化学链燃烧范文（精选3篇）
化学链燃烧 第1篇
CLC包括两个串联的反应器,载氧体在两个反应器中循环,实现氧的转移,因此载氧体的性能对化学链燃烧技术非常关键。不同的制备方法对氧载体的性能有明显的影响,目前存在的方法有:溶解法、机械混合法、冷冻成粒法、浸渍法、分散法、共沉淀法、溶胶-凝胶法等,但总体上讲,冷冻法和浸渍法是制备载氧体最常用的两种方法[4]。
评价载氧体性能的指标一般包括:化学反应性、载氧能力、持续循环能力、能承受的最高反应温度、机械性能(抗破碎、抗磨损能力等)、抗烧结和抗团聚能力、颗粒尺度分布、内部孔隙结构、价格和环保性能等[5]。本文介绍了CLC工艺的原理,对各系的载氧体进行了性能分析,并对载氧体以后的发展方向进行了展望。
1 CLC工艺
CLC一般燃用气态燃料(天然气、煤气等),燃料不是直接和空气中的氧分子反应,而是使用载氧体中的氧原子来完成燃烧过程,避免了燃料和空气的直接接触。CLC包括两个串联的反应器:空气(氧化)反应器和燃料(还原)反应器。金属氧化物颗粒在燃料反应器里与燃料发生还原反应:
在燃料反应器内被还原的金属颗粒回到空气反应器并与空气中的氧气发生氧化反应,放出热量,其反应式为:
式(1)与式(2)相加即为传统燃烧反应
CLC把一步化学反应转变成两步化学反应,实现了能量梯级利用,提高了能量利用率。特别是,从燃料反应器内排出的CO2和水蒸气可以直接通过冷凝器冷却,在不需要额外能量的情况下,分离出高纯度的CO2,便于进行下一步对CO2的回收和处理。由于空气反应器的运行温度相对较低,空气反应器内几乎没有热力型NOx和快速型NOx生产。在燃料反应器内,由于不与O2接触,没有燃料型NOx产生。
2 载氧体
载氧体作为CLC的媒介,在两个反应器之间进行循环,不停地把空气反应器中的氧和反应生成的热量传递到燃料反应器进行还原反应,因此载氧体的性能直接影响了整个化学链燃烧的运行。
现在制备载氧体的材料主要集中在Ni、Cu、Fe、Co、Mn、Cd作为活性剂,高温下纯金属氧化物的持续循环能力较差,一般与其他化合物混合使用,这些化合物并不参加氧化还原反应,一方面它们作为金属氧化物的惰性载体,使颗粒具有更高的比表面积,并提供其足够的机械强度以增强循环性能;另一方面作为热载体,传递和储存热量。目前使用的主要惰性载体有:A12O3、SiO2、NiAl2 O4、海泡石、高岭土、斑脱土、MgAl2 04、TiO2、ZrO2、Y2O3+ZrO2(YSZ)等[6,7]。
2.1 镍基载氧体
Ishida等[8’首次制备了NiO/YSY,经氧化温度1000℃的流化床循环测试表明,载氧体的化学活性和机械强度都很优异。Jin等[9]发现NiO/YSY载氧体的还原和氧化率都很高,不足之处是随着随颗粒和孔径增大,载氧体碳沉积率增高、再生能力低。
Adane等[10]对注入不同Al203的Ni基载氧体进行了研究,注入γ-A1203的Ni基载氧体在还原反应中显示了极低的活性,相反,注入α-A1203的Ni基载氧体则表现出较高的反应活性。所有的Ni基载氧体在氧化过程中都有高的活性。用共沉淀法制备比注入法制备的含γ-A1203的NiO载氧体活性要高,然而用两种方法制备的含α-Al203的NiO载氧体在氧化和还原反应中活性相似。
Mattisson等[11]用喷雾干燥法制备的NiO(40wt%)/NiAl204(60wt%)载氧体,在一个10 kW的化学链燃烧反应器中,以天然气为燃料,连续160 h的操作,大约有99%的燃料气转化为CO2和H2O,从燃料反应器出来的气体中有0.7%的CO、0.3%的CH4和大约1.3%的H2。在测试过程中,载氧体的活性没有降低,载氧体颗粒的磨损比以前的CLC模型中的磨损大,据此估计,载氧体的寿命可达4500 h。
