【摘 要】
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化学链燃烧(CLC)由于其固有的CO2浓度高、易分离、CO2减排成本低的优点已成为一种非常有发展前景的固体燃料燃烧技术。目前CLC技术由原位气化化学链燃烧(iG-CLC)和氧解耦化学链燃
【机 构】
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中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室; 中国科学院大学; 同煤广发化学工业有限公司; 宁夏大学省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室;
【基金项目】
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中国科学院洁净能源创新研究院合作基金 (DNL180205);省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室开放课题资助(编号:2019-KF-04)资助项目
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化学链燃烧(CLC)由于其固有的CO2浓度高、易分离、CO2减排成本低的优点已成为一种非常有发展前景的固体燃料燃烧技术。目前CLC技术由原位气化化学链燃烧(iG-CLC)和氧解耦化学链燃烧(CLOU)两种技术为代表,二者有着各自的优越性和可行性,得到了国内外研究者越来越多的认可和应用。当采用固体作为燃料燃烧时,其污染元素将会以气体形式释放到大气或掺杂到CO2目标气体中,因此带来环境及操作问题。本文介绍了固体燃料化学链燃烧的iG-CLC及CLOU两种技术及相关原理,简述了国内外的研究现状,并对两种技术的性能和优缺点进行了分析。同时,着重对固体燃料化学链燃烧过程中存在的污染元素的及其释放规律进行了总结分析。对于固体燃料中的S元素,最终将会大部分转移到气相中并以H2S和SO2(iG-CLC)或者单一SO2(CLOU)的形式释放,小部分会固存于灰烬中或者与氧载体进行结合。在排放比例方面,随着燃料反应器温度的增加,燃料反应器出口处含硫气体含量上升,同时空气反应器出处含硫气体含量下降。对于固体燃料中的N元素将全部转移到气相当中并在两种技术中均以N2和NO形式释放,不同之处在于CLOU技术由于氧载体的释氧性使得NO生成偏多。同时在燃料反应器和空气反应器出口处的含氮气体含量与温度的关于和S的变化是一致的。固体燃料中Hg元素将主要以Hg0和Hg2+分布在气相中,在燃料反应器中将主要以Hg0形态存在,而在空气反应器中主要是Hg2+,在CLOU技术中有相当一部分的Hg(42.5 wt%)保留在燃烧的灰中。燃料反应器中的Hg释放量将随燃料反应器温度的升高而增加,空气反应器的Hg释放量随温度升高降低。固体燃料化学链燃烧过程中的挥发分作为一种污染物在排放方面也需关注。结果表明燃料类型似乎对燃料反应器出口气体中的焦油量具有决定性影响,目前只发现高挥发分的生物质的iG-CLC过程有焦油排放问题,而在CLOU技术中由于燃料反应器中气态氧的存在导致焦油化合物完全燃烧。最后结合污染元素性质及在两种化学链燃烧技术中的释放规律针对减少相关污染物的排放提出了原料处理及工艺改进建议。
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