个人答辩陈述在线视频

各位参加答辩的老师和同学

我先代表清华大学

动力工程学工程动力

学位评分委员会

对徐雷同学进行审查以后

同意徐雷同学的

学位论文答辩的申请

并组成以下的答辩委员会

主席是由清华大学杨江教授

我自己来担任

那么我们四位委员

有中国华人集团

清洁能源技术研究院的

许治生（音）华人工程师

有东南大学沈爱红（音）教授

有清华大学的张建顺教授

清华大学的杨海瑞（音）教授

那么由共五位

担任答辩委员会的委员

秘书有清华大学的朱建昆（音）

助理研究员担任

我们答辩的话现在正式开始

首先请秘书介绍一下

答辩人徐雷同学的

简历和学习的基本情况

后面介绍一下徐雷同学的简历

徐雷 男 1988年生

2011年7月于清华大学

热能工程系能源动力系统

及自动化专业获得

工学学士学位

2011年9月至今

在清华大学热能工程系

动力工程及工程热物理专业

攻读博士学位

导师为蔡宁生教授

攻读博士学位期间

徐雷同学的

主要课程及成绩如下

中国马克思主义与当代90分

资格考试82分

文献综述与选题报告91分

高等伦理学90分

现代热工测量与实验系数91分

火焰与气体燃烧91分

燃烧污染形成控制和原理

95分

并于2015年获得国家奖学金

徐雷同学共综述

4本博士学位论文进行评审

其中两份匿名

两份公开

共返回4份评审意见

四位专家均认为

该论文已经达到

博士学位论文水平

同意申请答辩

经学位评定委员会

对徐雷同学申请答辩

和答辩委员会人群的审查

同意该同学进行答辩

这是徐雷的情况

我介绍完毕

下面请徐雷同学介绍一下

论文的主要内容

时间控制在45分钟之内

各位老师好

首先感谢各位老师

来参加我的博士论文学位答辩

今天我答辩的题目是

基于铜/锰氧化物的

化学链燃烧

载氧体制备与特性研究

指导老师是蔡宁生教授

那今天我的报告

主要分为以下几个部分

首先是背景介绍

之后是论文的

四块主要工作内容介绍

最后是我的研究工作的结论

那首先是背景介绍

化学链燃烧

是基于二氧化碳补给为背景的

那目前现有的

无论是燃烧前 燃烧后

还是富氧燃烧补给

这三种碳补给技术

都具有一个成本较高的问题

而化学链燃烧

被认为是最具成本降低潜力的

一项二氧化碳的补给技术

当然它距离商业化的时间

也最长

这说明其中有很多的科学问题

亟待解决

那什么是化学链燃烧呢

化学链燃烧

主要由两个反应器构成

一个是空气反应器

一个是燃料反应器

这两个反应器之间发生着

固体物料的循环

那固体物料的活性成分

是金属氧化物

我们也称作载氧体

那还原碳的金属氧化物

在空气中被氧化

那氧化碳的金属氧化物

再循环到燃料反应器中

与燃料发生氧化还原反应

这样原本偶合在一起的

一个燃烧反应

就被分离在两个反应器中

分别进行

从而实现了二氧化碳的

一个自分离

便于后续的二氧化碳的

补给和压缩过程

那化学链燃烧

因而具有洁净高效的燃烧特点

而将原本偶合在一起的

氧化还原反应

分开进行

从而实现了二氧化碳内分离

具有分离二氧化碳

成本降低的一个潜力

那化学链燃烧技术

最早可以追溯到

1954年路易斯等人的一个关于

制备纯净二氧化碳的专利

那1994年日本的Ishida学者

和中国的金老师首次提出

将化学链燃烧的概念

用于二氧化碳的补给

那直到2001年

瑞典的Lyngfelt等人

搭建了一个串行流化床的装置

实现了化学链燃烧的一个运行

那化学链燃烧

从2001年开始

被学界广泛研究

那首先是气体为燃料的

化学链燃烧技术的研究

而近几年来

越来越多的文献

开始转向煤等固体燃料的

化学链燃烧的研究

那以煤为燃料的化学链燃烧

目前实现的这个双流化床

连续运行的装置

