整体气化联合循环全套设备的最小含硫气体排放制造技术

本发明专利技术公开了具有极小含硫气体排放、此外同时减少污染物例如一氧化碳、硫化氢和氧化氮释放的汽化器与整体气化联合循环全套设备的起动、运行和关闭的方法。所述方法通过使用无硫原料起动并洗涤任何可排放的含硫气体使其不含硫污染物，然后将这种气体释放到大气中来完成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】整体气化联合循环全套设备的最小含硫气体排放
技术介绍
本申请要求2008年7月30日提交的美国临时专利申请系列号61/084，774的权 益，所述临时专利申请在此以其全文引为参考。本专利技术涉及气化反应器与整体气化联合循环(“IGCC”)全套设备的起动、运行和 关闭的系统和方法。气化首先被用于生产“城市煤气”，用来照明和加热。此外，在过去，煤和其他烃类 被气化以用于生产各种化学品和合成燃料。更近些时候，气化技术已被用于在IGCC全套设 备中产生电力，其中使用氧气或空气通过部分氧化将煤或其他烃类气化得到合成气。典型 情况下，然后将这种合成气脱去颗粒物、硫化合物和氮化合物例如NOx化合物，并随后通入 燃气轮机，合成气在那里燃烧。此外，得自燃起轮机的热废气通常被通入热回收蒸汽发生 器，在那里产生蒸汽以驱动汽轮机。然后从燃气轮机和汽轮机产生电能。这些IGCC全套设 备也可被设计用于生产氢气并捕获CO2，从而减少温室气体排放。因为在燃烧前已从合成气 中除去造成温室气体排放的组分，因此IGCC全套设备产生非常低水平的空气污染物，例如 NOx, SO2、颗粒物质和挥发性汞。正如上面提到的，任何烃类都可以被气化，即部分燃烧，其与燃烧的区别在于使用 了少于燃烧固体所需的化学计算量的氧气。一般来说，氧气供应量被限制在完全燃烧所需 氧气的约20%到70%。含烃原料与受限量的氧气的反应导致形成氢气、一氧化碳以及一些 水和二氧化碳。固体例如煤、生物质、炼油厂残渣、消化池污泥和其他含碳材料，可用作气化 器的原料。最近，石油焦已被用作IGCC的固体烃类原料。典型的气化器在非常高的温度下运行，例如约1000°C到约1400°C范围内以及超 过1600°C的温度。在如此高的温度下，原料中的任何惰性物质都被熔化并流到气化容器的 底部，在那里形成惰性熔渣。以空气或氧气供料的气化器有三种基本类型。具体来说，气 化器根据性质可以分成移动床、夹带床或流化床。移动床气化器一般以逆流的方式与燃料 接触。简单来说，含碳燃料被进料到反应器的顶部，其在那里以逆流的方式与氧气、蒸汽和 /或空气接触，直到发生反应形成合成气。在夹带床气化器中，燃料或含烃原料以并流方式 与氧化性气体接触，直到产生合成气，合成气存在于反应器顶部，同时熔渣流到反应器的底 部。最后，在流化床气化器中，含烃燃料或原料随着蒸汽/氧气向上通过，其在那里悬浮直 到发生气化反应。IGCC全套设备中的气化器与空气分离装置(“ASU”)、气体纯化或净化系统例如酸 性气体脱除(“AGR”)过程以及联合循环电厂或作为燃气轮机装置的“电力组块”整体化。 ASU被用于分离空气，以便可以将纯氧气物流送至气化器。为了将由气化器产生的合成气转化成氢气燃料用于发电和/或氢气销售两者，得 自气化组块或气化器的合成气必须被变换，以将合成气中的CO和水转化成(X)2和氢气。水 煤气变换反应是CCHH2O — C02+H2CO变换技术通常使用在常规的氢气和氨工厂中。当通过气化产生合成气时，CO变换装置典型地位于硫脱除装置的上游，因此使用“酸性”变换催化剂。变换催化剂可以是基 于钴-钼的催化剂，其可以从许多供应商处直接商购。催化剂的寿命典型为三年。对于高 等级的CO2捕获来说，可能需要附加的变换阶段。得自高度放热的变换反应的热能可以通 过产生蒸汽用于工厂内部消费来有效利用。正如上面提出的，这种“变换反应”广泛应用于精炼和石油化学工业中。利用酸 性变换技术的气化工厂的实例包括路易斯安那州的ConventHydrogen工厂、北达科他州的 Dakota Hydrogen工厂和堪萨斯州卡非威里石油焦气化工厂。卡非威里的工厂利用气化技 术生产氨和CO2。当使用IGCC全套设备捕获(X)2时，捕获的(X)2如果要注射到油田中用于强化采油， CO2必须满足压缩和注射的纯度标准。通过将原始含硫合成气体中的几乎所有CO变换成二 氧化碳和氢气，然后在下游AGR装置中回收得到的合成气中的几乎所有C02，可以实现极高 程度的碳捕获。