能移走CO₂并產(chǎn)生H₂的熱固體氣化器的制作方法

專利名稱：能移走CO₂并產(chǎn)生H₂的熱固體氣化器的制作方法
能移走CO2并產(chǎn)生H2的熱固體氣化器本申請是申請日為2004年5月24日，申請?zhí)枮?00480014652.5的、發(fā)明名稱和本發(fā)明相同的發(fā)明專利申請的分案申請。
背景技術(shù)：
本發(fā)明主要涉及一種產(chǎn)生H2的裝置。更具體地，本發(fā)明涉及一種利用礦物燃料、 生物質(zhì)、石油焦或其他任何含碳燃料來為發(fā)電提供H2的裝置，該裝置能最大程度地減少或完全消除二氧化碳(CO2)的排放。礦物燃料發(fā)電站通常采用蒸汽渦輪機(jī)來將熱能轉(zhuǎn)變成電能。新的蒸汽發(fā)電站的轉(zhuǎn)變效率能超過40% LHV。新的超臨界蒸汽鍋爐設(shè)計采用新的材料，允許更高的蒸汽溫度和壓力，提供接近50% LHV的效率并有望得到進(jìn)一步改進(jìn)。聯(lián)合循環(huán)氣體渦輪機(jī)(CCFT)上取得顯著進(jìn)步。氣體渦輪機(jī)可比蒸汽渦輪機(jī)承受高得多的入口溫度。這個因素在整體效率上產(chǎn)生了相當(dāng)大的提高。目前正在建造的最新設(shè)計可以達(dá)到超過60% LHV的效率。所有這些在效率上的改進(jìn)都轉(zhuǎn)化成了以每百萬瓦特為基礎(chǔ)的單位排放的減少。盡管通過能量轉(zhuǎn)變和應(yīng)用效率的提高能夠顯著減少CO2的排放，但對于保持空氣中的CO2穩(wěn)定來說可能是不夠的。因此，也有許多工作直接致力于捕獲和螯合礦物燃料發(fā)電廠排放的C02。CO2的螯合需要以CO2和空氣隔離的方式來將CO2儲存或應(yīng)用。CO2的捕獲可以在燃料燃燒之前或之后進(jìn)行。在燃料燃燒過程中可最大程度減少CO2的產(chǎn)生?？梢酝ㄟ^從烴類燃料中提取H2將燃料在燃燒之前脫碳，在此過程中CO2被捕獲而 H2接著被燃燒掉。蒸汽的再次形成、氣化和部分氧化都是這種過程的示例。最有前途的脫碳方法是通過氣化-聯(lián)合循環(huán)聯(lián)合裝置(IGCC)。通過氣化-聯(lián)合循環(huán)聯(lián)合裝置，煤被氣化產(chǎn)生一種合成氣體，此合成氣體然后經(jīng)催化水煤氣轉(zhuǎn)變來提高CO2的濃度。經(jīng)轉(zhuǎn)變的合成氣體被驟冷，CO2與溶劑如selexol (聚乙二醇的二甲醚混合物)一起在類似于胺的煙道氣洗滌工藝中被移走。分離出的CO2經(jīng)過干燥，隨后被壓縮到超臨界條件以備管道輸送。經(jīng)洗滌的合成氣體(現(xiàn)在已經(jīng)富含H2)在燃燒渦輪機(jī)中燃燒而從氣化驟冷和GT煙道氣產(chǎn)生的廢熱被回收來產(chǎn)生蒸汽并供給蒸汽渦輪機(jī)。由于CO2已被從濃縮和加壓的合成氣流中移走，因此增加的基本費(fèi)用和能量損失低于從煙道氣中捕獲C02。Parsons Engergy and Chemical Group, Inc.的一個研究顯示增加的能量損失大約為14%，而移走CO2的成本大約為$18/ 噸(Owens 等，2000)。礦物燃料在O2/回收的煙道氣中的燃燒通過采用純氧或富氧而不是空氣來實施， 免除了捕獲CO2的需要。由于生產(chǎn)純氧對能量需求大，采用這個工藝會遭受相當(dāng)大的能量損失?；蛘?，在空氣中燃燒后可以通過各種技術(shù)來完成CO2的分離。目前建立得最好的方法是在吸收-汽提工藝中采用胺溶劑洗滌從煙道氣氣流中移走co2。這種工藝已被工業(yè)化應(yīng)用到燒煤鍋爐來生產(chǎn)工業(yè)或食品業(yè)用的co2。遺憾地，這需要相當(dāng)大的基本投資。溶劑再生需要的能量大大的減小了發(fā)電廠的效率。在已被應(yīng)用到美國通用鍋爐的胺洗滌技術(shù)上的研究表明基本投資與發(fā)電廠的最初投資差不多且能量效率減少了 41%。發(fā)明概述
簡要地說，本發(fā)明的一個優(yōu)選的形式是一種用于從碳質(zhì)燃料中生產(chǎn)氣體產(chǎn)物的氣化器，該氣化器包含具有放熱氧化反應(yīng)器和吸熱還原反應(yīng)器的第一化學(xué)加工回路。該氧化反應(yīng)器具有CaS入口、熱空氣入口和CaSO4/廢氣出口。還原反應(yīng)器具有與上述氧化反應(yīng)器的CaSO4/廢氣出口流體相通的CaSO4入口、與上述氧化反應(yīng)器的CaS入口流體相通的CaS/ 氣體產(chǎn)物出口和用于接收碳質(zhì)燃料的原料入口。在氧化反應(yīng)器中，CaS在空氣中被氧化而生成熱的CaSO4,此熱的CaSO4被排送到還原反應(yīng)器中。在還原反應(yīng)器中接收的熱CaSO4和碳質(zhì)燃料利用CaSO4所帶的熱量進(jìn)行吸熱反應(yīng)，碳質(zhì)燃料從CaSO4中奪去氧而生成CaS和氣體產(chǎn)物。CaS被排送到氧化反應(yīng)器中而氣體產(chǎn)物從第一化學(xué)加工回路被排放出來。當(dāng)氣體產(chǎn)物為富含CO的合成氣體時，此氣化器還包含具有水煤氣轉(zhuǎn)變反應(yīng)器的第二化學(xué)加工回路，所述水煤氣轉(zhuǎn)變反應(yīng)器具有與還原反應(yīng)器的CaS/氣體產(chǎn)物出口流體相通的合成氣體入口。所述轉(zhuǎn)變反應(yīng)器還具有CaO入口、用于接收氣態(tài)H2O的蒸汽入口和顆粒出口。煅燒爐具有與所述轉(zhuǎn)變反應(yīng)器的顆粒出口流體相通的CaCO3入口和與所述轉(zhuǎn)變反應(yīng)器的CaO入口流體相通的CaO出口。合成氣體中的CO與氣態(tài)H2O反應(yīng)生成H2和CO2, CO2被CaO捕獲，發(fā)生形成熱CaCO3的放熱反應(yīng)，所述熱CaCO3被排送到煅燒爐中，在煅燒爐中CaCO3帶來的熱量被用于從CaO奪去CO2的吸熱反應(yīng)，且CaO從煅燒爐中被排送到轉(zhuǎn)變反應(yīng)器。轉(zhuǎn)變反應(yīng)器也可具有用于接收碳質(zhì)燃料的燃料入口。在這種情況下，合成氣體中的CO和碳質(zhì)燃料與氣態(tài)H2O反應(yīng)生成H2、C02和部分脫碳的熱碳質(zhì)顆粒,該熱碳質(zhì)顆粒被排送到還原反應(yīng)器中。氧化反應(yīng)器也可以具有傳熱材料顆粒入口和傳熱材料顆粒出口且煅燒爐也可具有與氧化反應(yīng)器的傳熱材料顆粒出口流體相通的傳熱材料顆粒入口和與氧化反應(yīng)器的傳熱材料顆粒入口流體相通的傳熱材料顆粒出口。從氧化反應(yīng)器排放的熱CaSO4被用于煅燒爐中的吸熱反應(yīng)且冷卻的CaSO4被從煅燒爐排放到氧化反應(yīng)器。轉(zhuǎn)變反應(yīng)器還包括用于將H2從氣化器排放出來的H2出口。轉(zhuǎn)變反應(yīng)器的顆粒出口包括用于從轉(zhuǎn)變反應(yīng)器排放重質(zhì)顆粒的重質(zhì)顆粒出口和用于從轉(zhuǎn)變反應(yīng)器排放H2和輕質(zhì)顆粒混合物的輕質(zhì)顆粒出口。與轉(zhuǎn)變反應(yīng)器輕質(zhì)顆粒出口流體相通的分離器將輕質(zhì)顆粒與H2分離，從氣化器將H2排放出來并將一部分輕質(zhì)顆粒排放到還原反應(yīng)器的輕質(zhì)顆粒入口，將另一部分排放到煅燒爐的CaCO3入口。