前言
本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
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本文件由全国燃烧节能净化标准化技术委员会(SAC/TC 441)提出并归口。
本文件起草单位:华中科技大学、中国科学技术大学、广东省能源集团有限公司、长江生态环保集团有限公司、国电电力发展股份有限公司、东南大学、中国矿业大学、湖南大学、青岛科技大学、天津大学清华大学、湖北省标准化与质量研究院、武汉大学、华北水利水电大学、华中农业大学、南京师范大学昆明理工大学、常州大学、东北大学、安徽省凤形新材料科技有限公司、安徽省特种设备检测院。
本文件主要起草人:赵海波、徐祖伟、马琎晨、郑朝和、赵永椿、龙妍、林其钊、邹祥波、匡草、张田田朱江涛、段伦博、陈良勇、刘方、金波、郭庆杰、曾亮、王海名、陈炎明、黄荣、田鑫、王保文、梅道锋、宋涛李孔斋、王亚男、谢华清、沈茂林、张海涛。
化学链燃烧术语和定义
1 范围
本文件界定了化学链燃烧的术语和定义。
本文件适用于生产、科研、教学及其他有关领域的化学链燃烧的描述和类别划分
2 规范性引用文件
本文件没有规范性引用文件。
3 基础术语
3.1
化学链 chemical looping;CL
利用载体循环传递物质和能量的反应过程。
3.2
化学链燃烧 chemical looping combustion;CLC
借助载氧体将空气中的氧气传递到燃料中进行的燃烧。
注:化学链燃烧原理见图1。化学链燃烧与常规空气燃烧相比,突出特点是燃料不直接与空气接触,能实现 CO2 源头富集并降低 CO2 捕集能耗。
3.3
载氧体 oxygen carrier;OC
氧载体
在化学链过程中传递氧的载体。
注:载氧体一般为金属氧化物、复合金属氧化物、金属盐等。
3.4
燃料反应器 fuel reactor;FR
还原反应器 reduction reactor
在化学链燃烧过程中,用于实现载氧体与燃料接触、反应的单元,进行载氧体的还原反应
3.5
空气反应器 air reactor;AR
氧化反应器 oxidation reactor
在化学链燃烧过程中,用于实现载氧体与氧化性气体(通常是空气)接触、反应的单元,进行载氧体的氧化反应。
4 通用术语
4.1
燃料反应器尾气需氧率 tail gas oxygen demand of fuel reactor
在燃料反应器中,出口可燃气体完全燃烧所需氧量与燃料完全燃烧所需氧量的比值。
4.2
燃料反应器燃烧效率 combustion efficiency of fuel reactor
在燃料反应器中,燃料氧化反应的实际耗氧量占完全燃烧需氧量的百分比
4.3
化学链燃烧系统燃烧效率 system combustion efficiency of chemical looping combustion
在化学链燃烧系统中燃料通过各种燃烧方式实际释放的热量占进入系统的燃料低位发热量的百分比。
4.4
化学链燃烧锅炉热效率 boiler thermal efficiency of chemical looping combustion
被水、蒸汽等工质吸收的热量占进入化学链燃烧系统的燃料低位发热量的百分比
4.5
化学链燃烧系统能量利用效率 energy efficiency of chemical looping combustion
整个化学链燃烧系统有效净输出的能量占进入系统的燃料低位发热量的百分比。
4.6
燃料反应器干烟气二氧化碳浓度 carbon dioxide fraction in dry flue gas of fuel reactor
燃料反应器尾气冷凝后,二氧化碳体积占所有不凝性气体体积总量的百分比。
4.7
化学链燃烧碳捕集效率 carbon capture efficiency of chemical looping combustion
在化学链燃烧燃料反应器中,尾气中所有碳质气体所含碳的物质的量占燃料中总碳物质的量的百分比。
4.8
化学链燃烧二氧化碳捕集效率 carbon dioxide capture efficiency of chemical looping combustion 在化学链燃烧燃料反应器中,尾气二氧化碳的物质的量占燃料中碳完全燃烧生成二氧化碳物质的量的百分比。
4.9
二氧化碳产率 carbon dioxide yield
在燃料反应器中,尾气二氧化碳的物质的量占所有含碳气体总物质的量的百分比。
4.10
化学链燃烧二氧化碳捕集能耗 energy consumption of carbon capture by chemical looping combustion 与实现同等燃料输入的空气燃烧能量利用方式相比,单位时间内化学链燃烧能量利用系统额外减少的有效净输出能量与捕集的二氧化碳质量的比值
注:化学链燃烧二氧化碳捕集能耗按公式(1)计算:
SE_CO2 = (dot mfuel cdotqfuel,L · (ηAir - ηCLC))/(Q_CO2) (1)
式中:
SE_CO2 化学链燃烧碳捕集能耗,单位为吉焦每吨二氧化碳 (GJ/tCO2) ;
dotmfuel ——— 单位时间燃料输入质量流量,单位为吨每小时(t/h);
qfuel,L 燃料低位发热量,单位为吉焦每吨(GJ/t);
