铜基、镍基、硫酸钙以及其他复合金属载氧体。总结了不同金属载氧体的优缺点、反应路径、气-固和固-固反应机理、金属与载体的相互作用以及载氧体失活原理。铁基载氧体被广泛应用于气化化学链燃烧中,但单一铁基载氧体的反应速率较低。适量添加碱金属或碱土金属可以提升载氧体的反应活性。锰基载氧体在化学链燃烧中具有两面性:一方面可以在高温缺氧气氛中释放气态氧,另一方面也可以与还原性气体发生气-固反应。通过使用惰性载体以及碱金属添加剂可以提高锰基载氧体的机械强度和氧解耦能力。含铜载氧体具有出色的氧解耦能力和反应活性而被广泛关注,然而铜及其氧化物低熔点所带来的金属聚集导致载氧体的失活问题亟需克服。研究发现使用铁、锰和铜矿石制得的载氧体具有良好的反应性能。硫酸钙载氧体具有较好的反应活性,但煤的化学链燃烧时潜在的二氧化硫和硫化氢副产物需要引起重视。镍基载氧体虽然在煤的化学链燃烧中反应性能较好,但硫毒化、成本较高和环保性能不佳等缺点导致近年来镍基载氧体的研究较少。新型双金属或多金属载氧体可以同时结合2种金属的反应特性,从而显著提高载氧体的整体反应活性。基于载氧体的研究现状,对未来的发展方向提出了4点建议:结合2种煤的化学链燃烧机理设计新型氧解耦辅助化学链燃烧载氧体;发展新型材料和金属组分的载氧体;利用冶金工业废料制得载氧体;开发新型结构的载氧体。     

化学链燃烧钙基载氧体研究进展

化石能源燃烧产生大量CO₂,碳捕集、利用与封存技术是目前唯一能实现化石能源大规模低碳化利用的减排技术。化学链燃烧是一种新的解耦燃烧技术,可在燃烧过程中实现原位碳捕集。载氧体是该过程高效稳定运行的关键。钙基载氧体因其特有的高载氧量、低成本、易获得且对环境友好等优势被认为具有应用潜力。总结了化学链燃烧技术及6类常见载氧体的原理及发展,重点介绍了钙基载氧体存在的瓶颈问题——热力学和动力学适宜温区、分压匹配难,总结了国内外通过控制反应条件、添加剂等手段调控反应过程,强化其反应性和再生性的相关研究,并解析了惰性载体、金属氧化物等添加剂对钙基载氧体性能的强化效应和影响机制。研究表明,惰性载体可有效改善载氧体分散特性,从而提升反应活性,有助于提高机械强度。与惰性载体相比,添加金属氧化物可能更有效。传统的功能强化方法可一定程度改善载氧体性能,但难以从根本上突破其再生性差的瓶颈。未来研究可聚焦2方面：基于人工智能在材料科学中的应用,定向筛选与优化廉价钙基天然矿石/工业固废等材料作为载氧体;重构载氧体的形貌构造和晶体结构,调控氧原子、硫原子的迁移转化行为,降低氧传递对硫原子的携带效应...     

化学链燃烧技术中载氧体的研究概述

化学链燃烧技术是一种新的高效、洁净燃烧技术。燃烧过程中可以有效控制甚至消除大气污染物NOx的排放,且不需要额外消耗能量既可以实现CO2的高浓度捕集。载氧体的性能是该技术发展应用的关键。文章介绍了化学链燃烧的机理,系统总结了载氧体的选材、制备方法、实验研究方法和性能研究情况。最后,对载氧体实际应用发展前景做了展望。     

煤/钙基载氧体化学链燃烧操作参数分析

化学链燃烧作为一种新颖的燃烧技术,在化石燃料燃烧释放能量的同时能够有效分离CO2。今以CO2为气化剂气化煤炭,基于Aspen Plus流程模拟软件,研究了煤/钙基载氧体化学链燃烧过程。结果表明,以CO2为煤气化剂,各反应器含水分少,可减少热损失。CaSO4载氧体具有载氧能力大以及反应活性良好等优点。气化炉中CO+H2含量随二氧化碳煤比增大逐渐增加后下降;随温度升高其含量先增加,后趋于平稳。燃料反应器中CO2+H2O含量随载氧体煤比增大,呈现先增大后减小的趋势;随温度升高其含量逐渐下降。空气反应器中CaSO4含量随空载比增大先增加后趋于平稳,随温度升高其含量趋于平稳后下降。气化炉中硫化物和氮化物含量随温度升高而下降,而燃料反应器和空气反应器中硫化物含量随温度升高增加趋势明显,氮化物含量变化不明显。最后确定了关键反应器操作参数:气化炉的二氧化碳煤比为1.8;燃料反应器的载氧体煤比为4.5;空气反应器的空载比为10.5和三反应器的操作温度分别为950、1000和1100℃。     

