文献综述
- 背景
1.1温室效应和CO2减排
随着科学技术和工业的不断发展, 温室效应已经引起了国际社会的广泛关注, 目前全球气候变暖已成为各国政府和人民重点关注的环境问题。导致气候变暖是由CO2等温室气体的过量排放所致, 这已得到科学界的普遍认可[1]。煤炭等化石燃料作为当今世界的主要能源，其消耗量的不断增长，产生的CO2等温室气体急速增加，加剧了全球变暖，气候恶化，也将严重威胁人类自身活动的安全。因此，减少CO2的排放量，从而遏制或减轻全球变暖已经是当今时代发展需要急迫攻克的难题。
目前，减少CO2的排放的方式有多种：（1）利用可再生能源如太阳能和水能代替化石燃料。目前在我国，可再生能源的利用还远不能满足需求。因此，煤等化石燃料依然是我国的主要的能源消耗。（2） CO2捕集。以化石燃料为能源的电厂是最大的人为活动CO2排放源。 因此，控制电厂的CO2排放是最主要的切入点[2]。因此，为了减少CO2的排放，现有的电厂需配备CO2捕集技术，捕集和封存燃烧过程中产生的CO2。碳捕集与封存技术，即CCS（Carbon Capture and Storage）技术是目前CO2减排一种直接有效的方法。目前，根据CO2捕集工艺的不同，国内外CCS捕集CO2路线可分为：燃烧前捕集、富氧燃烧和燃烧后捕集。
燃烧前捕集主要应用于整体煤气化联合循环（IGCC，Integrated Gasification Combined Cycle）中,该系统将煤气化技术和联合循环技术相结合, 由煤的气化与净化及燃气-蒸汽联合循环发电两部分组成。主要操作是将煤高压富氧气化变成煤气，再经过水煤气的变换产生二氧化碳和氢气。IGCC系统能耗低、效率高，被认为是目前最有潜力的方法，但是IGCC方法尚不成熟，仍存在投资成本高、盈利空间小的问题。
富氧燃烧是以高于空气氧气含量的含氧气体进行燃烧，这样能极大提升烟气中二氧化碳的浓度，便于收集和储存。有利于提高产品质量、产量，环保效果突出，但制氧的能耗较高，另外要对锅炉进行改造，丁辉(2019)[3]同时也指出富氧燃烧捕集到的CO2气流中杂质较多。
燃烧后捕集是主要是指采用溶胶吸收、变压吸附等方法，将燃烧排放的烟气产生CO2与其他烟气成分分离，达到富集CO2的目的，燃烧后捕集的方法目前比较成熟[4]，但由于能耗高等问题会导致投资成本过高[5]。
以上三种CO2捕集方法都能做到富集CO2的目的，各有优劣，这三种捕集方法仍需要过大的投资成本，并不能解决问题。发展一种新型低成本的CO2捕集技术具有重大的意义。
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化学链燃烧技术
- CLC技术
日本科学家Ishida[6]首次提出将化学链燃烧技术应用于CO2分离和捕集。化学链燃烧技术（Chemical-Looping Combustion，CLC）是一种新型的燃烧技术,将新型的能源转化与CO2富集、污染物脱除结合起来。该技术采用载氧体代替常规燃烧的空气，载氧体在空气反应器和燃料反应器之间交替氧化-还原反应，完成燃料燃烧，同时避免了燃料和空气的直接接触。与传统燃烧方式相比，化学链燃烧技术的间接燃烧方式有助于实现能量的梯级利用，降低燃料燃烧过程中㶲损失。
在化学链燃烧过程中，空气和燃料分别通入不同的两个反应器，因此，燃料(煤)不需要与空气进行直接接触，产生的CO2避免了空气中N2的稀释，从而燃料反应器的出口只有CO2 和H2O,经过简单的冷凝之后，就可以得到高纯度的CO2，实现CO2的捕集。化学链燃烧技术将常规燃烧分成两步化学反应，可以降低㶲损失，提高能源效率[7]。另外，化学链燃烧反应器运行温度低于1100℃，抑制了热力型NOx的产生并且燃料反应器内为还原性气氛，可以有效的减少燃料型NOx的产生[8]。