ηAir 同等级空气燃烧能量利用效率,%;
ηCLC 化学链燃烧系统能量利用效率,%;
Q_CO2 单位时间捕集的二氧化碳质量,单位为吨二氧化碳每小时 (tCO2/h)
4.11 化学链燃烧二氧化碳捕集成本 carbon dioxide capture cost of chemical looping combustion
与实现同等燃料输入的空气燃烧能量利用方式相比,单位时间内化学链燃烧能量利用系统额外增加的经济成本与捕集的二氧化碳质量的比值
注:化学链燃烧二氧化碳捕集成本按公式(2)计算:
C_CO2 = (CAir - CCLC)/(Q_CO2) (2)
式中:
C_CO2 ——— 化学链燃烧碳捕集成本,单位为元每吨二氧化碳(元/tCO2);
CAir ———单位时间内同等级空气燃烧系统能量生产总成本,单位为元每小时(元/h);
CCLC ——— 单位时间化学链燃烧系统能量生产总成本,单位为元每小时(元/h);
Q_CO2 单位时间捕集的二氧化碳质量,单位为吨二氧化碳每小时 (tCO2/h)
4.12 气体泄漏 gas leakage
空气反应器与燃料反应器之间的窜气现象。
4.13 燃料反应器气体泄漏率 gas leakage ratio of fuel reactor
燃料反应器泄漏至空气反应器的气体体积与燃料反应器未泄漏气体时出口气体总体积的比率。
4.14 空气反应器气体泄漏率 gas leakage ratio of air reactor
空气反应器泄漏至燃料反应器的气体体积与空气反应器未泄漏气体时出口气体总体积的比率
5 材料、装备和过程
5.1 载氧率 oxygen capacity
化学链燃烧过程中,单位质量的载氧体能提供的最大氧质量
注:载氧率按公式(3)计算:
RO = (mox - mred)/(mox) ×100 (3)
式中:
R0 载氧率,%;
mox 载氧体在完全氧化状态下的质量,单位为千克(kg);
mred 载氧体在完全还原状态下的质量,单位为千克(kg)。
5.2 载氧体转化率 conversion of oxygen carrier
化学链燃烧过程中载氧体的转化程度,一般分为还原转化率和氧化转化率。
注:载氧体转化率按公式(4)和公式(5)计算:
αred = (mox - m)/(mox - mred) ×100 (4)
αox = (m - mred)/(mox - mred) ×100 (5)
式中:
αred 载氧体还原转化率,%;
αox 载氧体氧化转化率,%;
mox 载氧体在完全氧化状态下的质量,单位为千克(kg);
m 载氧体在氧化还原反应过程中的实时质量,单位为千克(kg);
mred 载氧体在完全还原状态下的质量,单位为千克(kg)。
5.3 氧传输速率 oxygen transfer rate
化学链燃烧过程中,单位质量载氧体在单位时间内的氧传递量
注:氧传输速率按公式(6)计算:
r = (d m)/(d t) × 1/(MO cdotmox) (6)
式中:
r 氧传输速率,单位为摩尔氧每千克秒 [molO/(kg⋯)] ;
m 化学链燃烧过程中载氧体的实时质量,单位为千克(kg);
t ——— 化学链燃烧过程持续时间,单位为秒(s);
M0 氧原子的摩尔质量,取值为0.016 kg/mol;
mox 载氧体在完全氧化状态下的质量,单位为千克(k
g
)。
5.4 载氧体固体循环速率 solid circulation rate of oxygen carrier
单位时间内通过串行流化床反应器某一截面的载氧体质量。
5.5 载氧体固体循环通量 solid circulation flux of oxygen carrier
通过单位截面积的载氧体固体循环速率
5.6 载氧体烧结 sintering of oxygen carrier
在高温作用下,载氧体晶粒发生聚集、长大,导致其孔隙减少及结构致密化的现象
5.7 载氧体团聚 agglomeration of oxygen carrier
载氧体颗粒聚集形成较大团块的现象
5.8 载氧体磨损 attrition of oxygen carrier
载氧体颗粒在使用过程中,因受到来自其他颗粒、反应器壁面及气流所施加的机械应力(如摩擦、碰撞与冲击),以及颗粒内部热应力和化学应力,导致其表面侵蚀和剥蚀的现象
5.9 载氧体破碎 fragmentation of oxygen carrier
载氧体颗粒在机械应力、热应力和化学应力作用下,其自身结构发生破裂,从而生成多个较小颗粒或碎片的现象。
5.10 载氧体失活 inactivation of oxygen carrier
载氧体在使用过程中,由于物理或化学性质发生不可逆的劣化,导致其传输氧的能力、反应活性下降或物理结构退化,直至无法满足使用要求的现象。
5.11 载氧体寿命 lifetime of oxygen carrier
载氧体从首次使用开始到失活所经历的服役时间。
5.12 载氧体成本 cost of oxygen carrier
制备单位质量载氧体的费用。
注:通常由原材料成本和生产制造成本组成
5.13 载氧体破碎强度 crushing strength of oxygen carrier
载氧体颗粒被挤压而破碎时所受的压力值
5.14 化学链燃烧反应装置 chemical looping combustion reaction unit