在本文所考虑的IGCC全套设备中，得自变换反应器的变换后的合成气流出物被 通到酸性气体脱除装置。适合的酸性气体脱除装置可以是由Lurgi AG或Linde AG专卖 的甲醇吸收法脱酸性气过程(Rectisol Process) 0甲醇吸收法脱酸性气过程使用物理溶 剂，与基于胺的除酸溶剂不同，后者依赖于与酸性气体的化学反应。尽管可以使用任何酸 性气体脱除过程，但由于以下原因，优选使用甲醇吸收法脱酸性气过程(1)合成气的高压 力，以及( 工艺已得到证明的下述能力(i)在处理过的燃料气体流出物中获得非常低 (< 2ppmv)的硫水平，(ii)同时产生适合于克劳斯法硫回收装置(“SRU”)的酸性气体， 以及(iii)适合用于强化采油(“E0R”)应用的CO2物流。为了使用催化剂降低燃气轮机 (“GT”)废气中的CO和N0X，需要在GT中具有超低的硫含量，这是因为硫化合物与选择性 催化还原(SCR)过程中使用的氨反应，形成附着于催化剂和热回收蒸汽发生器(“HRSG”) 管表面上的粘性颗粒物。甲醇吸收法脱酸性气过程也能从合成气中除去几乎所有C0S，从而 消除了对上游水解反应器的需要，不然的话将需要所述水解反应器将合成气中的COS转化 成H2S。通过用于富吐合成气的甲醇吸收法脱酸性气装置并联合使用CO氧化催化剂与SCR 所获得的深度硫脱除，使电力组块能够实现与燃烧天然气的联合循环电厂相当的N0x、C0和 SO2排放水平，并且(X)2排放低得多。正如上面提到的，甲醇吸收法脱酸性气过程是纯粹的物理吸附过程，其在低温下 进行，并且高操作压力对其有利。吸附介质是甲醇。从气体向甲醇溶剂的传质由相应成分在 气体与溶剂表面之间的浓度梯度所驱动，浓度梯度由溶剂对该成分的吸附平衡所支配。被 吸附的化合物通过闪蒸(解吸附)和附加的热再生从溶剂中被脱除，以便溶剂可用于新的 吸附。将(X)2从高压合成气体中除去与将其从大气压力下的氮气稀释烟道气中除去相比的 相对容易性，已被广泛认识到是气化与燃烧技术相比的重要好处之一。取决于工艺装置整体性，通过这种IGCC全套设备产生的(X)2的纯度在97到99% +之间，仅含有其他存在的少量痕迹的化合物。需要这种纯度水平是出于几个原因。首先， 产物必须具有非常低的水含量，以最小化或减少对压缩设备、管线、注射/再注射设备和实 际钻井本身中使用的钢具有非常高腐蚀性的碳酸的形成(水+(D2 =碳酸)。其次，总硫含 量被限制在30ppmv或更低，以进一步将腐蚀问题降到最小，并减轻在机械故障或排放的情 况下对工人或公众的任何健康影响。第三，产物中的氮气被限制到低于约2体积％，因为过量的氮气可能显著抑制EOR并永久螯合C02。甲醇吸收法脱酸性气装置可用于在两种压力水平——大气压力和约3个大气压 下，产生高纯度C02。EOR运行需要2，OOOpsig (13. 79MPa)的CO2压力，所以需要高于该水平 的CD2压缩。CD2在约1，IOOpsig (7. 58MPa)下进入浓集的超临界相，因此其在整个(X)2管线 中保持在单一相中。甲醇吸收法脱酸性气过程的酸性气体脱除装置还产生含有吐3的酸性 气体物流。在本文考虑的I本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．用于起动和关闭整体气化联合循环全套设备的方法，其中整体气化联合循环全套设备包含合成气生产区、变换／低温气体冷却区、酸性气体脱除区、硫回收区和联合循环电力组块区，其中每个区具有至少一个与其相连的泄料导管，其中整体气化联合循环全套设备使用不含污染物例如含硫化合物的含烃原料起动，并且其中所述起动或关闭使用无硫或低硫骤燃来进行，所述方法包括下列步骤：（ａ）从正在起动或关闭的适用区回收任何含硫流出物物流；（ｂ）在排放这些含硫气体或使其骤燃之前洗涤这些含硫气体，以减少在起动或关闭期间含硫污染物的含量；（ｃ）从整体气化联合循环全套设备中正在起动的适用区回收脱硫还原性流出物物流；（ｄ）将得自正在起动的适用区的脱硫还原性流出物物流通过适用区下游的至少一个泄料导管；（ｅ）将从步骤（ｃ）中的泄料导管回收的脱硫还原性物流通到骤燃装置或排气口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：玛丽亚·巴尔马斯，
申请(专利权)人：氢能量国际有限公司，
类型：发明
国别省市：GB