閆曉沛，馬立超，張海峰

（1.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021；2.石家莊華電供熱集團(tuán)有限公司，石家莊 050041；3.河北華電石家莊裕華熱電有限公司，石家莊 051430）

化學(xué)鏈燃燒技術(shù)中非金屬載氧體的研究進(jìn)展

閆曉沛1，馬立超2，張海峰3

（1.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021；2.石家莊華電供熱集團(tuán)有限公司，石家莊 050041；3.河北華電石家莊裕華熱電有限公司，石家莊 051430）

簡(jiǎn)述化學(xué)鏈燃燒技術(shù)是一種能實(shí)現(xiàn)CO2內(nèi)分離、提高燃燒效率的燃燒技術(shù)及鈣基載氧體具有更高的氧傳遞能力、價(jià)格低廉、環(huán)境友好的特性，介紹非金屬載氧體CaSO4不同實(shí)驗(yàn)測(cè)試與表征手段的研究現(xiàn)狀，分析認(rèn)為串行流化床非常適合于非金屬載氧體CaSO4化學(xué)鏈燃燒技術(shù)的應(yīng)用，并提出未來的研究方向。

化學(xué)鏈燃燒；非金屬載氧體；鈣基載氧體；CaSO4

1　概述

煤炭能源比例過高和可再生能源比例過低是我國(guó)目前能源結(jié)構(gòu)調(diào)整所面臨的最大挑戰(zhàn)，也是我國(guó)溫室氣體排放量居高不下、未來減排壓力巨大的根本原因。因此燃煤減排CO2技術(shù)顯得更加重要?；瘜W(xué)鏈燃燒（Chemical Looping Combustion，CLC）技術(shù)是一種能實(shí)現(xiàn)CO2內(nèi)分離、提高燃燒效率的燃燒技術(shù)?；瘜W(xué)鏈燃燒的基本原理是借助載氧體中晶格氧的作用將燃料與空氣的一步化學(xué)反應(yīng)分解為2個(gè)氣固反應(yīng)，燃料與空氣不直接接觸。載氧體在2個(gè)反應(yīng)器間進(jìn)行還原氧化循環(huán)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)燃料的燃燒過程?；瘜W(xué)鏈燃燒系統(tǒng)一般由燃料反應(yīng)器、空氣反應(yīng)器和載氧體組成。載氧體既提供維持燃料反應(yīng)器所需的熱量，又從空氣反應(yīng)器內(nèi)向燃料反應(yīng)器輸送燃料轉(zhuǎn)換所需的氧，因此載氧體的性能對(duì)CLC系統(tǒng)至關(guān)重要。

目前載氧體主要包括金屬載氧體和非金屬載氧體兩大類，其中金屬載氧體主要包括鎳基、銅基、鐵基、鈷基、錳基等載氧體；非金屬載氧體主要包括鈣基（CaSO4/CaS）、鋇基（BaSO4/BaS）和鍶基（SrSO4/SrS）等載氧體，其中鈣基載氧體是目前研究最多的非金屬載氧體?；诮饘佥d氧體化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)中最明顯的缺點(diǎn)是：與煤灰混合在一起，難以進(jìn)行有效分離；此外煤中的硫元素有可能導(dǎo)致金屬載氧體的永久性失活［1］。自2003年美國(guó)國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和Alstom公司合作研制以CaSO4/CaS和CaCO3/CaO雙循環(huán)鏈為基礎(chǔ)的煤氣化化學(xué)鏈燃燒動(dòng)力系統(tǒng)以來，鈣基載氧體化學(xué)鏈燃燒有了廣泛的研究。鈣基載氧體被認(rèn)為是金屬載氧體比較理想的替代者，其優(yōu)勢(shì)主要有：CaSO4具有更高的氧傳遞能力，其理論載氧率為0.471。此外，CaSO4是一種穩(wěn)定且價(jià)格低廉的天然物質(zhì)，尤其對(duì)環(huán)境沒有重金屬污染。因此，將CaSO4應(yīng)用于化學(xué)鏈燃燒具有非常廣闊的前景。目前研究非金屬載氧體的主要手段有：熱力學(xué)分析法、TGA實(shí)驗(yàn)法、固定床、流化床和串行流化床等實(shí)驗(yàn)測(cè)試與表征方法，以下分別對(duì)幾種方法進(jìn)行分析。

