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1、从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果化学链燃烧技术中新型氧载体CaSO4的特性研究摘要本文提出了一种新的用于化学链燃烧的氧载体： 代写论文 CaSO4，对CaSO4作为氧载体时与CH4组成系统的热力学性能进行了 研究 ，结果表明，在适当的温度范围内， CaSO4还原的直接产物是CaS，而不是CaO和SO2； CaS氧化的直接产物为CaSO4，也不是CaO和SO2。因此，CaSO4可以作为化学链燃烧的氧载体，而且不会有大量的SO2生成。同时，使用热重一红外 分析 仪研究了CaSO4和CH4系统的动力
2、学特性，利用Coats-Redfern积分式得到CH4还原CaSO4的反应活化能E= kJtool关键词化学链燃烧；氧载体；热力学；动力学；热重-红外分析1前言化学链燃烧(CLC)是一种新的无火焰燃烧技术 16。该技术具有非常高的能源利用效率2，没有NO 释放3，特别是在使用含碳气体燃料(CO、CH4等)时，燃烧产物仅包含CO2和H20，只需经过简单的冷凝就能得到高纯度的CO2，从而以较低的能源消耗实现CO2的减排。因此，化学链燃烧技术具有广阔的 发展 前景。2化学链燃烧中使用的氧载体材料化学链燃烧包括两个串联的反应器：燃料反应器和空气反应器。金属氧化物作为氧载体，在两个反应器中循环，实现氧的
3、转移。因此，氧载体的性能对化学链燃烧技术的 应用 非常关键。该技术要求氧载体具有如下性能：(1)在循环使用中始终具有良好的反应性；(2)具有较高的氧交换效率，即循环过程中利用的氧质量与总的固体质量之比较大，从而减小反应器尺寸，降低反应器阻力；(3)具有较高的机械强度，在循环使用过程中不易破碎；(4)价格低廉，并且不会产生二次污染。代写毕业论文 围绕氧载体在循环使用过程中反应性以及机械性能的变化，许多研究人员使用H2、CO、CH4为燃料，利用不同的实验设备，在不同的实验条件下开展了研究工作26。所研究的氧载体包括Fe、co、Ni、Cu、Cd、Mn等金属的氧化物以及这些金属氧化物与不同比例的团聚剂
4、混合制成的大颗粒。这些氧载体在循环使用过程中可能存在的一个 问题 是必然会有少量的金属氧化物进入大气环境，成为新的污染源，从而危害人类健康和 自然 环境。因此，探索新的氧载体材料非常重要。基于化学链燃烧技术对氧载体性能的要求以及使用金属氧化物作为氧载体时潜在的问题，本文提出了一种新的氧载体CaSO4，并对其作为氧载体时在化学链燃烧中的热力学和动力学特性进行了初步研究。CaSO4还原一氧化反应的热力学分析31 燃料反应器中发生的还原反应当使用甲烷(CH4)为燃料时，氧载体CaSO4在化学链燃烧过程中发生的反应主要为：CaSO4+ CH4CaS+CO2+H20除了以上主要反应外， CaSO4和CH
5、4系统还包括一系列复杂的中间反应，代写硕士论文 生成包括SO2在内的大量中间产物。如CH4和H20之间的反应，导致H2和CO2的生成，从而进一步生成H2S、SO2等。因此，该反应的平衡组分中除了主要产物H20和CO2外，还包括多种微量的气体成分，如H2、H2S、SO2、气态S等等。图1显示了CaSO4和CH4系统在不同温度下的平衡组分。从图1可见， CaSO4和CH4系统在不同温度下达到平衡时，主要生成产物是气态的H20、CO2和固态的CaS。当温度达到107K时，在固相组分中开始出现CaO。此时，气相组分的变化也相应发生一些改变，组分H2S的含量在107K时最小，SO2的含量变化开始减慢。总
6、的来看， H2S、SO2的含量均较小。从热力学的角度，使用CaSO4为氧载体时的最佳温度为107K。煤的加压气化是大规模煤气化发电技术的发展方向。为了与煤的气化系统耦合，研究较高压力下氧载体的性能是必要的。图2显示了温度为107K时，CaSO4和CH4系统在不同压力下达到平衡时，生成产物H2S、SO2的含量变化。可以发现，压力增加对SO2的 影响 不大，而H2S的含量有较大增加。但H2s含量随压力的增加并不是一个线性关系。在压力达到10x 10132510 Pa后，H2S含量的增加幅度明显减缓。H2S含量的增加可能是由于压力增加，增加了平衡组分中H2以及S2的含量，这样，平衡时H2S的含量也相
