使用经改性的合成气进料发电的系统技术方案

本实用新型专利技术提供了使用经改性的合成气进料发电的系统，其用于从含有相当大量的CO和硫化合物的高温合成气流中捕获和分离二氧化碳和氢气以用作“清洁”补充燃料，其具体用于：降低所述高温合成气流的温度、去除存在于合成气体中的基本上全部的硫化合物、在第一高温水煤气变换反应中将第一部分的CO转化为二氧化碳、使用第二低温水煤气变换反应将第二部分的CO转化为二氧化碳、使用第三低温水煤气变换反应将第三部分的CO转化为二氧化碳，以及随后分离出存在于经处理的合成气流中的基本上全部的氢气。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
使用经改性的合成气进料发电的系统
本技术涉及一种用于从合成气体流中去除不希望的化学组分的系统，以向联 合循环设备中的燃气轮机提供更有效的进料，以及向依赖于燃烧清洁烃类燃料的其他商业 用途中提供更有效的进料。具体地，本技术涉及一种系统，其用于有效转化一氧化碳， 并从合成气体流中去除二氧化碳，并且用于使用高温脱硫步骤结合多个水煤气变换反应和 氢气分离步骤而产生二氧化碳和游离氢。
技术介绍
近年来，许多联合循环发电设备已选择使用一些形式的合成气体（合成气）作 为主要燃料组分，以增加更清洁燃料气体的使用，这些更清洁的燃料衍生自更便宜的固体 燃料（如煤），并将其使用于燃气轮机或联合循环设备中。合成气为气体混合物的通用术 语，其通常含有一氧化碳和氢气，以及较低分子量的烃类（如CH 4)和显著比例的非烃类组 分（包括氮气、二氧化碳、H20和氧气）。通常，合成气也含有显著量的硫副产物或在上游气 化操作中所产生的其他污染物（特别是通过煤气化设备所产生的气体化合物）。存在一些 更环保的方法以制备合成气，如天然气或液体烃类的蒸汽重整。然而，在所有这种体系中， 终产物具有小于天然气的能量密度（energy density)的一半的能量密度，并含有氢气、大 量一氧化碳和至少一些二氧化碳。尽管如此，合成气代表一种有价值的潜在补充燃料来源， 特别是在包括燃气轮机的联合循环设备中。 如所述，制备合成气的大多数气化系统，特别是依赖于以煤作为主要燃料的那些 气化系统，其主要问题涉及高体积百分比的一氧化碳和二氧化碳，以及硫化合物（如h 2s 和COS)和甚至氮化合物的存在。所有这些均降低合成气的热值（thermal value),产生复 杂的污染控制问题并降低联合循环设备效率。因此，近年来，已进行大量努力而仅获得有限 成功，以降低合成气进料中的硫和其他非燃料组分的量，而不损害设备的热力学效率或增 加满足严格的联邦和州排放控制标准所需的资本开支。 用于去除合成气燃料流中的硫和其他酸性气体污染物的一个公知的方法是在 二十世纪八十年代首先由环球石油产品公司（Universal Oil Products)开发的Selexol 方法。在Selexol系统中，溶剂在相对较高压力（在300至1500psia范围内）和低温（通常 低于40° F)下吸收存在于进料中的酸气，如H2S。含有经吸收的酸气的富集溶剂（enriched solvent)随后压力降低，使用蒸汽作为加热源而从溶剂中汽提酸气。在过去，Selexol方法 已成功用于分离和回收作为分开的流的硫化氢和二氧化碳，硫化氢被转化为单质硫或用于 形成硫酸。尽管有那些成功，Selexol被认为是用于从合成气原料中去除硫和C0 2的昂贵且 复杂的选择，因为其涉及将来自气化器的高温气体冷却至低温的过程。 尽管已在转化和提纯由煤气化（例如作为整体煤气化联合循环（IGCC）设备的 部分）所产生的合成气方面取得一些进步，大多数煤制氢技术的商业化受阻于与无机杂 质（特别是存在于民用煤中的硫）相关的高资本成本，所述无机杂质去除最终形成产生严 重的环境问题的氧化物和/或H 2S。另外，用于H2S的大多数已知的液体吸收单元涉及需要 冷却整个气体流的低温过程，从而导致另外的能量损失和更低的效率。 除了硫之外，一氧化碳的转化和燃烧废气流中的二氧化碳的去除在近年来已在商 业上变得更显著，这部分是由于转化、分离和压缩二氧化碳以用于其他工业中或制备释放 至大气的清洁无碳废气的经济价值。一些当前的C0 2捕获方法依赖于燃料脱碳过程，所 述燃料脱碳过程将一氧化碳转化为二氧化碳，并在任何燃料在电设备中发生燃烧之前从 系统中去除C0 2。然而，典型的脱碳设备是复杂的，因为其需要使用一个或多个催化反应器 和重整器作为必要组件。脱碳系统的安装和操作也可能是热力学效率低和高成本的。例如， 由于在重整过程中需要和释放的能量，脱碳过程可使总设备效率降低8-12%。尽管可使用 气体分离装置（如渗透膜）从合成气进料中分离C0 2，分离总是必须在高温和高压下进行， 以使在最终隔离（sequestration)之前压缩C02的需要达到最小。 对于存在于合成气中的氢气，一些常规系统能够从合成气原料中分离燃料 级H2，但需要大量的单元操作（如多个吸收和解吸柱），并且在已有设备内的大的占用 空间（footprint)。