2　熱力學(xué)分析法

由于非金屬載氧體化學(xué)鏈燃燒尚處于理論研究階段，研究者通常采用吉布斯自由能的變化來判斷反應(yīng)能否進(jìn)行及反應(yīng)進(jìn)行的方向，并運(yùn)用吉布斯自由能函數(shù)最小化的方法確定化學(xué)鏈燃燒體系的化學(xué)平衡狀態(tài)。瑞典科學(xué)家Jerndal等［2］首先對(duì)BaSO4、SrSO4等非金屬載氧體的性能進(jìn)行熱力分析。結(jié)果表明：相對(duì)于金屬載氧體，BaSO4和SrSO4載氧量較大，但活性低且在高溫反應(yīng)中易燒結(jié)。加拿大CANMET中心Wang和Anthony［3］利用Aspen Plus軟件模擬了鈣基載氧體化學(xué)鏈燃燒過程，其結(jié)果顯示CaSO4是一種高載氧能力的廉價(jià)載氧體。盧海勇［4］以H2、CO作為還原劑對(duì)CaSO4的還原-氧化反應(yīng)的熱力學(xué)性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明：當(dāng)溫度低于1 045℃時(shí)，適當(dāng)控制H2、CO濃度，CaSO4的還原產(chǎn)物僅有CaS，而無Ca O、SO2；當(dāng)溫度低于1 140℃時(shí)，CaS的氧化產(chǎn)物僅有CaSO4，而無CaO和SO2。東南大學(xué)沈來宏教授［5］首次提出基于CaSO4載氧體的串行流化床煤化學(xué)鏈燃燒分離CO2技術(shù)，分析了煤化學(xué)鏈燃燒過程中水煤氣反應(yīng)、CaSO4還原反應(yīng)熱力學(xué)特性，并考察了燃料反應(yīng)器溫度、水煤比、空氣反應(yīng)器溫度對(duì)化學(xué)鏈燃燒氣體產(chǎn)物、CaSO4循環(huán)倍率的影響。張建社等［6］基于Aspen Plus流程模擬軟件，研究了煤基鈣基載氧體化學(xué)鏈燃燒過程。結(jié)果表明：氣化爐中CO+H2含量隨二氧化碳/煤比增大逐漸增加后下降；隨溫度升高其含量先增加，后趨于平穩(wěn)。燃料反應(yīng)器中CO2+H2含量隨載氧體/煤比增大，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)；隨溫度升高其含量逐漸下降?？諝夥磻?yīng)器中CaSO4含量隨空載比增大先增加后趨于平穩(wěn)，隨溫度升高其含量趨于平穩(wěn)后下降。最后確定了關(guān)鍵反應(yīng)器操作參數(shù)：氣化爐的二氧化碳煤比為1.8；燃料反應(yīng)器的載氧體煤比為4.5；空氣反應(yīng)器的空載比為10.5，三反應(yīng)器的操作溫度分別為950℃、1 000℃和1 100℃。

3　TGA實(shí)驗(yàn)法

在2010年之前，研究者一般采用熱重分析儀（TGA）得到不同氣氛下載氧體的失重速率和增重速率，以此初步評(píng)價(jià)載氧體的反應(yīng)性能。華中科技大學(xué)鄭瑛教授［7］率先利用熱重-紅外分析儀研究了CaSO4與CH4的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性，結(jié)果表明在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)CaSO4還原的直接產(chǎn)物是CaS，CaS氧化的直接產(chǎn)物是CaSO4，且不會(huì)有大量的SO2生成。這初步證明了其化學(xué)反應(yīng)可行性。

