结合二氧化碳气体纯化单元的化学循环制造技术

本发明专利技术涉及结合二氧化碳气体纯化单元的化学循环。包含氧化器和还原器的化学循环系统与气体纯化单元处于流体连通。气体纯化单元具有至少一个压缩机、至少一个干燥器，以及至少一个蒸馏纯化系统；其中，气体纯化单元操作来使二氧化碳与烟道气流中存在的其它污染物分离开；以及其中，气体纯化单元操作来使污染物以通气气体的形式再循环到化学循环系统，通气气体会对还原器中的反应物提供提升。

【技术实现步骤摘要】
结合二氧化碳气体纯化单元的化学循环关于联邦政府资助的研究的声明 本专利技术的主题在与美国能源部(DOE)的合同号为DE-FE0009484的研究合同下开发。美国政府对本专利技术具有某些权利。
本公开涉及结合化学循环系统与二氧化碳气体纯化单元，并且涉及为化学循环系统中的燃料反应器提供提升气体的方法。
技术介绍
化学循环是最近开发的工艺，其可用于电功率发生装置中，电功率发生装置燃烧燃料，诸如，煤、油、天然气、生物质和其它燃料。化学循环工艺可实现在现有或新功率装置中，并且除了其它益处之外，在减小装置大小，减少排放和增加装置运行效率方面提供有希望的改进。 图1描绘化学循环系统10，其包括氧化器12和还原器14。在氧化器12中，用从空气中获得的氧来氧化诸如硫化钙(CaS)或多价金属氧化物(表示为“Me”)的固体。例如，硫化钙在氧化器12中氧化成硫酸钙。多价金属氧化物从较低价状态氧化成较高价金属氧化物(例如，FeO氧化成Fe2O3)。硫酸钙和金属氧化物也称为固体氧发生体。氮和氧从氧化器中作为热的排气释放出来。热的硫酸钙然后传输到还原器14，在那里，硫酸钙还原成硫化钙，并且释放氧。释放的氧用来燃烧供应到还原器14的燃料(例如，诸如煤的固体燃料)。固体燃料在还原器14中燃烧会产生二氧化碳和少量水，以及其它污染物(在下文称为“烟道气”)。来自还原器的经还原的硫化钙然后排回到氧化器12，因而为工艺提供化学回路和热回路。 总体而言，化学循环系统利用高温工艺，由此诸如基于钙或金属的化合物的固体在称为氧化器(或空气反应器)的第一反应器和称为还原器(或燃料反应器)的第二反应器之间“循环”。在氧化器中，喷射到氧化器中的空气的氧在氧化反应中被固体捕捉。氧化释放的热使固体和气体的温度升高。捕捉的氧然后由热的经氧化固体携带到还原器，以用于诸如例如煤的燃料的燃烧和/或气化。在还原器中的还原反应之后，不再具有捕捉到的氧的固体返回到氧化器，以便再次氧化。重复这个循环。 即使还原器和氧化器中的燃烧产生气体，仍然需要在氧化器和还原器两者中使用提升气体，以便有利于将固体燃料和固体氧发生体(CaSO4或金属氧化物)提升到氧化器和还原器中的燃烧区中，以便有利于高效地燃烧。为了进行这一点，外部提升气体馈送到氧化器、还原器或两者。在氧化器的情况下，空气提供提升气体以及氧源。在还原器的情况下，期望与燃料反应的气体来提供提升。这个气体可为来自功率装置的蒸汽发生部件的蒸汽或来自气体纯化单元(GPU)的二氧化碳。因为来自按顺序排好的还原器和气体处理单元的组合的最终产物是相对纯的二氧化碳流，因此合乎需要的是使用不对烟道气添加额外的污染物的提升气体。
技术实现思路
本文公开的是一种系统，其包括化学循环系统，化学循环系统包括氧化器，氧化器与还原器处于流体连通；其中，氧化器操作来分别将多价金属氧化物或硫化钙氧化成更高价金属氧化物或硫酸钙；并且其中，还原器操作来使金属氧化物还原成更低价金属氧化物或使硫酸钙还原成硫化钙；其中，化学循环系统在还原金属氧化物或还原硫酸钙期间产生包括二氧化碳的烟道气流；气体纯化单元，其与化学循环系统处于再循环回路；其中，气体纯化单元包括至少一个压缩机，至少一个干燥器，以及至少一个蒸馏纯化系统；其中气体纯化单元操作来使二氧化碳与烟道气流中存在的其它污染物分离开；并且其中，气体纯化单元操作来使污染物以通气气体的形式再循环到化学循环系统，通气气体为还原器中的反应物提供提升。 