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固体氧化物燃料电池（SOFC）可以使用富含CO的气体为燃料,经过电化学反应高效发电,同时得到高温、高浓度CO2尾气,进而实现CO2捕获和有效利用。一种有效的利用途径是采用这种高温、高浓度的CO2流化床气化煤（焦）得到富含CO的气体,直接作为SOFC的燃料,这样就构成了CO2气化煤（焦）耦合SOFC发电的循环系统。在该系统中,一方面充分利用高温CO2中的显热提高系统发电效率;另一方面,高温CO2作为碳源在一定条件下可以提高煤气中CO含量,进而提高后续SOFC发电量;第三,该循环过程不断增加的高浓度CO2可以通过有效捕获来维持系统的物料平衡。因此,本循环系统可以从煤（焦）开始实现高效发电和高浓度CO2捕获处理。为了简化研究过程,本论文采用焦粉代替原煤开始研究。具体研究内容包括:第一焦粉-CO2及焦粉-O2/CO2（催化）气化反应特性;第二在流化床反应器中研究CO2及O2/CO2（催化）气化焦粉工艺过程;第三研究流化床气化焦粉制得的煤气为燃料对燃料电池性能的影响;第四以前述结果为基础,进行了循环系统发电效率、物料平衡和能量平衡等模拟计算,研究了流化床气化条件及高温CO2对物料平衡和系统发电效率等的影响。第一章首先分别概述了CO2气化焦粉的研究现状和SOFC发电系统的研究现状,重点描述了以煤或固体碳为原料采用Boudouard反应制煤气耦合SOFC发电的研究进展;第二章详细描述了自行搭建的流化床气化装置和热重分析仪的设计和运行方法,以及其它相关设备、材料与研究方法。第三章重点研究了焦粉-CO2及焦粉-O2/CO2气化反应特性,发现了工业废弃物拜耳法赤泥对焦粉气化具有良好的催化活性。焦粉-CO2气化时,在相同反应条件下,使用8wt%赤泥做催化剂与10wt%含量K2CO3催化剂的催化反应活性相当,当气化温度为1373.15K,CO2流量0.35L/min,反应时间为55min时均可实现碳的完全转化。焦粉-O2/CO2反应时,赤泥添加5wt%,该反应的综合反应特性指数达到最大值为9.67E-11,具有最好的催化性能。研究表明,赤泥中含有的Fe2O3、CaO及NaOH等催化剂是提高焦粉-CO2（O2/CO2）反应特性的主要原因。分别采用缩核、混合、修正体积模型对焦粉-CO2催化反应动力学进行了研究,得出修正体积模型较好地解释了焦粉-CO2催化气化过程动力学,其活化能为26.109KJ/mol。分别采用Coats-Redfern与Doyle模型对焦粉-O2/CO2的动力学进行了研究,Doyle模型相对较好的解释了其催化动力学,其活化能为102KJ/mol。第四章以热重分析仪研究中优化得到的催化条件添加8wt%赤泥催化剂在流化床中对焦粉-CO2气化制煤气进行研究,得出当反应温度为1100℃,CO2与焦粉质量流量比（MCO2/Mchar）为0.4时CO的体积分数最大为86.53%。在流化床中研究了焦粉-O2/CO2气化条件对煤气组成等的影响,得出最优气化条件为,当氧气与焦粉质量流量比MO2/Mchar为0.29,MCO2/Mchar为0.4,反应温度为1100℃,CO体积分数达到最大值90.24%。第五章以焦粉-O2/CO2流化床气化过程制得的煤气为基础研究了不同燃料气组成及气化条件对NiO-YSZ//YSZ//YSZ-LSCF电池性能的影响。最优气化条件下电池峰值功率密度最大为336mW/cm2。该阳极支撑电池经过11h稳定性试验,电池电压衰减30%,阳极积碳是造成性能衰减的主要原因。为了克服积碳造成上述电池性能衰减的问题,提出在相同燃料气氛下研究其对LSCFN//LSGM//LSCFN对称电池性能的影响。最优气化条件下对称电池峰值功率密度为431mW/cm2;该对称电池经过54h的稳定性实验其电压衰减4%,相对NiO-YSZ//YSZ//YSZ-LSCF电池电化学性能有了明显的改善,因此可以得出该对称电池更适合以此煤气为燃料。第六章以上述研究为基础构建了100kW的高温、高浓度CO2流化床气化焦粉耦合SOFC发电循环系统,研究了气化模拟条件对系统物料平衡、发电效率等的影响。O2质量流量由8.2kg/h增加至9.4kg/h时系统发电效率增加了4.72%,维持系统物料平衡时CO2的捕获量、捕获占比分别增加5.1kg/h、2.61wt%。随着CO2质量流量的增加系统发电效率逐渐增加,增加至11kg/h时系统发电效率达到最大值为57.68%,CO2捕获量达到最大值37.44kg/h,CO2的捕获占比则是逐渐减小的。CO2的预热从30℃增加至800℃时系统发电效率增加了1.31%,CO2捕获量增加0.62kg/h,捕获占比增加0.29wt%,由此可以得出碳基SOFC高温、高浓度CO2尾气对提高系统发电效率具有重要的意义。综上所述,论文遵循由单元至系统的研究思路,首先研究并优化了赤泥催化焦粉-CO2（O2/CO2）气化特性,得出其具有良好的催化活性;以优化后的催化反应条件采用流化床研究得出了赤泥可以改善焦粉-CO2（O2/CO2）气化的煤气组成;以流化床气化焦粉制得的煤气为燃料,得出了各种气体组成及焦粉气化工艺条件对两种电池的电化学性能的影响,得出对称电池有相对较好的电化学性能;以上述研究为基础构建了100kW碳基SOFC高温、高浓度CO2尾气流化床气化焦粉耦合SOFC发电循环系统模型,得出该高温、高浓度CO2可以提高系统的发电效率;通过捕获循环系统增加的CO2实现了系统物料的平衡。综上论文对碳基燃料SOFC高温、高浓度CO2尾气气化焦粉耦合SOFC发电循环系统奠定了基础。