還原反應(yīng)器也可包括與轉(zhuǎn)變反應(yīng)器的顆粒出口流體相通的碳?xì)饣?char gasifier),與碳?xì)饣髁黧w相通的碳燃燒室和與碳燃燒室和氧化反應(yīng)器的CaS入口流體相通的碳完全燃燒箱。碳?xì)饣靼ㄅc轉(zhuǎn)變反應(yīng)器重質(zhì)顆粒出口流體相通的重質(zhì)顆粒入口和與分離器流體相通的輕質(zhì)顆粒入口且碳?xì)饣鞯臒釟怏w出口與轉(zhuǎn)變反應(yīng)器的熱氣體入口流體相通。碳?xì)饣鞯奶汲隹诤蜔釟怏w入口與碳燃燒室的碳入口和熱氣體出口流體相通。碳燃燒室的碳出口和熱氣體入口與碳完全燃燒箱的碳入口和熱氣體出口流體相通。碳完全燃燒箱包括與氧化反應(yīng)器的CaS入口流體相通的CaS出口。從氧化反應(yīng)器的CaSO4/廢氣出口出來的熱CaSO4被供應(yīng)到碳完全燃燒箱和碳燃燒室并可供應(yīng)到碳?xì)饣骱?或轉(zhuǎn)變反應(yīng)器。煅燒爐可包括具有CaCO3入口和CaO出口的煅燒爐容器和與煅燒爐容器流體相通的燃燒室，該燃燒室具有空氣入口和CaS入口?？諝夂虲aS在燃燒室中燃燒產(chǎn)生熱的吸附劑顆粒，所述熱吸附劑顆粒被排放到煅燒爐容器，吸附劑顆粒的熱量將CaCO3煅燒產(chǎn)生CaO 和C02。燃燒室和煅燒容器中間放置沉降室，這樣夾帶在從燃燒室排放出的煙道氣中的熱吸附劑顆粒進(jìn)入沉降室，在這里熱的重質(zhì)吸附劑顆粒從煙道氣中沉降出來并進(jìn)入煅燒爐。煙道氣及其夾帶的輕質(zhì)吸附劑顆粒被排放到第一分離器，在這里細(xì)的吸附劑顆粒從煙道氣中分離出來。通過煅燒CaCO3產(chǎn)生的CaO和CO2從煅燒爐容器中被排放到第二分離器中。通過煅燒CaCO3產(chǎn)生的CO2也通過旁路管道排放。一個旁路閥控制分離器與旁路管道之間的 CO2流量分配，從而限制到分離器的CO2的出口速度以防止在出口 CO2中帶有重質(zhì)吸附劑顆粒。第二分離器將CaO排放到轉(zhuǎn)變反應(yīng)器。本發(fā)明的一個目的在于提供一種氣化器，該氣化器在無需氧氣設(shè)備的情況下可生產(chǎn)中等熱值的合成氣體。本發(fā)明還一個目的在于提供一種氣化器，該氣化器能捕獲在生產(chǎn)中等熱值的合成氣體過程中產(chǎn)生的二氧化碳且比常規(guī)方法更有效。通過以下圖片和說明書的描述，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將變得顯而易見。附圖
概述參照附圖，本發(fā)明的許多國的和優(yōu)點對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將變得顯而易見， 在附圖中圖I是本發(fā)明的能夠移走CO2并產(chǎn)生H2的氣化器的第一個實施方案的簡圖；圖2是圖I的煅燒爐的簡圖；圖3是本發(fā)明的能夠移走CO2并產(chǎn)生H2的氣化器的第二個實施方案的簡圖。圖4是圖3中燃料流路的簡圖。優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述參考附圖，在這幾幅附圖中，相同數(shù)字代表相同的部分，本發(fā)明的氣化器一般編號為10。氣化器10包括化學(xué)加工回路和熱加工回路，在化學(xué)加工回路中鈣基化合物被“循環(huán)” 來從空氣中提取氧且CO2從轉(zhuǎn)化得到的合成氣體中被提取出來而得到H2，在熱加工回路中固體顆粒將放熱氧化反應(yīng)的熱傳遞給吸熱還原反應(yīng)。如圖I所示，第一化學(xué)加工回路是硫化鈣/硫酸鈣(CaS/CaS04)回路12。CaS/CaS04 回路12中的加工設(shè)備包括放熱氧化反應(yīng)器14、吸熱還原反應(yīng)器16和熱交換器18。如下面更詳細(xì)的描述，這些CaS/CaS04回路12中的主要組件14、16和18通過常規(guī)管道、管件和原料傳輸設(shè)備連接。硫化鈣和熱空氣沿著路線20、22通過入口 24、26進(jìn)入氧化反應(yīng)器14，在這里CaS在1600 2300° F的溫度下被氧化形成CaSO4, CaSO4在位置28通過出口 30從氧化反應(yīng)器被排放出來。在分離器31中CaSO4與沿著線路22進(jìn)入回路12的空氣中廢氣成分(主要為N2) 分離。經(jīng)氧化反應(yīng)器14的放熱反應(yīng)加熱的CaSO4和含碳燃料(優(yōu)選煤)沿著路線28、90通過入口 32、34進(jìn)入還原反應(yīng)器。在1200 2000° F的溫度下進(jìn)行的吸熱反應(yīng)中，煤從硫酸鈣奪去氧生成硫化鈣以及富含一氧化碳(CO)和H2的合成氣體。CaS經(jīng)出口 38從還原反應(yīng)器被排放出來，沿著路線36被排送至分離器37,在分離器37中CaS與合成氣體分離,并被排放到氧化反應(yīng)器14的入口 24。回路12至此結(jié)束。可在還原反應(yīng)器16中放置熱交換單元39來產(chǎn)生蒸汽。沿著路線40被添加到煅燒爐42 (以下更詳細(xì)描述)的碳酸鈣(CaCO3)的一部分沿著路線44(如同CaO —樣)被輸送到第一化學(xué)加工回路12來捕獲與燃料結(jié)合的硫形成 CaSO40超過回路需求的CaSO4沿著路線46從氧化反應(yīng)器14或還原反應(yīng)器16排放出來以維持化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)量平衡。捕獲與燃料結(jié)合的硫來生成CaSO4的不斷需求再生了用于第一化學(xué)加工回路12中的鈣化合物，從而保持著高的化學(xué)活性。取決于質(zhì)量流速，CaSO4的熱量可足夠維持放熱氧化反應(yīng)器14和吸熱還原反應(yīng)器 16之間熱平衡。如果CaSO4的質(zhì)量流速不足維持熱平衡，可將惰性鋁土(Al2O3)顆粒在氧化反應(yīng)器14和還原反應(yīng)器16之間沿著路線28、36、20循環(huán)來增加傳熱介質(zhì)的總質(zhì)量。熱交換器18包括具有合成氣體和廢氣入口以及空氣出口的熱終端48、具有合成氣體和廢氣出口以及空氣入口的冷終端50和放置在熱終端和冷終端之間的限定合成氣體入口和出口之間、廢氣入口和出口之間以及空氣入口和出口之間流動通道的傳熱物料。合成氣體(CO)入口與還原反應(yīng)器16的合成氣體出口連接，廢氣入口與氧化反應(yīng)器14的廢氣出口連接而空氣出口與氧化反應(yīng)器14的空氣入口連接。合成氣體和廢氣的熱量通過熱交換器18的傳熱物料傳給了輸送到氧化反應(yīng)器的空氣，從而提高了氧化反應(yīng)器14中放熱反應(yīng)的效率。在第一化學(xué)加工回路12中，輸送到煤的空氣中的氧的量只能滿足部分氧化。在這種情況下，最終產(chǎn)物是適于氣體渦輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)的、不含硫的富含C0( > 300Btu/ft3)的合成氣體?；蛘?，當(dāng)供應(yīng)的氧的量能滿足所有煤的燃燒時，則回路起著最終產(chǎn)品為純C02和蒸汽的燃燒系統(tǒng)的作用。