利用部分氧化的动力生产系统和方法技术方案

本公开涉及一种动力生产系统，其适于将固体或液体燃料部分氧化形成包含燃料气的部分氧化流而实现高效动力生产。该燃料气流在作为燃烧燃料被引导至动力生产系统的燃烧器前，可经历淬火、过滤和冷却中的一种或多种。将所述部分氧化流与压缩的循环CO2流以及氧气组合。该燃烧流通过涡轮机膨胀而产生动力并通过回热器热交换器。可进一步处理膨胀并冷却的排气流从而提供所述循环CO2流，以利于提高所述组合系统效率的方式将该循环CO2流压缩并使其通过一个或多个回热器热交换器。

A Kinetic Production System Using Partial Oxidation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用部分氧化的动力生产系统和方法
本专利技术涉及用于产生动力(诸如电力)的系统和方法，其利用燃料燃烧中的部分氧化。
技术介绍
传统利用燃料燃烧的动力生产装置通常缺乏同时实现高效动力生成和碳捕获的能力。当在燃烧反应中使用固体燃料时，保留在燃烧产物流中的固体及惰性氮气含量放大了这种局限。因此，本领域对用于高效动力生成系统和方法的需求不断增长，其可降低CO2排放和/或更便于隔离产生的二氧化碳。具有碳捕获的高效动力生成领域公开的Allam等人的一项专利号为8596075的美国专利提供了一种解决方案，其中固体燃料(如煤、褐煤、石油焦或生物质)通过在足够高的压力和温度下运行的部分氧化反应器中与氧气和任选的蒸汽反应而气化，从而允许所述固体燃料基本上完全转化为气态燃料，该气态燃料主要包括作为可燃组分的一氧化碳和氢气以及燃烧衍生的杂质，例如H2S、CS2、硫化羰(COS)、HCN和NH3。将部分氧化的净产物气体冷却，分离灰分，并任选地将其压缩从而将其作为燃料引入动力生成系统的燃烧室。所述部分氧化系统和动力生成系统的运行压力可使燃料气不需要压缩。动力生成系统燃烧器在燃烧后存在过量O2的情况下运行，这确保所述燃料和燃烧衍生的杂质从还原态转化为其氧化形式，该氧化形式主要包含SO2和NO。所述部分氧化反应器可设有蒸腾冷却壁，其中在约800℃的温度水平下除去灰分之前，高压循环CO2流冷却所述部分氧化产物气体。所述部分氧化气体有必要进一步冷却至约400℃，以确保所有细灰分颗粒与固化的挥发性无机组分一起冷凝并过滤，从而防止固体沉积、腐蚀和堵塞下游设备。所述部分氧化气体从800℃冷却到400℃，这必须在带有用于所述高压部分氧化气体的管的换热器中进行，由于所述部分氧化气体中的高CO分压及Boudouard碳形成反应，这些管须能抵抗金属粉尘腐蚀。这在下面的式(1)中示出。CO+CO＝C+CO2(1)这些管必须设计成允许定期水洗，从而除去固体燃料(特别是煤和褐煤)中存在的挥发性无机组分冷凝产生的固体沉积物。尽管上述公开物取得了进展，但其中描述的系统和方法仍然没有提供最有利的方案以解决利用固体燃料作为动力生产燃烧燃料时出现的问题。因此，仍然需要其他具有碳捕获的用于固体燃料的高效燃烧的系统和方法。
技术实现思路
本公开提供了通过燃料燃烧实现高效动力生产同时实现碳捕获的系统和方法。特别地，所述公开的系统和方法可使用部分氧化(POX)反应器，其中将所述燃料燃烧从而产生包含部分氧化产物的POX流。可将所述POX流引导至燃烧器，其中至少一些所述部分氧化产物基本上被完全氧化而产生燃烧产物流。例如，Allam等人专利号为8776532的美国专利公开了利用部分氧化进行动力生产的系统和方法，其公开内容通过引用整体并入本文。本公开提供的系统和方法可包含Allam等人所述专利中的一种或多种元件，但其为高效动力生产提供了进一步的优点，该高效动力生产包括燃料的部分氧化，以及随后的至少一部分部分氧化产物的燃烧。在一个或多个实施方案中，本公开可涉及一种使用部分氧化(POX)系统和动力生产系统(PPS)的组合产生动力的方法。在非限制性示例中，该方法可包括至少如下步骤：在POX反应器中使固体或液体燃料与氧气结合，条件是足以使所述燃料部分氧化并在第一温度下形成包含燃料气的POX流；从包含所述燃料气的所述POX流除去不形成一部分所述燃料气的至少一部分任何固体组分或气体组分；在POX热交换器中将包含所述燃料气的所述POX流冷却至第二、较低温度；通过从包含所述燃料气的所述POX流中除去至少一部分任意液态水和酸性气体净化包含所述燃料气的所述POX流，并从而形成所述燃料气流；将所述燃料气流压缩至约12MPa或更高的压力；使所述燃料气流在PPS燃烧器中燃烧以在至少约10MPa的压力和至少约800℃的温度下形成燃烧产物流；使所述燃烧产物流通过PPS涡轮机膨胀以产生动力并形成膨胀的PPS燃烧产物流；使所述膨胀的PPS燃烧产物流通过PPS回热器热交换器，从而从所述PPS燃烧产物流排出热量并形成冷却的PPS燃烧产物流；从所述冷却的PPS燃烧产物流中除去至少一部分一种或多种杂质，以形成循环CO2流；以及在PPS压缩机将所述循环CO2流加压而形成压缩的循环CO2流。