绝热钙循环的方法和设备技术

在第一和第二压力容器中应用变压进行气体脱碳的方法和设备，所述第一和第二压力容器均包含吸附剂固定床。在第一压力容器中接收合成气和蒸汽。在第一压力容器中实施碳化反应，使所接收的合成气中的含碳物质与所接收的蒸汽反应以产生二氧化碳和氢。将脱碳后的合成气由第一压力容器排出。在第二压力容器中实施煅烧反应以产生二氧化碳。为第二压力容器提供真空，使得二氧化碳在基本等于分解压力线的压力下从第二压力容器排出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】绝热钙循环的方法和设备本文所使用的章节标题仅用于组织目的，不应被解释为以任何方式限制本申请中描述的主题。相关申请的交叉引用本申请是2015年10月6日提交的题为“AdvancedAdiabaticCalciumLooping”的美国临时专利申请号62/237,709的正常申请。美国临时专利申请No.62/237,709的全部内容通过引用并入本文。简介对二氧化碳温室气体在大气中积累的全球变暖担忧持续增长。大气中的二氧化碳浓度持续升高。化石燃料发电系统的二氧化碳排放是近几十年来大气中二氧化碳增加的主要原凶。与此同时，全球化石燃料的需求和使用量也在持续增长。即使可再生能源和核能方面大幅增加，化石燃料消耗仍不断上升。因此，特别需要高效和有效的低碳技术，尤其是发电和化学品生产。整体煤气化联合循环(IGCC)技术是利用煤炭发电的最清洁的方法。气化产生的杂质比传统燃煤电厂要少得多。IGCC发电厂在涡轮机中燃烧合成气来发电。捕集多余的热量为第二台涡轮提供动力，从而发电更多，以实现高效发电。目前，常见各种固体燃料气化生产化学品，包括化肥、甲醇、柴油和许多其它化学品。气化对环境有利，产生较少污染，减少二氧化碳排放，减少固体废物，和降低用水量。例如参见2016年8月3日提交的题为“All-SteamGasificationwithCarbonCapture”的美国专利申请No15/227,137，该申请亦转让给本受让人。美国专利申请No15/227,137的全部内容在这里作为参考引入。附图说明根据优选和示例性实施方案，在以下结合附图的详细描述中更具体地描述本专利技术及其进一步优点。本领域技术人员将理解下述附图仅用于说明目的。附图不一定按比例，而是通常重在描述专利技术原理。这些附图不以任何方式限制申请人专利技术的范围。图1示出了本专利技术的固定床绝热钙循环设备的一个实施方案的简图。图2示出了本专利技术的多联产系统的实施方案的简化流程框图。图3示出了本专利技术的绝热钙循环和CO2压缩的设备的一个实施方案的工艺流程图。图4示出了本专利技术的绝热钙循环的一个实施方案期间吸附剂的温度循环图线。图5示出了本专利技术的石灰石吸附剂的一个实施方案的CO2蒸气压力与温度的图线。图6示出了本专利技术绝热钙循环方法的一个实施方案中应用的普通未处理石灰石的反应性图线。图7示出了本专利技术绝热钙循环方法的一个实施方案中应用的掺杂有铝酸钙的石灰石的反应性图线。图8示出了在本专利技术绝热钙循环方法的一个实施方案中含有选择的添加剂的颗粒的示意图，其中所述添加剂在高温下增加吸附剂的渗透性。图9示出了在本专利技术绝热钙循环方法的一个实施方案中在碳捕集循环过程中吸附剂反应性作为吸附剂温度变化函数的图线。图10示出了本专利技术绝热钙循环设备的蜂窝状整块材料的一个实施方案的横截面示意图。图11示出了本专利技术绝热钙循环设备的蜂窝状整块材料块床层的一个实施方案的示意图。图12示出了本专利技术绝热钙循环设备中包含平行的吸附剂床层的压力容器的一个实施方案的示意图。图13示出了在本专利技术绝热钙循环方法的一个实施方案中薄层吸附剂煅烧和碳化响应时间的图线。图14示出了在本专利技术绝热钙循环设备的一个实施方案中沿吸附剂块的流路吸附剂温度波动的一个实施方案的示意图。图15示出了在本专利技术绝热钙循环方法的一个实施方案中导致97％碳捕集时合成气中CO2的分压与吸附剂内部压力的比较图线。