銅礦石氧載體的化學(xué)鏈氧解耦燃燒研究.pdf

1、由于大量煤、石油、天然氣為主的化石燃料的使用，溫室效應(yīng)日趨嚴(yán)重，CO2減排壓力也隨之增大。我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中煤炭占了70％，研究煤燃燒過(guò)程中的CO2捕集、利用和封存（CCUS）技術(shù)具有非常重大的意義。煤的化學(xué)鏈氧解耦燃燒（CLOU）是新型的化學(xué)鏈燃燒（CLC）方式，它基于一種可以在適合的溫度下（800~1200℃）釋放氣態(tài)O2的氧載體，循環(huán)在燃料反應(yīng)器和空氣反應(yīng)器之間，避免了燃料和空氣的直接接觸，可以用較低的成本即可捕集到濃度很高的CO2

2、，實(shí)現(xiàn)了煤的高效、清潔利用。本文以成本較低的銅礦石為氧載體，研究了銅礦石與不同煤階煤的CLOU反應(yīng)性能以及燃料中S元素在CLOU過(guò)程中的演化過(guò)程。
　　本文所使用的銅礦石主要成分為CuO和CuFe2O4，是一種中等Cu組分的銅礦石（CuO含量為44wt%）。首先，在小型流化床反應(yīng)器上研究了三種典型煤階的煤與銅礦石之間的CLOU反應(yīng)性能，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高和煤階的降低，銅礦石與煤的反應(yīng)速率隨之增高；此外，還發(fā)現(xiàn)銅礦石與無(wú)煙煤反應(yīng)限制

3、環(huán)節(jié)為煤焦與 O2的反應(yīng)，褐煤在高溫下與銅礦石反應(yīng)容易產(chǎn)生燒結(jié)和團(tuán)聚現(xiàn)象，通入氣化介質(zhì)到燃料反應(yīng)器中，可以在一定程度上增加無(wú)煙煤的反應(yīng)速率。
　　在熱重分析儀和傅里葉紅外光譜儀（TGA-FTIR）以及小型流化床反應(yīng)器上研究了合成氣中H2S對(duì)銅礦石氧載體性能的影響，發(fā)現(xiàn)H2S的確與銅礦石發(fā)生了硫化反應(yīng)，產(chǎn)生Cu2S和FeS等金屬硫化物，并且銅礦石中的Cu氧化物與H2S的反應(yīng)性能要高于Fe氧化物；FTIR結(jié)果表明，還原過(guò)程中主要含S產(chǎn)

4、物為SO2、COS和CS2，氧化過(guò)程中則只有SO2生成；熱力學(xué)模擬結(jié)果與TGA實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好；流化床實(shí)驗(yàn)表明，合成氣中H2S的存在降低了氧載體載氧率和反應(yīng)性能，應(yīng)當(dāng)避免金屬硫化物的生成。
　　在小型流化床反應(yīng)器上研究了一種高S煤與銅礦石的反應(yīng)性能，對(duì)煤中S的演化以及對(duì)銅礦石性能的影響進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)高S煤在與銅礦石反應(yīng)時(shí)，還原過(guò)程中釋放的主要含S產(chǎn)物為SO2，有少量H2S逃逸出反應(yīng)器，而在氧化過(guò)程中則幾乎沒(méi)有SO2的生成，說(shuō)明在