第二化學(xué)加工回路是石灰/碳酸鈣(Ca0/CaC03)回路52。Ca0/CaC03回路中的加工設(shè)備包括煅燒爐42和水煤氣轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54。如下面更詳細(xì)的描述，這些主要組件通過常規(guī)管道、管件和原料傳輸設(shè)備連接。在CaS/CaS04回路中產(chǎn)生的蒸汽、石灰(CaO)和富含CO 合成氣體沿著路線56、58、60通過入口 62、64、66進(jìn)入轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54，在這里合成氣體中的 CO與氣態(tài)H2O反應(yīng)生成H2和C02。石灰捕獲CO2,發(fā)生生成CaCO3的放熱反應(yīng)，導(dǎo)致溫度達(dá)到 1200 1700° F的水平。這些熱量可以推動進(jìn)入的燃料和氣體的氣化反應(yīng)，同時如在位置 68所圖示，可能為蒸汽渦輪機(jī)產(chǎn)生高溫蒸汽。CaCO3和H2分別沿著路線70、72通過出口 74、76從轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54中被排放出來。 H2被接收到分離器77中，在這里H2流中夾帶的任何細(xì)粉都被移走并沿著路線79被排放到轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54。在合成氣體排放線路80上的壓縮機(jī)78將H2壓縮到足以將H2注射進(jìn)氣體渦輪機(jī)、燃料箱或其他用氫工序的壓力水平。CaCO3被輸送到煅燒爐42來分離出CO2氣體并再生CaO)，再生的CaO接著沿著路線58返回轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54來捕獲更多的C02?；芈?2 至此結(jié)束。通過產(chǎn)生CaCO3來捕獲CO2推動了二氧化碳、水和燃料之間的吸熱氣化反應(yīng)，產(chǎn)生大量的一氧化碳和H2并限制了必須被移走的熱量(通過產(chǎn)生蒸汽68)。水煤氣轉(zhuǎn)變反應(yīng)產(chǎn)生H2:
CO + H2O 鈴 CO2 + H2且二氧化碳通過以下反應(yīng)捕獲CaCHCO2 — CaCO3。當(dāng)將兩個化學(xué)加工回路12、52和熱加工回路82、83，84、85合并時構(gòu)成了從煤到H2 的化學(xué)工藝88，在這里還原反應(yīng)器16所需的CaO由鍛燒爐42產(chǎn)生，轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54所需的富含CO的合成氣體由還原反應(yīng)器16產(chǎn)生，而煅燒爐42所需的熱由氧化反應(yīng)器14產(chǎn)生(下面更詳細(xì)描述)。在此公開的產(chǎn)生H2的氣化器10和工藝比吹氧IGCC工藝更有效，氧設(shè)備所帶來的能量損失、伴隨水煤氣轉(zhuǎn)變冷卻的熱損失和與IGCC工藝相關(guān)的低溫硫回收超過主體氣化器10中的合成氣體壓縮機(jī)78的需求。Ca0/CaC03回路52中的煅燒爐42是高溫吸熱反應(yīng)器，它的熱量來自CaS/CaS04回路12的氧化反應(yīng)器14。在將熱從氧化反應(yīng)器14傳遞給煅燒爐42的熱加工回路82、83的第一實施方案中(如圖I)，熱交換材料為惰性顆粒，如鋁土(Al2O3)顆粒或吸附劑(Ca0、CaC03、 CaS、CaSO4)顆粒通過連接管道在氧化反應(yīng)器14和煅燒爐42之間沿線路82、83循環(huán)。鋁土、CaO、CaS和CaSO4在煅燒爐中是化學(xué)惰性的，可與化學(xué)加工回路12、52中的反應(yīng)物分離開，使得熱可在不依賴于化學(xué)活性材料的質(zhì)量平衡的情況下得到平衡。任何在氣化器10運(yùn)轉(zhuǎn)周期中損失的鋁土可通過添加來補(bǔ)充，新的鋁土顆粒沿著路線90，通過入口 34加入到還原反應(yīng)器16中。參考圖3和4，吸附劑(Ca0、CaC03、CaS、CaSO4)顆粒和煤(碳)顆粒為氣化器10’ 的第二實施方案中的主要傳熱體。鋁土顆粒可用于提供操作所需的、但不由吸附劑和碳顆粒提供的任何傳熱體。氣化器10’所用的原煤沿著路線92通過入口(與石灰和蒸汽94、96 一起)進(jìn)入轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54。由生產(chǎn)CaCO3的放熱反應(yīng)產(chǎn)生的高溫將煤中的易揮發(fā)性物質(zhì)除去并使其部分脫碳，同時將得到的“重質(zhì)顆?！焙汀拜p質(zhì)顆粒”形式的碳通過一對出口 102、 104，沿著路線98、100從轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54排放出來，出口 102、104與還原反應(yīng)器16上的一對入口 106、108連接。輕質(zhì)CaCO3顆粒也從轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54的排放口 100排放出來。輕質(zhì)顆粒流接收在分離器Iio中，在這里碳和碳酸鈣的小顆粒與夾帶它們的H2分離。輕質(zhì)顆粒和H2分別沿著路線112、114從分離器110排放出來，H2被管道輸送到轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54的H2排放口 72而輕質(zhì)顆粒在還原反應(yīng)器16中混入大的碳顆粒(重質(zhì)顆粒)。小的碳顆粒的一部分和CaCO3可沿著路線113進(jìn)入煅燒爐42來再生CaO和分離C02。熱交換單元115可放置在轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54和壓縮機(jī)78之間來產(chǎn)生蒸汽。在本實施例10’的熱加工回路84、85中，還原反應(yīng)器16包括3個部分碳?xì)饣?116、碳燃燒室118和碳完全燃燒箱120。如圖3所示，碳?xì)饣鞯闹刭|(zhì)顆粒和輕質(zhì)顆粒入口 106、108如上述與轉(zhuǎn)變反應(yīng)器的重質(zhì)顆粒出口 102和分離器的輕質(zhì)顆粒出口 122連接。此外，碳?xì)饣?16的氣體出口 124與轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54的氣體入口 126連接且碳?xì)饣?16的氣體入口 128和碳出口 130與碳燃燒室118的氣體出口 132和碳入口 134連接。碳燃燒室 118也具有與碳完全燃燒箱120的碳入口 138連接的碳出口 136、與碳完全燃燒箱120的氣體出口 141連接的氣體入口 139和與氧化反應(yīng)器14的出口連接的CaSO4入口 140。碳完全燃燒箱120也具有與氧化反應(yīng)器14的入口連接的CaS/燃料出口 142，優(yōu)選具有與氧化反應(yīng)器14的出口連接的CaSO4入口 144，同時可具有空氣入口 146。如上所述，在氧化反應(yīng)器14中發(fā)生產(chǎn)生CaSO4的放熱反應(yīng)。