化学链中Cu、Fe基复合氧载体各组分间相互作用的研究进展

王敬泉，郑 敏，李 康，范宝山

(昆明理工大学 冶金与能源工程学院，云南 昆明 650093)

0 引言

CO2是主要的温室气体之一。21世纪以来，全球变暖和温室效应愈发严重，减少CO2的排放是解决此问题的重要措施。作为CO2排放的主要途径，化石能源的燃烧引起了人们广泛的关注[1]。因此，化学链燃烧技术顺应时代被提出。德国科学家Richter和Knoche在1983年首次提出化学链燃烧(Chemical-Looping Combustion，CLC) 概念[2]。CLC作为一个新型的CO2捕集工艺，在氧载体的作用下，几乎完全避免了燃料与空气的直接接触，进而避免产生NOx，并实现了CO2的内分离[3]。其原理如图1所示。

图1 化学链技术原理示意图

具体反应如下：

燃料反应器中的还原反应式

(2n+m)MexOy+CnH2m→(2n+m)MexOy-1+
nCO2+mH2O

(1)

空气反应器中的氧化反应式

(2n+m)MexOy-1+(n+m/2)O2→(2n+m)MexOy

(2)

两反应式相加，即与传统的火焰燃烧反应式完全相同

CnH2m+(n+m/2)O2→nCO2+mH2O

(3)

总反应过程与传统的燃烧方式相同，但化学链燃烧过程把传统的燃烧过程分为氧化反应和还原反应两个独立的部分，进而实现了能量的梯级利用[4]。

氧载体作为空气反应器和燃料反应器的桥梁，不仅是氧的载体，也同时传递能量，对化学链技术至关重要。主要的氧载体包括金属氧载体，NiO、CuO、Fe2O3和CoO等以及非金属氧载体CaSO4、BaSO4和SrSO4等硫酸盐，还有天然矿石，赤铁矿、钛铁矿等。

根据众多研究显示：Ni基氧载体和Co基氧载体反应活性较高、载氧量大并且有催化作用，但其价格昂贵且对环境有害[5-7]；Cu基氧载体活性较高、载氧能力强、不容易与惰性载体发生反应，但其熔点较低，高温下容易发生烧结和团聚，大大降低了稳定性和反应活性[8-9]；……