2.2 铁基载氧体
Fang He[12]等用注入法Fe2O3(80wt%)/Al2O3载氧体,XRD显示了在经历多循环反应后,Fe203没有与A12O3反应,在TGA中测试了通过二十次还原/氧化循环,用于测试载氧体颗粒的反应性,发现在大部分还原过程只有85%的CH4转化为CO2和H2O,载氧体一直保持着高的反应速率。通过SEM分析显示,颗粒的孔径在还原过程中扩大,这能促进燃料气与载氧体颗粒之间的反应。这些都说明了Fe2 O3/Al2 O3载氧体在CLC系统中具有好的发展前景。
Beatriz等[13]在床温为900℃的固定床中对不同负载量的Fe2 O3/Ti02载氧体的反应性进行了研究,发现,载氧体载氧量略显不足,这主要是Fe2 O3和TiO2反应生产FeTi03钛铁矿的缘故。对CH4的氧化率远低于90%。
2.3 铜基载氧体
Digeo等[14]在铜基物质注入两种粒径的γ-Al203,作为燃料气为甲烷CLC的载氧体,在一个10 kWh的由两个相互连接的流化床组成的反应器中,在操作温度为800℃、连续操作时间为l00h,在燃料反应器中CH4几乎全部转化为CO2和H2O,载氧体颗粒始终保持很高的反应活性。在前50h的操作中,在A1203颗粒的外表面有少量的CuO被磨损,在连续100h的操作过程中,载氧体的磨损速率除了最初较高外,在后来的过程中始终很稳定,载氧体没有出现结块现象。
Digeo等[15]用机械混合法、浸O3渍法和共沉淀法三种方法制备了CuO/Al2 O3载氧体,通过两个相互连接的流化床中与CO/空气反应测试其反应活性,通过多次循环还原/氧化可以证实载氧体的机械性能。结果发现,只有共沉淀法制备的载氧体颗粒在800℃～900℃时,具有高的载氧能力并且没有结块现象。共沉淀法制备的CuO/Al2 O3载氧体使CO转化为CO2的性能还与制备沉淀时溶液的pH相关,高的pH(9.7)值会使载氧体反应完全且反应迅速。X-ray分析显示,当加热时,CuO和Al2O3反应生成CuAl2 04,当形成这种化合物时,CuO在后来的反应中,质量没有减少。操作温度从800℃升到900℃,CuO的质量减少,这是因为在还原和氧化过程CuO分解为Cu2O。
Adanez等[16]制备了A1203、海泡石、SiO2、TiO2或ZrO2负载量为40%～80%的CuO载氧体,以CH4作燃料,在950℃～1200℃下烧结发现,烧结温度越高,载氧体的机械强度越高,同时氧化率越低。比较而言,多数载氧体显示出良好的反应性和极好的化学稳定性,以及较低的磨损率。
2.4 锰基载氧体
Zafara等[17]通过冷冻颗粒法制备了Mn304 (40wt%)/MgZrO2(60wt%)载氧体,并对它的氧化还原反应动力学作了详细的研究。实验在5vol%～25vol%CH4,15vol%～33vol%O2,1073K～1223K条件下进行。结果表明,活性成分首先被还原成MnO,然后又被氧化为Mn3O4。反应速率与时间呈线性关系,且表现为燃料浓度和反应温度的函数。在5vOl%～25vol%CH4内和1223K下,反应速率随浓度增加而增加。在20vol%CH4和1073K～1223K下,反应速率随温度的升高也变快。还原反应和氧化反应的反应级数分别为1和0.65,活化能分别为119和19kJ·mol-1。实验结果还显示,氧化还原反应的效率不受CO2和水蒸气浓度大小的影响,活性成分显示出很高的反应性,在反应15s后,氧化率和还原率均维持在100%,显示出该载氧体具有良好的应用前景。
Cho等[18]发现,l600℃,Mn2 03/Mg-Zr02载氧体没有出现反流态化,但是有积碳。Abad等[19]在800。C～950℃的流化床上对Mn2 O3/Mg-ZrO2载氧体进行70h的测试发现,该载氧体载氧能力强,也未出现结块现象或钝化作用,磨损率低,载氧体的质量亏损(主要发生在第一个小时)为每小时0.038%。