在此反應(yīng)中產(chǎn)生的熱被CaSO4吸收并隨著CaSO4沿管線28輸送到還原反應(yīng)器16。熱CaSO4流的一部分優(yōu)選分成 3股，一小部分熱CaSO4沿著路線148進(jìn)入碳完全燃燒箱120，大部分熱CaSO4沿著路線150、 153進(jìn)入碳燃燒室118且必要時進(jìn)入碳?xì)饣?16。熱CaSO4的熱和氧將碳完全燃燒箱120 中的碳脫碳以完成煤的脫碳并產(chǎn)生富含CO2氣體和冷CaS，所述富含CO2氣體沿著路線151 排放到碳燃燒室而冷CaS沿著路線152排放到氧化反應(yīng)器14。熱CaSO4的熱和氧將碳燃燒室118中的碳部分脫碳并產(chǎn)生熱的C02、CO和H20。剩余的碳沿著路線154被排放到碳完全燃燒箱120且熱氣體沿著路線156被排放到碳?xì)饣?16。熱氣體(當(dāng)沿著路線153進(jìn)入碳?xì)饣?16時還有CaSO4)的熱和氧將碳?xì)饣?16中碳部分脫碳并產(chǎn)生熱H2和熱的富含CO合成氣體。剩余的碳沿著線路158被排放到碳燃燒室118且熱氣體(包括任何剩余的熱CO2和H2O)沿著路線160被排放到轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54。應(yīng)該理解到的是采用煤固體和煤氣體逆流流動的煤分段氣化方法提供了一種使碳轉(zhuǎn)變最大化/未燃燒的碳最小化并使4和CO的生產(chǎn)最大化的有效方法，同時也提供一種將氧化反應(yīng)器產(chǎn)生的熱能傳遞給還原反應(yīng)器16和轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54的有效方法。還應(yīng)該理解到的是沿著路線160從碳?xì)饣?16進(jìn)入轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54的熱氣體會進(jìn)一步加熱沿著路線 70從轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54進(jìn)入煅燒爐42的CaCO3,從而減少了進(jìn)行煅燒加工所需的熱能。如果煅燒爐42需要另外的熱投入，熱CaSO4可沿著路線162從氧化反應(yīng)器14進(jìn)入轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54。 或者，鋁土或其它惰性顆?？稍谘趸磻?yīng)器14和煅燒爐42之間通過轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54循環(huán)。在一個供選的實施方案中，煅燒爐42’可包括燃燒室166，在此空氣和CaS被燃燒來為煅燒爐42’產(chǎn)生另外的熱(圖2)。煙道氣中夾帶的熱吸附劑顆粒沿著路線168從燃燒室166中排放并進(jìn)入沉降室170，在這里重質(zhì)熱固體沿著路線172從煙道氣中沉降并通過傾斜的導(dǎo)管174離開沉降室。煙道氣及其夾帶的輕質(zhì)顆粒沿著路線176排放到分離器178，在這里細(xì)顆粒與煙道氣分離。熱的重質(zhì)固體通過導(dǎo)管174，與冷CaCO3和熱鋁土顆粒(如果使用)一起進(jìn)入煅燒爐容器180。重質(zhì)固體和鋁土顆粒的熱將CaCO3煅燒，產(chǎn)生CaO和CO2 (以備以后使用或螯合)。熱的重質(zhì)固體、CaCO3和熱鋁土顆粒在煅燒爐容器180的底部附近進(jìn)入。在此附近排放CO2來迫使冷卻的重質(zhì)固體、冷卻的鋁土和CaC03/Ca0沿著路線182上升。冷的重質(zhì)固體和冷的鋁土在煅燒爐容器180側(cè)的位置184溢出并沿著路線186通過一個溢流通道188 進(jìn)入燃燒室166。冷的鋁土沿著路線190返回氧化反應(yīng)器14進(jìn)行加熱而重質(zhì)固體在燃燒室 166中進(jìn)一步燃燒。相對輕的CaO被夾帶在CO2中，結(jié)合在一起的CaO和CO2沿著路線192 從煅燒爐容器180被排放到分離器194，該分離器將CaO從CO2中移走。一部分CO2通過過濾器198沿著路線196從煅燒爐容器180移走，該過濾器阻止其中所夾帶的CaO也被移走。 在旁路管202上的閥200控制通過旁路管202的CO2的體積流量，從而控制分離器194和旁路管202之間的CO2流量分配并控制到分離器194的CO2的出口速度以阻止離開的CO2夾帶重質(zhì)固體。為了保持上述化學(xué)加工回路的效率，保持用于化學(xué)加工回路12、52中的化學(xué)物質(zhì)吸附活性是重要的。正如以上所討論的，在CaS/CaS04回路12中與燃料結(jié)合的硫連續(xù)地被捕獲，這需要在位置46連續(xù)地移走CaSO4并在位置40連續(xù)地添加CaCO3。CaCO3從Ca0/CaC03 回路52中被移走，這需要在位置94連續(xù)地添加CaO。在位置94連續(xù)地補(bǔ)充CaO大大地再生了氣化器10中用的鈣化合物，保持了高的化學(xué)活性。同時，化學(xué)物質(zhì)的吸附活性被化學(xué)加工回路12、52中采用的還原反應(yīng)和水合反應(yīng)提高，這些反應(yīng)使得CaSO4和CaCO3殼變薄。 煅燒爐42產(chǎn)生的CaO經(jīng)過活化器204，該活化器將顆粒機(jī)械地打開，而顯露出另外的表面。 活性劑204包括噴射器，在此CaO流的一部分被夾帶在氣流中從而被加速。夾帶的CaO撞擊活化器204的表面，這種撞擊在蒸汽或水合作用206的幫助下(如果必要的話)機(jī)械地碎裂了粒子。雖然已經(jīng)顯示和描述了優(yōu)選的實施方案，在不違背本發(fā)明的精神和范圍的情況下，也可對本發(fā)明進(jìn)行許多修改和替代。相應(yīng)地，應(yīng)該理解的是本發(fā)明已被示例性說明但不限于此。綜上所述，本發(fā)明提供的部分技術(shù)方案如下I. 一種用于從碳質(zhì)燃料中生產(chǎn)氣體產(chǎn)物的氣化器，該氣化器包括第一化學(xué)加工回路，所述第一化學(xué)加工回路包括放熱氧化反應(yīng)器，所述放熱氧化反應(yīng)器具有CaS入口、熱空氣入口和CaSO4/廢氣出口 ；和吸熱還原反應(yīng)器，所述吸熱還原反應(yīng)器包括與上述氧化反應(yīng)器的CaSO4/廢氣出口流體相通的CaSO4入口、與上述氧化反應(yīng)器的CaS入口流體相通的CaS/氣體產(chǎn)物出口和用于接收碳質(zhì)燃料的原料入口 ；和再生熱交換器，所述再生熱交換器包括大量熱交換材料、與上述氧化反應(yīng)器的 CaSO4/廢氣出口流體相通的廢氣入口、用于排放廢氣的廢氣出口、用于接收空氣的空氣入口和與上述氧化反應(yīng)器的熱空氣入口流體相通的熱空氣出口 ；其中在氧化反應(yīng)器中CaS在空氣中被氧化而生成熱的CaSO4，所述熱CaSO4被排送到還原反應(yīng)器中，在還原反應(yīng)器中接收的熱CaSO4和碳質(zhì)燃料利用CaSO4所帶來的熱量進(jìn)行吸熱反應(yīng)，碳質(zhì)燃料從CaSO4奪去氧而生成CaS和氣體產(chǎn)物，CaS被排送到氧化反應(yīng)器中而氣體產(chǎn)物經(jīng)過熱交換器被排放出來。