1.1.2  化学链燃烧技术的前景

从工业以来，人们的生活水平不断提高的同时，空气污染和温室效应也被不断重视，比如最近公众关注要求环保部门公布PM2.5数据等事件，可以看出人们的环境意识在不断加强。然而社会发展毕竟离不开燃料燃烧和热能的转换，尽管这个过程中总不可避免的会产生需要处理的废气，如SO2，NOx，CO2，可吸入粉尘等[19]。而对于传统的废气处理技术来说，完全转化和过滤废气为无害气体会大幅增加处理成本，因为在包含较大体积比的N2情况下，分离这些有害成分将耗费很大能量，因而此方式经济性很差。目前比较可靠和发展前景较大的方式是先收集燃烧产生的废气，然后将其注入特殊的地质构造区域里面，比如废弃的油井、很深的盐水层或者废气的煤矿里面封存起来，这样对人类生活的环境不会有很大影响，而且处理成本也低很多[20]。但用空气作为氧化剂时，收集到的废气中N2会占据很大比例，使得收集废气的效率低下。

化学链的分级燃烧技术为解决这个问题提供了新的思路，通过载氧体在空气反应器中捕捉氧，然后在燃料反应器中分解释放氧参与燃料的氧化过程。

图1.1 化学链燃烧过程[21]（MexOy−2指的是比MexOy含氧量低的载氧体，也就是释放氧后的载氧体）

用这种形式彻底的把空气和燃料隔离开来，使得燃烧氧化过程产生的气态废弃物和微小直径的悬浮物可以在燃料反应器的出口处被完全的收集起来。由于没有庞大体积的N2干预，收集的废气体积能减小很多，成分也相对容易鉴定，这对于检测燃烧反应的完全程度也是有帮助的，比如传感器可以更加灵敏的监测出口处的CO浓度来检测反应的完全程度[22]。

总之，研究化学链燃烧技术，对于实现能源的清洁利用、减少污染气体的排放及监控燃烧过程都是有较大作用的。

1.1.3  实现化学链燃烧技术对载氧体的要求

化学链燃烧技术用载氧体来运载空气中的氧，伴随着氧化和还原的过程，这势必对载氧体的热力学性能有不同要求，对应不同和燃料和燃烧温度选择最合适的载氧体。

首先载氧体需要能够承载燃烧过程的高温，不易在高温下产生状态的转变，即保持固态不被熔化和气化[23-25]。对于一般的金属，在标准状况下(101325Pa)的熔点如下表所示：

金属 铜Cu 镍Ni 铁Fe 锰Mn 钴Co

熔点 1083.4℃ 1453℃ 1535℃ 1244℃ 1492℃

表1-1 载氧体常用金属熔点来.自/优尔论|文-网www.youerw.com/

其次，载氧体需要有较高的载氧量，这样能够提高燃料氧化过程的效率，减少不完全氧化产物如CO的生成。

金属氧化物 CuO

Cu NiO

Ni Fe2O3

Fe3O4 Mn3O4

MnO Co3O4

CoO

活性氧

质量比 20% 21% 3.0% 7.0% 16.6%

表1-2 载氧体中活性氧质量比

从上表格可以看出，CuO和NiO的活性氧质量比都是相对较高的，能达到20%左右。