在进一步的实施方案中，可用涉及以下陈述的任何一个或多个进一步定义上述方法，所述陈述可以任意数量或顺序组合。所述POX反应器可为气化炉。所述POX反应器可为流化床反应器。所述POX反应器可为催化反应器。所述方法可包括在所述POX热交换器中将包含所述燃料气的所述POX流冷却之前，将包含所述燃料气的所述POX流的温度降低至小于所述第一温度且大于所述第二温度的温度。降低包含所述燃料气的所述POX流的温度的步骤可包括向所述POX反应器中添加淬火流体。所述淬火流体可包括水和CO2中的一种或两种。所述方法可进一步包括在所述压缩之后且在所述燃烧之前加热所述燃料气流。加热所述燃料气流的步骤可包括使所述燃料气流通过所述PPS回热器热交换器。所述方法可进一步包括在适于将COS转化为H2S的硫化羰(COS)水解反应器中处理一部分包含所述燃料气的所述POX流。所述方法可进一步包括将蒸汽和CO2中的一种或两种提供到所述POX反应器中。所述POX热交换器可配置成使靠着以下中的一种或多种从包含所述燃料气的所述POX流排出热量：一部分所述压缩的循环CO2流；加压水流；氮气流；加压O2和CO2流；燃气流。该方法可进一步包括使包含所述燃料气的一部分所述POX流通过变换反应器，该变换反应器配置成将H2和CO2的混合物转化为CO和H2O的混合物，或配置成将CO和H2O的混合物转化为H2和CO2的混合物。该方法可进一步包括将一部分包含所述燃料气的所述POX流与一部分所述循环CO2流混合而形成混合物，并在所述变换反应器中处理该混合物。所述变换反应器可以是反向水煤气变换(WGS)反应器。该方法可进一步包括使包含所述燃料气的一部分所述POX流通过温脱硫单元，该温脱硫单元构配置成从包含所述燃料气流的所述POX流除去H2S、COS和重金属中的一种或多种。该方法可进一步包括使包含所述燃料气的至少一部分所述POX流通过活化吸附系统，该活化吸附系统配置成从包含所述燃料气的所述POX流除去汞。该方法可进一步包括使至少一部分所述燃料气流通过酸性气体去除单元，该酸性气体去除单元被配置成分离存在于所述燃料气流中的至少一部分任何H2S和至少一部分任何CO2中的一种或两种。该方法可进一步包括使至少一部分所述燃料气流通过催化甲烷化系统，该催化甲烷化系统配置成将CO和H2转化为CH4和H2O。至少一部分所述压缩的循环CO2流可在所述PPS回热器热交换器中加热并通入所述PPS燃烧器。一部分所述压缩的循环CO2流可通入所述POX热交换器。所述压缩的循环CO2流可离开所述POX热交换器并通入所述PPS回热器热交换器。一部分所述压缩的循环CO2流可通入所述POX反应器。在所述POX反应器中将所述固体或液体燃料与氧气混合之前，可将一部分所述压缩的循环CO2流与所述固体或液体燃料组合。所述固体或液体燃料可包括由固体燃料与液体或超临界CO2组合形成的燃料浆料。在一个或多个实施方案中，本公开可进一步涉及配置为用于动力生产的系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用部分氧化(POX)系统和动力生产系统(PPS)的组合产生动力的方法，该方法包括：在POX反应器中使固体或液体燃料与氧气在足以使所述燃料部分氧化并在第一温度下形成包含燃料气的POX流的条件下组合；从包含所述燃料气的所述POX流除去不形成一部分所述燃料气的至少一部分任何固体组分或气体组分；在POX热交换器中将包含所述燃料气的所述POX流冷却至第二、较低温度；通过从包含所述燃料气的所述POX流中除去至少一部分任意液态水和酸性气体来净化包含所述燃料气的所述POX流，并从而形成所述燃料气流；将所述燃料气流压缩至约12MPa或更高的压力；使所述燃料气流在PPS燃烧器中燃烧以在至少约10MPa的压力和至少约800℃的温度下形成燃烧产物流；使所述燃烧产物流通过PPS涡轮机膨胀以产生动力并形成膨胀的PPS燃烧产物流；使所述膨胀的PPS燃烧产物流通过PPS回热器热交换器，从而从所述PPS燃烧产物流排出热量并形成冷却的PPS燃烧产物流；从所述冷却的PPS燃烧产物流除去至少一部分一种或多种杂质，以形成循环CO2流；以及在PPS压缩机中将所述循环CO2流加压而形成压缩的循环CO2流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.13 US 62/393,7521.