2.技術(shù)方案I的氣化器，其中所述氣體產(chǎn)物為CO2，所述氣化器還包括熱交換單元，所述熱交換單元與熱CaSO4接觸并用于接收水流和排放蒸汽流。3.技術(shù)方案I的氣化器，其中所述熱交換器還包括與所述還原反應(yīng)器的CaS/氣體產(chǎn)物出口流體相通的氣體產(chǎn)物入口和用于從氣化器排放氣體產(chǎn)物的氣體產(chǎn)物出口。4.技術(shù)方案3的氣化器，其中所述第一化學(xué)加工回路還包括與所述還原反應(yīng)器的 CaS/氣體產(chǎn)物出口、熱交換器氣體產(chǎn)物入口和氧化反應(yīng)器的CaS入口流體相通的CaS/氣體產(chǎn)物分離器。5.技術(shù)方案I的氣化器，其中所述第一化學(xué)加工回路還包括與所述氧化反應(yīng)器的 CaSO4/廢氣出口、熱交換器廢氣入口和還原反應(yīng)器的CaSO4入口流體相通的CaSO4/廢氣分離器。6.技術(shù)方案5的氣化器，其中所述第一化學(xué)加工回路還包括放置在所述CaSO4/廢氣分離器和還原反應(yīng)器中間的廢CaSO4排放口。7.技術(shù)方案I的氣化器，其中所述氣體產(chǎn)物為富含CO的合成氣體，所述氣化器還包括第二化學(xué)加工回路，所述第二化學(xué)加工回路包括水煤氣轉(zhuǎn)變反應(yīng)器，所述水煤氣轉(zhuǎn)變反應(yīng)器具有與所述還原反應(yīng)器的CaS/氣體產(chǎn)物出口流體相通的合成氣體入口、CaO入口、用于接收氣態(tài)H2O的蒸汽入口和CaCO3出口 ； 和煅燒爐，所述煅燒爐具有與所述轉(zhuǎn)變反應(yīng)器的CaCO3出口流體相通的CaCO3入口和與所述轉(zhuǎn)變反應(yīng)器的CaO入口流體相通的CaO出口；其中所述合成氣體的。C O與氣態(tài)H2O反應(yīng)生成H2和C02，CO2被CaO捕獲，發(fā)生形成熱CaCO3的放熱反應(yīng)，所述熱CaCO3被排送到所述煅燒爐中，CaCO3的熱量在煅燒爐中用于從CaO奪去CO2的吸熱反應(yīng)，且CaO從煅燒爐中被排送到轉(zhuǎn)變反應(yīng)器。8.技術(shù)方案7的氣化器，所述氣化器還包括熱交換器單元，所述熱交換單元與熱 CaSO4接觸并用于接收水流和排放蒸汽流。9.技術(shù)方案7的氣化器，其中所述轉(zhuǎn)變反應(yīng)器還包括H2排放口且所述氣化器還包括與H2排放口流體相通的壓縮機(jī)。10.技術(shù)方案7的氣化器，其中所述還原反應(yīng)器還具有與煅燒爐的CaO出口流體相通的CaO入口。11.技術(shù)方案7的氣化器，其中所述氧化反應(yīng)器還包括傳熱材料顆粒入口和傳熱材料顆粒出口，所述煅燒爐還包括與所述氧化反應(yīng)器的傳熱材料顆粒出口流體相通的傳熱材料顆粒入口和與氧化反應(yīng)器的傳熱材料顆粒入口流體相通的傳熱材料顆粒出口 ；這樣從所述氧化反應(yīng)器排放的熱CaSO4被用于煅燒爐中的吸熱反應(yīng)且經(jīng)冷卻的CaSO4被從煅燒爐排放到氧化反應(yīng)器。12.技術(shù)方案7的氣化器，其中所述氧化反應(yīng)器還包括傳熱材料顆粒入口和傳熱材料顆粒出口，所述煅燒爐還包括與所述氧化反應(yīng)器的傳熱材料顆粒出口流體相通的傳熱材料顆粒入口和與氧化反應(yīng)器的傳熱材料顆粒入口流體相通的傳熱材料顆粒出口 ；這樣氧化反應(yīng)器排放的惰性的傳熱材料顆粒的熱量被用于煅燒爐中的吸熱反應(yīng)且經(jīng)冷卻的傳熱材料顆粒從煅燒爐被排放到氧化反應(yīng)器。13.技術(shù)方案I的氣化器，其中所述氣體產(chǎn)物為富含CO的合成氣體，所述氣化器還包括第二化學(xué)加工回路，所述第二化學(xué)加工回路包括水煤氣轉(zhuǎn)變反應(yīng)器，所述水煤氣轉(zhuǎn)變反應(yīng)器具有與所述還原反應(yīng)器的CaS/氣體產(chǎn)物出口流體相通的合成氣體入口、CaO入口、用于接收碳質(zhì)燃料的燃料入口、用于接收氣態(tài)H2O的蒸汽入口和與還原反應(yīng)器原料入口流體相通的顆粒出口 ；和煅燒爐，所述煅燒爐具有與所述轉(zhuǎn)變反應(yīng)器的顆粒出口流體相通的CaCO3入口和與轉(zhuǎn)變反應(yīng)器的CaO入口流體相通的CaO出口；其中所述合成氣體的CO和碳質(zhì)燃料與氣態(tài)H2O反應(yīng)生成H2、CO2和部分脫碳的熱碳質(zhì)顆粒，CO2被CaO捕獲，發(fā)生形成熱CaCO3的放熱反應(yīng)，熱碳質(zhì)顆粒被排放到還原反應(yīng)器， 熱CaCO3被排送到煅燒爐中，CaCO3的熱量在煅燒爐中被用于從CaO奪去CO2的吸熱反應(yīng)，且 CaO從煅燒爐中被排送到轉(zhuǎn)變反應(yīng)器。14.技術(shù)方案13的氣化器，其中所述轉(zhuǎn)變反應(yīng)器顆粒出口包括重質(zhì)顆粒出口和輕質(zhì)顆粒出口，所述還原反應(yīng)器原料入口包括與轉(zhuǎn)變反應(yīng)器重質(zhì)顆粒出口流體相通的重質(zhì)顆粒入口和輕質(zhì)顆粒入口，所述氣化器還包括與轉(zhuǎn)變反應(yīng)器輕質(zhì)顆粒出口、還原反應(yīng)器輕質(zhì)顆粒入口和煅燒爐CaCO3入口流體相通的分離器。15.技術(shù)方案14的氣化器，其中所述轉(zhuǎn)變反應(yīng)器還包括H2出口，所述熱交換器還包括與轉(zhuǎn)變反應(yīng)器H2出口流體相通的H2入口和用于將H2從氣化器中排放出來的H2出口， 所述分離器與熱交換器H2入口流體相通。16.技術(shù)方案15的氣化器，所述氣化器還包括與熱交換器H2出口流體相通的壓縮機(jī)。17.技術(shù)方案15的氣化器，所述氣化器還包括與熱交換器H2出口流體相通的熱交換單元，所述熱交換單元用于接收水流并排放蒸汽流。18.技術(shù)方案14的氣化器，其中所述還原反應(yīng)器還包括與轉(zhuǎn)變反應(yīng)器的顆粒出口流體相通的碳?xì)饣?；與所述碳?xì)饣髁黧w相通的碳燃燒室；和與所述碳燃燒室和氧化反應(yīng)器的CaS入口流體相通的碳完全燃燒箱。19.技術(shù)方案18的氣化器，其中所述轉(zhuǎn)變反應(yīng)器還包括熱氣體入口，所述碳?xì)饣靼ㄟ€原反應(yīng)器重質(zhì)顆粒入口、還原反應(yīng)器輕質(zhì)顆粒入口、與所述轉(zhuǎn)變反應(yīng)器熱氣體入口流體相通的熱氣體出口、炭出口和熱氣體入口。20.技術(shù)方案19的氣化器，其中所述碳燃燒室包括與碳?xì)饣鞯奶砍隹诹黧w相通的炭入口、與碳?xì)饣鳠釟怏w入口流體相通的熱氣體出口、與氧化反應(yīng)器的CaSO4/廢氣出口流體相通的熱CaSO4入口、炭出口和熱氣體入口。21.技術(shù)方案20的氣化器，其中所述碳完全燃燒箱包括與碳燃燒室炭出口流體相通的炭入口、與碳燃燒室熱氣體入口流體相通的熱氣體出口、與氧化反應(yīng)器的CaSO4/廢氣出口流體相通的熱CaSO4入口和與氧化反應(yīng)器的CaS入口流體相通的CaS出口。22.技術(shù)方案21的氣化器，其中所述碳完全燃燒箱還包括空氣入口，轉(zhuǎn)變反應(yīng)器和碳?xì)饣鞲骶哂信c氧化反應(yīng)器的CaSO4/廢氣出口流體相通的熱CaSO4入口。