鄭敏［8］基于熱重和紅外聯(lián)用進(jìn)行等溫試驗(yàn)，探討了CaSO4在CO氣氛下的還原特性。研究發(fā)現(xiàn)：溫度對(duì)CaSO4還原反應(yīng)歷程和速率有顯著的影響，在10%CO氣氛下，溫度低于900℃時(shí)，發(fā)生單一反應(yīng)，CaSO4的還原產(chǎn)物只是CaS，氣相產(chǎn)物為CO2；當(dāng)溫度高于950℃后，發(fā)生平行反應(yīng)和連串反應(yīng)組合成的多重反應(yīng)，固體產(chǎn)物為CaS和CaO，而產(chǎn)物氣中除了有CO2，還存在SO2和COS，且氣相硫化物的析出以COS為主；隨著反應(yīng)溫度的升高，CaSO4與CO反應(yīng)速率顯著增加，而目標(biāo)產(chǎn)物CaS在固體產(chǎn)物中所占的摩爾分?jǐn)?shù)呈下降趨勢(shì)；基于鈣基載氧體化學(xué)鏈燃燒中燃料反應(yīng)器溫度不宜高于950℃。

郭慶杰教授［9］利用浸漬法制備了性能較好且價(jià)格低廉的復(fù)合型CaSO4載氧體，在熱重分析儀中研究復(fù)合型載氧體同H2和CO等氣體燃料和煤焦的反應(yīng)性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)浸漬有微量Fe2O3和NiO的CaSO4載氧體同氣體、固體燃料的反應(yīng)速率加快，反應(yīng)時(shí)間大大縮短，F(xiàn)e2O3改善載氧體的反應(yīng)性能方面優(yōu)于NiO。南洋理工大學(xué)Liu等［10］通過機(jī)械混合法向鈣基載氧體中添加了4種粘合劑（Al2O3粉末、Al2O3溶膠、Zr O2溶膠和SiO2溶膠），并考察了35種不同配比的復(fù)合載氧體的機(jī)械強(qiáng)度。燒結(jié)試驗(yàn)表明：SiO2提高了載氧體的機(jī)械強(qiáng)度，最佳添加質(zhì)量比為13.5%。TGA試驗(yàn)同時(shí)證明了質(zhì)量比為13.5%時(shí)載氧體的反應(yīng)性最好。Zheng等［11］對(duì)CaSO4載氧體與CO的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)研究。在溫度850～1 050℃，CO的濃度為5%～28%工況下，利用熱重-紅外分析儀研究了該競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)提出了適合該競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型-成核與生成模型，并獲得了相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

4　固定床實(shí)驗(yàn)法

考慮到在熱重實(shí)驗(yàn)中放入的載氧體質(zhì)量較少以及不能連續(xù)測(cè)量尾氣的濃度，鈣基化學(xué)鏈燃燒實(shí)驗(yàn)研究逐步地轉(zhuǎn)到固定床及流化床反應(yīng)器上。周樹理［12］利用固定床反應(yīng)器，對(duì)CaSO4和分別負(fù)載惰性載體、活性助劑后的CaSO4與氣體燃料的反應(yīng)特性進(jìn)行了研究。惰性物質(zhì)在與CaSO4混合時(shí)起到了結(jié)構(gòu)支撐和傳遞熱量的作用，其本身不參與反應(yīng)?；钚晕镔|(zhì)不僅自身參與反應(yīng)，同時(shí)可以較大幅度地提高CaSO4的反應(yīng)活性，并初步分析了CaSO4被氣體燃料還原的產(chǎn)物成分和引起載氧體反應(yīng)活性改善的原因。Song等［13］在固定床反應(yīng)器上研究了鈣基載氧體與CH4/Air的循環(huán)反應(yīng)特性、SO2釋放量、碳沉積等。試驗(yàn)結(jié)果表明：大部分CH4與載氧體反應(yīng)生成CO2和H2O，還原階段的主要產(chǎn)物為CaS，但有少量的CaO生成，CO2生成率隨循環(huán)數(shù)呈先增加后減少的趨勢(shì)；鈣基載氧體在還原和氧化階段均有SO2生成，且隨循環(huán)數(shù)增加出現(xiàn)單峰特性，并在第4次循環(huán)中出現(xiàn)峰值。

