李 延 兵

(神华国华(北京)电力研究院有限公司,北京 100025)

0 引 言

化石燃料大规模利用排放的CO2是导致全球气候变化的主要原因。我国“富煤、贫油、少气”的能源结构在未来很长一段时间内将持续存在,燃煤发电行业排放的CO2已成为我国温室气体的主要排放源。煤电CO2减排途径中的碳捕集与封存(CCS)技术是现阶段唯一能大幅减少化石能源CO2排放的方法[1],所以开发高效低成本的CO2捕集技术已成为CCS技术商业化的关键。

化学链燃烧(CLC)技术[2]近年来受到广泛关注。与传统空气燃烧采用煤与空气直接接触方式不同,CLC技术采用一种携带氧源的固体载氧体材料通过在2个反应器(燃料反应器和空气反应器)之间的“释氧-吸氧”循环实现煤炭的间接燃烧,有效提高了煤炭化学能的梯级利用和系统能量利用效率[3]。在燃料反应器内,煤首先在气化剂(H2O或CO2)作用下气化生成以CO、H2和CH4为主的产物,然后与载氧体释放的晶格氧反应生成CO2和H2O(式(1)),经简单冷凝去除H2O后便可获得高纯CO2气体。经过“释氧”后的载氧体循环进入空气反应器后获得空气中的O2,重新实现载氧体的“释氧”功能(式(2)),并进入下一个“释氧-吸氧”循环。因此选择具备高“释氧-吸氧”特性的载氧体是实现高纯CO2气体生成的关键因素之一。

燃料反应器“释氧”反应为

载氧体筛选和开发主要集中在人工合成载氧体以及廉价矿石、废渣类载氧体。人工合成载氧体具备较高的反应活性,能够实现燃料的高效转化及＞99%纯度CO2气体的捕获[4-5],但其原材料成本高昂、合成工艺复杂,较难实现载氧体的规模化制备,不利于CLC技术的大型化发展。……