23.技術(shù)方案7的氣化器，其中所述煅燒爐包括煅燒爐容器，所述煅燒爐容器具有CaCO3入口和CaO出口；和與所述煅燒爐容器流體相通的燃燒室，所述燃燒室具有空氣入口和CaS入口；其中空氣和CaS在燃燒室中燃燒產(chǎn)生熱吸附劑顆粒，所述熱吸附劑顆粒被排放到所述煅燒爐容器中，吸附劑顆粒的熱量將CaCO3煅燒，產(chǎn)生CaO和C02。24.技術(shù)方案23的氣化器，其中所煅燒爐還包括放置在所述燃燒室和煅燒容器中間的沉降室；和與所述沉降室流體相通的第一分離器；其中所述熱吸附劑顆粒被從燃燒室排放出的煙道氣帶入沉降室，在這里熱的重質(zhì)吸附劑顆粒從煙道氣中沉降出來并進(jìn)入煅燒爐，煙道氣及其夾帶的輕質(zhì)吸附劑顆粒被排放到第一分離器，在這里細(xì)的吸附劑顆粒從煙道氣中分離出來。25.技術(shù)方案24的氣化器，其中所述煅燒爐還包括放置在所述沉降室和煅燒爐容器中間的斜導(dǎo)管；和放置在煅燒爐容器和燃燒室中間的溢流通道；其中所述熱重質(zhì)吸附劑顆粒從沉降室經(jīng)過導(dǎo)管進(jìn)入煅燒爐容器而冷重質(zhì)吸附劑顆粒通過溢流通道進(jìn)入燃燒室。26.技術(shù)方案25的氣化器，其中所述煅燒爐還包括與煅燒爐容器和轉(zhuǎn)變反應(yīng)器CaO入口流體相通的第二分離器；具有包括過濾器的第一末端的旁路管道，所述第一末端與煅燒爐容器流體相通； 和放置在旁路管道上的旁路閥；其中通過煅燒CaCO3產(chǎn)生的CaO和CO2從煅燒爐容器排放到第二分離器中且通過煅燒CaCO3產(chǎn)生的CO2通過旁路管道排放，旁路閥控制分離器與旁路管道之間的CO2流量分配，從而限制到分離器的CO2的移除速度以防止在移除的CO2中帶有重質(zhì)吸附劑顆粒；第二分離器將CaO排放到轉(zhuǎn)變反應(yīng)器。27.技術(shù)方案7的氣化器，所述氣化器還包括活化器，所述活化器具有與煅燒爐的 CaO出口流體相通的入口、與轉(zhuǎn)變反應(yīng)器入口流體相通的出口、噴射器和撞擊表面，所述噴射器將一部分CaO夾帶在氣流中，加速CaO并將CaO對準(zhǔn)撞擊表面。28.技術(shù)方案27的氣化器，其中所述活化器還具有用于接收蒸汽或水的H2O入口。29.技術(shù)方案13的氣化器，所述氣化器還包括活化器，所述活化器具有與煅燒爐 CaO出口流體相通的入口、與轉(zhuǎn)變反應(yīng)器入口流體相通的出口、噴射器和撞擊表面，所述噴射器將一部分CaO夾帶在氣流中、加速CaO并將CaO對準(zhǔn)撞擊表面。30.技術(shù)方案29的氣化器，其中所述活化器還具有用于接收蒸汽或水的H2O入口。31. 一種從碳質(zhì)燃料生產(chǎn)氣體產(chǎn)物的氣化器，所述氣化器包括第一化學(xué)加工回路，所述第一化學(xué)加工回路包括放熱氧化反應(yīng)器，所述放熱氧化反應(yīng)器具有CaS入口、熱空氣入口和CaSO4/廢氣出口 ；和吸熱還原反應(yīng)器，所述吸熱還原反應(yīng)器具有與上述氧化反應(yīng)器的CaSO4/廢氣出口流體相通的CaSO4入口、與上述氧化反應(yīng)器的CaS入口流體相通的CaS/合成氣體出口和用于接收碳質(zhì)燃料的原料入口 ；和第二化學(xué)加工回路，所述第二化學(xué)加工回路包括水煤氣轉(zhuǎn)變反應(yīng)器，所述水煤氣轉(zhuǎn)變反應(yīng)器具有與還原反應(yīng)器的CaS/合成氣體出口流體相通的合成氣體入口、CaO入口、用于接收氣態(tài)H2O的蒸汽入口和CaCO3出口 ；和煅燒爐，所述煅燒爐具有與轉(zhuǎn)變反應(yīng)器的CaCO3出口流體相通的CaCO3入口和與轉(zhuǎn)變反應(yīng)器的CaO入口流體相通的CaO出口；其中在氧化反應(yīng)器中，CaS在空氣中被氧化而生成熱CaSO4，所述熱CaSO4被排送到還原反應(yīng)器中；在還原反應(yīng)器中接收的熱CaSO4和碳質(zhì)燃料利用CaSO4帶來的熱量進(jìn)行吸熱反應(yīng)，碳質(zhì)燃料從CaSO4奪去氧,生成CaS和合成氣體；CaS被排送到氧化反應(yīng)器中而合成氣體被排放到轉(zhuǎn)變反應(yīng)器；合成氣體中的CO與氣態(tài)H2O反應(yīng)生成H2和C02，CO2被CaO捕獲，發(fā)生形成熱CaCO3的放熱反應(yīng)，熱的CaCO3被排送到煅燒爐中，CaCO3的熱量在煅燒爐中被用于從CaO奪去CO2的吸熱反應(yīng)，且CaO從煅燒爐中被排送到轉(zhuǎn)變反應(yīng)器。32. 一種從碳質(zhì)燃料生產(chǎn)氣體產(chǎn)物的氣化器，所述氣化器包括第一化學(xué)加工回路，所述第一化學(xué)加工回路包括放熱氧化反應(yīng)器，所述放熱氧化反應(yīng)器具有CaS入口、熱空氣入口和CaSO4/廢氣出口 ；和吸熱還原反應(yīng)器，所述吸熱還原反應(yīng)器具有與上述氧化反應(yīng)器的CaSO4/廢氣出口流體相通的CaSO4入口、與上述氧化反應(yīng)器的CaS入口流體相通的CaS/合成氣體出口和用于接收碳質(zhì)燃料的原料入口 ；和第二化學(xué)加工回路，所述第二化學(xué)加工回路包括水煤氣轉(zhuǎn)變反應(yīng)器，所述水煤氣轉(zhuǎn)變反應(yīng)器具有與還原反應(yīng)器的CaS/合成氣體出口流體相通的合成氣體入口、CaO入口、用于接收碳質(zhì)燃料的燃料入口、用于接收氣態(tài)H2O 的蒸汽入口以及與還原反應(yīng)器原料入口流體相通的顆粒出口 ；和
煅燒爐，所述煅燒爐具有與轉(zhuǎn)變反應(yīng)器的顆粒出口流體相通的CaCO3入口和與轉(zhuǎn)變反應(yīng)器的CaO入口流體相通的CaO出口；其中在氧化反應(yīng)器中，CaS在空氣中被氧化而生成熱CaSO4,所述熱CaSO4被排送到還原反應(yīng)器中；在還原反應(yīng)器中接收的熱CaSOjP碳質(zhì)燃料利用CaSO4帶來的熱量進(jìn)行吸熱反應(yīng)，碳質(zhì)燃料從CaSO4奪去氧,生成CaS和合成氣體；CaS被排送到氧化反應(yīng)器中而合成氣體被排放到轉(zhuǎn)變反應(yīng)器；合成氣體中的CO和碳質(zhì)燃料與氣態(tài)H2O反應(yīng)生成H2XO2和部分脫碳的熱碳質(zhì)顆粒；0)2被CaO捕獲，發(fā)生形成熱CaCO3的放熱反應(yīng)；熱的碳質(zhì)顆粒被排送到還原反應(yīng)器中；熱的CaCO3被排送到煅燒爐中，CaCO3的熱量在煅燒爐中被用于從CaO奪去CO2 的吸熱反應(yīng)，且CaO從煅燒爐中被排送到轉(zhuǎn)變反應(yīng)器。
權(quán)利要求
1.一種在氣化器中從碳質(zhì)燃料生產(chǎn)氣體產(chǎn)物的方法，所述方法包括在氧化反應(yīng)器中CaS在空氣中被氧化而生成熱的CaSO4 ；提供熱的CaSO4和碳質(zhì)燃料給還原反應(yīng)器，其中熱的CaSO4和碳質(zhì)燃料利用熱的CaSO4 所帶來的熱量進(jìn)行吸熱反應(yīng)生成CaS和氣體產(chǎn)物，其中供給足夠量的氧氣用于碳質(zhì)燃料的基本完全的燃燒，以便氣體產(chǎn)物基本上全是CO2和蒸汽；提供來自還原反應(yīng)器中的氣流給分離器，其中所述氣流包括氣體產(chǎn)物和夾帶的CaS ；分離所述氣流中的氣體產(chǎn)物和夾帶的CaS ;和提供分離的CaS給氧化反應(yīng)器以用于氧化。
