用于处理输入燃料气体和蒸汽以制造二氧化碳和输出燃料气体的系统和方法技术方案

一种用于处理输入燃料气体和蒸汽以制造单独的CO2和输出燃料气流的方法和系统。所述方法包括以下步骤：将脱碳剂部分用于使至少固体吸附剂与燃料气体和蒸汽发生反应从而从输入燃料气体中除去碳并由所述脱碳剂制造排出气体中的输出燃料气流；将煅烧炉部分用于使来自所述脱碳剂部分的所述固体吸附剂在其中发生反应从而将CO2释放到CO2气流中；其中分别对CO2分压以及所述脱碳剂和煅烧炉部分中的温度进行控制，使得所述脱碳剂部分中的温度高于所述煅烧炉中的温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大致涉及用于处理输入燃料气体和蒸汽以在单独气流中制造ニ氧化碳和输出燃料气体的系统和方法。
技术介绍
消耗大量碳燃料的エ厂如发电厂、水泥厂和钢铁厂越来越多地在它们与燃料成本的挥发性和产品的价格相关的运行中以及在特别是与碳排放相关的监管和市场环境中需要灵活性。在这种情况下，存在要由采用燃料的混合物如煤和天然气的矿物燃料而获得的利益，所述燃料混合物引起通常不引起的排放惩罚、生物质和废弃物。需要更换这种燃料的制造エ艺。这种灵活燃料厂可以以(a)全部碳排放，来自无封存的矿物燃料的燃烧，具有排放惩罚，(b)具有可忽略的排放,来自具有ニ氧化碳(CO2)的封存(sequestration)的矿物燃料的燃烧或者无封存的非矿物燃料的燃烧，(c)负排放，来自具有CO2的封存的非矿物燃料的燃烧中的任何方案来运行，这会是具有排放交易方案的收入的来源。最佳运行条件会因包括来自碳排放的输入和输出价格的市场变化性而在小时到天的时间量程上发生变化。另外，在エ厂使用期限的时间量程中，在长期运行成本中存在另外的不确定性，从而可能使得エ厂不经济，这起因于用于CO2排放的监管环境的变化。在该环境中，需要灵活途径以捕获碳，其中エ厂可以以这些方案的任何方案运行。由于エ业处理工厂的高资本成本，对エ厂使用中的灵活性的需要特别重要。例如，操作者可具有使用燃料输入，诸如各种等级的煤，天然气(NG)，生物质或废弃物的选择。操作者还可以得益于选择包括氢，合成天然气(SNG)的衍生燃料产品和选择是否处理用于封存的ニ氧化碳。需要可以使用各种燃料输入以制造各种燃料输出并具有和不具有碳捕获的灵活性エ艺。下面考虑更具体的实例。ー个手段是减少来自固体燃料如煤的燃耗的CO2排放，生物质和废弃物是来自通过在部分氧化气化器中利用蒸汽和氧将这种固体燃料部分氧化而制造的合成气的预燃烧碳捕获。合成气包含可燃性气体、氢、一氧化碳和少量的甲烷和其他烃。其还包含大量的CO2和蒸汽。在该途径中，通过与蒸汽的水煤气转移反应而产生其他CO2，将其分离、压缩和封存，同时产生氢以作为燃料气流。该エ艺基于用于发电的整体煤气化联合循环(IGCC)系统。据认为，在无CO2捕获的情况下，该エ艺具有几乎最大的发电效率。尽管部分氧化气化技术对于固体燃料源是通用的，但是使用预燃料捕获技术如Benfield分离エ艺和水煤气转移反应的脱ニ氧化碳导致显著的能量损失，且CO2捕获的成本显著。另外，氢难以运输和储存，因此这种系统必须在需要时立刻制造氢。煤炭地下气化由煤层直接制得合成气。在两种情况下，在高压下，通常在超过20巴下发生气化反应，并通过用水淬冷来控制输出温度，但是在气体清除前最佳为约800-900°C，假定850°C。在大部分エ业部分氧化气化器中，将纯氧注入到气化器中。在空气分离単元中从空气中提取压缩氧。在其他部分氧化气化器中，将压缩空气直接引入到气化器中，结果使得合成气也包含惰性气体如氮和気。对于如下脱ニ氧化碳技术存在需求其能够在存在或不存在惰性气体的情况下，以低能量损失对由任何这些エ艺制造的合成气进行脱碳来制造脱碳的氢燃料流以及单独的ニ氧化碳气流。另ー种气化途径是在氢化气化器中利用氢，并经常利用蒸汽将固体燃料氢化气化以制造包含可燃成分甲烷、一氧化碳和氢以及少量的其他烃的燃料气体。可以将称作氢化气体的这种燃料气体部分脱碳以制造供应回氢化气化器中的氢气流，称作合成或代用天然气(SNG)的富甲烷气流以及用于封存的単独CO2流。