基于铜基氧载体的生物质化学链利用研究-热能工程专业论文.docxVIP

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独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知,除文中已标明引用的内容外,本论文不 包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出 贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明 的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名: 日期: 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定, 即: 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许 论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。 保 密□,在 年解密后适用本授权书。 本论文属于  不必威体育官网网址□。 (请在以上方框内打“√”) 学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日 华中 科技 大学 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I I 摘 要 化学链燃烧(CLC)是一项具有解决能源与环境问题潜力的创新性突破技术,与 传统的燃烧方式相比,CLC 具有低能耗捕集 CO2,反应温度低,抑制 NOx 的产生,实 现能量的梯级利用等优点。化学链氧解耦(CLOU)是基于 CLC 的另一种新型燃烧方 式,它的不同之处在于采用特殊的氧载体,该氧载体在低于其氧平衡分压的状态下能 够释放出气态的 O2,直接与固体燃料发生反应,避免了燃料缓慢的气化过程,从而大 大的提高了整个反应的速率。化学链重整(CLR)也是从 CLC 发展出来的新技术,基 本原理相同,它的区别在于目标产物是合成气(CO 和 H2),而不是热量。生物质是一 种可再生新能源,并且在使用过程中不会增加温室气体 CO2 的排放,其利用方式也一 直备受关注。本文将化学链技术与生物质利用相结合,从多个方面进行了基于铜基氧 载体的生物质化学链利用实验研究,探讨了其可行性,以及在不同实验条件下的效果。 首先采用溶胶-凝胶法制备的 CuO/CuAl2O4 作为氧载体,木屑作为燃料,在流化床 反应器中探究了生物质 CLOU 的可行性,讨论了温度的影响,并将木屑与无烟煤混合 作为燃料,研究其协同作用。随后探究了基于铜基氧载体的生物质 CLR 利用的可行性, 讨论了氧载体和反应器温度对产气组分、产气率、碳转化率、气化效率以及焦油产量 的影响。最后引入水蒸气,探究了氧燃比、氧载体、水蒸气-生物质比和温度对生物质 CLR 过程的影响。结果表明温度对生物质 CLOU 有较大影响,随着温度的升高,碳转 化速率变快;将木屑用于 CLOU,CO2 捕集效率较低;当木屑与无烟煤参混作为 CLOU 的燃料时,CO2 捕集效率大幅提高。对于生物质 CLR,使用铜基氧载体可以得到较高 的产气率和碳转化效率,但是产气热值和气化效率相应减小;另外,使用铜基氧载体 可以有效减少 C2Hm 和焦油的产生。在铜基氧载体和铁基氧载体的比较上,并没有一个 决定性的结论,铜基氧载体的缺点在于为保证燃料反应器的热平衡牺牲了部分气化效 率和产气的低位发热量,铁基氧载体的缺点在于较低的反应性和碳转化率,选择铜基 还是铁基氧载体也取决于 CLR 的目的以及下游气体处理过程。在焦油成分的分析方面, 发现使用铜基和铁基氧载体时,大分子化合物含量减少,小分子化合物含量和种类增 多,说明氧载体的存在使得焦油中大分子化合物发生了一定程度的分解。 关键词:化学链燃烧 化学链氧解耦 化学链重整 铜基氧载体 生物质焦油 CO2 捕集 II II ABSTRACT Chemical-looping combustion (CLC) is an innovative breakthrough that has the potential to solve the problem of energy and environment. Compared with the traditional combustion technology, CLC technology has many advantages such as inherent CO2 separation, low reaction temperature, inhibition of thermal NOX formation, and two-stage reactions to improve system efficiency. Chemical-looping with oxygen uncoupling (CLOU) is another new-type combustion technology based CLC. The difference

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