2.5 新型载氧体
2.5.1 复合金属载氧体
各种单金属构成的载氧体都有自身的缺陷,多种金属氧化物之间发生的相互作用能够有效抑制高温下的相态转变和焦炭产生,使得载氧体能够维持高活性和高稳定性。
Hossain等[20]对Co-Ni/Al2 03进行了研究,Co-Ni/Al2 03载氧体的研究适合在流化床的化学链燃烧器中进行,温度测试显示了加入的Co可以通过影响金属间的相互作用形成容易还原的Ni种类,从而加强载氧体的还原能力;脉冲化学吸附显示了适当的Ni/Co比率能提供良好的金属分散/再分散性,新制备的载氧体在CREC流化模拟器中,通过多次还原/氧化循环,证实了Co-Ni/Al203载氧体颗粒具有好的反应性和稳定性;在Co-Ni/Al2O3加入的Co抑制载氧体发生结块,影响了载氧体表面的结构以此使镍铝尖晶石的形成降到最低。刚制备的和操作后的掺杂Co的载氧体的XRD衍射图相似,同时也显示了在氧化/还原过程温度很高时,只有在载氧体表面出现少量结块。
Adanez等[21]报道了Cu-Ni/Al2O3复合金属氧化物载氧体。他们认为Cu和Ni之间能够相互协同使得载氧体在高温下产生很高活性和较大的载氧能力。金红光[22]等提出了CoO-NiO双金属载氧体,研究结果表明该载氧体性能优异。
2.5.2 非金属氧化物载氧体
目前研究最多的有CaSO4、BaSO4、SrSO4等硫酸盐非金属载氧体,其具有载氧能力大,物美价廉等优点,近来受到广泛关注。但其不足是:在高温反应过程中易发生分解反应,生成SO2等有害气体,其较低的机械强度也是一个重要的限制因素[23]。
沈来宏等[24]以水煤气为燃料,在串行流化床内对CaSO4的还原反应热力学特性进行了研究。得出的主要结论有:CaSO4和CO、H2还原反应的亲和性与NiO非常接近,但其单位摩尔质量的载氧能力是NiO的4倍;随着燃料反应器温度的提高,燃料反应器气体产物中H2O体积浓度基本维持不变,CO2浓度略有降低,CO迅速上升,而H2缓慢增大;燃料反应器气体产物中H2S和SO2含量随反应温度的变化呈非轴对称性的变化趋势,H2S随反应温度呈幂指数规律衰减,SO2显著递增;燃料反应器产物中SO2和H2S中的硫不全是煤中的硫,有一部分是CaSO4的竞争反应的产物。
3 展望
载氧体的性能对化学链燃烧技术非常关键,常用的单金属氧化物各有缺点,可以开发多金属氧化物或者非金属氧化物载氧体。以后可以在以下几个方面进行研究:
(1)CLC在提高能源效率、分离捕集CO2、控制和消除NOx产生等方面具有极大的优势,今后应进一步加强对载氧体材料的选择和制备方法的研究,改进制备工艺,开发综合性能更加优异的载氧体。
(2)对于非金属氧化物载氧体,虽然价格低廉、载氧量大、环保,但其在高温下会分解S02等有害气体,如何抑制有害气体的产生,增加非金属载氧体的机械性能也是需要解决的问题。
摘要：介绍了化学链燃烧的工艺原理和特点,总结载氧体的选材要求及性能,通过分析镍系、铁系、锰系、铜系和新型载氧体的性能,对以后载氧体的发展方向进行了展望。
九年级化学物质燃烧教案 第2篇
1.初步学会制取二氧化碳。
2.了解二氧化碳和一氧化碳的性质。
3.了解二氧化碳的用途。
4.了解并关注温室效应。
教学重难点
1.了解二氧化碳和一氧化碳的性质。
2.了解二氧化碳与水、石灰水的反应原理。
教学工具
试管、集气瓶、烧杯、蜡烛、可口可乐j干花、Cu0粉末等实验用品。
教学过程
一、提出问题
师：让我们一起来做一个深呼吸：吸气二一呼气。大家呼出韵气体的主要成分是什么?它有毒吗?会不会造成空气污染?它对我们的生活和环境有何影响?