主要是在千瓦的量级

而反应器的形式

由于流化床的器物

反应接触良好

而且炉内传热均匀

因此流化床

在所有的连续运行的装置中

占了绝大的多数

而载氧体目前较多采用的是

一个铁矿石的载氧体

那么煤的化学链燃烧

在反应器中是分为

两个路径来实现的

一个是煤热解之后的

气态的挥发分

与载氧体

也就是金属氧化物

发生氧化还原反应

被氧化成二氧化碳和水

而另一部分是煤热解后的焦炭

与气化剂

进行一个速率较慢的

气化步骤之后形成的

一氧化碳和空气为主的汽化器

与载氧体再反应

生成最终的产物二氧化碳和水

那么在这个反应过程中

就会出现一定的问题

由于煤炭的颗粒较轻

因而在流化床燃料反应器的

床层的上部容易富集

而这部分富集的煤炭

气化之后产生的

一氧化碳等汽化器

与载氧体的接触时间较短

而很容易从燃料反应器的出口

直接溢出

这样的情况就是

由于煤分层

以及载氧体与燃料器

时间接触短

以及载氧体活性较低等因素

会在燃料反应器出口

出现一定量的一氧化碳

和氢气这种气体

那这个是Chalmers 100kW

连续运行装置的结果

可以看到在其燃料反应器出口

有大约7%左右的

氢气和一氧化碳

而这是西班牙的500W的

连续运行装置的结果

也可以看到同样的现象

在其燃料反应器出口

有百分之十几的一氧化碳产生

而通过提高这种

燃料反应器的温度

由于热力学的限制

这个一氧化碳的含量

并不能得到显著的降低

那么针对这个问题

目前化学链燃料

采用的一个办法叫做

补氧燃烧技术

所谓补氧燃烧

就是在燃料反应器出口

注入一定量的纯氧

将这些未燃尽的气体

给它完全转化掉

所谓的Oxygen polishing

那么这个技术在Darmstart

1MW的连续运行结果可以看到

它在燃料反应器出口

加装了这种装置

而注入了过量的氧气

才能够实现一氧化碳的

一个完全转化

就是说加入过量的纯氧

使得一氧化碳虽然完全转化了

但是由于在出口烟气里面

含有一定量的氧气

一个是大大增加了这个成本

由于浪费了一定量的纯氧

而且稀释了二氧化碳

不利于后续的碳补给的缓解

而Oxygen polishing这个步骤

也被估算为

大约占到化学链燃烧

整个补给成本的三分之一左右

那为了减少这个

Oxygen polishing步骤的

一个成本的增加

那我们希望

如果在燃料反应器内部

是这种鼓泡床加下行床的组合

而且如果载氧体

能够释放气象氧气

这样就使得上部这种煤颗粒

释放的一氧化碳等合成器

能够与气象氧气反应

这就减少了后面所需

Oxygen polishing这个步骤

所需要纯氧的一个含量

或者有其他的替代

这种补氧燃烧方案的一个

可行性的方案来进行

那么如果载氧体需要释氧

常见的能够释氧的氧化物

只有氧化锰和氧化铜

这两种氧化物

而这两种氧化物

也在化学链燃烧领域

被广泛的研究

那么我论文研究的目的

就是基于氧化猛和氧化铜

这种活性成分

来制备高载氧能力

有高反应速率

以及高循环反应性

同时不能够团聚

有一个低成本要求的

一个载氧体

那么铜和锰的载氧体

现在研究的现状怎么样

可以看到铜基载氧体的

一个显著优势就是其活性高

然而它会存在一些主要的问题

这是现在比较有代表性的

若干关于铜基载氧体制备的

一个研究

可以看到所有的制备方法

就是借鉴于化工催化剂的

制备方法

采用浸渍或者是冷冻成型

或者是共沉淀等方法

以氧化铝 氧化镁 氧化硅等

惰性载体来制备这种

载氧体颗粒

那这种制备方法

可以说制备方法比较复杂

而铜基载氧体的

一个更为重要的问题

就是由于铜的低熔点

易烧结的特性

会使得随着

氧化还原循环次数的增加

而其活性显著下降

这是铜基载氧体

