用于生產(chǎn)合成氣的設(shè)備和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種從氣化系統(tǒng)中產(chǎn)生的原料合成氣流捕獲二氧化碳的系統(tǒng)和方法。所述碳捕獲系統(tǒng)包括：酸性氣體脫除子系統(tǒng)，所述酸性氣體脫除子系統(tǒng)配置用于從無(wú)顆粒原料合成氣流中產(chǎn)生酸性氣體含量減少的合成氣流、貧硫化氫（H2S）氣流以及第一富H2S氣流；H2S選擇性隔膜分離器，所述H2S選擇性隔膜分離器配置用于將來(lái)自所述AGR的所述貧H2S氣流分離成第二富H2S氣流和CO2氣流；以及硫回收單元（SRU），所述硫回收單元在所述隔膜分離器的下游與所述H2S隔膜分離器流體連通，所述SRU配置用于從所述第一富H2S氣流和所述第二富H2S氣流產(chǎn)生元素硫流和尾氣流。
【專利說(shuō)明】用于生產(chǎn)合成氣的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的領(lǐng)域大體上涉及氣化設(shè)備，確切地說(shuō)，涉及一種方法和設(shè)備，所述方法和設(shè)備通過(guò)將硫化氫和二氧化碳從合成氣流中分離來(lái)改進(jìn)使用氣化設(shè)備的合成氣生產(chǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]至少一些已知的氣化設(shè)備包括氣化系統(tǒng)，所述氣化系統(tǒng)與至少一個(gè)發(fā)電渦輪機(jī)系統(tǒng)集成在一起，從而形成一體式氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電設(shè)備。例如，已知的氣化系統(tǒng)將燃料、空氣或氧氣、蒸汽和/或CO2的混合物轉(zhuǎn)換成合成氣體，即合成氣。合成氣輸送到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器中，所述燃燒器將驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)向電力網(wǎng)供應(yīng)電力。至少一些已知燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣供應(yīng)到熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)，所述熱回收蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)的蒸汽。所述蒸汽渦輪機(jī)產(chǎn)生的電力還驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)將電力供應(yīng)到電力網(wǎng)。
[0003]與IGCC設(shè)備相關(guān)的至少一些已知?dú)饣到y(tǒng)一開(kāi)始產(chǎn)生“原料(raw，或稱為“未處理的”、“未處理”)”合成氣燃料，其包括一氧化碳(CO)、氫氣(H2)、二氧化碳(CO2)、硫化碳(COS)和硫化氫(H2S)。CO2, COS和H2S通常稱為酸性氣體。通常將酸性氣體從原料合成氣燃料中去除，以產(chǎn)生用于在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒的“清潔”合成氣燃料。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]在一個(gè)實(shí)施例 中，本發(fā)明提供了一種碳捕獲系統(tǒng)，所述碳捕獲系統(tǒng)包括:酸性氣體脫除(AGR)子系統(tǒng)，所述酸性氣體脫除子系統(tǒng)配置用于從無(wú)顆粒原料合成氣流中產(chǎn)生低酸性氣體含量合成氣流、貧硫化氫(H2S)氣流以及第一富H2S氣流；H2S選擇性隔膜分離器，所述H2S選擇性隔膜分離器定向在所述AGR子系統(tǒng)的下游，所述H2S選擇性隔膜分離器配置用于將來(lái)自所述AGR的貧H2S氣流分離成第二富H2S氣流和CO2氣流；以及硫回收單元(SRU)，所述硫回收單元在所述隔膜分離器下游與所述H2S隔膜分離器流體連通，所述SRU配置用于從第一富H2S氣流和第二富H2S氣流產(chǎn)生元素硫流和尾氣流。
