范心瑜,卢春强,左慧琮,李志强,江 磊,李孔斋

(1.昆明理工大学 冶金与能源工程学院,云南 昆明 650093;2冶金节能减排教育部工程研究中心,云南 昆明 650093)

0 引 言

焦炉煤气(COG)是炼焦副产品,包括60% H2、28% CH4、9% CO和3% CO2及少量N2、C2烃类和硫化物,其中可燃气体体积分数高达96%[1-2]。COG广泛用于制合成气、发电、制化工原料、直接还原铁、燃料、制氢等领域[3-6]。COG作为燃料时,由于气体成分不稳定且存在少量杂质,导致燃烧不充分和热值较低等问题。化学链燃烧技术(CLC)通过避免燃料和空气直接接触降低碳捕集成本,无需额外能源产生高纯CO2[7],可直接用做下游化工合成原料。

CLC反应器一般由燃料反应器(FR)和空气反应器(AR)组成。载氧体(OC)在2个反应器之间通过氧的释放与吸收,实现氧化还原循环。在FR中,OC与H2、CH4、CO等燃料气体反应生成CO2和H2O,CO2可通过冷凝分离,OC被还原,在AR中,被还原的OC通过氧化性气体进行补氧使载氧体再生。目前,CLC工艺研究较多的载氧体(OCs)包括铁[8-9]、钴[10-11]、镍[12-13]、铜[13-14]、锰[15-16]等金属氧化物。载氧体除要求具有较高的燃烧性能以外,良好的循环稳定性也很关键。铜基载氧体具有较高的反应速率和氧转移能力[17],但在高温反应条件下热稳定性不强,ZEDAN等[18]发现在CeO2固溶体中掺杂6% CuO明显提高了CeO2催化CH4的活性,CeO2在585 ℃仅转化25% CH4,掺杂铜后T50=502 ℃,T90=556 ℃,显著降低CH4转化温度。SAHA等[19]以褐煤作为燃料,发现CuO载氧体1 223 K烧结而失活,但降低反应温度后在1 073 K时仍保持96%的活性,表明CuO热稳定性较差。LUIS等[20]通过热重分析法发现CuO作为载氧体时,纯CuO的氧化还原速率随循环次数增加而迅速下降。而在TiO2和SiO2载体上负载Cu后,制得的Cu基载氧体反应性较高;CuO/Al2O3载氧体在1 073 K下进行200 h化学链燃烧试验[21],在整个反应中表现出良好的反应性能。……