实现化学链燃烧过程的反应装置
5.15 固定床反应器 fixed bed reactor
其中的载氧体为静置状态的反应装置
5.16 流化床反应器 fluidized bed reactor
其中的载氧体为流化状态的反应装置
5.17 批次床反应器 batch bed reactor
间歇式运行化学链燃烧的反应装置,通过切换气氛在一个固定床或流化床反应器中交替实现载氧体氧化、还原。
5.18 串行流化床 interconnected fluidized bed
由两个或多个流化床反应器串联组成,载氧体颗粒在反应器间连续循环,从而实现化学链燃烧连续运行的反应装置。
5.19 并置固定床 parallel fixed bed
由两个或多个固定床反应器并联组成,单个反应器为间歇式运行,通过引入适当的运行时序实现反应器间进气气氛切换,从而实现燃料连续输入和装置连续运行的反应装置。
5.20 旋转床反应器 rotating bed reactor
反应器内分为多个腔室,各腔室装载载氧体,通过反应器旋转,使各腔室内装填的载氧体交替进入氧化、还原气氛,从而实现化学链燃烧连续运行的反应装置。
5.21 自热运行 auto-thermal operation
燃料为单一净输入能源且燃料均输入燃料反应器的运行方式
5.22 流动密封阀 loop seal;LS
实现载氧体颗粒输运以及反应器间气氛隔绝的构件。
注:也称返料阀、返料器、回料阀、回料器。
5.23 炭分离器 carbon stripper;CS
实现焦炭和载氧体颗粒分离的构件。
5.24 氧气补燃室 post oxidation chamber;POC
位于燃料反应器后端,使用高浓度氧气或纯氧对未燃尽气体进一步燃烧的设备。
5.25 化学链氧解耦燃烧 chemical looping with oxygen uncoupling;CLOU
借助载氧体释放的气相氧气实现化学链燃烧的过程
5.26 原位气化化学链燃烧 in-situgasification chemical looping combustion;iG-CLC
固体燃料在燃料反应器内先气化,气化产物再与载氧体反应的化学链燃烧过程。
5.27 合成气燃料化学链燃烧 syngas chemical looping combustion;Syngas-CLC
固体燃料先在化学链燃烧装置外转化为合成气,再进行化学链燃烧的过程。
5.28 化学链催化燃烧 chemical looping catalytic combustion
利用具有催化功能的载氧体实现化学链燃烧的过程。
5.29 载氧体辅助燃烧 oxygen carrier aided combustion;OCAC
通过载氧体部分或者全部替换反应器内惰性床料的常规空气燃烧过程。
5.30 载氧体辅助气化 oxygen carrier aided gasification;OCAG
通过载氧体部分或者全部替换反应器内惰性床料的常规气化过程。
5.31 化学链气化 chemical looping gasification;CLG
利用载氧体循环提供的晶格氧和热量实现固体燃料气化的过程。
5.32 化学链重整 chemical looping reforming;CLR
利用载氧体循环提供的晶格氧和热量将碳氢原料(一般为气态或液态)部分氧化为合成气(CO 和H
2
)的过程。
5.33 化学链部分氧化 chemical looping partial oxidation;CLPO
基于化学链原理,利用载氧体提供晶格氧,使碳氢物质发生部分氧化的过程。
5.34
化学链优先氧化 chemical looping preferential oxidation;CLPrOx
基于化学链原理,利用载氧体提供的晶格氧及催化活性位点,选择性地将多组分可燃气体中的某一种组分(如富氢气体中的一氧化碳)优先氧化的过程。
5.35
化学链氧化脱氢 chemical looping oxidative dehydrogenation;CLODH
基于化学链原理,烷烃经热裂解或载氧体催化脱氢生成烯烃和氢气,并利用载氧体晶格氧选择性氧化氢气生成水的过程。
5.36
化学链脱氢芳构化 chemical looping dehydroaromatization;CLDHA
基于化学链原理,低碳烷烃 (C1 simC4) 在催化剂作用下脱氢生成芳烃和氢气,并利用载氧体晶格氧选择性氧化氢气生成水的过程。
5.37
化学链制氢 chemical looping hydrogen production
基于化学链原理制氢的过程。
注:一般是指载氧体在燃料反应器中被还原,在氧化反应器内被水蒸气氧化并产生氢气的过程。
5.38
化学链合成氨 chemical looping ammonia synthesis
基于化学链原理,利用中间物(氮载体)在固氮反应器中吸氮并在产氨反应器中与氢化剂反应生成氨的过程。
注:氮载体通常为金属氮化物、氮氧化物、氮氢化物、(亚)氨基化合物等无机含氮化合物。氢化剂通常为水或氢气。5.39 钙循环 calcium looping
基于化学链原理,利用二氧化碳吸附剂(如氧化钙)碳酸化-分解循环反应,实现二氧化碳捕集的过程。
5.40
吸收增强式蒸汽重整制氢 sorption-enhanced steam reforming for hydrogen production