[0005]在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種從氣化系統(tǒng)中產(chǎn)生的原料合成氣流捕獲二氧化碳(CO2)的方法，所述方法包括^H2S選擇性隔膜分離器和酸性氣體脫除單元(AGR)中的至少一個(gè)的入口處接收包含CO2的原料合成氣流；使用所述AGR從所述原料合成氣流和貧H2S合成氣流中的至少一個(gè)分離出相對(duì)清潔的合成氣；使用H2S選擇性隔膜分離器將原料合成氣流和酸性氣體流中的至少一個(gè)分離成富H2S氣流和貧H2S氣流；以及使用硫回收單元(SRU)從富H2S氣體中分離出硫。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種氣化系統(tǒng)，所述氣化系統(tǒng)包括:氣化器，所述氣化器配置用于產(chǎn)生包含酸性氣體的燃料氣體流；酸性氣體脫除子系統(tǒng)(AGR)，所述酸性氣體脫除子系統(tǒng)與所述氣化器流體連通，并且配置用于從所述燃料氣體流中脫除至少一部分酸性氣體；隔膜分離器，所述隔膜分離器與所述酸性氣體脫除子系統(tǒng)流體連通，所述隔膜分離器沿燃料氣體流的方向定向在所述酸性氣體脫除子系統(tǒng)的上游和下游中的至少一個(gè)處，所述隔膜分離器配置用于將硫化氫(H2S)氣體與所述燃料氣體流分離，以產(chǎn)生富H2S氣流和貧H2S氣流；以及硫回收單元(SRU)，所述硫回收單元在所述隔膜分離器下游與所述隔膜分離器流體連通，所述SRU配置用于從富H2S氣流中脫除硫。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1到圖6示出了本說(shuō)明書(shū)中所述方法和設(shè)備的示例性實(shí)施例。
[0008]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的氣化系統(tǒng)的示意圖；
[0009]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的圖1所示氣化系統(tǒng)的部件布置的方框示意圖；
[0010]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的圖1所示氣化系統(tǒng)的部件布置的方框示意圖，其中尾氣在氣化系統(tǒng)中再循環(huán)；
[0011]圖4是根據(jù)本發(fā) 明一個(gè)示例性實(shí)施例的圖1所示氣化系統(tǒng)的另一種部件布置的方框示意圖；以及
[0012]圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的圖1所示氣化系統(tǒng)的另一種部件布置的方框示意圖；
[0013]圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)施例的圖1所示氣化系統(tǒng)的部件布置的方框示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下詳細(xì)說(shuō)明以示例但非限定的方式描述了本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明通常應(yīng)用于在工業(yè)、商業(yè)和住宅應(yīng)用中捕獲氣流中的二氧化碳(CO2)。
[0015]在本說(shuō)明書(shū)中，采用單數(shù)形式并且用“一個(gè)”或“一種”修飾的元件或步驟應(yīng)理解為不排除多個(gè)所述元件或步驟，除非對(duì)此類排除做出明確說(shuō)明。此外，對(duì)本發(fā)明“一個(gè)實(shí)施例”的參考并不旨在解釋為排除存在同樣包含所述特征的額外實(shí)施例。
[0016]在參考隔膜使用時(shí)，本說(shuō)明書(shū)中所用的術(shù)語(yǔ)“選擇性”描述了相對(duì)于混合物中的其他組分而言，隔膜允許混合物中的一種組分通過(guò)隔膜的傾向。因此，CO2選擇性隔膜是相對(duì)于混合物中的其他組分，例如H2S和H2而言，優(yōu)選允許CO2通過(guò)的隔膜。
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的一體式氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電設(shè)備100的示意圖。在示例性實(shí)施例中，IGCC發(fā)電設(shè)備100包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)110。燃?xì)鉁u輪機(jī)114通過(guò)第一轉(zhuǎn)子120以可旋轉(zhuǎn)方式連接到第一發(fā)電機(jī)118。燃?xì)鉁u輪機(jī)114與至少一個(gè)燃料源和至少一個(gè)空氣源(兩者均如下文詳述)流體連通，并且配置用于分別從燃料源和空氣源接收燃料和空氣。燃?xì)鉁u輪機(jī)114配置用于混合空氣和燃料、產(chǎn)生高溫燃燒氣體(未圖示)并且將氣體內(nèi)的熱能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)能。所述旋轉(zhuǎn)能通過(guò)轉(zhuǎn)子120輸送到發(fā)電機(jī)118，其中發(fā)電機(jī)118配置用于促進(jìn)將旋轉(zhuǎn)能轉(zhuǎn)換成輸送到至少一個(gè)負(fù)載的電能(未圖示)，所述負(fù)載包括，但不限于，電力網(wǎng)(未圖示)。
