化学链燃烧减排二氧化碳技术展望

作     者：刘通 王辰 宋毅文 曾德望 

作者机构：东南大学能源与环境学院 东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室 

出 版 物：《绿色矿山》 (Journal of Green Mine)

年 卷 期：2024年第2期

页      面：206-220页

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金面上资助项目(52276105) 

主　　题：化学链燃烧 载氧体 反应器 数值模拟 CO2捕集 

摘      要：化学链燃烧是一种新型的燃料转化技术，利用载氧体在气固相之间传递氧原子，实现了燃料的高效燃烧和CO2的原位分离。该技术的核心在于载氧体和反应器的高效设计。然而，面临的挑战包括载氧体的反应活性低，易于烧结失活；反应器与燃料的耦合匹配难度大，装置的优化设计与工业放大技术尚未成熟。鉴于此，综述了化学链燃烧中载氧体和反应器的设计与应用的研究进展。首先，综述了当前载氧体的研究现状和设计理念，单金属氧化物制备流程短、高温反应活性高，但其在长期高温反应中的稳定性受限；多元复合金属氧化物借助金属间的协同作用，优化了载氧体的抗烧结能力，显著改善了载氧体的反应活性和长周期循环稳定性；采用工业废物作为载氧体显示出了环境和经济双重价值；液态载氧体具有良好的高温适应性和流动混合特性，但面临着成本和稳定性的挑战。其次，详细介绍了化学链燃烧反应装置的研究现状，对比了流化床、固定床和旋转床反应器的工作原理、优势和不足，分析它们对于燃料类型、反应条件的适应性以及转化特性。流化床反应器具有良好的传热和传质特性，同时也对载氧体的物理性能要求较高；固定床反应器结构简单，但在大规模应用中传热效率受到限制；旋转床反应器能够较好的结合系统的灵活性和效率。最后，对载氧体和反应器的开发设计进行分析和展望，以期为后续化学链燃烧技术的优化设计和工程示范提供参考。