1、工業(yè)革命以來，由化石燃料的大量使用，人類向大氣中排入的二氧化碳等溫室氣體劇增，產生的溫室效應已引起全球氣候變暖、海平面上升等一系列嚴重環(huán)境問題，直接威脅到人類生存空間。因此，減排CO2已經成為可持續(xù)發(fā)展的研究熱點。傳統(tǒng)燃燒方式產生的煙氣中CO2濃度只占10％-14％，目前主流的CO2減排技術，如燃后捕獲和富氧燃燒，在CO2分離過程需要消耗大量的能源，導致減排成本太高?；瘜W鏈燃燒是一種基于零排放理念的新犁燃燒方式，它能在基本沒有能量損失的

2、前提下，在燃燒過程中將CO2分離。載氧體一直是化學鏈燃燒中的研究重點，當前普遍使用的金屬載氧體如NiO等雖然反應活性高、機械強度好，但價格昂貴，使用中存在重金屬等二次污染。在化學鏈燃燒走向使用固體燃料如煤這樣的大背景下，具有廉價和高載氧能力的CaSO4載氧體是較佳選擇。
　　 論文主要針對CaSO4載氧體化學鏈燃燒還原反應機理進行研究，重點研究了鈣基載氧體與多種煤氣化產物的還原反應特性，采用縮核模型描述并獲得了反應動力學?；陔p

3、歐拉氣固流體動力學模型，導入化學反應模塊，構建了化學鏈燃燒燃料反應器的整體模型。具體研究過程如下：
　　 采用Gibbs自由能最小原理對煤氣成分還原CaSO4進行了熱力學計算和分析，獲得還原溫度、載氧體/燃料比等操作參數(shù)對氣體平衡組成和產物分布的影響。同時，建立了以CaSO4為載氧體，基于質量平衡、化學平衡和能量平衡的煤化學鏈燃燒反應系統(tǒng)模型，研究了燃料反應器溫度、空氣反應器溫度、水煤比對平衡產物組份、載氧體循環(huán)倍率的影響。計算

4、結果初步表明CaSO4載氧體應用于化學鏈燃燒是可行的，并確定了基于CaSO4載氧體的化學鏈燃燒合適試驗區(qū)間和操作參數(shù)。
　　 在自行設計的固定床試驗臺上進行了基于鈣基載氧體甲烷化學鏈燃燒試驗研究。重點考察了溫度，載氧體質量，反應氣體進氣流量和載氧體粒徑對化學鏈燃燒的影響。研究表明反應溫度對CH4還原CaSO4載氧體特別明顯，高溫下CH4基本上全部與載氧體反應，但高溫下競爭反應也得到加強，會釋放大量的SO2。氣體流量、載氧體的質量

5、和載氧體顆粒粒徑等對于還原反應的影響也比較明顯。證實了CaSO4作為載氧體的可行性。同時也進行了CaSO4載氧體與模擬煤氣的還原反應特性試驗研究，研究發(fā)現(xiàn)：在還原反應初期獲得高濃度的CO2，提高溫度可顯著增加氣體的轉化率和CO2的收率，溫度還顯著影響CaSO4載氧體的反應速率和轉化速率，隨著溫度的升高，載氧體的轉化速率顯著增加。試驗還對硫的遷移和釋放規(guī)律進行了研究，結果顯示SO2主要是在反應的前期釋放，H2S主要是在后期釋放。XRD分析

6、直接證明了CaSO4載氧體在模擬煤氣還原條件下直接產物是CaS，高溫下有少量的CaO生成。ESEM表明還原后CaSO4載氧體變得疏松多孔。EDS分析驗證了載氧體表面元素的遷移和變化規(guī)律。
　　 在對載氧體所進行表征分析所得到的有益結論基礎上，運用未反應收縮核模型研究了CH4、H2、CO與CaSO4載氧體的表觀反應動力學，并獲得了相關的表觀動力學參數(shù)，擬合得到的數(shù)據(jù)和試驗比較吻合。
　　 針對鈣基載氧體化學鏈燃燒燃料反應器

7、內氣固流動和化學反應特性，采用歐拉雙流體模型描述反應器的稠密氣固流動，結合縮核反應動力學模型，構建了包含流動、傳熱傳質、化學反應在內的燃料反應器三維數(shù)學模型。利用該模型對Ф25mm實驗室反應器進行了三維數(shù)值模擬，對溫度、流量、載氧體質量和粒徑等因素對甲烷化學鏈燃燒的影響進行了模擬研究，同時還模擬了CaSO4載氧體與模擬煤氣的還原反應，分析了溫度的影響，并將數(shù)值模擬結果與試驗結果進行了對比。利用該模型，結合煤氣化反應動力學模型，建立了基于