丁寧等［14］采用沉淀法制備了3種鈣基復(fù)合載氧體，并在固定床試驗(yàn)臺(tái)架上對(duì)復(fù)合載氧體與CO的反應(yīng)性能進(jìn)行研究.結(jié)果表明：3種添加物均能促進(jìn)CaSO4與CO的還原反應(yīng)，提高載氧體的反應(yīng)速率；3種添加物對(duì)COS的釋放具有抑制作用，La添加物對(duì)SO2的釋放有一定的抑制作用，而Ti、Ni添加物促進(jìn)了SO2的釋放；添加Ni的載氧體具有較高的反應(yīng)活性，表現(xiàn)出良好的循環(huán)特性。

中國(guó)東南大學(xué)Xiao教授［15］在小型固定床微分反應(yīng)器上進(jìn)行CO還原CaSO4反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)研究。主要分析了載氧體質(zhì)量、流速和顆粒粒徑對(duì)反應(yīng)速率的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：CaSO4與高濃度的CO還原生成CaS和CO2是一級(jí)反應(yīng)。在忽略內(nèi)擴(kuò)散阻力情況下，基于化學(xué)鏈反應(yīng)控制和內(nèi)擴(kuò)散共同作用縮核模型，采用最小二乘法非線性擬合方法，得到化學(xué)鏈反應(yīng)速率常數(shù)和產(chǎn)物層有效擴(kuò)散系數(shù)等動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

Ding等［16］以SB粉和醋酸分別為添加劑和擴(kuò)孔劑，采用機(jī)械混合燒結(jié)法制備鈣基載氧體，并在擠出裝置中使載氧體成型。運(yùn)用正交試驗(yàn)法研究了添加劑、水和擴(kuò)孔劑的用量對(duì)成型后載氧體的機(jī)械強(qiáng)度和反應(yīng)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：SB能粉增強(qiáng)鈣基載氧體的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)提高了反應(yīng)活性，并得到了最佳擠出配比：30 g的CaSO4，12 g的SB粉，2.5 m L醋酸和15 m L水。張帥等［17］針對(duì)鈣基載氧體存在SO2氣體的排放問題，選擇鐵基載氧體，CaO和石灰石脫硫劑，研究不同溫度、壓力、Ca/S比條件下SO2氣體的脫除問題。結(jié)果表明，單獨(dú)采用CaSO4載氧體時(shí)，隨溫度升高SO2氣體濃度逐漸增加。添加鐵基載氧體后，SO2排放濃度降低，主要與Fe2O3能夠催化抑制CaSO4分解有關(guān)。添加Ca O和石灰石脫硫劑后，隨溫度、壓力以及Ca/S增加，兩種脫硫劑的脫硫效率均增加，相同質(zhì)量下CaO的脫硫效果更佳。

5　小型流化床實(shí)驗(yàn)法

由于熱重和固定床實(shí)驗(yàn)無法檢驗(yàn)載氧體在流化過程中的各種物理性能（抗破碎能力、流化床能力等）和化學(xué)性能，研究者們搭建了各種小型流化床以模擬載氧體在化學(xué)鏈燃燒過程中的流化情況。這些流化床設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)為：氣體和固體之間有足夠的接觸面；氧化和還原過程切換迅速、方便。Song等［18］在流化床上進(jìn)行了模擬煤氣成分還原CaSO4載氧體試驗(yàn)，主要研究了載氧體的循環(huán)特性和溫度對(duì)化學(xué)鏈燃燒還原反應(yīng)活性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，還原反應(yīng)初期得到較高純度的CO2，CaSO4載氧體應(yīng)用于模擬煤氣化學(xué)鏈燃燒還原反應(yīng)時(shí)可行的，還原溫度應(yīng)控制在900～950℃；隨著循環(huán)的進(jìn)行，載氧體的載氧能力逐漸下降，難以恢復(fù)到之前的水平；硫的釋放是造成CaSO4在還原和氧化循環(huán)中逐漸失活的主要原因。