近年来，也已一些成功地使用氢气选择性膜（hydrogen-selective membranes)来分离氢气。然而，单独使用膜不产生不含残余的硫、一氧化碳和二氧化碳组分 的清洁合成气产品。另外，已知的氢气选择性膜不透一氧化碳，因此不能将经分离的气 体传递至富含燃料的渗透物流。（膜渗余物流中的最终残余H 2和C0通常称为氢气滑脱物 (slip) ）。使用氢气选择性膜的大多数设备设计也需要另外的单元操作，以确保设备的总 热效率不被膜分离之后的H2和C0滑脱物降低。 因此，发电工业中仍然明显需要产生更有效的系统，以通过去除不希望的硫副产 物，将C0转化为C0 2以及隔离C02而有效清洁粗合成气进料，而不导致另外的高能量成本和 实现那些方法目的通常所需的资本设备支出。
技术实现思路
本技术提供一种使用经改性的合成气进料发电的系统，其包括：气化器，所述 气化器用于产生包含游离氢、蒸汽、CO、CH4、C02、氮气和硫化合物的合成气进料；高温脱硫 单元，所述高温脱硫单元构造为从所述合成气进料中去除所述硫化合物；第一高温水煤气 变换反应器，所述第一高温水煤气变换反应器构造为将所述合成气进料中的一氧化碳转 化为二氧化碳，并形成第一经转化的合成气流；第二低温水煤气变换反应器，所述第二低温 水煤气变换反应器构造为将一氧化碳进一步转化为二氧化碳，以形成第二经转化的合成气 流；第三低温水煤气变换反应器，所述第三低温水煤气变换反应器构造为将一氧化碳进一 步转化为二氧化碳，以形成第三经转化的合成气流；一个或多个氢气分离器，所述一个或多 个氢气分离器包括构造为从所述第三经转化的合成气流中分离出游离氢的膜；燃气轮机， 所述燃气轮机构造为接收并燃烧所述游离氢；以及发电机，所述发电机联接至所述燃气轮 机。 本申请消除了如下需要：依赖于常规酸气去除过程以从合成气燃料或其他气体源 流中去除硫化合物和其他高度控制的排放物。如本文所用，术语酸气去除（或AGR） 通常指由含有硫化合物的烃类原料所产生的C0S、C02、H2S和其他酸性气体（有时称为酸 气）的去除。典型的AGR过程去除酸气（通常使用溶剂吸收）以产生可进料至例如在联 合循环发电设备中的燃气轮机中的一个或多个燃烧器的更有效的清洁燃料。 【附图说明】 图1为进行本技术（即去除不希望的硫成分、将C0有效转化为co2、分离出氢 气燃料部分以及产生含有另外的氢的经改进的补充燃料来源以用于联合循环设备中）所 需的示例性方法步骤和设备的主要部件示意图。 【具体实施方式】 如所述，本技术提供了一种新的更成本有效的方法，所述方法用于从合成气 进料中去除硫化合物和C0而无需任何使用常规溶剂基酸气去除（AGR）子系统作为整个 过程的部分。为了实现该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用经改性的合成气进料发电的系统，其包括：气化器，所述气化器用于产生包含游离氢、蒸汽、CO、CH4、CO2、氮气和硫化合物的合成气进料；高温脱硫单元，所述高温脱硫单元构造为从所述合成气进料中去除所述硫化合物；第一高温水煤气变换反应器，所述第一高温水煤气变换反应器构造为将所述合成气进料中的一氧化碳转化为二氧化碳，并形成第一经转化的合成气流；第二低温水煤气变换反应器，所述第二低温水煤气变换反应器构造为将一氧化碳进一步转化为二氧化碳，以形成第二经转化的合成气流；第三低温水煤气变换反应器，所述第三低温水煤气变换反应器构造为将一氧化碳进一步转化为二氧化碳，以形成第三经转化的合成气流；一个或多个氢气分离器，所述一个或多个氢气分离器包括构造为从所述第三经转化的合成气流中分离出游离氢的膜；燃气轮机，所述燃气轮机构造为接收并燃烧所述游离氢；以及发电机，所述发电机联接至所述燃气轮机。

【技术特征摘要】
2012.12.28 US 13/7290971. 一种使用经改性的合成气进料发电的系统，其包括： 气化器，所述气化器用于产生包含游离氢、蒸汽、co、ch4、co2、氮气和硫化合物的合成气 进料； 高温脱硫单元，所述高温脱硫单元构造为从所述合成气进料中去除所述硫化合物； 第一高温水煤气变换反应器，所述第一高温水煤气变换反应器构造为将所述合成气进 料中的一氧化碳转化为二氧化碳，并形成第一经转化的合成气流； 第二低温水煤气变换反应器，所述第二低温水煤气变换反应器构造为将一氧化碳进一 步转化为二氧化碳，以形成第二经转化的合成气流； 第三低温水煤气变换反应器，所述第三低温水煤气变换反应器构造为将一氧化碳进一 步转化为二氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：TRN雷迪，AK阿南德，M穆图拉马林加姆，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：新型
国别省市：美国;US