化学链燃烧中铁基载氧体研究进展

化学链燃烧是我国应对气候变化的重要技术之一。载氧体作为氧和热的载体,是实现化学链燃烧的关键因素。近年来,寻找廉价载氧体成为研究者们关注的问题。铁基载氧体由于具有价廉、资源丰富、环境友好、机械性能好等优点受到了广泛关注,但其反应活性相对较差,如何提高其反应活性是其大规模应用的关键。笔者详细论述了化学链燃烧中铁基载氧体活性改进的研究进展,针对如何提高铁基载氧体的反应性能,从铁基载氧体制备方法的优化、组分掺杂、结构调控等3方面进行了阐述。指出,对于载氧体制备方法,应综合载氧体反应性能、制备周期和成本等因素,对其进一步选择或改进。对于载氧体组分,惰性载体的添加、制备成复合载氧体以及碱金属掺杂均可在一定程度上提高载氧体的反应性能,但采用单一措施均存在一定的问题,如活性组分与惰性载体的相互反应、复合载氧体的烧结以及碱金属的流失等,因而需要进一步研究各种因素间的相互作用。对于不同结构的载氧体,虽具有良好的结构稳定性或热稳定性,但也存在各自的缺点,如钙钛矿结构储氧能力较低,氧释放能力较低;在长时间的循环过程中,尖晶石结构的载氧体产生晶相分离和颗粒烧结而失活的现象;为了保持壳核结构的载氧体在循环过程中的稳定性及反应活性,对壳材料需要进一步选择及优化。基于目前研究现状,笔者指出铁基载氧体反应性能的进一步提高需综合考虑各方面因素并深入探究各因素之间的相互作用。     

化学链燃烧中载氧体的研究进展

介绍了化学链燃烧的工艺原理和特点,总结载氧体的选材要求及性能,通过分析镍系、铁系、锰系、铜系和新型载氧体的性能,对以后载氧体的发展方向进行了展望。     

化学链燃烧技术中载氧体的研究进展

简要介绍了化学链燃烧技术的基本概念及载氧体在燃烧方面的应用,总结了金属载氧体、非金属载氧体的研究现状及存在的问题,并指出载氧体进一步的研究方向。     

化学链燃烧技术中载氧体的研究进展

简要介绍了化学链燃烧技术的基本概念及载氧体在燃料燃烧方面的应用,指出具有一定吸/释氧能力的载氧体制备是实现固体燃料化学链燃烧的关键.系统总结了单金属氧化物、复合金属氧化物、硫酸盐以及钙钛矿型载氧体的研究现状,重点总结了该领域最近几年新开发载氧体的最新研究进展.最后,指出了化学链燃烧技术中载氧体研究的重点问题及进一步研究方向.     

化学链燃烧钙基载氧体CaSO4与CO在不同温度下的反应行为

基于热重和红外联用进行等温实验,探讨了化学链燃烧载氧体CaSO4在CO气氛下的还原反应特性.研究发现:温度对CaSO4还原反应历程和速率有显著的影响,在10%CO气氛下,温度低于900℃时,发生单一反应,CaSO4的还原产物只是CaS,气相产物为CO2;当温度高于950℃后,发生平行反应和连串反应组合成的多重反应,固体产物为CaS和CaO,而产物气中除了有CO2,还存在SO2和COS,且气相硫化物的析出以COS为主;随着反应温度的升高,CaSO4与CO反应速率显著增加,而目标产物CaS在固体产物中所占的摩尔分数呈下降趋势;基于钙基载氧体化学链燃烧中燃料反应器温度不宜高于950℃.     

基于NiO载氧体的煤化学链燃烧实验

采用流化床反应器并以水蒸气作为气化-流化介质,研究了以NiO为载氧体在800～960℃内的煤化学链燃烧反应特性。实验结果表明,载氧体与煤气化产物在反应器温度高于900℃体现了高的反应活性。随着流化床反应器温度的提高,气体产物中CO₂的体积浓度(干基)呈单调递增;CO、H₂、CH₄的体积浓度(干基)呈单调递减;煤中碳转化为CO₂的比率逐渐递增,碳的残余率逐渐递减。反应器出口气体CO₂、CO、H₂、CH₄的生成率随反应时间呈单峰特性,H₂生成率的峰值远小于CO的峰值;且随反应器温度升高,CO₂生成率升高,CO、H₂、CH₄的生成率降低。反应温度高于900℃时,流化床反应器NiO载氧体煤化学链燃烧在9 min之内就基本完成,CO₂含量高于92%。     

化学链燃烧中CuO载氧体释氧吸氧特性研究

首先利用热重法考察了氧解耦化学链燃烧(CLOU)中CuO载氧体在不同氧气气氛以及不同温度等工况下的释氧特性、Cu2O在不同温度下的吸氧特性以及CuO载氧体的持续循环能力.最后采用Achar-Brindley-Sharp-Wendworth方法对氧化铜在不同氧气浓度下的动力学参数进行了拟合求解.结果表明,CuO释氧速率随反应温度的提高而增加.氧气浓度越高,CuO在释氧温度区间的活化能大幅增加,因此开始析出氧气的温度也越高.对于Cu2O,温度越高,反应后阶段的吸氧速率越快.经过20次循环,CuO的释氧吸氧能力逐渐降低.     

