王保文, 赵海波, 郑 瑛, 柳朝晖, 郑楚光

(华中科技大学 煤燃烧国家重点实验室,武汉 430074)

控制和减少煤燃烧过程CO2的排放,是目前应对全球变暖和温室效应的主要手段.鉴于我国目前能源结构以煤为主的特点、CO2排放水平急剧增加并已经跃居世界第一位的现状,所面临的CO2减排压力日益增加,开发高效的燃煤CO2分离技术实现CO2减排目标,具有重大的社会意义和经济价值.

燃煤CO2减排的核心是回收得到高浓度CO2,便于压缩分离,进行地质或海洋封存.当前的燃煤CO2回收方法(包括燃烧前、纯氧燃烧及燃烧后)及其相关分离技术,尽管能够实现燃煤电厂CO2的回收,但是高浓度CO2的获取会导致发电系统效率的极大降低(10%左右)和发电成本的增加.因此,探索研究新型的CO2减排技术非常重要.

化学链燃烧技术(Chemical Looping Combustion,CLC)作为燃料和空气非混合燃烧技术,以氧载体代替空气,与上述CO2回收方法有着本质的区别.首先,在燃料反应器中,通过氧载体M x O y中的晶格氧来完成燃料的氧化和无焰“燃烧”;然后,被还原的氧载体M x O y-1再返回空气反应器,与空气进行氧化反应完成氧载体的再生.具体过程见图1.如果燃料简单表示为C n H m,则上述反应过程具体见式(1)和式(2).通过式(1)和式(2)的加和,从总反应角度看,其反应与燃料在空气中氧化燃烧是一致的.CLC技术不仅完成了燃料的氧化反应,还避免了传统燃烧方式下燃料与空气的直接接触,不仅能够根除燃料燃烧时NO x的产生、提高燃料的燃烧效率[1],且燃料完全……