[0018]IGCC發(fā)電設(shè)備100還包括蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)130。在示例性實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)130包括蒸汽渦輪機(jī)132，所述蒸汽渦輪機(jī)通過(guò)第二轉(zhuǎn)子136以可旋轉(zhuǎn)方式連接到第二發(fā)電機(jī)134。
[0019]IGCC發(fā)電設(shè)備100進(jìn)一步包括蒸汽發(fā)生系統(tǒng)140。在示例性實(shí)施例中，系統(tǒng)140包括至少一個(gè)熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) 142，所述熱回收蒸汽發(fā)生器通過(guò)至少一個(gè)加熱鍋爐給水導(dǎo)管146與至少一個(gè)傳熱設(shè)備144流體連通。HRSG142配置用于通過(guò)導(dǎo)管146從設(shè)備144接收鍋爐給水(未圖示)，以促進(jìn)將鍋爐給水加熱成蒸汽。HRSG142還配置用于通過(guò)排氣導(dǎo)管148從渦輪機(jī)114接收排氣，以進(jìn)一步促進(jìn)將鍋爐給水加熱成蒸汽。HRSG142通過(guò)蒸汽導(dǎo)管150與渦輪機(jī)132流體連通。過(guò)量氣體和蒸汽將通過(guò)煙道氣導(dǎo)管152從HRSG142排放到大氣中。
[0020]導(dǎo)管150配置用于將蒸汽從HRSG142輸送到渦輪機(jī)132。渦輪機(jī)132配置用于從HRSG142接收蒸汽并且將蒸汽中的熱能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)能。所述旋轉(zhuǎn)能通過(guò)轉(zhuǎn)子136輸送到發(fā)電機(jī)134，其中發(fā)電機(jī)134配置用于促進(jìn)將旋轉(zhuǎn)能轉(zhuǎn)換成輸送到至少一個(gè)負(fù)載的電能(未圖示)，所述負(fù)載包括，但不限于，電力網(wǎng)。所述蒸汽冷凝并且通過(guò)冷凝物導(dǎo)管作為鍋爐水返回(未圖示)。
[0021]IGCC發(fā)電設(shè)備100還包括氣化系統(tǒng)200。在示例性實(shí)施例中，氣化系統(tǒng)200包括至少一個(gè)空氣分離單元(ASU) 202，所述空氣分離單元通過(guò)空氣導(dǎo)管204與空氣源203流體連通?？諝庠?03包括，但不限于，專用空氣壓縮機(jī)和壓縮空氣儲(chǔ)存單元。ASU202配置用于將空氣分離成氧氣(02)、 氮?dú)?N2)和其他組分。其他組分通過(guò)通風(fēng)孔(未圖示)釋放。隊(duì)通過(guò)N2導(dǎo)管206輸送到燃?xì)鉁u輪機(jī)114，以促進(jìn)燃燒。
[0022]氣化系統(tǒng)200包括氣化反應(yīng)器208，所述氣化反應(yīng)器與ASU202流體連通，并且配置用于通過(guò)O2導(dǎo)管210從ASU202接收O2蒸汽。系統(tǒng)200還包括煤研磨和制漿單元211。單元211分別通過(guò)供煤導(dǎo)管212和供水導(dǎo)管213與煤源205和水源207流體連通。單元211配置用于將煤和水混合以形成煤漿蒸汽，所述煤漿蒸汽通過(guò)煤漿導(dǎo)管214輸送到反應(yīng)器208。盡管煤圖示為燃料供應(yīng)源，但是可以將任何含碳材料用作氣化系統(tǒng)200的燃料。
[0023]反應(yīng)器208配置用于分別通過(guò)導(dǎo)管214和210接收煤漿蒸汽和O2蒸汽。反應(yīng)器208還配置用于促進(jìn)產(chǎn)生高溫原料合成氣體(合成氣)蒸汽。原料合成氣包括一氧化碳(CO)、氫氣(H2)、二氧化碳(CO2)、氧硫化碳(carbonyl sulfide, COS)和硫化氫(H2S)。盡管CO2、COS和H2S通常統(tǒng)稱為酸性氣體，或者原料合成氣的酸性氣體組分，在本說(shuō)明書(shū)中，CO2將與其余酸性氣體組分分開(kāi)介紹。此外，反應(yīng)器208還配置用于產(chǎn)生高溫爐渣流作為合成氣生產(chǎn)的副產(chǎn)物。所述爐渣流通過(guò)高溫爐渣導(dǎo)管216輸送到爐渣處理單元215。單元215配置用于將爐洛淬火或打碎成小爐洛塊，其中產(chǎn)生除洛流(slag removal stream)并通過(guò)導(dǎo)管217輸送該除渣流。