一个需要亟待解决的问题

那么在锰矿石

锰基载氧体方面

由于锰矿石其价格

非常低廉

那近年来开始受到一个

化学链燃烧的关注

那目前为止

锰矿石的研究的文献

不是很多

这是仅有的一些关于锰矿石

作为化学链燃烧载氧体的

一个研究

那么锰矿石现在

研究的情况就是

一个是研究文献较少

再一个就是

由于矿石天然活性不是很高

那么急需提高矿石的活性

那基于以上的文献综述

我的论文研究的内容

是以铜/锰基载氧体

制备与特性为核心

那么主要分为四个部分

首先是着重解决

铜基载氧体

这种易烧结团聚的问题

其次来想办法提高

天然锰矿石的活性

那么基于这两种载氧体

完成在双流化床中

连续的热态运行的实验

以及针对补氧燃烧的不足

提出新的代替补氧燃烧的方案

来解决这种

未燃尽气体的转化问题

那么下面我介绍

水泥改性氧化铜

这种载氧体的制备方法

我们采用在制备致密的

铜氧化物这种手段

来可以更直接地观察到

这个铜的一个烧结过程

可以看到这张图是

这个氧化物

铜氧化物在还原过程中

其还原进度与反应时间的关系

也就是说相当于一个

表观反应速率的关系

而这张图是在不同温度下

所产生的这个铜产物的

一个结构

可以看到在三百五百七百

这种情况下

铜离子在还原过程中

移动速度非常快

形成了比较多的孔隙

也就是说

在远远低于铜熔点的情况下

铜离子在还原过程中

可以发生快速的移动

而在500度和700度这种温度下

虽然比铜的一千度的熔点

低很多

但是依然发生了一个

显著的烧结现象

而这个铜的烧结

就导致了气体扩散阻力的降低

使得载氧体的

循环稳定性和活性

反应活性下降

而还原过程中

这种铜离子的移动

导致晶粒的烧结

就是载氧体颗粒

最终烧结团聚的一个原因

可以说晶粒的烧结

导致了载氧体颗粒的一个团聚

那么想办法

抑制这种晶粒的烧结

也就是抑制这个

铜基载氧体团聚的一个

根本的方法

那与以往的所有研究不同的是

我创新性地采用了

这种水泥作为惰性载体

水泥作为惰性载体的

一个显著优势就是

制备方法非常简单

那将水泥粉末与氧化铜粉末

加水进行混合之后空干

就可以得到这种非常硬的

一个块状的材料

那进行破碎之后

就得到我们的铜基载氧体

这种制备方法就更为简单

而且便于批量制备

而这种制备方法的

团聚抑制效果如何

可以从这张图看一下

这是一个铜含量为87%的

一个铜基载氧体

如果它进行一次吸氧释氧

这个循环反应之后

就会出现这种块状的颗粒

这说明发生了团聚

而二十次循环之后

其团聚就是完全已经阻塞了

这个硫化

而经水泥改性

参加水泥改性的

这个铜基载氧体

在反应前和20次循环之后

都没有发生这种团聚的现象

说明这种水泥

可以成功地抑制团聚

而采用一定的定量分析

我们可以看到

在一次的团聚后

就有19%的铜基

这种铜的生成

而掺杂了水泥之后

这个比例只有0.4%左右

这说明这个水泥抑制效果很好

那么水泥能够

抑制多少比例的氧化铜

我们采用不同质量分数的

氧化铜作为铜基载氧体

进行测试

分别是25% 35%和45%含量的

一个氧化铜的比例

然后采用200-500微米的粒径

我们用粒径分布来考察

这个抑制团聚的效果

可以看到25%和35%

两种载氧体

在20次循环之后

均没有生成

这种大于500微米的颗粒

这说明团聚得到了有效的抑制

而45%的载氧体

在20次循环之后

会有一定量的

大于500米的颗粒形成

这说明会有轻微的团聚生成

那么保守估计

在35%以下的氧化铜载氧体

都能够用这种水泥改性的方法

得到团聚的抑制

那么团聚得到抑制之后

对活性是否有影响

我们在TGA上

进行了它的动力学测试

我们可以看到

其循环稳定性是非常好的

