CaSO4氧載體與CO反應(yīng)中Boudouard反應(yīng)的熱力學(xué)分析及其抑制研究

鄭 敏，沈來宏

（1 昆明理工大學(xué)冶金節(jié)能減排教育部工程研究中心，云南 昆明 650093；2 東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210096）

化學(xué)鏈燃燒具有內(nèi)分離CO2和提高燃燒系統(tǒng)效率的特點，是一種很有前景的溫室氣體控制方法[1]。化學(xué)鏈燃燒基本原理：氧載體在燃料反應(yīng)器中與碳?xì)淙剂线M行還原反應(yīng)，氧載體釋放氧，而燃料被氧化成CO2和H2O（汽），冷凝除去H2O 得到純凈的CO2；隨后，還原態(tài)氧載體進入空氣反應(yīng)器中，與空氣接觸進行氧化再生。目前，金屬氧化物是主流的氧載體。金屬氧載體具有高反應(yīng)活性的優(yōu)點，但存在一些固有缺陷：一是價格高，且存在重金屬二次污染問題；二是煤中硫分和灰渣與金屬氧載體反應(yīng)，生成低熔點固相硫化物，導(dǎo)致金屬氧載體永久失活[2-4]。近來，由于價格便宜，鐵礦石氧載體，如赤鐵礦、鈦鐵礦、鈣鈦礦引起了廣泛的關(guān)注[5-7]，但是鐵基氧化物載氧率較低，鐵礦石氧載體工業(yè)化運用有待深入研究。硫酸鈣是一種新型的非金屬氧載體，具有價格低廉、自然界中儲量豐富、來源廣、傳遞單位質(zhì)量氧原子所需氧載體質(zhì)量少等優(yōu)點，將硫酸鈣應(yīng)用于化學(xué)鏈燃燒具有非常廣泛的前景。

以硫酸鈣為氧載體的化學(xué)鏈燃燒是通過CaSO4-CaS 化學(xué)循環(huán)交替反應(yīng)來實現(xiàn)燃料的間接燃燒，從而得到純凈的CO2，而該技術(shù)目前處于初步探索階段。CO 是一種重要的可燃?xì)猓彩敲夯蛏镔|(zhì)氣化的主要氣體成分。CO 還原CaSO4氧載體的反應(yīng)是競爭反應(yīng)見式（1）、式（2）[8-9]。

上述競爭反應(yīng)進行過程中，還可能會發(fā)生Boudouard 反應(yīng)，也就是一氧化碳在高溫下歧化為二氧化碳和單質(zhì)碳的反應(yīng)。……