[0024]反應(yīng)器208通過(guò)高溫合成氣導(dǎo)管218與傳熱設(shè)備144流體連通。設(shè)備144配置用于接收高溫原料合成氣流并且通過(guò)導(dǎo)管146將至少一部分熱量傳遞到HRSG142。之后，設(shè)備144產(chǎn)生冷卻的原料合成氣流(未圖示)，所述原料合成氣流通過(guò)合成氣導(dǎo)管219輸送到洗滌器和低溫氣體冷卻(LTGC)單元221。LTGC221配置用于將夾帶在原料合成氣流中的顆粒物質(zhì)除去，并且促進(jìn)通過(guò)飛灰導(dǎo)管222去除該除去的物質(zhì)。LTGC221還配置用于進(jìn)一步冷卻原料合成氣流。此外，LTGC221可以配置用于包括一個(gè)或多個(gè)變換反應(yīng)器，所述變換反應(yīng)器將CO和H2O轉(zhuǎn)換成CO2和H2,并且可以將任何COS的一部分轉(zhuǎn)換成H2S和C02。LTGC221可以配置用于包括COS水解反應(yīng)器，以通過(guò)水解將原料合成氣流中的至少一部分COS轉(zhuǎn)換成H2S和C02。此外，LTGC221可以配置用于包括一個(gè)或多個(gè)過(guò)熱器，以確保將原料合成氣產(chǎn)物維持在露點(diǎn)以上。[0025]系統(tǒng)200進(jìn)一步包括酸性氣體脫除(AGR)子系統(tǒng)300，所述酸性氣體脫除子系統(tǒng)300與LTGC221流體連通，并且配置用于通過(guò)原料合成氣導(dǎo)管220接收冷卻的原料合成氣流。AGR300還配置用于促進(jìn)從原料合成氣流中脫除至少一部分酸性組分(未圖示)，如下詳述。此類酸性氣體組分包括，但不限于，C02、COS和&3。AGR300進(jìn)一步配置用于促進(jìn)將至少一部分酸性氣體組分分離成多個(gè)組分，包括，但不限于C02、COS和H2S。
[0026]在多個(gè)實(shí)施例中，AGR300可以使用以下材料操作:例如，但不限于，物理吸附劑、乙二醇基吸附劑或者Rectisol?或Ryan- Holmes? ;基于化學(xué)吸附劑的材料，例如MEA、MDEA、TEA等；或者其他AGR技術(shù)，例如非特異酸性氣體隔離膜或者CO2專用隔離膜。AGR300還可以使用諸如TEA或MDEA等吸附劑并入，以從AGR300產(chǎn)生高壓、潛在高純度CO2流，從而減小與捕獲要封存(sequestration)的CO2相關(guān)的下游壓縮要求。AGR300還可以包括用于脫除水的脫水步驟，以及/或者AGR下游的氧化步驟，以便使用適當(dāng)?shù)睦鋮s和分離鼓(knock-out drum, KOD)來(lái)產(chǎn)生CO2流,這取決于CO2的最終用途。
[0027]此外，AGR300通過(guò)導(dǎo)管223與硫回收單元(SRU)400流體連通。SRU400還配置用于接收并促進(jìn)將至少一些酸性氣體組分分離成多個(gè)組分，包括，但不限于，CO2, COS和H2S,并且將含硫組分重新轉(zhuǎn)換成元素硫，以便從導(dǎo)管401排出。此外，AGR300和/或SRU400可以配置用于通過(guò)諸如AGR300和最終綜合氣流導(dǎo)管224等將最終綜合氣流(未圖示)輸送到反應(yīng)器208。最終綜合氣流包括上述綜合氣流(未圖示)所產(chǎn)生的預(yù)定濃度的C02、C0S和H2S,如下詳述。在多個(gè)實(shí)施例中，SRU400可以使用以下項(xiàng)中的任意項(xiàng)實(shí)施:克勞斯工藝(Clausprocess)、直接硫回收工藝(DSRP)、硫酸、直接氧化、硫處理(Sulfatreat)直接氧化、硫處理和RTI Zn基脫硫工藝。
[0028]AGR300 通過(guò)導(dǎo)管224與反應(yīng)器208流體連通，其中最終綜合氣流輸送到反應(yīng)器208的預(yù)定部分。通過(guò)AGR300和SRU400分離和脫除此類C02、COS和H2S有助于產(chǎn)生清潔的合成氣流(未圖示)，所述合成氣流將通過(guò)清潔合成氣導(dǎo)管228輸送到燃?xì)鉁u輪機(jī)114。
[0029]在操作中，空氣分離單元202通過(guò)導(dǎo)管204接收空氣。所述空氣將分離成02、N2和其他組分。所述其他組分通過(guò)通風(fēng)孔排出，N2通過(guò)導(dǎo)管206輸送到渦輪機(jī)114，并且O2通過(guò)導(dǎo)管210輸送到氣化反應(yīng)器208。此外，在操作中，煤研磨和制漿單元211分別通過(guò)導(dǎo)管212和213接收煤和水、形成煤漿流并且通過(guò)導(dǎo)管214將所述煤漿流輸送到反應(yīng)器208。
