用于酸性气体燃烧的硫酸钙循环和电力生产制造技术

一种用于酸性气体燃烧的钙链燃烧方法，包括含有若干反应区的系统。该系统被配置为提供氧转移介质生产，合成气产物流的产生和从酸性气体中的H

Calcium sulfate circulation and power generation for acid gas combustion

A calcium chain combustion method for acid gas combustion, comprising a system comprising a number of reaction zones. The system is configured to carry oxygen, transfer medium production, syngas production, logistics generation, and H from acidic gases

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于酸性气体燃烧的硫酸钙循环和电力生产
本专利技术涉及一种使用钙基链燃烧工艺由酸性气体的燃烧产生热，蒸汽或电力(power)的方法。更具体地，本专利技术涉及酸性气体的钙基链燃烧工艺，其涉及从酸性气体中原位除去硫。
技术介绍
随着对能源的需求在全世界持续增长，对额外能源的需求也在增长。不可再生能源仍然是全世界主要的能源供应，因为可再生能源的数量仍然太低，无法满足大部分需求，而且它们的发展很缓慢，且只限于特定地区。虽然已建立的不可再生能源(例如可回收煤，常规石油和天然气)仍然是主要能源，但是能源生产商现在必须寻找其他不可再生能源，例如非常规石油资源(例如，油页岩，焦油砂和重质原油)和非常规天然气资源(例如，加压含水层和煤层中的气体)，以满足日益增长的需求。酸性气体燃料属于这些非常规的不可再生能源。酸性气体是一种必须利用的能源，因为其与其它不可再生源相比具有长得多的寿命。酸性气体是一种无色，易燃，腐蚀性的天然气，含有大量的硫化氢(H2S)。燃烧是发电领域中常用的反应，并且在某些情况下，可以利用酸性气体作为燃料。然而，在燃气轮机系统条件下，酸性气体可能在高温和高压下损害燃烧系统的机械部件，并且热值低。此外，当H2S暴露于空气时，其容易氧化成硫氧化物(SOx)，例如SO2一种空气污染物。在一些情况下，由于气体的组成和物理特性，尤其如果酸性气体具有高于5-20％的H2S含量，甚至在燃气轮机中不可能直接燃烧酸性气体。因此，酸性气体以前没有被认为是用于燃烧过程的特别有用的化石燃料。然而，全世界对能源的需求增长，迫使使用酸性气体作为能源。有许多全球未开发和欠开发的酸性气藏。如果这些资源用于产生电力，为使得这种应用成为可能，则燃烧过程处理大量H2S的能力是必要的。毫不奇怪，全世界正在努力减少用于酸性气体燃料的H2S和硫管理的经济影响。通常，为了避免腐蚀性效应和与酸性气体燃烧相关的污染，需要预处理酸性气体以从气流中基本上除去硫化合物，这种过程被称为“脱硫”。例如，胺气体处理过程可以用于“脱硫”酸性气体(即，除去H2S)。使酸性气体脱硫的方法的主要缺点是它们非常复杂和昂贵。因此，需要一种以高效且合算的方式利用非常规能源产生能量的方法。特别地，需要具有高效率的能量转化但没有昂贵的H2S预处理的酸性气体燃烧方法。专利技术概要本专利技术涉及用酸性气体的钙基链燃烧化学链燃烧(thecalcium-basedchemicalloopingcombustion)(CLC)来产生用于发电的产物气体的方法。更具体地，本专利技术涉及酸性气体的CLC方法，其特征在于至少部分地原位H2S去除和氧转移介质生产。在一个实施方案中，将钙基转移介质(例如CaO)的床设置在燃料反应器的下部，然后使用CO2和蒸汽流以流化该床。一旦流化，CaO床与注入燃料反应器的酸性气体进料的H2S反应以产生CaS(原位H2S去除)，然后将其递送到空气反应器中以被氧化。在空气反应器中，注入空气并氧化CaS以产生钙基氧转移介质(例如CaSO4)。此外，将石灰石注入空气反应器中，其中由于空气反应器的操作条件，其煅烧产生CaO和CO2。在空气反应器中产生的CaO循环回到燃料反应器下部的床，并且在空气反应器中产生的CaSO4可循环到燃料反应器和/或提升管(riser)。在提升管中，酸性气体的CH4与注入的CaSO4在CO2和蒸汽流中反应以产生产物气流(例如合成气)和CaS。然后使用气-固分离器将产物气流与CaS分离。然后将来自提升管中反应的CaS颗粒送至反应料斗，其中它们的一部分被氧化成CaSO4。然后将所得的CaSO4和剩余的CaS从反应料斗递送到空气反应器，以在整个系统中进一步循环。产物气流可用于其它相关应用中，例如发电系统或燃气涡轮系统组合循环。本专利技术提供了优于涉及酸性气体的其它CLC方法的明显优点，因为其允许酸性气体的完全转化，而大多数CLC酸性气体工艺在产物流中具有少量未完全转化的气体产物。另外，本专利技术减少了燃料反应器中的反应时间，与先前的CLC方法相比，这允许减小燃料反应器的尺寸和该方法的总成本。附图说明通过参考以下详细描述和附图，将更全面地理解本专利技术及其许多特征和优点。重要的是，附图仅示出了本专利技术的一个实施例，因此不应被认为限制其范围。图1是根据本申请的至少一个实施方案的钙链燃烧过程的示意图。具体实施方式本申请涉及酸性气体的钙基化学链燃烧(CLC)工艺，其涉及从酸性气体中原位除去硫。在CLC方法中，固体金属氧化物氧载体通常用于在燃料反应器中氧化燃料流。这导致产生CO2和H2O。然后将还原形式的该氧载体转移到空气反应器中，在那里它与空气接触，再氧化成其初始状态，然后返回到燃料反应器用于进一步的燃烧反应。通常，CLC方法的总热量是在氧化过程中放的热和在还原过程中吸的热两种热状态的总和，这相当于在常规燃烧反应中释放的热量。因此，CLC方法的一个优点是捕获CO2所需的额外能量最少，同时仍保持类似于直接燃烧过程的燃烧效率。更确切地说，在CLC过程中对CO2捕集的能量损失最小，估计仅有2-3％的效率损失。此外，与直接燃烧方法相比，在CLC方法中，NOx形成减少，因为在没有燃料并且在小于1200℃的温度的情况下在空气反应器中发生氧化反应；而高于1200℃时，NOx的形成显著增加。因此，与其它燃烧方法相比，NOx形成的减少使得CLC方法中的CO2捕集成本更低，因为在捕获之前不需要从NOx气体中分离CO2。此外，与其它燃烧方法相反，CLC方法中的CO2产物可以与其它气体分离并且在不使用额外的步骤或设备的情况下被捕获。本申请的CLC方法被设计成克服与直接燃烧方法和常规CLC方法相关的缺点，因为它们涉及酸性气体的燃烧。特别地，本申请的钙基CLC方法允许在燃烧反应期间原位除去H2S以及完全转化酸性气体。此外，本申请的方法设计为使用钙基链式工艺从酸性气体进料燃烧产生热、蒸汽和/或电力。考虑到以下描述，将理解与本申请相关联的其它优点。图1示出了根据本申请的用于进行酸性气体的钙基化学链燃烧的示例性系统100。图1同样显示了描述根据本申请的钙基CLC方法的示例性流程图。在一个或多个实施方案中，如图1的系统100中所示，所述CLC系统具有至少3个不同的反应区：由燃料反应器102限定的第一反应区，由空气反应器104限定的第二反应区和由提升管106限定的第三反应区，其可以是可操作地连接到燃料反应器102和空气反应器104。燃料反应器102可以采取任何数量的合适形式，并且被设计成允许其中的燃料或类似物燃烧。燃料反应器102因此由结构(该壳体)限定，限定出在其中发生燃料燃烧的中空内部。提供用于燃料反应器102中燃烧的氧的床材料(流化床)可以设置在燃料反应器102的一部分108(例如，如图所示的下部)内。可以理解，氧载体可以是任何数量的不同形式，包括本文所述的那些。可以使用任何数量的不同技术来将床材料容纳和保持在燃料反应器102内的适当位置，包括但不限于将床材料放置在设置在下部108内的基底或支撑结构上。例如，穿孔的水平板可以设置在下部108中，并且床材料沿着这样的穿孔板放置。水平板中的穿孔允许流体流过板，并且因此允许流体(例如气体)不仅流过板，而且还流过搁置在其上的床材料。这允许床材料用作流化床。床材料用作为燃料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原位除去硫、氧转移介质生产和酸性气体燃烧的方法，其在产生产物流的同时使用钙链燃烧，包括以下步骤：在空气反应器中煅烧CaCO