一种使用部分氧化(POX)系统和动力生产系统(PPS)的组合产生动力的方法，该方法包括：在POX反应器中使固体或液体燃料与氧气在足以使所述燃料部分氧化并在第一温度下形成包含燃料气的POX流的条件下组合；从包含所述燃料气的所述POX流除去不形成一部分所述燃料气的至少一部分任何固体组分或气体组分；在POX热交换器中将包含所述燃料气的所述POX流冷却至第二、较低温度；通过从包含所述燃料气的所述POX流中除去至少一部分任意液态水和酸性气体来净化包含所述燃料气的所述POX流，并从而形成所述燃料气流；将所述燃料气流压缩至约12MPa或更高的压力；使所述燃料气流在PPS燃烧器中燃烧以在至少约10MPa的压力和至少约800℃的温度下形成燃烧产物流；使所述燃烧产物流通过PPS涡轮机膨胀以产生动力并形成膨胀的PPS燃烧产物流；使所述膨胀的PPS燃烧产物流通过PPS回热器热交换器，从而从所述PPS燃烧产物流排出热量并形成冷却的PPS燃烧产物流；从所述冷却的PPS燃烧产物流除去至少一部分一种或多种杂质，以形成循环CO2流；以及在PPS压缩机中将所述循环CO2流加压而形成压缩的循环CO2流。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述POX反应器是气化炉。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述POX反应器是流化床反应器。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述POX反应器是催化反应器。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述POX热交换器中将包含所述燃料气的所述POX流冷却之前，将包含所述燃料气的所述POX流的温度降低至小于所述第一温度且大于所述第二温度的温度。6.根据权利要求5所述的方法，其中，降低包含所述燃料气的所述POX流的温度包括向所述POX反应器中添加淬火流体。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述淬火流体包括水和CO2中的一种或两种。8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述压缩之后且在所述燃烧之前加热所述燃料气流。9.根据权利要求8所述的方法，其中，加热所述燃料气流包括使所述燃料气流通过所述PPS回热器热交换器。10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在适于将COS转化为H2S的硫化羰(COS)水解反应器中处理包含所述燃料气的一部分所述POX流。11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将蒸汽和CO2中的一种或两种提供到所述POX反应器中。12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述POX热交换器配置成靠着以下中的一种或多种从包含所述燃料气的所述POX流排出热量：一部分所述压缩的循环CO2流；加压水流；氮气流；加压O2和CO2流；燃料气流。13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括使包含所述燃料气的一部分所述POX流通过变换反应器，所述变换反应器配置成将H2和CO2的混合物转化为CO和H2O的混合物，或配置成将CO和H2O的混合物转化为H2和CO2的混合物。14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括将包含所述燃料气的一部分所述POX流与一部分所述循环CO2流混合而形成混合物，并在所述变换反应器中处理该混合物。15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述变换反应器是反向水煤气变换(WGS)反应器。16.根据权利要求1所述的方法，进一步包括使包含所述燃料气的一部分所述POX流通过温脱硫单元，该温脱硫单元构造成从包含所述燃料气流的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·A·福里斯特，吕锡嘉，R·J·阿拉姆，J·E·费特威德，M·R·帕尔默，
申请(专利权)人：八河流资产有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US