2.權(quán)利要求I的方法，進(jìn)一步包括提供含CaO的化合物給還原反應(yīng)器。
3.權(quán)利要求2的方法，其中含CaO的化合物包括CaC03。
4.權(quán)利要求2的方法，其中含CaO的化合物包括CaO。
5.權(quán)利要求I的方法，其中所述氧化包括在氧化器中CaS在空氣中被氧化而生成熱的CaSO4和廢氣；和分離熱的CaSO4和廢氣。
6.權(quán)利要求5的方法，其中廢氣主要包括氮氣。
7.權(quán)利要求5的方法，進(jìn)一步包括在再生熱交換器中利用所述廢氣的熱量加熱空氣以產(chǎn)生加熱的空氣；和提供來自再生加熱交換器中所述加熱的空氣給所述氧化反應(yīng)器以用于氧化。
8.權(quán)利要求5的方法，進(jìn)一步包括在分離熱的CaSO4和廢氣之后，排出至少部分的熱 CaSO4O
9.權(quán)利要求I的方法，進(jìn)一步包括利用廢氣中的熱量加熱來自再生熱交換器中的空氣以產(chǎn)生加熱的空氣。
10.權(quán)利要求I的方法，其中分離在還原反應(yīng)器中生成的CaS和氣體產(chǎn)物包括從還原反應(yīng)器的上部排出CaS和氣體產(chǎn)物。
11.權(quán)利要求I的方法,進(jìn)一步包括在再生熱交換器中利用氣體產(chǎn)物的熱量加熱空氣以產(chǎn)生加熱的空氣；和提供來自再生熱交換器中加熱的空氣給氧化反應(yīng)器，以用于氧化。
12.權(quán)利要求I的方法，進(jìn)一步包括利用氣體產(chǎn)物的熱量加熱來自熱交換器中的空氣以產(chǎn)生加熱的空氣。
13.權(quán)利要求I的方法，進(jìn)一步包括利用熱的CaSO4的熱量加熱熱交換單元中的水，以產(chǎn)生蒸汽流。
14.權(quán)利要求I的方法，其中所述碳質(zhì)燃料包括硫。
15.權(quán)利要求I的方法，其中所述氧化包括CaO捕獲S生成CaS04。
16.權(quán)利要求10的方法，其中分離在還原反應(yīng)器中生成的CaS和氣體產(chǎn)物包括 提供在還原反應(yīng)器中生成的CaS，CO2和蒸汽給分離器，其中所述分離器將CaS從CO2和蒸汽中分離，以及提供分離的CaS給氧化反應(yīng)器。
17.一種在氣化器中從碳質(zhì)燃料生產(chǎn)氣體產(chǎn)物的方法，所述方法包括在氧化反應(yīng)器中CaS在空氣中被氧化而生成熱的CaSO4 ；提供熱的CaSO4和碳質(zhì)燃料給還原反應(yīng)器，其中熱的CaSO4和碳質(zhì)燃料利用熱的CaSO4所帶來的熱量進(jìn)行吸熱反應(yīng)生成CaS和氣體產(chǎn)物，其中供給一定量的氧氣用于碳質(zhì)燃料的部分氧化，以便氣體產(chǎn)物是合成氣；提供來自還原反應(yīng)器的氣流給分離器，其中所述氣流包括氣體產(chǎn)物和夾帶的CaS ；分離所述氣流中的氣體產(chǎn)物和夾帶的CaS ;和提供分離的CaS給氧化反應(yīng)器以用于氧化。
18.權(quán)利要求17的方法，其中所述合成氣富含一氧化碳。
19.權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括提供含CaO化合物給還原反應(yīng)器。
20.權(quán)利要求17的方法，其中所述氧化包括在氧化器中CaS在空氣中被氧化而生成熱的CaSO4和廢氣；和分離熱的CaSO4和廢氣。
21.權(quán)利要求17的方法，其中所述提供在還原反應(yīng)器中生成的CaS給氧化反應(yīng)器包括提供在還原反應(yīng)器中生成的CaS和合成氣給分離器，其中所述分離器將CaS和合成氣分離，并將分離的CaS提供給氧化反應(yīng)器。
22.—種在氣化器中從碳質(zhì)燃料生產(chǎn)氣體產(chǎn)物的方法，所述方法包括在氧化反應(yīng)器中CaS在空氣中被氧化而生成熱的CaS04 ；提供熱的CaSO4和碳質(zhì)燃料給單一室的還原反應(yīng)器，其中熱的CaSO4和碳質(zhì)燃料利用熱的CaSO4所帶來的熱量進(jìn)行吸熱反應(yīng)生成CaS和氣體產(chǎn)物，其中供給足夠量的氧氣用于碳質(zhì)燃料的基本完全的燃燒，以便氣體產(chǎn)物基本上全是CO2和蒸汽；和提供在還原反應(yīng)器中的生成的分離的CaS給氧化反應(yīng)器以用于氧化。
23.一種在氣化器中從碳質(zhì)燃料生產(chǎn)氣體產(chǎn)物的方法，所述方法包括在氧化反應(yīng)器中CaS在空氣中被氧化而生成熱的CaS04 ；提供熱的CaSO4和碳質(zhì)燃料給還原反應(yīng)器，其中熱的CaSO4和碳質(zhì)燃料利用熱的CaSO4 所帶來的熱量進(jìn)行吸熱反應(yīng)生成CaS和氣體產(chǎn)物；分離從還原反應(yīng)器中排出的氣體產(chǎn)物和夾帶的CaS ;和提供分離的CaS給氧化反應(yīng)器以用于氧化。
24.權(quán)利要求23的方法，其中在空氣中氧化CaS還生成廢氣；并且所述方法進(jìn)一步包括分離從氧化反應(yīng)器中排出的CaSO4和廢氣；和提供分離的CaSO4給還原反應(yīng)器。
25.權(quán)利要求23的方法，其中還原反應(yīng)器包括在其上部的出口，所述作為氣流的氣體產(chǎn)物和CaS將從該還原反應(yīng)器中被分離。
26.一種在氣化器中從碳質(zhì)燃料生產(chǎn)氣體產(chǎn)物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括氧化反應(yīng)器，在氧化反應(yīng)器中CaS在空氣中被氧化而生成熱的CaSO4 ；還原反應(yīng)器，所述還原反應(yīng)器接受熱的CaSO4和碳質(zhì)燃料，其中熱的CaSO4和碳質(zhì)燃料利用熱的CaSO4所帶來的熱量進(jìn)行吸熱反應(yīng)生成CaS和氣體產(chǎn)物，其中供給足夠量的氧氣用于碳質(zhì)燃料的基本完全的燃燒，以便氣體產(chǎn)物基本上全是CO2和蒸汽；和接受來自還原反應(yīng)器的氣流的第一分離器，其中所述氣流包括氣體產(chǎn)物和夾帶的CaS， 并且分離所述氣流中的氣體產(chǎn)物和夾帶的CaS，其中提供分離的CaS給氧化反應(yīng)器以用于氧化。
27.權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中還原反應(yīng)器接受含CaO的化合物。
28.權(quán)利要求27的系統(tǒng)，其中含CaO的化合物包括CaC03。
29.權(quán)利要求27的系統(tǒng)，其中含CaO的化合物包括CaO。
30.權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中所述氧化反應(yīng)器氧化在其空氣中的CaS，以進(jìn)一步生成廢氣；和所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括分離熱的CaSO4和廢氣的第二分離器，其中提供分離的CaSO4給還原反應(yīng)器。