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.17 US 14/334,0771.一种原位除去硫、氧转移介质生产和酸性气体燃烧的方法，其在产生产物流的同时使用钙链燃烧，包括以下步骤：在空气反应器中煅烧CaCO3以产生钙基转移介质；将所述钙基转移介质从所述空气反应器转移到燃料反应器；将酸性气体递送到所述燃料反应器中；还原设置在所述燃料反应器内的所述钙基转移介质，以提供气相氧；在所述空气反应器中用空气氧化经还原的钙基转移介质以产生钙基氧转移介质；将该钙基氧转移介质从所述空气反应器递送到提升管；将清洁的酸性气体(不含H2S)从燃料反应器转移到提升管；在提升管内燃烧酸性气体以产生包括经还原的钙基转移介质的产物流；从产物流中除去经还原的钙基转移介质；在所述空气反应器中用空气再氧化经还原的钙基转移介质以产生钙基氧转移介质；和将所述钙基氧转移介质递送回所述提升管。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述钙基转移介质包括设置在穿孔基底上的床，所述穿孔基底设置在所述燃料反应器下部中。3.根据权利要求2的方法，其中将所述床通过来自空气反应器的CO2、蒸汽或贫氧空气的流或其组合流化。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述贫氧空气包含2至5％的O2。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述钙基转移介质是CaO。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述经还原的钙基转移介质是CaS。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述钙基氧转移介质与提升管中的酸性气体反应，产生经还原的钙基转移介质。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述酸性气体是流入形成在所述燃料反应器底部的入口的进料，使得存在于所述酸性气体中的H2S与所述钙基转移介质反应。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述钙基氧转移介质是CaSO4。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述钙基氧转移介质与提升管中酸性气体中存在的甲烷反应，产生产物流。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述产物流包含CO和H2。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述产物流包含合成气。13.根据权利要求1所述的方法，其中使用气固分离装置从产物流中除去经还原的钙基转移介质。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述气固分离装置是旋风分离器。15.根据权利要求13所述的方法，其中从产物流中除去经还原的钙基转移介质的步骤还包括将经还原的钙基转移介质递送到料斗，将空气注入料斗中以氧化经还原的钙基转移介质，以产生递送到提升管的钙基氧转移介质。16.根据权利要求9所述的方法，其中Ca/S的比率为约1.2-2.5。17.根据权利要求1所述的方法，其中作为产物产生热和蒸汽。18.根据权利要求1所述的方法，其中作为副产物产生石膏。19.根据权利要求1所述的方法，其中将通过所述煅烧步骤产生的所述钙基转移介...

【专利技术属性】
技术研发人员：A霍泰特，M尤尼斯，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯,SA