[0030]反應(yīng)器208通過(guò)導(dǎo)管210接收O2、通過(guò)導(dǎo)管214接收煤并且通過(guò)導(dǎo)管224從AGR300接收最終綜合氣體流。反應(yīng)器208促進(jìn)產(chǎn)生高溫原料合成氣流，所述高溫原料合成氣流通過(guò)導(dǎo)管218輸送到設(shè)備144。反應(yīng)器208內(nèi)形成的爐渣副產(chǎn)物通過(guò)爐渣處理單元215以及導(dǎo)管216和217脫除。設(shè)備144促進(jìn)冷卻高溫原料合成氣流以產(chǎn)生冷卻的原料合成氣流，所述冷卻的原料合成氣流通過(guò)導(dǎo)管219輸送到洗滌器和LTGC221，其中顆粒物質(zhì)通過(guò)導(dǎo)管222從合成氣脫除、合成氣進(jìn)一步冷卻并且至少一部分COS通過(guò)水解轉(zhuǎn)換成H2S和C02。通過(guò)冷卻原料合成氣，可以回收原料合成氣中的熱能，例如以受熱鍋爐給水的形式。此外，回收的熱能可以用于其他工藝中，例如，但不限于，變換或其他反應(yīng)器，例如COS水解或甲烷化工藝，以及加熱進(jìn)入隔膜單元的入口流以免隔膜內(nèi)的冷凝。冷卻原料合成氣流輸送到AGR300，其中酸性氣體組分大體上脫除，以形成清潔合成氣流并且通過(guò)導(dǎo)管228輸送到燃?xì)鉁u輪機(jī)114。
[0031]此外，在操作中，合成氣流中脫除的至少一部分酸性組分可以通過(guò)導(dǎo)管223輸送到SRU400，其中酸性組分被脫除。
[0032]此外，在操作中，渦輪機(jī)114分別通過(guò)導(dǎo)管206和228接收N2和清潔合成氣。渦輪機(jī)114燃燒合成氣燃料、產(chǎn)生高溫燃燒氣體并且輸送該高溫燃燒氣體以使渦輪機(jī)114旋轉(zhuǎn)，所述渦輪機(jī)隨后通過(guò)轉(zhuǎn)子120旋轉(zhuǎn)第一發(fā)電機(jī)118。
[0033]通過(guò)傳熱設(shè)備144從高溫合成氣脫除的至少一部分熱量通過(guò)導(dǎo)管146輸送到HRSG142，其中所述熱量將水加熱成蒸汽。所述蒸汽通過(guò)導(dǎo)管150輸送到蒸汽渦輪機(jī)132，并且使得渦輪機(jī)132旋轉(zhuǎn)。渦輪機(jī)132通過(guò)第二轉(zhuǎn)子136旋轉(zhuǎn)第二發(fā)電機(jī)134。
[0034]H2S選擇性隔膜分離器600包括用于將氣體流分離成富H2S氣流和貧H2S氣流的隔膜。在一個(gè)實(shí)施例中，H2S選擇性隔膜分離器600置于LTGC221與AGR300之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，H2S選擇性隔膜分離器600置于AGR300與SRU400之間。
[0035]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的IGCC發(fā)電設(shè)備100的另一種部件布置的示意圖。在本示例性實(shí)施例中，冷卻的原料合成氣流從LTGC221輸送到H2S選擇性隔膜分離器600，然后輸送到AGR300。穿過(guò)H2S選擇性隔膜分離器600內(nèi)的隔膜(未圖示)的富H2S氣流602輸送到SRU400中，其中硫508和尾氣510分離并輸送到下游系統(tǒng)以進(jìn)行進(jìn)一步處理。貧H2S氣流604也包括輸送到AGR300的合成氣，其中CO2與貧H2S氣流分離并且再循環(huán)以用于IGCC發(fā)電設(shè)備100的其他地方、準(zhǔn)備封存以及/或用作H2S選擇性隔膜分離器600的吹掃氣(sweep gas，或稱殘氣)。將吹掃氣施加到H2S選擇性隔膜分離器600中隔膜的低壓側(cè)以限制穿過(guò)H2S隔膜的CO2損失并且提高H2S分離效率。在多個(gè)實(shí)施例中，N2和/或清潔合成氣還用于H2S選擇性隔膜分離器600掃掠(sweep)。在一個(gè)實(shí)施例中，CO2選擇性隔膜249用于促進(jìn)將從導(dǎo)管220進(jìn)入AGR300的冷卻貧H2S氣分離成清潔合成氣流和酸性氣體流。
[0036]在多個(gè)實(shí)施例中，LTGC221可以包括將COS轉(zhuǎn)換成H2S的變換/COS水解部分。
[0037]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的IGCC發(fā)電設(shè)備100的另一種部件布置的示意圖。在本實(shí)施例中，尾氣流510輸送到尾氣氫化單元512，其中尾氣流510進(jìn)行處理以在IGCC發(fā)電設(shè)備100中再循環(huán)。例如，經(jīng)過(guò)處理的尾氣514可以再循環(huán)到反應(yīng)器208、LTGC221、AGR300、SRU400和/或H2S選擇性隔膜分離器600。在多個(gè)實(shí)施例中，原料合成氣、來(lái)自H2S選擇性隔膜分離器600的合成氣以及來(lái)自AGR300的合成氣用于尾氣氫化工藝。在一個(gè)實(shí)施例中，CO2選擇性隔膜249用于將合成氣和酸性氣體與從導(dǎo)管604進(jìn)入AGR300的冷卻貧H2S合成氣分離。