31.權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中所述廢氣主要包括氮氣。
32.權(quán)利要求30的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括熱交換器，該熱交換器利用廢氣的熱量加熱提供給氧化反應(yīng)器的空氣。
33.權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中在分離熱的CaSO4和廢氣后排出部分熱的CaS04。
34.權(quán)利要求26的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括利用廢氣的熱量以加熱空氣的熱交換器。
35.權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中還原反應(yīng)器包括在其上部的出口，從此還原反應(yīng)器的氣流排入第一分離器。
36.權(quán)利要求26的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括利用氣體產(chǎn)物的熱量以加熱空氣的熱交換器，其中提供加熱的空氣給氧化反應(yīng)器。
37.權(quán)利要求26的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括利用氣體產(chǎn)物中的熱量加熱空氣以產(chǎn)生加熱的空氣的再生熱交換器。
38.權(quán)利要求26的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括利用熱的CaSO4的熱量加熱水以產(chǎn)生蒸汽流的熱交換單元。
39.權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中碳質(zhì)燃料包括硫。
40.權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中所述氧化反應(yīng)器包括捕獲硫而生成CaSO4的CaO。
41.權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中所述還原反應(yīng)器由單一室形成。
42.一種在氣化器中從碳質(zhì)燃料生產(chǎn)氣體產(chǎn)物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括氧化反應(yīng)器，在所述氧化反應(yīng)器的空氣中氧化CaS以生成熱的CaSO4 ；還原反應(yīng)器，所述還原反應(yīng)器接受熱的CaSO4和碳質(zhì)燃料，其中熱的CaSO4和碳質(zhì)燃料利用熱的CaSO4所帶來的熱量進(jìn)行吸熱反應(yīng)生成CaS和氣體產(chǎn)物，其中提供一定量的氧氣用于碳質(zhì)燃料的部分氧化，以便氣體產(chǎn)物是合成氣；和接受來自還原反應(yīng)器的氣流的第一分離器，其中所述氣流包括氣體產(chǎn)物和夾帶的CaS， 并且分離所述氣流中的氣體產(chǎn)物和夾帶的CaS，其中提供分離的CaS給氧化反應(yīng)器以用于氧化。
43.權(quán)利要求42的系統(tǒng)，其中所述合成氣富含一氧化碳。
44.權(quán)利要求42的系統(tǒng)，其中所述還原反應(yīng)器還接受含CaO的化合物。
45.權(quán)利要求42的系統(tǒng)，其中所述氧化反應(yīng)器氧化在其空氣中的CaS以進(jìn)一步生成廢氣；和所述系統(tǒng)還包括分離熱的CaSO4和廢氣的第二分離器，其中提供分離的CaSO4給還原反應(yīng)器。
46.權(quán)利要求42的系統(tǒng)，其中所述還原反應(yīng)器包括在其上部的出口，氣流從還原反應(yīng)器排入到第一分離器。
47.權(quán)利要求42的系統(tǒng)，其中所述還原反應(yīng)器由單一室生成。
48.一種在氣化器中從碳質(zhì)燃料生產(chǎn)氣體產(chǎn)物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括氧化反應(yīng)器，在所述氧化反應(yīng)器的空氣中氧化CaS以生成熱的CaSO4 ；還原反應(yīng)器，所述還原反應(yīng)器接受熱的CaSO4和碳質(zhì)燃料，其中熱的CaSO4和碳質(zhì)燃料利用熱的CaSO4所帶來的熱量進(jìn)行吸熱反應(yīng)生成CaS和氣體產(chǎn)物；和接受來自還原反應(yīng)器的氣流的第一分離器，其中所述氣流包括氣體產(chǎn)物和夾帶的CaS， 并且分離所述氣流中的氣體產(chǎn)物和夾帶的CaS，其中提供分離的CaS給氧化反應(yīng)器以用于氧化。
49.權(quán)利要求48的系統(tǒng)，其中所述氧化反應(yīng)器氧化在其空氣中的CaS以進(jìn)一步生成廢氣；所述系統(tǒng)還包括分離熱的CaSO4和所述廢氣的第二分離器，其中將分離的CaSO4提供給還原反應(yīng)器。
50.權(quán)利要求48的系統(tǒng)，其中還原反應(yīng)器包括在其上部的出口，從此還原反應(yīng)器中所述氣流排入第一分離器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能移走CO2并產(chǎn)生H2的熱固體氣化器。氣體發(fā)生器10包括第一化學(xué)加工回路12，所述回路12具有放熱氧化反應(yīng)器14和吸熱還原反應(yīng)器16。在氧化反應(yīng)器14中CaS在空氣中被氧化而生成熱CaSO4，所述熱CaSO4被排送到還原反應(yīng)器16中。在還原反應(yīng)器16中接收的熱CaSO4和碳質(zhì)燃料利用CaSO4帶來的熱量進(jìn)行吸熱反應(yīng)；碳質(zhì)燃料從CaSO4奪取氧從而生成CaS和富含CO的合成氣體。CaS被排送到氧化反應(yīng)器14中而合成氣體被排送到第二化學(xué)加工回路52中。第二化學(xué)加工回路52具有水煤氣轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54和煅燒爐42。合成氣體中的CO與氣態(tài)H2O在轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54中反應(yīng)產(chǎn)生H2和CO2。CO2被CaO捕獲，發(fā)生生成熱CaCO3的放熱反應(yīng)。熱CaCO3被排送到煅燒爐42中，在煅燒爐中CaCO3帶來的熱量被用于從CaO奪取CO2的吸熱反應(yīng)，且CaO從煅燒爐42中被排送到轉(zhuǎn)變反應(yīng)器54。
文檔編號C01B3/56GK102585910SQ20121005074
公開日2012年7月18日 申請日期2004年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月29日
發(fā)明者H·E·小安德魯斯, M·S·麥卡特內(nèi) 申請人:阿爾斯托姆科技有限公司