本文公开的还有一种方法，其包括:将烟道气流从化学循环排出到系统气体纯化单元；其中化学循环系统包括氧化器，氧化器与还原器处于流体连通；其中，氧化器操作来分别使多价金属氧化物或硫化钙氧化成更高价金属氧化物或硫酸钙；并且其中，还原器操作来使金属氧化物还原成更低价金属氧化物或使硫酸钙还原成硫化钙；其中，化学循环系统在还原金属氧化物或还原硫酸钙期间产生包括二氧化碳的烟道气流；在气体纯化单元中压缩烟道气流；其中气体纯化单元包括至少一个压缩机、至少一个干燥器和至少一个蒸馏纯化系统；使二氧化碳与烟道气流中存在的其它污染物分离开；以及使污染物以通气气体的形式再循环到化学循环系统，通气气体为还原器中的反应物提供提升。 【附图说明】 图1是包括氧化器和还原器的化学循环系统的描绘；以及图2是化学循环系统的描述，化学循环系统与气体纯化单元处于流体连通，气体纯化单元产生通气气体，通气气体可用来产生提升气体，提升气体用于化学循环系统的还原器中。 【具体实施方式】 本文的公开内容是使用从气体纯化单元获得通气气体流，以用作通往还原器(即，燃料反应器)的进料流。通气气体流用作提升气体，以将固体(例如，固体燃料和固体氧载体)从还原器的底部向上携带到还原器中的燃烧区中，使得固体燃料可与固体氧载体反应，以产生燃烧和产生热。通气气体流有时还称为提升气体，因为它用来将固体燃料和固体氧载体的固体颗粒提升到还原器的燃烧区中。 [0011 ] 在实施例中，提升气体可为来自功率装置的蒸汽发生部分的蒸汽或来自产物气体的二氧化碳。因为功率装置的目标是用产生的蒸汽来发电，为了提升气体目的而使用蒸汽将减少装置的功率输出，从而降低装置的效率和增大成本。产物二氧化碳(在还原器中产生)可用于提升气体，但是在其中二氧化碳被销售而非封存的那些情况下，存在与使用产物二氧化碳相关联的经济损失。通过使用来自气体纯化单元的通气气体，可减少还原器中需要的提升气体的量。进一步，因为这些通气气体包括含碳化合物，所以它们可用作燃料源，因而改进燃料转化成二氧化碳的整体转化。这用来增加工艺的整体效率。这还有助于减少来自工艺的排放。例如，由于燃烧产生的硫和一氧化碳将再循环到燃料反应器，从而给一氧化碳机会来转化成二氧化碳和给硫机会来转化成硫化韩或硫酸隹丐。 图2是示例性系统100的描绘，其包括与气体纯化单元(GPU) 300集成的化学循环系统200。化学循环系统200包括氧化器102，其与还原器104处于流体连通。气体纯化单元300包括多个压缩机108、118和122，其与多个干燥器112和114处于流体连通。干燥器布置成彼此并联或串联。压缩机108位于干燥器112和114的上游，而压缩机118和122位于干燥器112和114两者的下游。压缩机122位于压缩机118的下游。各个压缩机108、118和122分别与热交换器110、120和130处于操作性连通。各个热交换器与冷却水交换压缩热。冷却水在吸收热后可用来在功率装置给水循环中对一些给水提供加热。将对可使用的给水加热的量存在一些限制，这取决于使用的蒸汽循环和整体工艺中的其它低水平热源。气体纯化单元300还包括低温蒸馏纯化系统124，其位于干燥器112和114的下游。 如早前详细描述的那样，在化学循环系统200中，硫化钙或多价金属氧化物在氧化器102中氧化，从而产生硫酸钙或更高价状态的金属氧化物。产生氮和氧作为氧化器的副产物。热的硫酸钙和/或热的金属氧化物传输到还原器104，在那里，它们被还原，以释放氧，氧用来燃烧固体燃料(例如，煤)。