化石燃料化学链燃烧能量系统评价方法与全生命周期研究

发布时间：2021-01-04 11:11

　　化学链燃烧被认定为最具发展潜力的“第二代”碳捕集技术,其已从最初的系统概念发展成3 MWth示范项目。化学链燃烧反应器、氧载体及系统集成的研究已成为重要国际前沿方向。我国是碳排放大国,同时也是《巴黎协定》缔约方的主要成员国,在未来很长时间内将担任减排主角的作用。因此,探究高效的新型碳捕集技术具有重要战略意义。本文从化学链燃烧反应机理、化学链燃烧发电系统热经济性评价方法、化学链燃烧发电系统全生命周期碳排放作用机制和煤基化学链燃烧分布式冷热电综合能源系统,开展了化石燃料驱动的化学链燃烧能量系统集成机理与评价方法研究。当前,化学链燃烧反应机理研究一方面探索化学链燃烧的化学能梯级利用规律,另一方面从微观氧载体材料角度探究分子的吸附机理。随着化学链燃烧与太阳能热化学领域的结合,特别是中温太阳能热化学制燃料的发展,中温热驱动的化学链燃烧的研究获得国际学者的重视。本研究从微观反应途径,研究CHx分子在NiO晶体表面的吸附能、键能和键长变化规律,寻求CHx分子在NiO晶体表面的最稳定吸附位置。在此基础之上,进一步分析CHx分子在NiO晶体表面发生脱氢机理及反应过渡态能垒,研究结果表明:CH3=CH2+... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市

【文章页数】：153 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

化学链燃烧发展历程

１００％碳捕集率已实现，固体转化速率较快，燃烧效率较高。??１．３化学链燃烧系统研究进展??图１－２显示了化学链燃烧基本原理示意图。化学链燃烧的还原过程和氧化过??程分别在燃料反应器（反应器１）和空气反应器（反应器２）中进行，金属氧载??体在两个反应器中循环达到输送晶格氧的目的。燃料在氧载体作用下仅生成Ｃ０２??和Ｈ２０，通过简单冷凝即可获得较为纯净的ＣＯ２，在此过程，氧载体被还原（燃料??＋?ＭｅＯ?－？Ｃ０２?＋?Ｈ２０?＋?Ｍｅ）。还原态的金属单质进入空气反应器被空气氧化重新??生成氧载体，同时空气被还原，生成欠氧空气（〇２?＋Ｍｅ?—ＭｅＯ）。高温高压的??燃烧尾气送入透平做功发电。依据能量平衡，化学链燃烧氧化反应和还原反应焓??变总和应同燃料直接燃烧反应相同。由于化学链燃烧将直接燃烧过程分解为两个??子反应，其主要优势有：由于燃料和空气不直接接触，燃料反应器出口尾气中的??Ｃ〇２没有被Ｎ２稀释，生成的尾气只含有Ｃ〇２和Ｈ２０，通过简单的蒸汽冷凝，即??可获得纯净的（：０２；由于空气反应器中反应温度相对较低，可避免ＮＯｘ生成［４９］；??由于化学链燃烧降低了二次燃料（金属氧载体）的品位

燃料化学能做出了大量工作。??Ｉｓｈｉｄａ和金红光院士于１９９４年提出将ＣＬＣ和湿空气透平过程结合起来形成??高效低碳的能源系统，构建了如图１－３所示的ＣＬＡＳ系统。湿蒸汽可回收低品位??热能，并可使空气湿度饱和，以此减少燃烧过程不可逆损失。ＣＬＡＳ系统发电效??率可高达５５．１％。最近，关于ＣＬＡＳ系统的经济性能评估表明该系统的现值指数??高达１．６，比常规湿空气透平发电系统高出２３个百分点［５０］。???＠７０．１．１?Ｅｘｈａｕｓｔ?１?＞??Ｉ??…??＾?＠２５，２０?Ａ?—＾?＠卵?‘?｜Ｊ＠ｎ〇〇ｒＱ?—?！??‘?ｉ?Ｔ?＠５３０?！??！??ｉ??１：??！?？－?ｉ?ｒ＝Ｈ?！?！??ｉ?丨?Ｓａｔｕｒａｔｏｒ?＿?，丨■?ｉ??＠１８６，２１?ｔ?＾?＠１４２，１９?Ｉ?ｒ＾＼?｜?＠５３０?；?ｉ??ｊ?ｆ?ｒｙ?ｉＴｉ?ｉ?：??ｉ?州擊！?ｉ?ｌ〇ｘｉｄｉ

【参考文献】：
期刊论文
[1]10 kWth级串行流化床中木屑化学链燃烧试验[J]. 吴家桦,沈来宏,肖军,王雷,郝建刚.  化工学报. 2009(08)
[2]温室气体的源与汇[J]. 王明星,张仁健,郑循华.  气候与环境研究. 2000(01)



本文编号：2956668