秦翠娟等［19］采用小型流化床模擬燃料反應(yīng)器，研究了煤氣化-CaSO4還原反應(yīng)對(duì)燃燒過程的影響。結(jié)果表明，煤氣化是煤氣化-CaSO4還原反應(yīng)過程的控制步驟；CH4、H2累積量隨溫度升高呈減少趨勢(shì)，高于950℃時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物中無CH4、H2，溫度低于950℃時(shí)CO累積量隨溫度增高亦呈減少趨勢(shì)，但高于950℃時(shí)CO累積量隨溫度升高反而略有增加；煤氣化反應(yīng)的碳?xì)饣室约懊簹饣?CaSO4還原反應(yīng)的C-CO2轉(zhuǎn)化率均隨溫度而增大。CaSO4在CH4、H2氣氛的反應(yīng)活性隨溫度升高而顯著提高，而在CO氣氛下其反應(yīng)活性較弱。

鄭敏等［20］通過在燃料反應(yīng)器內(nèi)添加脫硫劑CaO的方法，進(jìn)行了一系列CaSO4載氧體與煤還原反應(yīng)過程中氣體污染物抑制的試驗(yàn)研究。采用CO2/水蒸氣體積比1∶3的混合氣體作為氣化介質(zhì)，在研究Ca O對(duì)煤氣化反應(yīng)影響的基礎(chǔ)上，主要探討了不同反應(yīng)溫度、不同Ca O和CaSO4添加工況下的氣態(tài)污染物釋放情況。結(jié)果表明，950℃時(shí)，加入Ca O有利于抑制SO2和CO，但其釋放量仍較多；增加CaSO4可以抑制CO，但會(huì)導(dǎo)致SO2排放增加。由于添加CaO對(duì)煤氣化具有催化作用，900℃是一個(gè)既有利于抑制氣態(tài)污染物的排放，也能保證煤氣化-CaSO4還原反應(yīng)速率的溫度；CaO加入量為CaSO4摩爾量1.9倍時(shí)，可以抑制90%的SO2排放，具有較理想的脫硫效果。Song等［21］對(duì)不同比例的復(fù)合載氧體CaSO4/ Fe2O3進(jìn)行了煤基化學(xué)鏈燃燒實(shí)驗(yàn)研究，提出了Fe2O3抑制鈣基載氧體的副反應(yīng)從而減少系統(tǒng)硫釋放的觀點(diǎn)。

6　串行流化床實(shí)驗(yàn)法

雖然在小型流化床上能模擬化學(xué)鏈燃燒過程，但難以全面地反映載氧體在實(shí)際化學(xué)鏈燃燒過程中的真實(shí)表現(xiàn)。因此有必要搭建適合鈣基載氧體的串行流化床化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器，一方面對(duì)鈣基載氧體化學(xué)鏈燃燒的工業(yè)可行性進(jìn)行驗(yàn)證；另一方面，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行條件下鈣基載氧體的物理化學(xué)性能進(jìn)行研究。Ding等［22］自主開發(fā)了適合鈣基載氧體的串行流化床化學(xué)鏈燃燒實(shí)驗(yàn)裝置，并進(jìn)行了相關(guān)的冷熱態(tài)實(shí)驗(yàn)研究。試驗(yàn)表明：在大部分的冷態(tài)工況下，系統(tǒng)可以迅速啟動(dòng)并達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。在FR和AR之間，未發(fā)現(xiàn)氣體串混的現(xiàn)象；在熱態(tài)試驗(yàn)中，F(xiàn)R溫度的升高，降低了FR出口CH4、CO和H2的濃度，對(duì)燃燒效率非常有利。而SO2隨著FR溫度呈指數(shù)增加趨勢(shì)，合適的還原溫度為925℃。隨著氧燃比的增加，CH4、CO和H2呈指數(shù)衰減趨勢(shì)，燃燒效率則增加。而氧燃比的變化對(duì)硫釋放沒有明顯作用。并首次對(duì)鈣基載氧體在串行流化床上進(jìn)行甲烷化學(xué)鏈燃燒實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)證明了千瓦級(jí)串行流化床熱態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置易于操作和控制及鈣基載氧體除了機(jī)械性能和還原速率有待提高外，其他的性能均使其適合作為化學(xué)鏈燃燒的載氧體。

