用于化学回路的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了用于化学回路的方法，该方法包括以下步骤：使第一氧载体(220)在第一氧化器(214)与第一还原器(210)之间循环；使第二氧载体(226)在第二氧化器(216)与第二还原器(212)之间循环；将通过第一还原器(210)中的还原反应产生的第一气流(234)从第一还原器(210)传输至第二还原器(212)；在第二还原器(212)内，捕获来自第一气流(234)的气体物质；以及将气体物质再循环到第一还原器(210)。

Systems and methods for chemical circuits

The method for chemical circuit includes the following steps: circulating the first oxygen carrier (220) between the first oxidizer (214) and the first reducer (210); circulating the second oxygen carrier (226) between the second oxidizer (216) and the second reducer (212); transmitting the first air flow (234) generated by the reduction reaction in the first reducer (210) from the first reducer (210) To a second reducer (212); in the second reducer (212), capturing a gas substance from the first gas stream (234); and recycling the gas substance to the first reducer (210).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于化学回路的系统和方法政府权利本专利技术是在能源部授予的合同号DEFE0025073的政府支持下完成的。政府对本专利技术享有一定的权利。
技术介绍

本专利技术的实施方案总体上涉及发电，并且更具体地，涉及用于提高化学回路系统的效率和减少排放的系统和方法。领域的讨论化学回路系统利用高温过程，其中固体诸如基于钙的化合物或基于金属的化合物例如在称为氧化器的第一反应器和称为还原器的第二反应器之间“形成回路”。在氧化器中，来自注入空气的氧气在氧化反应中被固体捕获。然后，所捕获的氧气被经氧化的固体携带到还原器中，用于燃烧或气化燃料诸如煤。在还原器中的还原反应后，反应的固体和可能的一些未反应的固体返回氧化器再次氧化，并且循环重复。在燃料(诸如煤)的燃烧或气化中，产生产物气体。该气体通常含有污染物诸如二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)。已广泛认识到将这些污染物释放到大气中的环境影响，并且已经产生开发适于从煤和其他燃料的燃烧中产生的气体中去除污染物的方法。参照图1，示出了根据示例性实施方案的基于化学回路的发电设备的典型的基于钙的化学回路系统10。系统10包括具有还原器12的第一回路和具有氧化器14的第二回路。空气16被供应到氧化器14，并且在氧化器14中硫化钙(CaS)被氧化以产生硫酸钙(CaSO4)。CaSO4被供应到还原器12，并且用作载体以将氧气和热量递送到被供应到还原器12的燃料18(例如，诸如煤)。结果，递送到还原器12的氧气与还原器12中的煤18相互作用。然后将还原的CaS返回氧化器14以再次氧化成CaSO4，并重复上述循环。通过气体/固体分离装置(诸如旋风除尘器)从氧化器中提取的包括氮气(N2)20的烟道气以及由氧化产生的热量通过立管和密封装置离开氧化器14以返回到氧化器或还原器。同样地，在还原器12中还原期间产生的气体22离开还原器12。如图1所示，当空气16供应到氧化器14时，如上所述，从氧化器14中除去废物20诸如灰分和/或过量硫酸钙(CaSO4)，以便在外部设施(未示出)中处理。将煤18以及碳酸钙(CaCO3)24和再循环蒸汽26供应到还原器12中以在其中进行还原反应。在操作中，在还原器12内在来自氧载体的氧气与煤18、CaCO324和CaSO428中发生一系列还原反应，并产生硫化钙(CaS)30，其被气体/固体分离器32诸如旋风分离器32分离，然后通过例如密封罐控制阀(SPCV)34供应到氧化器14。例如，基于CL设备负载的CaS的一部分和其他固体30通过SPCV34再循环到还原器12，如图1所示。另外，分离器将烟道气22(例如CO2)与其他排放物诸如SO2从CaS30分离。CaS30在氧化器14中的氧化反应中被氧化，从而产生CaSO428，其通过分离器32从烟道气20分离并经由SPCV34供应回还原器12。例如，基于CL设备负载，CaSO428的一部分和CaS可通过SPCV34再循环回氧化器14。氧化反应也产生热量，热量可用于其他过程中。例如，如图1所示，在一个实施方案中，热回路100可与系统10集成以产生电力。具体地，由氧化反应产生的热量可用在蒸汽/水生成装置102中以产生蒸汽104，然后蒸汽104用于驱动蒸汽轮机106，蒸汽轮机106又转而驱动发电机108。现有的化学回路系统通常需要显着的燃烧后处理系统来限制颗粒物质和某些气体物质诸如CO2、SO2、SO3的排放。此外，已知氧载体循环容量降低，因为在还原器和氧化器之间的循环条件下发生释放SO2的副反应。然而，同样的释放也是还原器中燃料的氧化的快速动力学的原因。鉴于上述情况，需要一种化学回路系统，其使对燃烧气体的后燃烧处理的需要最小化、减少排放、并且降低系统的总体氧需求。
技术实现思路