图16示出了在本专利技术绝热钙循环方法的一个实施方案中利用吸附剂强化反应的蒸汽甲烷重整图线。图17A示出了本专利技术绝热钙循环设备的一个实施方案中在煅烧结束时在反应器正常操作期间的简化流程示意图。图17B示出了本专利技术绝热钙循环设备的一个实施方案中在碳化结束时在反应器正常操作期间的简化流程示意图。图18A示出了在本专利技术绝热钙循环设备的一个实施方案中一个循环期间的简化流程示意图。图18B示出了在图18A所示的本专利技术绝热钙循环设备的一个实施方案中另一个循环期间的简化流程示意图。具体实施方案按照优选和示例性的实施方案，本专利技术及其进一步优点在如下详细描述中结合附图更具体地进行阐述。本领域熟练技术人员将会理解下述附图只为描述目的。附图不必按比例，而是重点在描述本专利技术的原理。附图不以任何方式限制申请人的专利技术范围。说明书中提及“一个实施方案”或“实施方案”意味着结合该实施方案描述的特定特征、结构或特性在本专利技术的至少一个实施方案中。说明书中多处出现的短语“在一个实施方案中”不一定都指同一实施方案。应该理解，本专利技术方法的各个步骤可以以任何顺序和/或同时进行，只要专利技术可操作即可。此外，应该理解，本专利技术的装置和方法可以包括任何数量或所有描述的实施方案，只要专利技术可操作即可。现在将参考附图中所示的示例性实施方案来更详细地描述本专利技术。尽管结合各种实施方案和实施例描述本专利技术，但本专利技术不限于这些实施方案。相反，如本领域技术人员将理解的，本专利技术涵盖各种替代、调整和等同方案。接触本专利技术的本领域普通技术人员将认识到在本文所描述的本专利技术范围内的其它实施方式、调整和实施方案以及其它应用领域。本专利技术涉及绝热变压吸附的固定床碳捕集系统，用于从合成气或联合循环电站、燃料液化装置或多联产装置的固体或液体化石燃料的燃烧产物中脱除碳化合物。本专利技术的方法和设备可以用于从燃烧产物的加压物流中脱除二氧化碳。本专利技术的方法和设备也可以用于脱除二氧化碳，或者用于提供水煤气变换反应，其中蒸汽将一氧化碳转化为氢和二氧化碳。另外，本专利技术的方法和设备可以用于转化甲烷为二氧化碳和氢，所有这三个过程在同一容器中发生。本专利技术的方法和设备适用于常规气化系统，其中将空气或氧引入产生合成气的室中。替代地，本专利技术的方法和设备可以应用间接气化器，其中提供单独的室或容器，一个用于燃烧而另一个用于气化，其中通过循环热固体将燃烧产生的热转移至气化器。在一些实施方案中，将本专利技术方法和设备捕集的CO2冷却、压缩并用管道送走，用于在盐碱地隔离或用于强化油采收(EOR)或其它用途如干甲烷重整。本专利技术系统与现有技术系统的明显区别在于在不同压力和温度下操作的容器间循环吸附剂。由于循环过程中温度变化较小，本专利技术也是对现有技术系统的改进。用于由IGCC和其它煤气化系统捕集碳的常规技术为胺基系统如Selexol或Rectisol。这两者都应用液体物流从合成气中吸收二氧化碳(CO2)，所述液体物流随后在单独的反应器中利用蒸汽提供的热进行再生。所述碳捕集系统前面设置有变换反应器，所述变换反应器将合成气中的CO转化为氢和CO2。然后CO2被酸性气体系统捕集。大多数现有技术钙循环的开发用于燃烧后碳捕集用途，由此两个反应器处于相同压力但不同温度下，这种方法称为变温钙循环。在变温钙循环中，通常应用两个流化床反应器。一个流化床反应器烧燃料以提供煅烧热，而另一个具有用于吸收碳化热的冷却器。变温钙循环的问题包括在煅烧器中需要大量的热，其可能是电站所用能量的三分之一。所述热被碳化器中的换热器回收。这些换热器较大且较贵。由换热器回收的热用于蒸汽透平中，但其发电效率低于所述热如果被IGCC应用时的效率。现有技术的变温钙循环的第二个限制是吸附剂颗粒的高磨损率，其中约60％的吸附剂在仅一天的时间内损失。除了水泥装置外(其中磨损材料之后可用于水泥窑中)，在所有应用中这种消耗都是不可能的。现有技术的变温钙循本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于气体脱碳的系统，其中应用变压和一对固定床加压反应器的，所述系统包括：a)包括多个阀门和具有接收合成气和蒸汽的至少一个入口的入口气体总管；b)包括第一和第二压力容器的一对压力容器，第一和第二压力容器每一个均包括：i.吸附剂固定床；ii.连接至入口气体总管出口的入口；和iii.出口；c)包括多个阀门并具有连接至第一压力容器出口的第一入口和连接至第二压力容器出口的第二入口的出口气体总管；d)具有连接至入口气体总管的至少一个出口和连接至出口气体总管的至少一个出口的阀门控制器，所述阀门控制器控制入口和出口气体总管每一个中的多个阀门，从而当第一或第二压力容器一个中的吸附剂固定床被二氧化碳饱和时，驱动至少一个阀门以通过出口总管排出二氧化碳，和驱动至少一个阀门以在第一和第二压力容器的另一个中产生真空，从而排出脱碳后的气体；和e)包括连接至出口气体总管接口的入口接口的压缩机，所述压缩机为出口气体总管提供足够的真空，从而当第一或第二压力容器排出CO2时，它们的分压低于碳酸钙的分解线。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.06 US 62/237,7091.用于气体脱碳的系统，其中应用变压和一对固定床加压反应器的，所述系统包括：a)包括多个阀门和具有接收合成气和蒸汽的至少一个入口的入口气体总管；b)包括第一和第二压力容器的一对压力容器，第一和第二压力容器每一个均包括：i.吸附剂固定床；ii.连接至入口气体总管出口的入口；和iii.出口；c)包括多个阀门并具有连接至第一压力容器出口的第一入口和连接至第二压力容器出口的第二入口的出口气体总管；d)具有连接至入口气体总管的至少一个出口和连接至出口气体总管的至少一个出口的阀门控制器，所述阀门控制器控制入口和出口气体总管每一个中的多个阀门，从而当第一或第二压力容器一个中的吸附剂固定床被二氧化碳饱和时，驱动至少一个阀门以通过出口总管排出二氧化碳，和驱动至少一个阀门以在第一和第二压力容器的另一个中产生真空，从而排出脱碳后的气体；和e)包括连接至出口气体总管接口的入口接口的压缩机，所述压缩机为出口气体总管提供足够的真空，从而当第一或第二压力容器排出CO2时，它们的分压低于碳酸钙的分解线。2.权利要求1的用于气体脱碳的系统，其中在第一和第二压力容器每一个中的吸附剂固定床均进行吸附剂强化的水煤气变换反应。3.权利要求2的用于气体脱碳的系统，其中在第一和第二压力容器每一个中的吸附剂固定床均进行蒸汽甲烷重整。4.权利要求1的用于气体脱碳的系统，其中所述吸附剂固定床包括吸附剂整块材料，所述材料包括脱除CO2的垂直蜂窝状通道。5.权利要求1的用于气体脱碳的系统，其中所述吸附剂固定床包括氧化钙与化学惰性组分的混合物。6.权利要求5的用于气体脱碳的系统，其中选择化学惰性组分的量以保持吸附剂固定床处于预定温度下。7.权利要求5的用于气体脱碳的系统，其中所述吸附剂固定床包括达到预定反应性的添加剂。8.权利要求1的用于气体脱碳的系统，其中所述吸附剂固定床包括铝酸钙与化学惰性组分的混合物。9.权利要求1的用于气体脱碳的系统，其中所述吸附剂固定床包括白云石。10.权利要求1的用于气体脱碳的系统，其中所述吸附剂固定床包括吸附剂材料的小球。11.权利要求1的用于气体脱碳的系统，其中所述吸附剂固定床包括纤维来增加强度。12.权利要求1的用于气体脱碳的系统，其中入口气体总管的至少一个入口与合成气净化系统的出口相连。13.权利要求1的用于气体脱碳的系统，还包括具有连...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·沃尔姆塞尔，J·帕克斯，D·M·托德，
申请(专利权)人：沃姆泽能源解决方案股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US