SNG制造仅是典型地具有约50%脱ニ氧化碳的部分脱ニ氧化碳エ艺，因为SNG携带约50%的初始碳和其他量的C02。氢化气体的脱ニ氧化碳从氢化气体中的CO和CO2中，但是不从甲烷中除去碳，从而确保SNG满足NG的高发热值规格。这种氢化气体的部分脱ニ氧化碳可以将确定的预燃烧捕获技术如Benfield、或胺エ艺与蒸汽和水煤气转移反应结合使用来实现。然而，该エ艺导致了显著的能量损失，因此CO2捕获的成本显著。对于能够以低能量损失将氢化气体部分脱碳来制造氢气流、SNG燃料流和単独的ニ氧化碳气流的脱ニ氧化碳技术存在需求。煤炭地下加氢气化通过注入氢，根据需要利用蒸汽由煤层直接制得合成气。可以如上所述对这种氢化气体进行脱碳。需要减少来自NG、以及由此来自SNG的排放以进ー步减少CO2排放。通常，相对于每单位生成的热能，来自NG/SNG的燃烧的碳排放为由固体燃料的燃烧排放的CO2的约50%以下。来自NG/SNG的燃烧的CO2排放的进ー步減少可以通过例如使用胺技术进行燃烧后的碳捕获来实现。NG/SNG的预燃烧脱ニ氧化碳可以通过对NG/SNG进行蒸汽重整以制造合成气，然后由部分氧化气化器如上面关于合成气所述的对合成气燃料流进行脱ニ氧化碳来实现。这得到了用于燃烧的氢气流和用于封存的単独ニ氧化碳气流。使用例如Benfieldエ艺的蒸汽重整、水煤气迁移和CO2捕获的分离处理步骤具有显著的能量损失。对于能够以低能量损失在单一反应器中对NG/SNG进行脱碳以制造脱碳的氢燃料流和単独的ニ氧化碳气流的脱ニ氧化碳技术存在需求。例如，发电机可以使用来自附近的煤、生物质或废弃物源的固体燃料以由部分氧化气化器来制造合成气，并且还可以从煤气管道或者从煤层提取获得NG。在这种情况下，可以期望具有对合成气或NG进行脱碳以对发电提供连续氢气流的灵活性。在另ー个实例中，选择发电机以由氢化气体制造SNG且发电机可得益于将过量制造的SNG转移到NG管道中，只要获得典型的气体分配系统的气体储存能力即可。这会使得即使对于电カ的需求低，氢化气化器也可以在其最大容量下运行。在该途径中，优选其中可以将脱ニ氧化碳エ艺由制造氢转变为制造SNG，或其可分离的混合物的单步骤エ艺。考虑到关于SNG和CO2的市场，期望地对这种系统进行控制以满足对于电カ的可变需求。因此，存在的需求是提供用于处理可变组成的输入燃料气体如合成气，氢化气体，NG，SNG或它们与蒸汽的混合物以制造具有控制组成的输出燃料气体和单独的CO2气流的系统和方法，其设法解决上述问题中的至少ー种。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种用于处理输入燃料气体和蒸汽以制造単独的CO2和输出燃料气流的系统，所述系统包含脱碳剂部分(脱碳剂区段，decarbonisersegment),其被构造成使得至少ー种固体吸附剂在其中与所述燃料气体和所述蒸汽发生反应从而除去来自所述输入燃料气体的碳并由所述脱碳剂制造排出气体中的所述输出燃料气流；煅烧炉部分(煅烧炉区段，煅烧炉部分，acalciner segment)，其被构造成使得来自所述脱碳剂部分的固体吸附剂在其中发生反应以将作为CO2的碳释放到0)2气流中；其中所述系统被构造成使得分别对CO2分压以及所述脱碳剂部分和煅烧炉部分中的温度进行控制，使得所述脱碳剂部分中的温度高于所述煅烧炉部分中的温度，使得从所述脱碳剂向所述煅烧炉提供热。所述脱碳剂可以被构造成使得所述蒸汽与所述燃料气体中的一氧化碳或者由所述脱碳剂中的所述燃料气体制造的ー氧化碳发生反应，从而制造用于由所述固体吸附剂吸附的CO2。所述脱碳剂可以被构造成使得所述蒸汽与所述燃料气体中的烃发生反应从而制造一氧化碳和CO2中的ー种或两种。所述系统可以进一歩包括用于在所述脱碳剂和煅烧炉部分之间进行热交换的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：马克·杰弗里·西茨，朱利安·韦斯特利·丁斯代尔，
申请(专利权)人：CALIX有限公司，
类型：发明
国别省市：