化肥渣油性质变化分析

对2006年全年化肥渣油数据进行汇总,找出了渣油性质大幅度变化的主要原因,对其中关键数据进行分析评价,并提出改进与预防措施,为化肥装置的平稳操作提供了参考.     

富氧燃烧在陶瓷窑炉中的应用及经济效益分析

当前富氧燃烧技术正在逐步发展,其应用的规模和范围正在不断扩大,本文探讨了富氧燃烧的节能特性及其对环境和陶瓷窑炉结构的影响,对富氧燃烧技术在陶瓷窑炉的应用进行经济效益分析,最后还就发展趋势和有待进一步研究的问题进行了分析。     

化学链燃烧方式中氧载体的研究进展

化学链燃烧是一种新型的燃烧技术，氧载体的性能对它的发展非常重要。系统总结了以不同的金属氧化物和惰性载体作为原料，通过二者不同的混合比例，不同的制备工艺制备的氧载体的性能，包括化学反应性、载氧能力、物理性能、循环寿命、反应温度范围和抗碳沉积能力等，认为氧载体NiO／NiAl2O4，Fe2O3／Al2O3和CoO—NiO／YSZ综合性能优良，可用于化学链燃烧过程．分析了目前相关研究的薄弱环节，指出了今后有待加强的研究方向．     

RECENT ADVANCES IN CaSO4 OXYGEN CARRIER FOR CHEMICAL-LOOPING COMBUSTION (CLC) PROCESS

Chemical-looping combustion (CLC) is a novel combustion technology with inherent separation of the greenhouse gas CO₂ and low NOx (NO, NO₂, N₂O) emissions. In CLC, the solid oxygen carrier supplies the stoichiometric oxygen needed for CO₂ and water formation, resulting in a free nitrogen mixture. The performance of oxygen carrier is the key to CLC's application. A good oxygen carrier for CLC should readily react with the fuel (fuel reactor) and should be re-oxidized upon being contacted with oxygen (air reactor). In this case, the behavior of CaSO₄ as an oxygen carrier for a CLC process, reacting with gas fuels (e.g., CO, H₂, and CH₄) and solid fuels (e.g., coal and biomass), has been analyzed. The performance of the oxygen carrier can be improved by changing the preparation method or by making mixed oxides. Generally, Al₂O₃, SiO₂, etc., which act a porous support providing a higher surface area for reaction, are used as the inert binder to increase the reactivity, durability, and fluidizability of the oxygen carrier particles. Further, simulation analysis of a CLC process based on CaSO₄ oxygen carrier was also analyzed. Finally, some important tendencies related to CaSO₄ oxygen carrier in CLC technology are put forward.     

熔融盐循环热载体无烟燃烧技术的(火用)分析

介绍了一种全新的燃烧系统——熔融盐循环热载体无烟燃烧技术．对以甲烷为燃料,Fe2O3为氧栽体,质量比为1：1的Na2CO3和K2CO3的混合物为熔融盐的循环热载体无烟燃烧技术透平做功系统与以甲烷为燃料的常规燃烧技术透平做功系统进行了比较．结果表明,利用熔融盐循环热载体无烟燃烧技术不但可以容易地对CO2进行回收利用,减少温室气体CO2的排放量,还可使燃料的火用利用效率有所提高．     

耐火材料中铝的化学分析方法研究

近年来,耐火材料的理化性质测定方法不断改进,为适应其发展的需要,主要介绍了耐火材料中铝的分析方法以及各种分析方法的特点,讨论了测定铝的影响因素;从而为不同的耐火材料中铝的分析方法的确定以及耐火原料级别和品位的评定提供重要依据.     

用热重技术研究煤焦的燃烧特性

本文评述了热重技术在煤焦燃烧特性研究方面的发展，分析了不同研究者提出的反应性概念、动力学处理方法及研究结果，指出了煤焦燃烧领域的研究方向。     

照相明胶中铁的化学形态研究

利用凝胶层析-电热石墨管炉原子吸收光谱法对照相明胶中铁的化学形态进行了研究。发现明胶中的铁主要与蛋白结合为大分子,同时也有少量小分子量蛋白铁和游离铁。当向明胶样品申加入微量无机铁盐后,铁仍以游离态存在,未与蛋白结合,因而随着明胶中铁含量明显降低,外界铁的污染必须加以特别注意。在照相乳剂制备中必须同时考虑明胶中铁总量及其存在的化学形态。     

塑料选材与应用讲座(第六讲)化工防腐用塑料的选材

介绍塑料作为防腐蚀材料在化学工业中的应用情况和塑料耐腐蚀性能的测定方法,概述了各类化工装置选用的塑料品种的特点。