将蒸汽重整过程与钙循环过程耦合,通过二氧化碳吸附剂的吸附反应,推动重整反应平衡向产氢方向移动,同时实现强化制氢和二氧化碳捕集的过程。
5.41
化学链空气分离 chemical looping air separation;CLAS
基于化学链原理,利用载氧体在氧化反应器内吸收空气中的气态氧,在还原反应器内释放气态氧,实现氧气从空气中分离的过程。
5.42
化学链储能 chemical looping energy storage
基于化学链原理,利用可逆的化学反应储存和释放能量的过程。
参考文献
[1] GB/T 32150—2025 工业企业温室气体排放核算和报告通则
[2] GB/T 35073—2018 燃气燃烧器节能等级评价方法
汉语拼音索引
并置固定床 ……… …………… 5.19
串行流化床 ……………… 5.18
二氧化碳产率…………… …………… 4.9
钙循环 …………… ……………… 5.39
固定床反应器 …… ………… 5.15
合成气燃料化学链燃烧 ………… 5.27
化学链…………… …………… 3.1
化学链部分氧化 ……… ………… 5.33
化学链重整 … ………… 5.32
化学链储能 ………… 5.42
化学链催化燃烧 ………… 5.28
化学链合成氨 ……… ………… 5.38
化学链空气分离 ……… …………… 5.41
化学链气化 ……… …………… 5.31
化学链燃烧………… …………… 3.2
化学链燃烧二氧化碳捕集成本 …………… 4.11
化学链燃烧二氧化碳捕集能耗 …………… 4.10
化学链燃烧二氧化碳捕集效率……………… 4.8
化学链燃烧反应装置 ……… 5.14
化学链燃烧锅炉热效率……… …………… 4.4
化学链燃烧碳捕集效率…… …………… 4.7
化学链燃烧系统能量利用效率……………… 4.5
化学链燃烧系统燃烧效率…………………… 4.3
化学链脱氢芳构化 ……… …………… 5.36
化学链氧化脱氢 … ……… 5.35
化学链氧解耦燃烧 ……… 5.25
化学链优先氧化 ……… …………… 5.34
化学链制氢 ………… 5.37
还原反应器………… …………… 3.4
空气反应器…………… …………… 3.5 空气反应器气体泄漏率 …………………… 4.14
流动密封阀 ………… 5.22 流化床反应器 …… ………… 5.16
批次床反应器 …… ………… 5.17
气体泄漏 ……… …………… 4.12
燃料反应器……… ………… 3.4 燃料反应器干烟气二氧化碳浓度…………… 4.6
燃料反应器气体泄漏率 ………… 4.13 燃料反应器燃烧效率…… …… 4.2
燃料反应器尾气需氧率……………………… 4.1
炭分离器 ……… …………… 5.23
吸收增强式蒸汽重整制氢 ………………… 5.40 旋转床反应器 ………… 5.20
氧传输速率………… …………… 5.3 氧化反应器…………… …………… 3.5
氧气补燃室 ……… ………… 5.24 氧载体………………… ……………… 3.3
原位气化化学链燃烧 ………… 5.26
载氧率…………… …………… 5.1 载氧体………………… ……………… 3.3 载氧体成本 ……… ………… 5.12 载氧体辅助气化 ……… ………… 5.30 载氧体辅助燃烧 ……… 5.29 载氧体固体循环速率……… ……… 5.4
载氧体固体循环通量 ……… 5.5
载氧体磨损………… ………… 5.8
载氧体破碎………… …………… 5.9
载氧体破碎强度 ……… 5.13 载氧体烧结…………
载氧体失活 ……… ………… 5.10 载氧体寿命 ……… ………… 5.11
载氧体团聚………… …………… 5.7 载氧体转化率………… ………… 5.2
自热运行 ………… …………… 5.21
英文对应词索引
agglomeration of oxygen carrier …… 5.7
air reactor ………… ……………… 3.5 AR …………… ………………… 3.5
attrition of oxygen carrier…… …… 5.8
auto-thermal operation … 5.21
batch bed reactor …… ……… 5.17
boiler thermal efficiency of chemical looping combustion 4.4
calcium looping …… 5.39
carbon capture efficiency of chemical looping combustion… 4.7
carbon dioxide capture cost of chemical looping combustion … 4.11
carbon dioxide capture efficiency of chemical looping combustion 4.8
carbon dioxide fraction in dry flue gas of fuel reactor 4.6
carbon dioxide yield …… 4.9
carbon stripper……… … 5.23
chemical looping ……… 3.1
chemical looping air separation … 5.41