而这三种载氧体的释氧量

分别是4.5 3.5和2.5左右

考察结合这种氧化铜

在释氧过程中的理论释氧量

我们可以发现

其实这三种载氧体的释氧量

都达到了理论释氧量

这就说明这种制备方法

制备的铜基载氧体

其有效活性成分氧化铜

得到了完全的利用

而反应速率方面

我们可以看到20次循环之后

这个反应速率并没有

出现这种下降的情况

而反应速率在200秒

可以几乎实现这种载氧体的

一个完全的转化

这个反应速率是与纯铜的

一个反应速率相当的

说明水泥改性的这种方法

保证了理论的释氧量

而且循环稳定性良好

而且反应速率依然很高

那么水泥改性

抑制氧化铜烧结的一个机理

可以用Zener

这种扎丁力（音）来解释

这个力描述了

当第二相物质加入的时候

对晶粒的这种长大烧结的

一个影响

这个紫色的线

假设代表氧化铜的

一个活性成分的晶粒的晶界

那这个球代表水泥的颗粒

那么由于这种

第二相物质的加入

使得原本晶界的

一个生长的速度会减慢

就像这个动画描述的这样

当这个晶粒生长

遇到第二相物质的时候

它的生长速度会减慢

而有多个惰性颗粒

在这个晶粒周围的话

就有可能抑制到

这个晶粒的一个生长

用公式简单描述是

这一项代表了晶粒一个

生长的动力

而这一项

就是Zener力的作用

代表了第二项物质

对晶粒生长的一个抑制的力

而当第二相物质加入的时候

晶粒的生长

它的驱动力就会减小

而理想情况下

如果晶粒驱动力减小为零的话

那也就是可以得到

惰性载体的质量分数

与晶粒惰性载体表面能

呈反比的一个关系

也就是说惰性载体的

表面能越高

那其抑制团聚的能力就越强

那么我们制备

铜基载氧体的时候

所需要的材料的含量就越低

那通过这种25%和45%

两种载氧体奠定后的

实验分析可以表明

在25%的水泥改性氧化铜

载氧体反应前后

其颗粒表面的氧化铜含量相近

而45%之后

在反应循环之后

颗粒表面的氧化铜含量

会得到显著的增加

这也说明

惰性载体在25%的情况下

能得到一个显著的抑制的效果

那么铜的价格还是相对较高

我们希望能够制备

更为低廉的一个载氧体

那锰矿石的价格是非常低廉的

那能不能结合锰矿石

这种价格低廉的特点

和铜的这种反应活性高的优点

我们采用了浸渍法

通过引用铜离子

来改性锰矿石

来考察其反应活性

我们在单流化床上进行实验

以10%的一氧化碳为燃料

那么实验进行开始

可以看到一氧化碳

得到了一个完全的转化

全部生成了二氧化碳

而随着反应的进行

由于这种载氧体里面

有效氧成分的流失

那这个出口气体

就出现了这种一氧化碳的突破

那我们定义这种

一氧化碳完全转化的时间

为突破时间

以突破时间来考察载氧体的

一个反应活性

在流化床上进行了10次的循环

我们可以看到要使锰矿石

在第二次循环相比第一次循环

会有一个活性显著的下降

但是从第二次循环开始

其循环稳定性就趋于稳定

而采用不同的

铜离子浓度的浸渍方法

我们可以考察这种铜浸渍法

对载氧体活性提高的影响

我们可以分别采用了

0.5% 2%和10%三种浸渍量

来考察其突破时间的变化

我们可以看到

原始锰矿石的突破时间是30秒

而浸渍了0.5%

这种质量分数的铜之后

其突破时间得到了显著的提高

提高到了170秒

而浸渍了2%之后

它的突破时间提高240秒

浸渍了10%

突破时间增加为260秒

那么通过这个实验

可以得出结论

铜浸渍法

可以显著提高锰矿石的

反应活性

而浸渍量与突破时间的增加

并不成正比

那考虑到添加10%的氧化铜

一 会增加这个载氧体的成本

二 一个会增加一个团聚的风险

因此使用这种方法

浸渍锰矿石的话

建议不超过2%的一个浸渍量

那么这种浸渍方法

