基于Aspen Plus的化学链燃烧系统模拟研究

发布时间：2020-04-13 04:03

【摘要】：通过CO_2捕集储存来降低大气中的CO_2浓度是减缓全球温室效应的有效手段,传统的燃料燃烧是燃料直接接触空气的燃烧,而化学链燃烧(CLC)作为碳捕集的新方式,载氧体在两个反应器中循环使用,不但要分离空气中的氧,还要将分离的氧传递给燃料,进行燃料的无火焰燃烧。由于化学链燃烧技术可以降低CO_2回收成本,因此它在解决能源和环境问题的创新方面具有重要作用,同时化学链燃烧技术通过对能量的梯级利用,能量利用率高。本文以载氧体的选择为研究目的,介绍了载氧体的制备方法以及载氧体的抗压强度、烧结温度等,通过对比不同载氧体的熔点、载氧率、最高氧化反应温度等,选取Fe、Ni、Cu、Mn、Co基载氧体为研究对象;接着对上述载氧体进行详细的热力学分析:焓变、熵变、吉布斯自由能及化学平衡常数,得到上述热力学参数与温度的关系,选择了三种性能好的载氧体:Fe_2O_3/Al_2O_3、NiO/NiAl_2O_4、CuO/CuAl_2O_4。通过对化学链燃烧系统中的各个单元分析,运用Aspen Plus模拟软件,对优选出的载氧体进行燃气化学链燃烧中的数值模拟。详细介绍了燃料反应器中载氧体的化学反应机理,分析了温度、压力、载氧体与CH_4的摩尔比、空气与甲烷的摩尔比等对燃料反应器和空气反应器出口烟气成分的影响。计算满足燃料燃烧需求的最小空气量、最小载氧体质量流量,找到可使系统实现最大碳捕集率的最佳运行参数。通过对比空气与甲烷直接接触燃烧方式与化学链燃烧方式的不同,直观得出化学链燃烧方式的优势,并进一步比较三种载氧体的优缺点,最后得到最佳的载氧体Fe_2O_3/Al_2O_3。另外,本文运用Aspen Plus软件,以Fe_2O_3/Al_2O_3为载氧体进行燃煤化学链燃烧的数值模拟。研究温度、压力、载氧体燃料比等对燃料反应器和空气反应器出口烟气成分以及载氧体含量的影响,找出最优运行参数。最后对比了同一种载氧体Fe_2O_3/Al_2O_3下燃气与燃煤化学链燃烧系统反应器的出口烟气、碳捕集率、最小载氧体质量流量的差异。
【图文】：

冶金焦炭,熔剂石,温室气体排放,消费过程

图 1-1 2017 年全球温室气体排放、钢、冶金焦炭、水泥、石灰、碳酸盐氨和尿素、石油化工、铝、纯碱、钛白 CO2排放量的增加。超过一半的能源需以减少[1]。费结构将长期保持，然而大量燃煤会带学物质，严重影响大气质量和人体健康计年鉴”（2015 年），截至 2014 年，中占 66％，石油占 17.1％，天然气占 5.7 2050 年，中国煤炭占总能耗的比例仍为消费结构难以改变，而中国大约 76.8％展气中温室气体的浓度可以通过三种方

富氧燃烧,火力发电厂,捕集技术,联合循环发电

成气净化（包括 CO2分离系统）和燃气联合循环发电系统组由于燃烧前煤的气化，然后进行合成后气体的气化。其中的CO2。合成气中的 CO2在进入燃气轮机之前被分离，以便进行图 1-2 IGCC 技术简示图燃煤电厂相比，IGCC 具有发电效率高，污染物排放低，易获的主要缺点是投资成本高。中国在 IGCC 领域的技术研发]。捕集技术烧燃烧技术的火力发电厂与传统火力发电厂之间最直观的区用于去除空气中的 N2。获得纯氧（富氧）代替空气用于燃烧O，，然后冷凝并分离烟气以收集 CO2。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X701

【参考文献】