基于流态化活化的煤基燃料O2/CO2燃烧碳捕集技术研究进展

我国承诺将在2030年前推动CO2排放量达到峰值,进而在2060年前达成碳中和目标。目前,煤炭等化石能源在我国能源消费结构中仍占据相当比重,对保障能源供应的稳定性与安全性意义重大。采用碳捕集技术,可以有效降低碳排放,甚至实现近零排放,助力能源转型稳步推进。富氧燃烧是燃烧中碳捕集的核心工艺,具有CO2浓度高、捕集成本低、燃烧效率高、污染物排放少等优势,因而具有广阔的应用前景。为拓宽富氧燃烧技术的燃料适应性并增强其与工业领域的适配性,提出了碳基原料流态化活化技术新思路,采用该技术可制备气固活化态类气体燃料,进而通过类气体燃料的富氧燃烧,实现碳捕集;或通过类气体燃料的富氧气化,制取富CO合成气,用于化学品合成,实现CO2资源化利用。首先剖析了流态化活化技术的基本原理,阐明了CO2在该过程中的作用机制。然后,全面综述了碳基原料经流态化活化后所得煤气的特性和活化半焦的特性,重点探究了活化温度、碳与CO2物质的量比(CC比)、反应气氛、氧气浓度及燃料种类等对煤气组成、煤气产率、煤气热值的影响,同时还研究了这些因素对活化半焦粒径分布、微观形貌、比表面积、孔隙结构、碳架结构、反应活性等的影响规律。此外,梳理了气固活化态类气体燃料在O2/CO2气氛下的气化特性,考察了燃料特性、CO2浓度和O2/C物质的量比等对气化性能指标的影响;梳理了气固活化态类气体燃料在O2/CO2气氛下的燃烧特性,总结归纳了NOx排放规律及反应调控机理。最后,对流态化活化技术进行了总结和展望,以期为工业领域燃烧中碳捕集技术及CO2的大规模资源化利用提供理论依据和数据支撑。

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