不仅在高温下

对载氧体活性的提高

有显著的影响

而且在低温下

也会有显著的促进作用

这也就是锰矿石和浸渍0.5

和浸渍2% 3%的锰矿石

在300至800度的一个

还原的实验

采用一氧化碳作为还原剂

那可以看到原始锰矿石

在500度的条件下

其一氧化碳出口浓度为4%

也就是说相当于转化率

约为60%左右

而在浸渍了0.5%之后

相同的工况下

可以看到其一氧化碳转化率

几乎达到90%

而浸渍2%的铜之后

其一氧化碳得到了完全的转化

这就说明铜浸渍法

可以显著提高

锰矿石在低温下的一个活性

那么燃料反应器

就可以在更低的温度下运行

从而降低反应器对材料的要求

那这种改性方法

对锰矿石载氧体的

吸氧释氧特性的影响

我们在TGA上进行了实验

那么可以发现

在一次循环的释氧量

约为3.4%

而从第二次循环开始

其释氧量实现了稳定

约为0.7%左右

这是由于原始锰矿石中

会含有一定量的二氧化锰

而二氧化锰在释氧之后

生成的三氧化二锰

而进一步生成了四氧化三锰

氧化反应不可逆

所以说当锰矿石作为

吸氧释氧材料的时候

其运行区间

在三氧化二锰

和四氧化三锰之间

那么这种浸渍方法

可以看出

其对循环稳定性

并没有显著的影响

而更为重要的是在

其初始氧化阶段

会提高锰矿石在氧化初期的

一个化学反应速率

而在释氧速率方面

可以看到铜浸渍法

可以大大降低

这种锰矿石的一个释氧的温度

那么铜浸渍法

对不同锰矿石的实用性如何

我们又采用了

另外五种锰矿石来进行

考察这种铜浸渍法

对其改性的影响

那五种锰矿石的主要的成分

是氧化锰

那氧化锰的含量

从40%到70%不等

其他的成分

会含有一定量的氧化铁

而主要对应成分是

氧化硅和氧化铝

那么我们采用同样的方法

进行实验可以看到

黑色的表示

没有浸渍的锰矿石

而红色的表示相应的

浸渍2%的铜之后的

一个锰矿石的突破时间

那么可以看到

这五种不同的锰矿石

其突破时间

经过浸渍法之后

会得到2-100倍的

一个显著的提高

不同的锰矿石

表现的效果不一样

而这种提高的倍数

以及突破时间的增量

与氧化锰的含量

呈现一定的正相关的关系

那么铜浸渍法

改性锰矿石的原因

我们从结构和物相

两个方面去分析

一个是孔结构

我们可以发现

经过铜改性的

锰矿石的孔隙和比表面积

均比没有改性的锰矿石

增加了一些

而更为重要的是

对于其中的两种锰矿石

其微孔的结构

得到了显著的改善

而微孔的增加

也促进了化学反应速率的

一个提高

那么在物相方面

我们用原始锰矿石在还原前后

以及浸渍2%和10%的

两种载氧体

来考察其XRD的一个情况

我们可以看到

一个是在还原碳的

锰矿石中

会发现一定量的少量的

三氧化二锰的存在

而在还原碳的

铜浸渍的锰矿石中

没有检测到三氧化二锰

另一个现象就是

还原产物这种

一氧化铁复合的

一氧化锰的产物

其峰值得到的显著的提高

这说明还原碳的锰矿石当中

还原的程度更深

这也说明载氧体的一个氧

得到了更充分的利用

那为排除杂质的影响

我们采用人工合成

制备这种铜和锰的

一个纯净的氧化物

来采用类似的实验

我们也发现其突破时间

也会有显著的提高

而在这种纯净的

铜锰化合物的制备过程中

我们可以看到

一个新物相的生成

这种坚丁石结构的

一个铜锰复合物

它也是成功促进了一个

载氧体的一个活性的提高

那么上述的实验

都在这单流化床上进行

那么为了接近化学链燃烧的

一个实际运行情况

我们在双流化床上

进行了一个热态的

连续运行实验

这是我们使用的

双流化床的一个装置

装置是由两个空气反应器

和燃料反应器这种鼓泡床

这种串行连接起来的