7　結(jié)論

鈣基載氧體因其載氧量大和價(jià)格低廉而受到人們廣泛的關(guān)注，研究者們雖然在其熱力學(xué)分析、可行性論證、反應(yīng)活性、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、硫釋放和失活機(jī)理等方面取得了一定的成果，但距離工程應(yīng)用仍存在很多亟待突破和解決的問題，需要在如下方面進(jìn)行一系列的研究工作。

a.硫的釋放問題是今后研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，需要進(jìn)一步研究硫釋放的機(jī)理，探討抑制硫釋放的途徑；

b.制備綜合性能更加優(yōu)良的鈣基載氧體，尤其是在抗破碎，耐磨性，反應(yīng)活性、持續(xù)循環(huán)能力等方面；

c.加大鈣基載氧體反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化方面的研究工作，以期獲得長(zhǎng)期運(yùn)行的數(shù)據(jù)，為后續(xù)開發(fā)適合固體燃料的反應(yīng)器設(shè)計(jì)做鋪墊；

d.開展鈣基載氧體化學(xué)鏈燃燒技術(shù)與其他發(fā)電技術(shù)相耦合的途徑，拓寬化學(xué)鏈燃燒技術(shù)的應(yīng)用范圍，以實(shí)現(xiàn)燃煤發(fā)電的CO2分離和提高整體的系統(tǒng)效率。

［1］ 宋啟磊.基于鈣基載氧體化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)機(jī)理的研究［D］.南京：東南大學(xué)，2009.

［2］ Jerndal E.，Mattisson A.，Lyngfelt A.Thermal analysis of chemical looping combustion［J］.Chem.Eng.Res.Des.，2006，84（9）：795-806.

［3］ Wang J.S.，Anthony E.J.Clean combustion of solid fuels［J］.Appl.Energy，2008，85（2-3）：73-79.

［4］ 盧海勇，沈來宏，肖 軍.置換燃燒新型載氧體CaSO4的化學(xué)熱力學(xué)性能分析［J］.鍋爐技術(shù)，2007，38（5）：47-50.

［5］ 沈來宏，肖 軍，肖 睿，等.基于CaSO4載氧體的煤化學(xué)鏈燃燒分離CO2研究［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27（2）：69-74.

［6］ 張建社，付國(guó)家，田紅景，等.煤/鈣基載氧體化學(xué)鏈燃燒操作參數(shù)分析.高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào)［J］.2012，26（2）：247-253.

［7］ 鄭 瑛，王保文，宋 侃，等.化學(xué)鏈燃燒技術(shù)中新型載氧體CaSO4的特性研究［J］.工程熱物理學(xué)報(bào)，2006，27（3）：531-533.

［8］ 鄭 敏，沈來宏，肖 軍.化學(xué)鏈燃燒鈣基載氧體CaSO4與CO在不同溫度下的反應(yīng)行為［J］.化工學(xué)報(bào)，2008，59（11）：2812-2818.

［9］ 郭慶杰，田紅景，劉永卓.CaSO4的復(fù)合載氧體制備及其反應(yīng)特性［J］.太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，41（5）：572-576.

［10］ Liu S.M.，Lee D.H.，Liu M.，Li L.L.，Yan R.Selection and application of binders for CaSO4oxygen carrier in chemical-looping combustion［J］.Energy Fuels，2010，24（12）：6675-6681.

［11］ Zheng M.，Shen L.H.，F(xiàn)eng X.Q.，Xiao J.Kinetic model for parallel reactions of CaSO4with CO in chemical looping combustion［J］.Ind.Eng.Chem.Res.，2011，50（9）：5415-5427.

［12］ 周樹理.非混合燃燒中CaSO4載氧體的研究［D］.北京：中國(guó)科學(xué)院研究生院，2007.