[0038]圖4是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)施例的IGCC發(fā)電設(shè)備100的一種部件布置的示意圖。在本實(shí)施例中，H2S選擇性隔膜分離器600置于在AGR300與SRU400之間流體連通的位置。在一個(gè)實(shí)施例中，CO2選擇性隔膜249用于促進(jìn)將從導(dǎo)管220進(jìn)入AGR300的冷卻貧H2S合成氣分離成清 潔合成氣流和酸性氣體流。從AGR300排出的氣體包括酸性氣體，其中包括C02、C0S和H2S,這些氣體的比例基于多個(gè)工藝參數(shù)，包括，但不限于，用于IGCC發(fā)電設(shè)備100中的燃料、工藝溫度以及LTGC221的變換反應(yīng)器部分的效率。H2S選擇性隔膜分離器600允許H2S擴(kuò)散穿過(guò)隔膜，同時(shí)基本上阻止其他氣體擴(kuò)散穿過(guò)所述隔膜。通過(guò)導(dǎo)管223進(jìn)入H2S選擇性隔膜分離器600的酸性氣體分離成通過(guò)導(dǎo)管500從H2S選擇性隔膜分離器600排出的富H2S氣流以及通過(guò)導(dǎo)管504從H2S選擇性隔膜分離器600排出的貧H2S氣流。貧H2S氣流的一部分再循環(huán)到H2S選擇性隔膜分離器600的上游側(cè)，以促進(jìn)減少穿過(guò)隔膜的CO2損失量。
[0039]富H2S氣流輸送到SRU400，其將富H2S氣流分離成元素硫流508和尾氣流510，其中仍包括C02、SO2和H2S。尾氣流510輸送到氫化單元512，其中尾氣流510進(jìn)行處理以再循環(huán)到IGCC發(fā)電設(shè)備100中。例如，經(jīng)處理的尾氣514可以再循環(huán)到反應(yīng)器208、LTGC221、AGR300、SRU400和/或H2S選擇性隔膜分離器600。
[0040]圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)不例性實(shí)施例的IGCC發(fā)電設(shè)備100的一種部件布置的不意圖，其中尾氣不再循環(huán)到IGCC發(fā)電設(shè)備100中。相反，尾氣流510輸送到另一系統(tǒng)(未圖示)以進(jìn)行處理。
[0041]圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)施例的IGCC發(fā)電設(shè)備100的一種部件布置的示意圖。在本實(shí)施例中，原料合成氣流606輸送到LTGC221的入口 608。冷卻的無(wú)顆粒原料合成氣流從LTGC221輸送到AGR300。本說(shuō)明書(shū)中所用的無(wú)顆粒是指氣流中的顆粒含量足夠小，不會(huì)對(duì)下游部件或工藝產(chǎn)生不利影響。清潔合成氣流從AGR300輸送到合成氣出口 610，富H2S氣流輸送到SRU400，并且貧H2S氣流輸送到H2S選擇性隔膜分離器600。H2S選擇性隔膜分離器600分離貧H2S氣體混合物中的CO2和H2S,其中CO2輸送到CO2出口以用于其他地方，并且H2S輸送到SRU400。SRU400從來(lái)自AGR300和H2S選擇性隔膜分離器600的富H2S氣流中分離出元素硫產(chǎn)物，以產(chǎn)生元素硫流和尾氣流。所述元素硫被回收以用于其他地方，并且尾氣流在尾氣處理工藝614中進(jìn)行處理，然后輸送到再循環(huán)工藝616中。在多個(gè)實(shí)施例中，H2S隔膜600的下游包括拋光步驟，以促進(jìn)使用諸如但不限于硫處理(Sulfatreat?)等工藝脫硫。
[0042]在示例性實(shí)施例中，AGR300包括在去除溶劑之前的第一閃光(flash)。所述閃光步驟用于產(chǎn)生輸送到H2S隔膜600的貧H2S氣體。在本實(shí)施例中，所用的其他部件能夠提供相對(duì)于上述實(shí)施例而言較小尺寸的H2S隔膜以及較小簡(jiǎn)化AGR300。
[0043] 本說(shuō)明書(shū)中所述的用于合成氣體或合成氣生產(chǎn)的方法和設(shè)備有助于操作一體式氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電設(shè)備，特別是合成氣生產(chǎn)系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，從合成氣生產(chǎn)流體流中脫除更多硫化氫(H2S)和氧硫化碳(COS)提高合成氣生產(chǎn)效率。具體來(lái)說(shuō)，減小提供到氣化反應(yīng)器的二氧化碳(CO2)供料流中的H2S和COS濃度有助于減小輸送到燃?xì)鉁u輪機(jī)的清潔合成氣內(nèi)的雜質(zhì)濃度。