用于减少化学循环燃烧系统中的排放物的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了用于从燃烧后气体(19)中去除杂质的系统(60)，所述系统(60)包括氧化器(64)和可操作地连接到氧化器(64)的还原器(62)，所述还原器(62)构造成接收燃烧后气体(19)。该系统还包括能够在氧化器(64)和还原器(62)之间选择性循环的CLOU材料(66)。CLOU材料(66)进一步氧化燃烧后气体(19)中存在的杂质，以减少或去除所述杂质。

Systems and methods used to reduce emissions in a chemical cycle combustion system

The invention provides a system (60) for removing impurities from the combustion gas (19). The system (60) comprises an oxidizer (64) and a reductor (62) which can be operatively connected to the oxidizer (64), and the reductor (62) is configured to receive the post combustion gas (19). The system also includes a CLOU material (66) that can be selectively circulate between the oxidizer (64) and the reductor (62). The CLOU material (66) further oxidize the impurities in the gas (19) after combustion in order to reduce or remove the impurities.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于减少化学循环燃烧系统中的排放物的系统和方法相关申请的交叉引用本专利申请要求于2015年3月12日提交的美国临时申请序列号62/132,205的权益，所述美国临时申请在此以引用的方式全文并入。
本公开内容一般涉及去除来自燃烧气体的杂质，并且更具体地，涉及通过氧化燃烧气体的未燃烧或部分氧化的气体种类来减少化学循环燃烧(CLC)系统的排放物的系统。
技术介绍
CLC(chemicalloopingcombustion)系统利用高温过程，由此固体(例如基于钙或金属的化合物)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“成循环”。在氧化器中，来自注入空气的氧被氧化反应中的固体捕获。被捕获的氧然后由被氧化的固体运送到还原器，用于燃料例如煤的燃烧或气化。在还原器中的还原反应后，被反应的固体和潜在的一些未反应的固体返回氧化器以再次被氧化，并且重复循环。在燃料例如煤的燃烧中，产生产物气体。这种气体通常含有污染物例如二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)。将这些污染物排放到大气的环境影响已得到广泛认识，并且已导致了适合于从煤和其他燃料燃烧生成的气体中去除污染物的工艺的开发。用于从气体流中去除CO2的系统和方法包括其中产物气体与CO2吸收器接触的CO2捕获系统。如应了解的，期望封存或潜在地再使用在CO2捕获过程中去除的CO2。事实上，CO2可再用作其他工业应用(例如塑料的制造)的原料、用于原油强化回收过程中或潜在地转化成高价值的可销售产品。对于封存和再使用，被捕获的CO2需要具有足够的质量/纯度。然而，获得高纯度CO2可能是具有挑战性的，因为氧燃烧系统(例如化学循环设备)生成含有相对高量的未燃烧或部分氧化(partiallyoxidized)的气体种类(例如CO、COS、H2、CH4和H2S)的燃烧后/产物气体。因此，这种气体的质量差，使得它不满足封存或再使用的要求。此外，减少这些部分氧化的气体种类的排放是期望的，以减少对下游设备且更重要的是减少对环境的潜在危害。更具体地，参考图1，图示地示出了现有技术的CLC设备构造。值得注意的是，在纯化产物气体19并提供CO2流用于封存或再使用的尝试中，设备10利用还原器后空气质量控制系统40、烟道气体冷凝器42和气体处理单元44。然而，考虑到这类设备的燃烧后气体中通常存在的上述部分氧化的气体种类，冷凝器和气体处理单元可能不足以捕获高纯度的CO2。事实上，将产物气体中的部分氧化种类去除或减少到可接受的水平所需的另外的氧，即“氧需求”将使得该方法在经济上禁止且潜在不可行的。鉴于上文，需要氧化来自燃烧后气体的未燃烧/部分氧化的气体种类以促进CO2捕获的系统和方法。上述特征及其他特征由下述附图和详细描述例示。
技术实现思路
在一个实施例中，本专利技术提供了用于氧化燃烧后气体中的杂质的系统。该系统包括氧化器，可操作地连接到氧化器的还原器，所述还原器构造成接收燃烧后气体，以及能够在氧化器和还原器之间选择性循环的CLOU材料。CLOU材料氧化燃烧后气体中存在的杂质，以去除杂质。在另一个实施例中，化学循环系统包括燃烧燃料而产生含有部分氧化杂质的所得气体的主(primary)化学循环燃烧系统，以及用于氧化所述所得气体中的部分氧化杂质的燃烧后系统。燃烧后系统可操作地连接到主化学循环燃烧系统，并且包括还原器和氧化器以及在还原器和氧化器之间循环的CLOU材料。还原器接收来自主化学循环燃烧系统的所得气体，以进一步氧化其中的部分氧化杂质。在又一个实施例中，本专利技术提供了氧化来自燃烧后气体的杂质的方法。该方法包括将燃烧后气体引入可操作地连接到氧化器的还原器，并且使还原器中的燃烧后气体与CLOU材料反应，以氧化燃烧后气体中的杂质。该方法还包括将CLOU材料转移到氧化器，并且引入空气以氧化CLOU材料，并且将CLOU材料转移回还原器，以进一步与燃烧后气体反应。在另外的实施例中，本专利技术提供了捕获来自化学循环燃烧系统的燃烧后气体中的CO2用于封存或再使用的方法。该方法包括将由化学循环燃烧系统产生的燃烧后气体引入燃烧后系统的还原器内，该还原器可操作地连接到燃烧后系统的氧化器。该方法还包括使还原器中的燃烧后气体与CLOU材料反应，以氧化燃烧后气体中的杂质，并且在燃烧后气体已经由CLOU材料氧化后，将其转移到CO2捕获系统。