[展示l-氧化碳的循环挂图，说明二氧化碳的重要性，导人本节教学内容之一——二氧化碳的性质。
[讨论]如何证明你呼吸时呼出的气体是二氧化碳气体?(组织全班学生进行实验证明)
二、实验探究
1.二氧化碳的性质。
师：(指着桌面上装满有二氧化碳并盖有玻片的集气瓶问)：如何检查集气瓶是否收集满二氧化碳?请你说出有关该气体的物理性质?
生：可用燃着的木条放在瓶口观察火焰是否熄灭。二氧化碳是一种无色无味，密度比空气大的气体。
[实验l]
教师演示教材中[实验6-3]来证明这个学生的说法的正确性。
[总结](投影)
[实验2]把燃着的木条伸入装有二氧化碳气体的集气瓶中，观察现象。
[结论]-氧化碳不能燃烧，也不能支持燃烧。
[提问]我们是否根据二氧化碳的这个性质.设计一个实验来证明C02的密度比空气大?(组织学生讨论)。
[实验3]演示教材中[实验6-4]o
[实验4]演示教材中[实验6-5]o
[结论l-氧化碳能溶于水。
[讨论]根据实验1、2、3、4，你总结出二氧化碳有哪些性质?
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┃ ┃颜色 ┃状态 ┃气味 ┃ 密度 ┃ 溶解性 ┃ 是否支持燃烧 ┃
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┃二氧化碳 ┃无色 ┃气体 ┃无味 ┃比空气大 ┃能溶于水 ┃ 不支持燃烧 ┃
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[讨论]二氧化碳能溶于水，请同学们思考一下，二氧化碳溶于水的过程中有没有发生化学变化呢?
[实验5]演示教材中[实验6 -6]，观察四朵小花的颜色变化，分析原因，给出结论。
[结论]二氧化碳能与水发生反应：C02+H2O=H2C03
<说明实验：酸能使紫色石蕊试液变红;同样H2C03(碳酸)也能使紫色石蕊试液变红。)
[实验6]将第四朵小花取出后小心加热，观察。
[结论]加热后，小花又恢复原来的颜色。
[分析]碳酸很不稳定，容易分解生成二氧化碳和水oH2 C03=H2 0— - C02个
[展示]展示一瓶雪碧。说明生产汽水、雪碧等碳酸型饮料就是利用了二氧化碳能溶于水的性质。
[提问]你们能否设计一个实验证明饮料中含有二氧化碳气体呢?
组织学生讨论，并请一位学生上台演示。
[分析]打开饮料盖，用导管将气体通到澄清的石灰水中，一会儿观察到澄清的石灰水变得浑浊，这就证明了该饮料中含有二氧化碳气体。二氧化碳(C02)与石灰水的主要成分氢氧化钙[Ca(OH)2]反应生成了白色的碳酸钙沉淀。
C02 +Ca(OH)2=CaC030+H2 0(板书)o
[结论]该反应可以用来检验二氧化碳气体。
[投影资料]美国某地质勘探队，有一次在勘探油矿时，他们用钻探机往地下打孔，忽然从地下喷出一大堆像雪花一样的固体。好奇的队员上前滚雪球，结果手上起泡变黑。原来，那“白雪”不是雪，而，是一种名叫“干冰”的物质。 ，
师：于冰是什么呢?干冰和二氧化碳是什么美系呢?
师：(讲解)原来那“干冰”不是冰，不是水凝结而成的，而是由无色气体——二氧化碳通过降温加压变成的，即干冰就是固态二氧化碳。干冰升华时，吸收大量的热，使周围的空气温度降低，而且没有液体留下，因此可作制冷剂。如果用飞机从高空撤播干
冰，由于干冰升华吸热，空气中的水蒸气迅速冷凝变成水滴，于是就开始下雨了，这就是干冰用于人工降雨的秘密。
师：刚才我们通过实验探究了二氧化碳的性质，很多性质在我们实际生活和生产中具有重要的作用，二氧化碳的用途很多，同学们可以阅读教材中有关内容，总结一下二氧化碳的用途。
[总结]二氧化碳的用途。
(1)植物的光合作用;(2)灭火剂;(3)化工产品的原料;(4)气体肥料等。
师：二氧化碳有如此重要作用，是不是说二氧化碳气体越多越好呢?
(组织阅读教材有关“温室效应”的内容及如何防止“温室效应’’。)
[总结]防止“温室效应”应采取的措施：
(1)减少使用煤、石油、天然气等化石燃料;
(2)更多地利用太阳能、风能、地热等清洁能源;
(3)大力植树造林，严禁乱砍乱伐;
(4)节约纸张，不用一次性筷子等。
2.一氧化碳的性质(简单介绍)。
师：哪位同学告诉我，你通过什么途径观察到一氧化碳的燃娆现象?7
生：我们观察家里煤气燃烧现象，煤气的主要成分之一是CO，煤气燃烧发出蓝色火焰，把一个内壁附着有澄清石灰水的烧杯罩在火焰上方，澄清的石
灰水变浑浊，即CO燃烧有二氧化碳气体生成。
师：对。家里的煤气燃烧，煤炉里煤层上方的蓝色火焰，就是一氧化碳在燃烧。一氧化碳是一种无色无味的气体，它能燃烧，放出大量的热，火焰呈蓝
色.
师：除此之外，一氧化碳还有什么性质呢?
[实验l]小白鼠实验
[实验2][实验6-8]
师：看完实验1你们有何感觉?残忍!对!如果自然界中充满了一氧化碳气体，我们的命运就会和小白鼠一样!因此我们必须学习一氧化碳性质，认识它，了解它，避免它给我们带来更大的灾难。(继续探讨教材中[实验6-8]，分析人体中毒的原因及预防措施。)
[总结]预防的重要——增强自身的环保和安全意识，急救措施——如果一氧化碳中毒，轻微者：应让其呼吸大量新鲜空气或进行人工呼吸;严重者：医疗上常用静脉注射五甲基蓝进行解毒。
师：一氧化碳有毒，我们就认为它可恶，不能存在，它真是一无是处吗?请同学们再看一组实验。
[实验3]教材中[实验6 -9]，请同学们观察氧化铜粉末的变化情况。
[结论]实验说明，CO与木炭一样具有还原性，能使氧化铜还原成铜，同时生成二氧化碳，Cu0+ CO——CU+ C02，利用这个性质，可以用一氧化碳来还原炼生铁。
课后小结
师：学完本课题你应该知道：
1.二氧化碳是一种无色无味、密度比空气大的气体。
2.二氧化碳不燃烧，也不支持燃烧，并能与水反应。
3.二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊，这个反 应可以用来检验二氧化碳。
4.一氧化碳能够燃烧，具有还原性和毒性。
纳米铁粉燃烧的化学方程式 第3篇
纳米铁粉燃烧
普通铁粉在氧气中燃烧生成四氧化三铁，纳米级铁粉遇氧气无需加热就能燃烧，生成物为四氧化三铁，其化学式为：Fe3O4铁的`化学性质活泼，但块状铁由于与氧气分子接触面百积小，而只能发生缓慢氧化。而超细度的粉末状铁粉，大大增大了知与氧气的接触面积，相当于反应物浓度大大增加(道类似铁丝在纯氧中燃烧)，反应速度加快，短时间内释放大量的热，使反应物温度升高，版又进一步加剧了反应，剧烈到一定程度时，就出现燃烧权的现象。