7、应增加。 3空气反应器中发生的氧化反应 燃料反应器中还原生成的CaS在空气反应器中发生氧化反应，生成CaSO4，并放出大量的热量，它是化学链燃烧的能量来源。因此，CaS在空气反应器中的氧化性能对化学链燃烧技术非常重要。对于生成的CaS氧化反应，根据热力学 分析 ，10132510 Pa下，直到184K的高温，生成产物仅包含CaSO4，而不会有SO2生成。即只发生以下反应：CaS+2O2CaSO4高于这个温度，生成产物中就有CaO和SO2出现，即有如下反应发生：编辑。CaS+32O2CaO+SO2CH4还原CaSO4的动力学 研究使用天津化学试剂厂的分析纯CaSO42H20，在实验室热重一傅立叶
8、红外分析仪(TGFTIR)上对CaSO4和CH4的反应动力学进行了试验研究。代写医学论文 图3是升温速率为20 Krain， CaSO4和CH4反应系统的失重曲线。在热重曲线上， 100。C附近的失重峰显示的是CaSO42H20的脱水过程， CaSO4与CH4的反应出现在900。C附近，较为明显的失重出现在950。C左右。最大失重速率出现在1047。C，失重率为1517rain。利用CoatsRedfern积分式得到CH4还原CaSO4的反应活化能E=172131kJtool， lnA=14847。图4所示为升温速率为20 Kmin， CaSO4和CH4反应系统气相组分的红外光谱图。从谱图可以
9、看到CaSO4和CH4反应系统的气相组分中确实有SO2存在，如何减少SOs的生成量，控制SOs的排放，是CaSO4作为化学链燃烧的氧载体必须考虑的 问题 。结论通过对CaSO4和CH4反应系统的热力学分析和动力学分析，可以得到以下结论：(1)以CaSO4为氧载体能够实现化学链燃烧。(2)在适当的温度范围内， CaSO4还原的直接产物是CaS，而不是CaO和SO2； CaS氧化的直接产物为CaSO4，也不是CaO和SO2。因此，不会有大量的SO2生成。(3)温度和压力对SO2、H2S的生成有重要影晌。从热力学的角度， 代写 英语 论文 107K是最佳的使用温度。压力对SOs的生成 影响 较小，而
10、对H2s的生成影响较大。(4)控制SO2的释放是使用CaSO4为氧载体时必须考虑的问题。 参考 文献 1姚强，陈超洁净煤技术北京：化学 工业 出版社，0051-102Jin H，Ishida MAnovel Gas Turbine Cycle withHydrogenFueled Chem icalLooping Com bustionIntJof Hydrogen Energy,XX，25(12)：120912153Ishida M，Jin HA Novel ChemicM-Looping Combustor without NOz formation Ind EngChems，1996，3
11、5(7)：2469-24724Jin H，Ishida MReactivity Study on Natural-Gas-FuelledChemical Looping Combustion by a FixedBed ReactorIndEngChemRes，XX，41(16)：4004-40075Cho P，Mattisson T，Lyngfelt AComparision of Iron-， Nickel一，Copperand Manganese-Bas ed Oxygen Carriers for Chemical-Looping CombustionFuel，XX，83(9)：1215-12256Adanez J，de Diego L F，Garcla-Labiano F，et a1Selection of Oxygen Carriers for Chemical Looping CombustionEnergy&Fuels，XX，18(2)：3713777新井纪男(日)燃烧生成物的发生与抑制技术赵黛青，赵哲石，王昶等译北京： 科学 出版社，001122-124 课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。