此外，如本說(shuō)明書(shū)中所述，配置一體式吸收器以大體連續(xù)地脫除H2S和COS有助于優(yōu)化合成氣生產(chǎn)工藝，以便提高IGCC設(shè)備生產(chǎn)效率，從而便于降低運(yùn)行成本。此外，用于連續(xù)維持吸收器處于運(yùn)行狀態(tài)并且調(diào)節(jié)相關(guān)氣流的方法可有助于避免不當(dāng)排放，因?yàn)闇p小H2S和COS濃度可便于提高這些組分的環(huán)境負(fù)荷限制的運(yùn)行裕度(operationalmargin)。此外，本說(shuō)明書(shū)中所述用于生產(chǎn)此類合成氣的方法和設(shè)備可有助于降低與制造此類IGCC設(shè)備相關(guān)的資本成本。
[0044]以上詳細(xì)描述了與IGCC設(shè)備相關(guān)的合成氣生產(chǎn)不例性實(shí)施例。所述方法、設(shè)備和系統(tǒng)并不限于本說(shuō)明書(shū)中所述的特定實(shí)施例，也不限于圖示的特定IGCC設(shè)備。此外，此類方法、設(shè)備和系統(tǒng)并不限于IGCC設(shè)備，并且嵌入各種設(shè)備內(nèi)，通常包括，但不限于，產(chǎn)氫工藝、費(fèi)托(Fischer-Tropsch)燃料生產(chǎn)工藝，以及氣化系統(tǒng)、合成天然氣系統(tǒng)和氣體清洗系統(tǒng)。
[0045]本說(shuō)明書(shū)使用了各種實(shí)例來(lái)公開(kāi)本發(fā)明，包括最佳模式，同時(shí)也讓所屬領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造并使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實(shí)施所涵蓋的任何方法。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書(shū)限定，并可包含所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員想出的其他實(shí)例。如果其他此類實(shí)例的結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書(shū)的字面意義相同，或如果此類實(shí)例包含的等效結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書(shū)的字面意 義無(wú)實(shí)質(zhì)差別，則此類實(shí)例也應(yīng)在權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種碳捕獲系統(tǒng)，包括: 酸性氣體脫除(AGR)子系統(tǒng)，所述酸性氣體脫除子系統(tǒng)配置用于從無(wú)顆粒原料合成氣流中產(chǎn)生低酸性氣體含量合成氣流、貧硫化氫(H2S)氣流以及第一富H2S氣流； H2S選擇性隔膜分離器，所述H2S選擇性隔膜分離器定向在所述AGR子系統(tǒng)的下游，所述H2S選擇性隔膜分離器配置用于將來(lái)自所述AGR的所述貧H2S氣流分離成第二富H2S氣流和CO2氣流；以及 硫回收單元(SRU)，所述硫回收單元在所述隔膜分離器的下游與所述H2S隔膜分離器流體連通，所述SRU配置用于從所述第一富H2S氣流和所述第二富H2S氣流產(chǎn)生元素硫流和尾氣流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括變換反應(yīng)器，所述變換反應(yīng)器在所述隔膜分離器和所述酸性氣體脫除子系統(tǒng)中的至少一個(gè)的上游流體連通，所述變換反應(yīng)器配置用于產(chǎn)生氫氣(H2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括氧硫化碳(COS)水解單元，所述氧硫化碳水解單元在所述隔膜分離器和所述酸性氣體脫除子系統(tǒng)中的至少一個(gè)的上游流體連通，所述COS水解單元配置用于產(chǎn)生H2S和二氧化碳(CO2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的系統(tǒng)，其中所述酸性氣體脫除子系統(tǒng)包括CO2選擇性隔膜元件。