chemical looping ammonia synthesis … 5.38
chemical looping catalytic combustion … 5.28
chemical looping combustion …… 3.2
chemical looping combustion reaction unit … 5.14
chemical looping dehydroaromatization … … 5.36
chemical looping energy storage … … 5.42
chemical looping gasification … … 5.31
chemical looping hydrogen production 5.37
chemical looping oxidative dehydrogenation … 5.35
chemical looping partial oxidation … … 5.33
chemical looping preferential oxidation … … 5.34
chemical looping reforming… 5.32
chemical looping with oxygen uncoupling … … 5.25 CL ……………… ………………… 3.1
CLAS…………… ………… 5.41 CLC …………………… ………………… 3.2
CLDHA …………
CLG ………… …………… 5.31 CLODH …………… ………… 5.35
CLOU …… …… 5.25 CLPO ………… 5.33
CLPrOx …… ………… 5.34 CLR …………… ……………… 5.32
combustion efficiency of fuel reactor 4.2
conversion of oxygen carrier …… …… 5.2
cost of oxygen carrier …… 5.12
crushing strength of oxygen carrier 5.13 CS ………………… ………………… 5.23
energy consumption of carbon capture by chemical looping combustion 4.10
energy efficiency of chemical looping combustion 4.5
fixed bed reactor …… … 5.15
fluidized bed reactor … 5.16 FR …………… ………………… 3.4
fragmentation of oxygen carrier … … 5.9
fuel reactor………… ……… 3.4
gas leakage …… 4.12
gas leakage ratio of air reactor … 4.14
gas leakage ratio of fuel reactor …… … 4.13
G-CLC …………… ………… 5.26
inactivation of oxygen carrier…… … 5.10
gasification chemical looping combustion … 5.26
interconnected fluidized bed … 5.18
lifetime of oxygen carrier … 5.11
loop seal …… …… 5.22 …………… 5.22
OC ………………… ………………… 3.3 OCAC ……… …………… 5.29
OCAG ……
oxidation reactor ……… 3.5
oxygen capacity ……… ………… 5.1
oxygen carrier………… ……… 3.3
oxygen carrier aided combustion … 5.29
oxygen carrier aided gasification … 5.30
oxygen transfer rate …… 5.3
parallel fixed bed ……… … 5.19 POC …………… …………… 5.24
post oxidation chamber … 5.24
reduction reactor ……… 3.4
rotating bed reactor …… … 5.20
sintering of oxygen carrier
solid circulation flux of oxygen carrier
solid circulation rate of oxygen carrier … 5.4
sorption-enhanced steam reforming for hydrogen production … 5.40
syngas chemical looping combustion … 5.27 Syngas-CLC ……… …… 5.27
system combustion efficiency of chemical looping combustion 4.3
tail gas oxygen demand of fuel reactor 4.1
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