基于二氧化碳低氧稀释的化学链燃烧载氧体积碳的抑制方法

Chemical looping combustion（CLC） is the novel carbon capture technology，but the carbon deposition is easily forming on oxygen carrier of CLC system.The carbon can decrese the cycle numbers and prevent the sustained reaction， which will limit performance and run efficiently of the CLC system. Carbon deposit is some kind of complex mixture. The question of existing carbon deposit formation model based on the element phase carbon is their limited capacity for further carbon inhibition. In the project，element phase carbon carbon，char and soot distinguish different type of carbon deposition.Based on the low oxygen dilution combustion by dioxide spray back,soot-type carbon deposition is controled and the new char reaction pathway is added for inhibition the carbon deposition to improve the oxygen carrier reactivity and stability.And on the basis of the mentiond carbon deposition distinction，with low oxygen dilution combustion， the growth model of carbon deposition will be put forward to improve the hardening, close-burning conditions, oxygen carrier reactivity and oxygen transmission capacity. Furthermore, the project provides a coupled method of combining the dioxide spraying back and steam injection to inbition carbon deposition effectively.

煤化学链燃烧技术是一种非常有前景的燃烧过程中的碳捕获方法，但是其系统中的载氧体表面容易积碳，而减少了化学链反应的循环次数和持续能力，限制了其稳定、高效的运行。积碳是一类非常复杂的混合物，现有的基于元素碳形态的积碳模型和控制方法进一步抑制积碳的能力有限。本项目拟把积碳详细区分为元素碳、碳焦、碳黑三个类型，以二氧化碳回流形成低氧稀释燃烧条件，通过控制碳黑的前驱物环多环芳烃，并补充水蒸气喷射之外的碳焦和元素碳去除的新途径，来实现载氧体积碳的抑制，提高载氧体的稳定性和反应性。同时在上述积碳区分下，拟提出更准确的积碳颗粒成长模型，通过低氧稀释燃烧，改善载氧体颗粒板结、焦结状况，提高载氧体表面反应性和氧传递能力。另外，本项目还探索把上述二氧化碳回流喷射的积碳抑制方法和传统的水蒸气喷射积碳抑制方法耦合起来，开发出一种更有效的积碳控制方法。

在碳中和、碳达峰的全球气候治理大背景，化学链燃烧方法被认为是有望解决化石燃料碳排放问题的方法。本课题进行了基于二氧化碳回流的低氧条件的化学链燃烧载氧体积碳抑制方法研究，主要研究内容为，在基于CO2回流的稀释低氧条件下，化学链燃烧反应：载氧表面积碳的表征和反应性 ；载氧体表面碳黑型积碳前驱物 PAHs 的生成特征和机制； 载氧体的表征及稳定性、反应性；载氧体 颗粒的循环成长模型； CO2稀释低氧和水蒸气喷射对元素碳型、碳焦型积碳的耦合去除。结果显示：CO2 对载氧体上的碳黑和碳焦都有明显的抑制作用，约可以减少碳黑型积碳15.35-21.37%左右，避免积碳的条件为，采用20ml/min 的CO2 的回流流量，在低含碳量、高H/C比、低挥发分的燃料，以Al2O3为惰性载体，在Fe2O3/ Al2O3配比是 7：3。并在第一次循环后喷射回流后可以最大程度抑制积碳。在研究过程中，发现载氧体积碳的结构为碳黑型积碳为骨架，碳焦型、元素型积碳为填充的结构，而且积碳也有部分原因和载氧体反应的拓扑性和位阻效应有关，CO2回流稀释低氧抑制积碳是作用于积碳结构的多种因素。本课题的研究，不仅给出了具体的积碳抑制方法，而且深化了化学链燃烧积碳的认识，为将来化学链燃烧的进一步发展提供理论支持。