5.一種從氣化系統(tǒng)中產(chǎn)生的原料合成氣流捕獲CO2的方法，所述方法包括: 在H2S選擇性隔膜分離器和酸性氣體脫除單元(AGR)中的至少一個(gè)的入口處接收包括CO2的所述原料合成氣流； 使用所述AGR從所述原料合成氣流和貧H2S合成氣流中的至少一個(gè)分離出相對(duì)清潔的合成氣； 使用H2S選擇性隔膜分離器將所述原料合成氣流和酸性氣體流中的至少一個(gè)分離成富H2S氣流和貧H2S氣流；以及 使用硫回收單元(SRU)從所述富H2S氣流分離出硫。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括將酸性氣體流從所述AGR輸送到所述H2S選擇性隔膜分離器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括將所述富H2S氣流從所述H2S選擇性隔膜分離器輸送到所述SRU。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，在CO2流穿過(guò)所述H2S選擇性隔膜分離器和所述AGR之后，從所述H2S選擇性隔膜分離器和所述AGR中的至少一個(gè)輸送所述CO2流。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中使用SRU從所述富H2S氣體中分離出硫包括: 產(chǎn)生尾氣流；以及 通過(guò)氫化單元將所述尾氣流再循環(huán)到以下項(xiàng)中的至少一項(xiàng):氣化器、AGR、SRU、所述H2S選擇性隔膜分離器和變換反應(yīng)器。
10.一種氣化系統(tǒng)，包括: 氣化器，所述氣化器配置用于產(chǎn)生包括酸性氣體的燃料氣體流； 酸性氣體脫除子系統(tǒng)(AGR)，所述酸性氣體脫除子系統(tǒng)與所述氣化器流體連通并且配置用于從所述燃料氣體流中脫除酸性氣體的至少一部分；隔膜分離器，所述隔膜分離器與所述酸性氣體脫除子系統(tǒng)流體連通，所述隔膜分離器沿著所述燃料氣體流的方向定向在所述酸性氣體脫除子系統(tǒng)的上游和下游中的至少一處，所述隔膜分離器配置用于從所述燃料氣體流分離出硫化氫(H2S)氣體以產(chǎn)生富H2S氣流和貧H2S氣流；以及 硫回收單元(SRU)，所述硫回收單元在所述隔膜分離器的下游與所述隔膜分離器流體連通，所述SRU配置用于從所述富H2S氣流脫硫。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述隔膜分離器包括H2S選擇性隔膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括變換反應(yīng)器，所述變換反應(yīng)器在所述隔膜分離器和所述酸性氣體脫除子系統(tǒng)中的至少一個(gè)的上游流體連通，所述變換反應(yīng)器配置用于產(chǎn)生氫氣。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括氧硫化碳(COS)水解單元，所述氧硫化碳水解單元在所述隔膜分離器和所述酸性氣體脫除子系統(tǒng)中的至少一個(gè)的上游流體連通，所述COS水解單元配置用于產(chǎn)生H2S和CO2。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述SRU配置用于從所述富H2S氣流產(chǎn)生元素硫和尾氣流。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述尾氣流包括以下項(xiàng)中的至少一項(xiàng):硫化氫(H2S)、二氧化硫(SO2)和二氧化碳(CO2),并且其中所述尾氣輸送到氫化單元，所述氫化單元配置用于產(chǎn)生包括H2S的經(jīng)處理尾氣流。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述經(jīng)處理尾氣流輸送到以下項(xiàng)的至少一項(xiàng):氣化器、AGR、SRU、所述H2S選擇性隔膜分離器和變換反應(yīng)器。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述隔膜分離器包括隔膜元件和吹掃氣入口，所述吹掃氣入口配置用于接收吹掃氣流。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述吹掃氣入口配置用于將吹掃氣流輸送到所述隔膜元件的相對(duì)低壓側(cè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述吹掃氣入口配置用于將吹掃氣流輸送到所述隔膜元件的相對(duì)低壓側(cè)，所述吹掃氣流包括以下項(xiàng)中的至少一項(xiàng):C02、氮?dú)?N2)和燃料氣體。
20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述酸性氣體脫除子系統(tǒng)包括CO2選擇性隔膜元件。
【文檔編號(hào)】C01B31/20GK103980950SQ201410049689
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年2月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月13日
【發(fā)明者】A.J.阿瓦利亞諾, J.S.斯蒂芬森 申請(qǐng)人:通用電氣公司