洁净煤技术

作者：陆勇, 李林, 孙镇坤, 段伦博

关键词：流化床反应器,碳捕集与封存,脱碳技术,太阳能,电加热

流化床反应器（FBR）作为碳捕集与封存（CCS）及工业脱碳的核心技术，凭借其高效传热传质、操作灵活及规模化潜力，已成为降低工业CO2排放的关键路径。系统梳理了FBR在燃烧前、中、后三阶段的碳捕集技术进展：燃烧前阶段通过气化工艺将固体燃料转化为高纯度合成气，结合钙基吸附剂强化CO2分离效率；燃烧中碳捕集技术聚焦富氧燃烧与化学链燃烧（CLC），利用流态化特性优化燃烧条件，实现烟气中CO2体积分数提升至80%以上；燃烧后技术则依托钙循环（CaL）与碱基吸附剂循环，通过FBR的连续操作实现高效吸附−再生循环。此外，太阳能与电加热技术的创新融合进一步拓展了FBR的低碳应用场景——太阳能驱动的高温煅烧与钙循环耦合可减少化石燃料供热产生的CO2排放并降低30%的能耗，而电加热流化床通过精准温控与快速响应特性，为生物质气化、吸附剂再生及水泥煅烧等过程提供零碳解决方案。然而，FBR的规模化推广仍面临多重瓶颈：吸附剂循环稳定性不足（如烧结导致的孔隙结构坍塌与表面钝化使得钙基材料经10次循环后活性下降40%）、设备磨损与高温腐蚀（SiC涂层可降低70%磨损率但仍需优化）、高能耗（煅烧需900～950 ℃）及工艺集成复杂性（如CLC需同步控制燃料反应器、空气反应器与载氧体循环倍率）。面向碳中和目标，未来研究需多维度突破：① 开发高稳定性吸附材料（如纳米改性钙基吸附剂、金属有机框架（MOF）材料）；② 设计多级集成反应器（如鼓泡−输运耦合系统）以优化传质与热管理；③ 结合CFD多尺度建模与AI实时控制，提升系统动态响应能力；④ 推动跨领域协同创新，政策层面需完善碳定价机制、加大试点项目资助，并通过国际合作加速技术标准化进程。通过融合可再生能源、智能控制与材料创新，FBR技术有望在电力、水泥、钢铁等高碳行业实现深度脱碳，为全球能源结构转型提供兼具经济性与可持续性的技术支撑。

来源：2025年第3期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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