在一个实施方案中，提供了一种用于化学回路系统的方法。该方法包括以下步骤：使第一氧载体在第一氧化器与第一还原器之间循环；使第二氧载体在第二氧化器与第二还原器之间循环；将通过在第一还原器中的还原反应产生的第一气流从第一还原器传输至第二还原器；在第二还原器内，从第一气流中捕获气体物质；以及将气体物质再循环到第一还原器。在另一实施方案中，提供了一种用于化学回路系统的方法。该方法包括以下步骤：使第一氧载体在氧化器与第一还原器之间循环；使第二氧载体在氧化器与第二还原器之间循环；将通过在第一还原器中的还原反应产生的第一气流从第一还原器传输至第二还原器；在第二还原器内，利用第二氧载体，从第一气流中捕获气体物质；以及将第二氧载体从第二还原器传输至氧化器。在又一个实施方案中，提供了一种用于化学回路的系统。该系统包括：第一还原器，燃料与第一氧载体在第一还原器中反应；第二还原器，其与第一还原器流体连通并从其接收燃烧气流，并且其中燃烧气流中的至少一种气体物质与第二氧载体反应；以及至少一种氧化器，其与第一还原器和第二还原器流体连通，用于在氧化器中进行氧化反应后将第一氧载体供应到第一还原器并且将第二氧载体供应到第二还原器。附图说明通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述，将更好地理解本专利技术，其中以下：图1是现有技术化学回路系统的示意图。图2是根据本专利技术的实施方案的双环化学回路系统的一部分的示意图。图3是说明图2的双环化学回路系统的第二还原器内的产物气体氧化的图。图4是说明由图2的双环化学回路系统实现的SO2捕获和还原的图。图5是根据本专利技术的另一实施方案的化学回路系统的一部分的示意图。图6是根据本专利技术的另一实施方案的化学回路系统的一部分的示意图。图7是根据本专利技术的另一实施方案的化学回路系统的一部分的示意图。图8是根据本专利技术的另一实施方案的化学回路系统的一部分的示意图。具体实施方式下面将详细参考本专利技术的示例性实施方案，其示例在附图中示出。只要有可能，在整个附图中使用的相同附图标记指的是相同或相似的部分。虽然本专利技术的实施方案适用于发电过程，但也可考虑其他应用，包括但不限于气化过程，诸如但不限于用于生产合成气的那些和用于多价螯合二氧化碳的那些。如本文所用，“可操作地耦合”是指可以是直接或间接地连接。连接不一定是机械附件。如本文所用，“流体地耦合”或“流体连通”是指两个或更多个特征的布置，使得特征以允许流体在特征之间流动并允许流体转移的方式连接。如本文所用，“固体”是指旨在用于燃烧过程或化学反应的固体颗粒，诸如例如煤颗粒或金属氧化物(例如钙)。本专利技术的实施方案涉及采用耦合的双还原-氧化块的化学回路系统和方法，固体通过该双还原-氧化块循环。该系统和方法利用例如在第二还原-氧化回路中选择性催化还原二氧化硫以增强该方法的性能。在一个实施方案中，该方法利用在初级还原器中再循环和释放二氧化硫，以增强与供应到初级还原器的燃料的反应动力学和氧循环能力两者。特别地，二氧化硫的选择性催化还原允许硫再捕获和来自还原器中的还原反应的产物气流的氧需求减少。参照图2，示出了根据本专利技术的实施方案的双环化学回路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于化学回路的方法，包括以下步骤：/n使第一氧载体(220)在第一氧化器(214)与第一还原器(210)之间循环；/n使第二氧载体(226)在第二氧化器(216)与第二还原器(212)之间循环；/n将通过所述第一还原器(210)中的还原反应产生的第一气流(234)从所述第一还原器(210)传输至所述第二还原器(212)；/n在所述第二还原器(212)内，从所述第一气流(234)捕获气体物质；以及/n将所述气体物质再循环到所述第一还原器(210)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170119 US 15/409,9821.一种用于化学回路的方法，包括以下步骤：
使第一氧载体(220)在第一氧化器(214)与第一还原器(210)之间循环；
使第二氧载体(226)在第二氧化器(216)与第二还原器(212)之间循环；
将通过所述第一还原器(210)中的还原反应产生的第一气流(234)从所述第一还原器(210)传输至所述第二还原器(212)；
在所述第二还原器(212)内，从所述第一气流(234)捕获气体物质；以及
将所述气体物质再循环到所述第一还原器(210)。


2.根据权利要求1所述的方法，其中从所述气流(234)捕获所述气体物质的步骤包括在所述第二还原器(212)中还原所述第二氧载体(226)，包括用所述第二氧载体(226)吸附所述气体物质。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中将所述气体物质再循环到所述第一还原器(210)的步骤包括：
将所述第二氧载体(226)从所述第二还原器(212)传输至所述第二氧化器(216)；
在所述第二氧化器(216)中氧化所述第二氧载体(226)，包括解吸所述气体物质；
将含有所述气体物质的第二气流传输至所述第一氧化器(214)；以及
通过在所述第一氧化器(214)中氧化所述第一氧载体(220)从所述第二气流中捕获所述气体物质；以及
将所述第一氧载体(220)从第一氧化器(214)传输至所述第一还原器(210)。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中：
所述气体物质是二氧化硫。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中：
所述第一氧载体(220)是基于钙的氧载体。


6.根据权利要求5所述的方法，其中：
所述第一氧载体(220)是石灰石。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克·维特斯，大卫·图雷克，
申请(专利权)人：通用电气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH