用于包括甲烷化处理的发电系统和方法技术方案

本申请涉及一种发电系统，所述发电系统适于在使用固体或液体碳氢化合物或含碳燃料时利用碳捕捉实现高效率发电。更具体地，所述固体或液体燃料首先在部分氧化反应器中被部分氧化，所述部分氧化反应器被配置成提供富含甲烷含量的输出流。所产生的部分氧化的流可以被冷却、过滤、附加地冷却，然后作为燃烧燃料被引导到发电系统的燃烧器。部分氧化的流与被压缩的循环CO2流和氧气组合。燃烧流横穿汽轮机被膨胀以便发电并且通过回热式换热器。循环CO2流被压缩并且以有利于对组合系统提供提高的效率的方式穿过回热式换热器和可选的POX换热器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于包括甲烷化处理的发电系统和方法
本专利技术涉及用于产生诸如电的动力的系统和方法。特别地，所述系统和方法可以在燃料部分氧化后提供具有增加的甲烷含量的燃料材料。
技术介绍
基于燃料燃烧的常规发电方法通常缺少同时实现高效率发电和碳捕捉两者的能力。当在燃烧反应中使用固体燃料时，由于燃烧产物流中剩余的固体和惰性氮气含量，该限制被放大。因此，在本领域中存在对用于高效率发电的系统和方法的不断增长的需求，从而允许减少CO2排放和/或提高所产生的二氧化碳隔离的容易性。具有碳捕捉的高效率发电领域的一份公布(授予Allam等人的美国专利No.8,596,075)提供了一种解决方案，在该解决方案中，通过在足够高的压力和温度下在部分氧化反应器中与氧气和可选的蒸汽反应来气化固体燃料，例如煤、褐煤、石油-焦炭(pet-coke)或生物质，以使固体燃料几乎完全转变成气态燃料，所述气态燃料主要包括作为可燃成分的一氧化碳和氢气以及诸如H2S、CS2、羰基硫化物(COS)、HCN和NH3的燃烧产生的杂质。部分氧化的净产物气体被冷却，灰分被分离，并且可选地被压缩以允许其作为燃料被引入到发电系统的燃烧室中。部分氧化系统和发电系统的工作压力可以使得不需要压缩燃料气体。发电系统燃烧器使用燃烧后存在的过量O2进行工作，这确保了燃料和燃烧产生的杂质从还原状态转变为它们的主要包括SO2和NO的氧化形式。部分氧化反应器可以设有以蒸发方式冷却的壁，在大约800℃的温度水平下在灰分移除之前用高压循环CO2气流冷却部分氧化产物气体。部分氧化气体必需进一步冷却到约400℃，以便确保所有细灰颗粒与固化的挥发性无机成分一起冷凝和过滤以防止下游设备的固体沉积、腐蚀和堵塞。部分氧化气体从800℃至400℃的冷却必须在具有用于高压部分氧化气体的管的换热器中进行，所述用于高压部分氧化气体的管由于鲍氏(Boudouard)碳形成反应和部分氧化气体中的高CO分压而抵抗金属涂粉腐蚀。这在下面的式(1)中示出。CO+CO＝C+CO2(1)所述管必须设计成允许定期水洗以除去由存在于尤其是煤和褐煤的固体燃料中的挥发性无机成分的凝聚而得到的固体沉积物。尽管上述公开内容具有进步性，但是其中描述的系统和方法对使用固体燃料作为发电燃烧燃料时出现的问题仍然没有提供最有利的解决方案。因此，仍然需要用于具有碳捕捉的固体燃料的高效燃烧的其它系统和方法。
技术实现思路
本申请提供了一种用于发电的系统和方法，其中固体或液体燃料可以被部分氧化，并且部分被氧化的流可以被传递到发电系统。特别地，所述系统和方法可以被配置成使得部分被氧化的流富含甲烷含量。在一个或多个实施例中，本申请可以提供一种使用部分氧化(POX)系统和发电系统(PPS)的组合发电的方法，所述方法包括：在足以部分氧化固体或液体燃料的条件下，将所述固体或液体燃料、氧气和催化剂在POX反应器中组合并形成包括含有甲烷的燃料气体的POX流；将所述POX流冷却至约500℃或更低的温度；从所述POX流分离固体、熔融金属和酸性气体中的一种或多种；将所述POX流传递到POX换热器，并且通过将所述POX流逆着冷却流冷却至约100℃或更低的温度并形成POX燃料气体流，而从所述POX流排出一定量的热量；使所述POX燃料气体流穿过分离器容器并分离所述POX燃料气体流中存在的任何水的至少一部分；将所述POX燃料气体流压缩到约12MPa或更高的压力；在PPS燃烧器中燃烧所述POX燃料气体以形成处于至少约10MPa的压力和至少约800℃的温度下的燃烧产物流；以及使所述燃烧产物流横穿PPS汽轮机而被膨胀以便发电并形成膨胀的PPS燃烧产物流；其中被压缩的POX燃料气体流的甲烷含量占POX燃料气体流的总体积约20％或更高，优选甲烷含量为约30％或更高、约50％或更高、约60％或更高、约70％或更高、约80％或更高、约90％或更高、或约95％或更高。在其它实施例中，所述发电方法能够关于可以以任何数量和顺序组合的以下陈述中的一个或多个来定义。所述催化剂可以选自由碱金属、碱土金属、过渡金属、它们的化合物、它们的复合物及它们的组合物组成的群组。所述POX反应器可以在约1000℃或更低的温度，优选地，约800℃或更低的温度，或约600℃或更低的温度下工作。所述方法可还包括向所述POX反应器添加蒸汽。对来自所述POX反应器的POX流的冷却可包括使所述POX流逆着冷却流通过对流冷却器，所述冷却流优选可包括以下中的一种或多种：从PPS排出并返回PPS的高压循环流体流；高压水流；氮气流；高压O2和CO2流；POX反应器液体燃料供给流；以及清洁且冷却的POX燃料气体流。从所述POX流分离的固体可包含灰分颗粒、未反应的炭和催化剂中的一种或多种。从所述POX流分离固体、熔融金属和酸性气体中的一种或多种可包括使所述POX流穿过颗粒过滤器和水洗器。在将所述POX流传递到POX换热器的步骤之前，所述方法可包括使所述POX流的至少一部分穿过催化水气体变换反应器，其中所述催化水气体变换反应器配置成将所述POX流中的CO和H2O转变成CO2和H2。离开所述催化水气体变换反应器的POX燃料气体可具有约5:1至约1:1的H2：CO比率。在将所述POX流传递到所述POX换热器的步骤之前，所述方法可包括使所述POX流的至少一部分穿过被配置成将羰基硫化物(COS)转化为H2S的COS水解反应器。通过所述POX换热器的POX流可逆着包含以下一种或多种的冷却流冷却：从PPS排出并返回PPS的高压循环流体流；高压水流；氮气流；高压O2和CO2流；POX反应器液体燃料供给流；以及清洁和冷却的POX燃料气体流。在将所述POX燃料气体流压缩到约12MPa或更高的压力的步骤之前，所述POX燃料气体流的至少一部分可通过汞去除单元和酸性气体去除单元中的一者或两者。所述POX燃料气体流的至少一部分可通过被配置成从所述POX燃料气体除去汞的经活化的、浸渍硫的碳床吸附系统。所述POX燃料气体流的至少一部分可以通过酸性气体去除单元，其中所述酸性气体去除单元被配置为从所述POX燃料气体流中去除H2S和CO2中的至少一种的部分或几乎全部。在将所述POX燃料气体流压缩到约12MPa或更高的压力的步骤之前，所述POX燃料气体流的至少一部分可通过被配置成将CO和H2转变成CH4和H2O的甲烷化单元。所述甲烷化单元可以是催化单元，并且甲烷化可选地可以使用镍基催化剂进行。离开所述甲烷化单元的所述POX燃料气体可具有按体积计约75％或更高的甲烷含量。所述甲烷化单元可因放热的甲烷化反应产生热，并且这样产生的热可经由使离开甲烷化单元的所述POX燃料气体逆着冷却流通过甲烷化后换热器而被吸收，所述冷却流可优选地包括以下中的一个或多个：从PPS排出并返回PPS的高压循环流体流；高压水流；氮气流；高压O2和CO2流；POX反应器液体燃料供给流；以及清洁且冷却的POX燃料气体流。所述方法可包括将所述POX燃料气体流从所述甲烷化单元传递到分离器，在所述分离器中除去所述甲烷化反应器中产生的任何水的至少一部分。在将所述POX燃料气体流压缩到约12MPa或更高的压力的所述步骤之后并且在所述PPS燃烧器中燃烧所述POX燃料气体的所述步骤之前，所述方法可包括经由通过所述POX换热器来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用部分氧化(POX)系统和发电系统(PPS)的组合发电的方法，所述方法包括：在足以部分氧化燃料的条件下，组合POX反应器中的固体或液体燃料、氧气、和催化剂并形成包括甲烷的POX流；冷却所述POX流到大约500℃或更低的温度；从所述POX流分离固体、熔融金属和酸性气体中的一种或多种；将所述POX流传递到POX换热器并且通过逆着冷却流将所述POX流冷却到大约100℃或更低的温度而从所述POX流排出一定量的热，并形成包含甲烷的POX燃料气体流；使所述POX燃料气体流穿过分离器容器，并且分离存在于所述POX燃料气体流中的任何水的至少一部分；将所述POX燃料气体流压缩到大约12MPa或更高的压力；在PPS燃烧器中燃烧所述POX燃料气体以形成处于至少大约10MPa的压力和至少大约800℃的温度的燃烧产物流；和使所述燃烧产物流横穿PPS汽轮机膨胀以便发电并形成膨胀的PPS燃烧产物流；其中，被压缩到大约12MPa或更高压力的POX燃料气体流具有以体积计占所述POX燃料气体流的总体积大约20％或更高的甲烷含量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.18 US 62/296,7301.一种使用部分氧化(POX)系统和发电系统(PPS)的组合发电的方法，所述方法包括：在足以部分氧化燃料的条件下，组合POX反应器中的固体或液体燃料、氧气、和催化剂并形成包括甲烷的POX流；冷却所述POX流到大约500℃或更低的温度；从所述POX流分离固体、熔融金属和酸性气体中的一种或多种；将所述POX流传递到POX换热器并且通过逆着冷却流将所述POX流冷却到大约100℃或更低的温度而从所述POX流排出一定量的热，并形成包含甲烷的POX燃料气体流；使所述POX燃料气体流穿过分离器容器，并且分离存在于所述POX燃料气体流中的任何水的至少一部分；将所述POX燃料气体流压缩到大约12MPa或更高的压力；在PPS燃烧器中燃烧所述POX燃料气体以形成处于至少大约10MPa的压力和至少大约800℃的温度的燃烧产物流；和使所述燃烧产物流横穿PPS汽轮机膨胀以便发电并形成膨胀的PPS燃烧产物流；其中，被压缩到大约12MPa或更高压力的POX燃料气体流具有以体积计占所述POX燃料气体流的总体积大约20％或更高的甲烷含量。2.如权利要求1所述的方法，其中，在所述POX反应器中使用的催化剂选自由碱金属、碱土金属、过渡金属、它们的化合物、它们的复合物、以及它们的组合物组成的群组。3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述POX反应器在大约1000℃或更低的温度下工作。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括将蒸汽添加到所述POX反应器。5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，冷却来自所述POX反应器的所述POX流包括使所述POX流逆着冷却流穿过对流冷却器。6.如权利要求5所述的方法，其中，所述冷却流包括下述中的一种或多种：从所述PPS排出并返回到所述PPS的高压循环流体流；高压水流；氮气流；POX反应器液体燃料供给流；高压O2和CO2流；和清洁且冷却的POX燃料气体流。7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，从所述POX流分离的固体包括灰分颗粒、未反应的炭、和催化剂中的一种或多种。8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，从所述POX流分离固体、熔融金属、和酸性气体中的一种或多种包括使所述POX流穿过颗粒过滤器和水洗器。9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，在将所述POX流传递到所述POX换热器的步骤之前，所述方法包括使所述POX流的至少一部分穿过催化水气体变换反应器，所述催化水气体变换反应器配置成将所述POX流中的CO和H2O转变成CO2和H2。10.如权利要求9所述的方法，其中，离开所述催化水气体变换反应器的所述POX燃料气体具有约5：1到约1：1的H2与CO比率。11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，在将所述POX流传递到所述POX换热器的步骤之前，所述方法包括使所述POX流的至少一部分穿过被配置成将COS转换成H2S的羰基硫化物(COS)水解反应器。12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，穿过所述POX换热器的所述POX流逆着包括下述中一种或多种的冷却流冷却：从所述PPS排出并返回到所述PPS的高压循环流体流；高压水流；氮气流；POX反应器液体燃料供给流；高压O2和CO2流；和清洁且冷却的POX燃料气体流。13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，在压缩所述POX燃料气体流到大约12MPa或更高压力之前，所述POX燃料气体流的至少一部分穿过汞去除单元和酸性气体去除单元中的一者或两者。14.如权利要求13所述的方法，其中，所述POX燃料气体流的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·A·福里斯特，吕锡嘉，
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