论文题目: 熔融盐循环热载体无烟燃烧技术的基础研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 有色金属冶金
作者: 何方
导师: 戴永年,王华
关键词: 无烟燃烧技术,温室气体减排,氧载体,熔融盐,火用分析
文献来源: 昆明理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 在可预见的将来,化石燃料仍将是人类发电和供热的主要用能。然而化石燃料在燃烧过程中产生大量的CO2、NOx、SOx等污染气体,这些污染物排放到大气中会导致大气污染和地球温室效应。为了减少化石燃料燃烧过程向大气中排放CO2、NOx、SOx等气体,近年来欧美、日本等国都在进行高效、低污染的新型燃烧技术的研发。日本开发了低NOx排放的高温空气燃烧技术,美国对受控脉动燃烧技术进行了研究,并取得了积极效果。这些燃烧技术在减少了CO2和NOx的排放量方面,取得了国际公认的先进水平。但是,现有的所有燃烧技术都不能从根本上避免化石燃料燃烧过程的CO2气体排放问题。本文在整合了能源化学、燃料电池、燃料燃烧学和化学链燃烧等学科的基础上提出了一个全新的基于熔融盐循环热载体的无烟燃烧技术。本技术中,燃烧反应在熔池中进行,燃烧过程实现O2和N2分离,燃烧产物不被空气稀释,得到高纯度的CO2易于捕集和储存,燃烧过程不向大气排放CO2和NOx。 本文对熔融盐循环热载体无烟燃烧技术的概念和原理进行了详细的阐述。选取过渡金属氧化物Fe2O3、CuO和NiO等作为熔融盐循环热载体无烟燃烧技术的氧载体,选取质量比为1:1的Na2CO3和K2CO3作为熔融盐反应体系和热载体,选取CH4作为实验研究的燃料。对一些典型的无烟燃烧反应体系进行了热力学计算,结果表明所选取的无烟燃烧体系在一定温度范围内在热力学上都是可行的;利用热力学计算软件和数据库,根据系统自由能最小原则,计算了不同温度下过渡金属氧化物分别与甲烷反应的系统平衡组成,并绘制了反应过程平衡组成图,还计算了氧载体在空气气氛中恢复晶格氧过程的平衡组成,从计算的结果可以看出,所选择的过渡金属氧化物都能利用分子中的晶格氧使甲烷发生完全氧化生成CO2和水蒸气,并能在空气的氧化下恢复其分子中的晶格氧,能作为无烟燃烧技术的氧载体使用。 采用机械混合法、沉淀法和等容浸渍法制备了Fe2O3、CuO和NiO三个系列的氧载体,采用XRD、SEM、BET、TG、O2-TPD、CH4-TPR等检测手段对氧载体的性能进行了表征,在固定床反应器中考察了氧载体的氧化还原（Redox）性能,利用热重反应器（thermal gravimetrical reactor,TGA）研究了氧载体的循环反应性能,进一步考察了利用天然铁矿石作为无烟燃烧技术的氧载体的可能性。研究表明,分别以Fe2O3、CuO和NiO为活性物质的氧载体能作为甲烷燃烧的氧
论文目录:
第一章 绪论
1．1 引言
1．2 火焰燃烧的环境污染问题及对策
1．2．1 NO_x
1．2．2 SO_x
1．2．3 CO_2
1．2．4 二氧化碳捕集技术
1．3 催化燃烧技术
1．4 燃烧催化剂研究进展
1．4．1 掺杂型六铝酸盐催化剂
1．4．2 贵金属催化剂
1．4．3 钙钛矿型催化剂
1．4．4 金属氧化物催化剂
1．5 化学链燃烧技术
1．6 本课题的提出
1．6．1 无烟燃烧技术的概念
1．6．2 本论文研究内容
1．6．3 本课题的研究意义
第二章 循环热载体无烟燃烧技术的热力学分析及燃烧体系选择
2．1 氧载体的选择
2．2 无烟燃烧体系的热力学数据计算
2．2．1 求化学反应的标准吉布斯自由能变化
2．2．1．1 本文中热力学参数的计算方法
2．2．2 无烟燃烧体系的热力学数据计算
2．3 熔融盐体系的选择
2．4 燃料的选择
2．5 本章小结
第三章 氧载体的制备与性能表征
3．1 氧载体的组成
3．1．1 活性组分
3．1．2 添加剂或粘结剂
3．1．3 助剂
3．2 实验原料与试剂
3．3 氧载体的制备
3．3．1 机械混合
3．3．2 共沉淀法
3．3．3 浸渍法
3．4 氧载体的物化性能表征
3．4．1 物相组成测定(XRD)
3．4．2 微观型貌分析(SEM)
3．4．3 粉末氧载体的比表面积测定(BET)
3．4．4 热重分析(TG)
3．4．5 程序升温氧脱附实验(TPD)
3．4．6 程序升温还原实验(TPR)
3．4．7 Redox性能测试
3．4．8 氧载体的反应性能表征
3．5 实验结果与讨论
3．5．1 氧载体的XRD分析
3．5．2 新制备的氧载体粉末的SEM分析
3．5．3 新制备的氧载体粉末的比表面积
3．5．4 成品氧载体的实物照片
3．5．5 热重分析(TG)
3．5．6 O_2-TPD分析
3．5．7 CH_4-TPR分析
3．5．8 Redox性能研究
3．5．9 反应温度对氧载体Redox性能的影响
3．5．10 氧载体的循环反应性能表征
3．6 天然铁矿石用作无烟燃烧氧载体的可能性研究
3．7 本章小结
第四章 氧载体的反应性能研究
4．1 引言
4．2 实验过程与方法
4．2．1 氧载体的性质
4．2．2 固定床反应实验过程
4．2．3 热重反应器中的实验过程
4．3 实验结果与讨论
4．3．1 切换反应产物气体浓度分析
4．3．2 反应温度对气体产物的影响
4．3．3 循环次数对氧载体反应性能的影响
4．3．4 反应温度对氧载体反应性能的影响
4．3．5 氧载体的反应性能比较
4．3．6 氧载体表面的积碳反应研究
4．3．7 反应前后氧载体的SEM型貌比较
4．4 本章小结
第五章 熔融盐中的无烟燃烧实验研究
5．1 引言
5．2 实验装置及过程
5．3 实验结果与讨论
5．3．1 反应温度对反应过程产物气体影响
5．3．2 反应过程中熔盐温度的变化
5．3．3 熔融盐对反应器的腐蚀
5．3．4 小型反应器结构对反应过程的影响
5．3．5 熔融盐和氧载体的物相分析
5．3．6 热利用问题
5．4 本章小结
第六章 熔融盐循环热载体无烟燃烧技术的工程应用设想及能量分析
6．1 引言
6．2 熔融盐循环热载体无烟燃烧技术的工程化应用设想
6．2．1 工程化反应器设计思路
6．2．2 工程化反应器设计的理论计算
6．2．3 设计标准
6．2．4 计算结果
6．3 熔融盐循环热载体无烟燃烧系统的能平衡分析
6．3．1 能平衡分析
6．3．2 热平衡计算
6．4 熔融盐循环热载体无烟燃烧技术的(火用)分析
6．4．1 计算方法
6．4．2 系统分析
6．4．3 (火用)分析结果与讨论
6．5 本章小节
第七章 总结与展望
7．1 总结
7．2 展望
7．3 本研究的主要创新点
参考文献
附录
致谢
发布时间: 2005-10-17
参考文献
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- [2].煤化学链燃烧的铁/铜/锰基氧载体的实验及反应动力学研究[D]. 梅道锋.华中科技大学2016
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