那物料在空气反应器中

被氧化之后

经过提升管提升至旋风分离器

那在旋风分离器中

由于破碎磨损导致的细颗粒

就会被携带出去

这是空气的沉淀罐进行的收集

而物料返回燃料反应器之后

继续与燃料进行反应

而这部分破碎磨损物料

也会被出口的这个烟气

而携带到燃料反应器的

一个沉淀罐

那通过收集沉淀罐以及后面

后续这颗粒补给里面的

这个物料的质量

我们能得出整个物料的一个

破碎磨损的一个情况

那反应器的尺寸

直径是50毫米

那物料量约为5千克

那采用的粒径范围

是125到300微米

那重点考察载氧体的

连续运行的一个稳定性

和抗破碎磨损的一个特性

那首先进行一个是

吸氧释氧的实验

我们采用对照实验的方法

在相同的工况下对比

我们可以看到

采用铜浸渍的锰矿石

制备的载氧体

其在各个工况下

都比这种锰矿石

表现出了一个更高的

一个释氧量

这也就是之前所说的

由于铜浸渍法

可以显著地提高

锰矿石的一个

初期的氧化反应速率

因此其在空气反应器中

停留时间较短的话

那通过铜浸渍法

可以使其吸收更多量的氧

那在最后释放的氧气

也会得到显著的提高

而通过调节循环量

以及反应器温度等参数

我们发现

提高燃料反应器的温度

可以显著增加这种

出口氧气的产量

而用这种铜浸渍锰矿石

在以一氧化碳为燃料

进行了一个88小时的

一个连续运行的测试

我们可以看到

整个运行期间

一氧化碳都得到了

一个完全的转化

燃料反应器的温度

约为950度

空气反应器温度900度

那这一个温度区间

载氧体没有发生任何一个

团聚现象

证明了这个载氧体

是适用于化学链燃烧

这种情况的

而考察燃料反应器的

物料的一个压差

来判断燃料反应器里

物料的一个运行的状态

我们可以看到初期压差

有一个下降

而在约20小时之后

压差趋于稳定

这个初期的下降

主要是由于反应器运行

没有达到其平衡的状态

而物料在破碎磨损初期

是非常高的

那被携带出这种燃料反应器

导致其物料降低

而压差降低

那收集反应器各个部分的物料

我们可以发现

空气反应器中

收集到的一个

小于125微米的颗粒

是远远大于约为

燃料反应器收集到的

小于125微米颗粒的100倍

这说明由于

空气反应器上方的提升管

和旋风分离器的系数较高

造成了载氧体的一个

非常大的破碎磨损

而在燃料反应器出口

在其鼓泡床运动状态下

其破碎磨损率是非常低的

那综合以上的数据我们得到了

在88小时连续运行过程中

其破碎磨损

随时间的一个变化规律

可以看到反应初期

破碎磨损率是非常高的

而约20小时之后

其破碎磨损率趋于稳定

最后稳定值在0.1%左右

那么可以看到

两种载氧体

在铜浸渍之后

所表现的破碎磨损的特性

是相似的

这也说明铜浸渍法

在提高其活性的同时

并没有对锰矿石的

破碎磨损特性

造成负面的影响

那结论就是

铜浸渍法对锰矿石的

破碎磨损特性没有显著影响

而破碎磨损规律就是

连续运行初期较大

而运行稳定之后

其破碎磨损率大大降低

最终以平衡态的

破碎磨损率

来可以估算载氧体的寿命

为770个小时

那上面提到

由于煤分层等原因

会在燃料反应器出口

出现一定量的一氧化碳

而除了补氧燃料之外

提出了一个

低温化学链的一个燃烧的方法

由于在传统的

化学链燃烧的出口

会有一定未燃尽气体

那这些未燃尽气体

如果是经过了烟气

热量交换之后

温度会有一定的降低

我们希望在这种低温下

就直接把这些少量的

未燃尽气体给它消除掉

那么可以接一个

相对尺寸更小的

一个二接的

低温化学链的燃烧反应器

那么我们采用水泥氧化铜的

载氧体来实现这个过程

首先在单流化床中

完成了100次循环的实验

以验证其稳定性

而在TGA上

