铜矿石氧载体的化学链氧解耦燃烧研究

发布时间：2018-10-19 06:45

【摘要】：由于大量煤、石油、天然气为主的化石燃料的使用,温室效应日趋严重,CO2减排压力也随之增大。我国的能源结构中煤炭占了70%,研究煤燃烧过程中的CO2捕集、利用和封存(CCUS)技术具有非常重大的意义。煤的化学链氧解耦燃烧(CLOU)是新型的化学链燃烧(CLC)方式,它基于一种可以在适合的温度下(800~1200℃)释放气态O2的氧载体,循环在燃料反应器和空气反应器之间,避免了燃料和空气的直接接触,可以用较低的成本即可捕集到浓度很高的CO2,实现了煤的高效、清洁利用。本文以成本较低的铜矿石为氧载体,研究了铜矿石与不同煤阶煤的CLOU反应性能以及燃料中S元素在CLOU过程中的演化过程。本文所使用的铜矿石主要成分为CuO和CuFe2O4,是一种中等Cu组分的铜矿石(CuO含量为44wt%)。首先,在小型流化床反应器上研究了三种典型煤阶的煤与铜矿石之间的CLOU反应性能,发现随着温度的升高和煤阶的降低,铜矿石与煤的反应速率随之增高;此外,还发现铜矿石与无烟煤反应限制环节为煤焦与O2的反应,褐煤在高温下与铜矿石反应容易产生烧结和团聚现象,通入气化介质到燃料反应器中,可以在一定程度上增加无烟煤的反应速率。在热重分析仪和傅里叶红外光谱仪(TGA-FTIR)以及小型流化床反应器上研究了合成气中H2S对铜矿石氧载体性能的影响,发现H2S的确与铜矿石发生了硫化反应,产生Cu2S和FeS等金属硫化物,并且铜矿石中的Cu氧化物与H2S的反应性能要高于Fe氧化物;FTIR结果表明,还原过程中主要含S产物为SO2、COS和CS2,氧化过程中则只有SO2生成;热力学模拟结果与TGA实验结果吻合良好;流化床实验表明,合成气中H2S的存在降低了氧载体载氧率和反应性能,应当避免金属硫化物的生成。在小型流化床反应器上研究了一种高S煤与铜矿石的反应性能,对煤中S的演化以及对铜矿石性能的影响进行了分析,发现高S煤在与铜矿石反应时,还原过程中释放的主要含S产物为SO2,有少量H2S逃逸出反应器,而在氧化过程中则几乎没有SO2的生成,说明在还原过程中最终没有金属硫化物的生成;循环实验表明,在五次循环实验中,铜矿石与高S煤的平均反应速率略有降低;加入脱硫剂CaO后,在反应过程中对含S气体的吸收率达到了98%;热力学模拟结果与流化床实验结果保持一致。
[Abstract]:Because of the use of fossil fuels, such as coal, oil and natural gas, Greenhouse Effect is becoming more and more serious, and the pressure of CO2 emission reduction is also increasing. Coal accounts for 70% of the energy structure in China. It is of great significance to study CO2 capture in coal combustion and to use and store (CCUS) technology. The chemical chain oxygen decoupling combustion (CLOU) of coal is a new type of chemical chain combustion (CLC). It is based on an oxygen carrier which can release gaseous O2 at a suitable temperature (800 ~ 1200 鈩，

本文编号：2280449