［13］ Song Q.L.，Xiao R.，Deng Z.Y.，Shen L.H.，Zhang M.Y. Reactivity of a CaSO4oxygen carrier in chemical looping combustion of methane in a fixed bed reactor［J］.Korean J. Chem.Eng.，2009，26（2）：592-602.

［14］ 丁 寧，鄭 瑛，羅 聰，等.鈣基復(fù)合載氧體反應(yīng)性能的研究［J］.動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2010，30（9）：689-698.

［15］ Xiao R.，Song Q.L.Characterization and kinetics of reduction of CaSO4with carbon monoxide for chemical looping combustion［J］.Combust.Flame，2011，158（12）：2524-2539.

［16］ Ding N.，Zheng Y.，Luo C.，Wu Q.L.，F(xiàn)u P.F.，Zheng C. G.Development and performance of binder-supported CaSO4oxygen carriers for chemical looping combustion［J］. Chem.Eng.J.，2011，171（3）：1018-1026.

［17］ 張 帥，肖 睿，楊一超，等.鈣基載氧體煤化學(xué)鏈燃燒脫硫?qū)嶒?yàn)研究［J］.工程熱物理學(xué)報(bào)，2012，33（3）：525-528.

［18］ Song Q.L.，Xiao R.，Deng Z.Y.，Zheng W.G.，Shen L.H.，Xiao J.Multicycle study on chemical-looping combustion of simulated coal gas with a CaSO4oxygen carrier in a fluidized bed reactor［J］.Energy Fuels，2008，22（6）：3661-3672.

［19］ 秦翠娟，沈來宏，鄭 敏，等.基于CaSO4載氧體的煤化學(xué)鏈燃燒還原反應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，29（17）：43-50.

［20］ 鄭 敏，沈來宏，肖 軍，等.煤基化學(xué)鏈燃燒還原階段的污染物抑制［J］.工程熱物理學(xué)報(bào)，2010，31（10）：1780-1784.

［21］ Song T.，Zheng M.，Shen L.H.，Zhang T.，Niu X.，Xiao J.Mechanism investigation of enhancing reaction performance with CaSO4/Fe2O3 oxygen carrier in chemical-looping combustion of coal［J］.Ind.Eng.Chem.Res.，2013，52（11）：4059-4071.

［22］ Ding N.，Wang W.R.，Zheng Y.，Luo C.，F(xiàn)u P.F.，Zheng C.G.Development and testing of an interconnected fluidized-bed system for chemical looping combustion［J］. Chem.Eng.Technol.，2012，35（3）：532-538.

本文責(zé)任編輯：王洪娟

Research Progress of Nonmetal Oxide Oxygen Carriers in Chemical Looping Combustion

Yan Xiaopei1，Ma Lichao2，Zhang Haifeng3
（1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute，Shijiazhuang 050021，China；2.Shijiazhuang Huadian Heating Group Co.Ltd.，Shijiazhuang 050041，China；3.Hebei Huadian Shijiazhuang Yuhua Thermal Power Company Limited，Shijiazhuang 051430，China）

Chemical looping combustion（CLC）is a very promising technology combined with the potential of reducing the costs and energy penalty dramatically for CO2capture.Compared with metal oxides，CaSO4has a relatively higher oxygen capacity. CaSO4is much cheaper and environmentally sound as a nonmetal oxide oxygen carrier.Therefore，CaSO4applied to CLC has a very broad range of applications.According to the different test and characterization methods，the present study situation of nonmetal oxide oxygen carrier was introduced in detail and interconnected fluidized bed was very suitable for the application of nonmetal oxide oxygen carrier in chemical looping combustion，and finally the future study direction was pointed out.

chemical looping combustion；nonmetal oxide oxygen carrier；calcium-based oxygen carrier；CaSO2

TM621.8

A

1001-9898（2016）02-0035-05

2015-07-14

閆曉沛（1985-），女，工程師，主要從事發(fā)電廠節(jié)能減排新技術(shù)研究工作。

國(guó)家自然科學(xué)基金（No.51406110）。