考察了三百多项

这种水泥改性氧化铜

还原一氧化碳的一个反应速率

可以看到在5% 10%的一氧化碳

都可以得到一个非常快的

一个完全的转化

那也就是说在300度

这种低温条件下

可以实现化学链燃烧的

一个过程

那么在上述的双流化床装置中

完成了一个18小时的连续运行

那运行期间

燃料反应器温度

约在310度左右

而空气反应器的整个运行温度

在460度左右

整个运行期间

一氧化碳得到了一个

完全的转化

而压差也表现出了

一个非常稳定的

一个运行的状态

从而实现了一个5%的

一氧化碳的在这种300度下的

一个完全的转化

那么另外一个

替代补氧燃烧的方案

就是所谓直接化学链燃烧

就是在烟气尾部

在注入纯氧的同时

我们加入我们的载氧体

以期望在未燃尽

以一氧化碳为代表的

未燃尽气体与纯氧

在载氧体存在的情况下

发生这种催化燃烧的反应

以解决补氧燃烧

来使用这种过量纯氧的问题

那么在单流化床实验台上

对两种不同的载氧体

都进行了测试

测试使用了入口器

为8%的一氧化碳配

4%的一个氧气

相当于一个单量比一个配比

那么惰性气体分别采用

氮气和二氧化碳进行实验

对照组的实验使用石英砂

我们可以看到

在200至500度的运行区间

出口一氧化碳依然是8%

这说明依然没有得到转化

而添加了5克载氧体

与45克石英砂

这种床料的配比之后

可以看到一氧化碳

得到了一个很大程度的转化

而床层温度

由于反应放热

会有一定温度的上升

这样就无需过量的氧气

即可实现一氧化碳的

一个完全转化

那水泥改性氧化铜

和铜改性锰矿石

采用相似的手段来进行了测试

我们可以看到

铜浸渍锰矿石

相比于水泥氧化铜

有一个显著的特点

就是其对气分不敏感

无论是氮气

还是二氧化碳气分下

其反应速率 转化率

均表现出来一致的特性

那么在二氧化碳中的数据

我们可以对比

在使用水泥氧化铜的情况下

在350摄氏度

其转化率约为

一氧化碳转化率是92%

而相应的铜浸渍锰矿石

达到了97.5%

而在450度约为99%

铜浸渍锰矿石可以达到

更高一点的一个转化率

这就是直接化学链的

一个实验的验证

以上就是我论文工作的

一个主要的内容

总结如下

得出了主要结论分为四块

一个是水泥氧化铜

水泥可以成功抑制

铜基载氧体的团聚

那使用水泥改性的方法

这种方法制备过程简单

便于载氧体的批量制备

而且能够有效抑制铜基

载氧体的团聚

那惰性载体的表面能

是影响惰性载体

抑制铜基载氧体团聚的

一个重要的参数

而铜浸渍法

可以显著提高锰矿石的

一个活性

那浸渍量只有0.5%至2%

就可以将锰矿石

与一氧化碳的反应活性

提高2到100倍

那铜离子的拓孔作用

以及铜锰化合物形成的新物相

被认为是提高

这种锰矿石活性的

一个主要的原因

而在双流化床热态连续运行下

考察了锰矿石改性前后的一个

长时间的破碎磨损特性

得到了其破碎磨损的规律

可以看到铜浸渍法

在提高锰矿石活性的同时

对其破碎磨损特性

没有负面的影响

而在未燃尽气体脱除方案

除了已有的补氧燃烧方案之外

提出了一个使用水泥氧化铜

进行低温化学链的燃烧

以及使用铜浸渍锰矿石载氧体

用直接化学链燃烧的一个方案

那论文的主要创新点

主要是制备了

两种新型的载氧体

一个是水泥改性的铜基载氧体

一个是铜浸渍的天然锰矿石

可以大幅提高

锰矿石的一个活性

那么并因为这两种载氧体

在低温化学链

以及化学链燃烧的一个方案下

进行了实验的验证

这是我博士期间

主要发表的文章

一作SCI是四篇

一篇单引最高的是35次

然后参加了两次

国际会议和国内会议

要感谢国家自然科学基金

和973计划

对本课题研究的支持

谢谢各位老师