附图说明参考附图，通过阅读非限制性实施例的下述描述，将更好地理解本专利技术，在下述附图中：图1是图示地描述已知化学循环燃烧系统的示意图。图2是根据本专利技术一个实施例，包括后化学循环系统的化学循环燃烧系统的详细示意图。图3是图2的后化学循环系统的简化示意图。图4是根据本专利技术的一个实施例，循环的还原-氧化实验的气体组成的曲线图。图5是根据本专利技术的实施例，用于将CO转化为CO2的氧化锰载体的反应性的曲线图。具体实施方式下文将详细参考本专利技术的示例性实施例，其实例在附图中示出。只要可能，在附图自始至终使用的相同的附图标记指相同或相似的零件。虽然本专利技术的实施例在本专利技术中被描述为适合于与利用化学循环的发电过程结合使用，但本专利技术的实施例也可适用于其他类型的发电系统和过程。特别地，本专利技术的实施例可适用于氧化来自燃烧后气体的未燃烧/部分氧化的气体种类(即杂质)，以促进CO2捕获。如本专利技术使用的，“可操作地连接”指其可为直接的或间接的连接。连接可为但不一定是机械附接。如本专利技术使用的，“通信”(communication)意指两个或更多个部件以这样的方式连接，以允许这些部件之间的信号传播，例如但不限于通过电线/电缆、光纤和无线发射器/接收器。如本专利技术使用的，“流体联接”(fluidlycoupled)或“流体连通”(fluidcommunication)指两个或多个特征的布置，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。如本专利技术使用的，“燃烧后”(post-combustion)指燃料(例如煤)已燃烧后的发电过程中的阶段或步骤，并且包括但不限于CLC燃烧过程。“高质量”CO2指纯度足以允许封存和再使用的CO2。现在参考图1，示出了已知的化学循环燃烧系统10。如所示，化学循环系统10包括由容器/反应器(vessel/reactor)形成的燃料反应器/还原器12，以及同样由容器/反应器形成的空气反应器/氧化器14。含有固体氧化物17a和17b(如金属氧化物(MeOx)或氧化钙(CaOx))的流在还原器12和氧化器14之间循环。燃料16和蒸汽18或产物气体被提供给还原器12，与由氧化物17a提供的氧进行燃烧。所得的还原器后气体19(在本专利技术中称为“燃烧后气体”或“所得气体”)和废氧化物/被还原氧化物(spent/reducedoxides)17b，通过还原器12的上部部分排出到第一颗粒分离器20，例如旋风分离器(cyclone)。废氧化物17b和离开第一颗粒分离器20的未燃颗粒被再循环回还原器12或提供给氧化器14的下部部分(lowerportion)。氧化器14接收空气或氧21以氧化或再补充被还原氧化物17b。被再补充的氧化物17a离开氧化器14的上部部分，并且通过第二颗粒分离器32例如旋风分离器与所得气体30例如氮和氧分离。被再补充的氧化物返回到氧化器14或提供给还原器12的下部部分。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于氧化燃烧后气体中的杂质的系统，所述系统包括：氧化器；可操作地连接到所述氧化器的还原器，所述还原器构造成接收所述燃烧后气体；能够在所述氧化器和还原器之间选择性循环的CLOU材料；和其中所述CLOU材料氧化所述燃烧后气体中存在的杂质，以去除所述杂质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.12 US 62/132205;2016.03.04 US 15/0612201.一种用于氧化燃烧后气体中的杂质的系统，所述系统包括：氧化器；可操作地连接到所述氧化器的还原器，所述还原器构造成接收所述燃烧后气体；能够在所述氧化器和还原器之间选择性循环的CLOU材料；和其中所述CLOU材料氧化所述燃烧后气体中存在的杂质，以去除所述杂质。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述还原器接收来自化学循环系统的燃烧后气体。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述杂质是C、CO、CH4或H2S。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述CLOU材料是锰、铜或钴。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述CLOU材料是氧化锰。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述CLOU材料连同固体氧载体一起存在。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述还原器可操作地连接到碳捕获系统。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述碳捕获系统包括：脱硫器，气体冷凝器；和气体处理单元。9.一种化学循环系统，所述化学循环系统包括：主化学循环燃烧系统，其燃烧产生含有未燃烧/部分氧化杂质的所得气体的燃料；和用于氧化所述所得气体中的所述部分氧化杂质的燃烧后系统，所述燃烧后系统可操作地连接到所述主化学循环燃烧系统，所述燃烧后系统包括还原器和氧化器，其中CLOU材料在还原器和氧化器之间循环，所述还原器接收来自所述主化学循环燃烧系统的所得气体，以进一步氧化其中的所述未燃烧/部分氧化杂质。10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述未燃烧/部分氧化杂质是C、CO、CH4、H2S。11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述CLOU材料是锰、铜或钴。12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述CLOU材料是氧化锰。13.根据权利要求9所述的系统，其中，所述CLOU材料连同固体氧载体一起存在。14.根据权利要求9所述的系统，所述系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：I阿布杜拉利，SG姜，
申请(专利权)人：通用电器技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH