自工业革命以来，能源就成为人类进步与发展不可或缺的部分。化石燃料作为人类目前能源的主要来源，对世界的发展进步越来越重要。但是人类对化石能源的大量使用，燃烧排放了大量的温室气体，使地球的温度不断升高，造成了冰川和冻土消融、海平面上升等诸多问题，从而对人类的生存以及全球范围内的自然生态造成了巨大的危害。在过去的一个多世纪里，气候学家们观测到大气中的CO₂浓度从280ppm显著上升至403ppm。而CO₂作为温室气体的一种，占据了人类的众多活动中排放的温室气体总量的90%。因此，CO₂的捕获，封存和利用已成为化学工艺技术研究的新焦点。

目前，燃料燃烧而排放CO₂量最多的部门是发电供热部门，而中国、印度、南非等国家的三分之二以上的电能和热能均来自煤炭燃烧。因此，控制燃煤电厂CO₂的排放方面对于遏制全球变暖有着重大意义。因为发电厂规模大且分布较为集中，所以捕集发电厂排放的CO₂是可行的。目前发电厂的碳排放控制技术中主要为燃烧前捕集技术、富氧燃烧技术和燃烧后捕集技术三种。富氧燃烧技术是能够大规模商业化捕集CO₂的主流技术之一，它是一种利用回流烟气与富集的氧气混合代替空气的燃烧方式，其烟气中CO₂的浓度可高达95%以上，可以直接压缩液化存储。因此富氧燃烧是一种十分有效的CO₂捕集方式。

富氧燃烧需要大量的纯氧，传统的制氧是采用深冷空气分离制氧单元法（cryogenic air separation unit, CASU）其投资成本和运行费用都很高。为解决这一问题，由BOC公司在2000年提出了化学链制氧（chemical looping air separation, CLAS）方法，其核心思想是利用载氧体的还原态在高温下与空气中的氧气进行吸氧反应，再在一定条件下使其氧化态还原释放氧气来达到分离、富集氧气的目的。

空气通过吸氧反应器与还原态的载氧体进行吸氧反应，载氧体充分吸氧后变为氧化态。氧化态的载氧体进入释氧反应器，在H₂O或CO₂等惰性气体降低氧气分压的作用下开始进行释氧反应，得到O₂、H₂O或CO₂的混合气体。常见的化学链制氧载氧体有CuO/Cu₂O，Mn₂O₃/Mn₃O₄和Co₃O₄/CoO^[4]。

目前，已经有诸多的研究证明了化学链制氧技术的可行性。Moghtaderi^[5]于2010年提出基于脱藕化学链燃烧技术制纯氧的新工艺，且研究了铜、钴、锰这三种载氧体在常压下的吸氧及释氧性能，得出载氧体为锰和钴的氧化物体系产氧效率最高。诸林等人^[6]利用Mn₂O₃/Mn₃O₄为载氧体提出了基于化学链制氧的生物质气化产氢工艺，较传统工艺提高#15794;效率8.62%。Li等^[7]对负载于Al₂O₃上的钴基载氧体的反应性能进行分析，发现载氧体在连续吸氧和释氧后仍能保持良好的活性。张腾^[8]对钴基载氧体吸氧、释氧特性进行了详细分析，并设计了吸氧反应加压运行，和释氧反应负压运行两种工艺流程，得到了很好的制氧效果。

然而，化学链制氧技术仍不成熟，还有许多需要攻克的难题，比如铜基载氧体存在其氧化物熔点低，在高温下极易发生烧结的问题；锰基载氧体存在吸氧较困难的问题；钴基载氧体存在释氧过程能耗大的问题。Aspen Plus模拟计算软件用于化工、炼油工艺流程的模拟计算，具有多种热力学模型、含有大量的物性参数以及混合物数据与表征方法，是世界性标准流程模拟软件，为解决钴基载氧体能耗大的问题，可以利用氧化钴作为载氧体进行加压吸氧化学链制氧，并通过aspen模拟对比在不同工况下的产氧效率及经济成本，选出最优的工况，再将最优工况的制氧单元与传统的深冷法制氧单元进行经济对比，并将三个制氧单元与富氧燃烧系统进行耦合，对耦合发电系统进行整体效率分析。

2. 研究的基本内容与方案