在还原器104中作为副产物获得的包括二氧化碳和水蒸气的烟道气流202传递到气体纯化单元300，并且被进料到压缩机108，在那里，它们被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，其包括：化学循环系统，其包括：　　氧化器，其与还原器处于流体连通；其中，所述氧化器操作来分别将多价金属氧化物或硫化钙氧化成更高价金属氧化物或硫酸钙；以及其中，所述还原器操作来使所述金属氧化物还原成更低价金属氧化物或使所述硫酸钙还原成硫化钙；其中，所述化学循环系统在所述金属氧化物的还原或所述硫酸钙的还原期间产生包括二氧化碳的烟道气流；气体纯化单元，其与所述化学循环系统处于再循环回路；其中所述气体纯化单元包括：　　至少一个压缩机；　　至少一个干燥器；以及　　至少一个蒸馏纯化系统；其中，所述气体纯化单元操作来使二氧化碳与所述烟道气流中存在的其它污染物分离开；以及其中，所述气体纯化单元操作来使所述污染物以通气气体的形式再循环到所述化学循环系统，所述通气气体对所述还原器中的反应物提供提升。

【技术特征摘要】
2013.06.21 US 13/9238001.一种系统，其包括: 化学循环系统，其包括: 氧化器，其与还原器处于流体连通；其中，所述氧化器操作来分别将多价金属氧化物或硫化钙氧化成更高价金属氧化物或硫酸钙；以及其中，所述还原器操作来使所述金属氧化物还原成更低价金属氧化物或使所述硫酸钙还原成硫化钙；其中，所述化学循环系统在所述金属氧化物的还原或所述硫酸钙的还原期间产生包括二氧化碳的烟道气流； 气体纯化单元，其与所述化学循环系统处于再循环回路；其中所述气体纯化单元包括: 至少一个压缩机； 至少一个干燥器；以及 至少一个蒸馏纯化系统；其中，所述气体纯化单元操作来使二氧化碳与所述烟道气流中存在的其它污染物分离开；以及其中，所述气体纯化单元操作来使所述污染物以通气气体的形式再循环到所述化学循环系统，所述通气气体对所述还原器中的反应物提供提升。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括多个压缩机、多个干燥器和多个蒸馏纯化系统。3.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述多个干燥器位于至少一个压缩机的下游，并且其中，至少一个蒸馏纯化系统位于所述多个压缩机的下游。4.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，两个或更多个压缩机位于所述多个干燥器的下游。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，各个压缩机与使用水作为冷却介质的热交换器处于流体连通。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括其中使用所述通气气体来使蒸汽冷凝的热交换器。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通气气体包括两个流；在被所述蒸馏纯化系统操作之后再循环到所述化学循环系统的第一流，以及在离开所述干燥器之后再循环到所述化学循环系统的第二流。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第二流不接触所述蒸馏纯化系统。9.根据权利要求8所述系统，其特征在于，所述蒸馏纯化系统是低温蒸馏纯化系统。10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通气气体包括甲烷、一氧化碳、氢、氧、硫化氢和二氧化硫。11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通气气体再循环到所述化学循环系统有利于进一步将一氧化碳转...

【专利技术属性】
技术研发人员：HE小安德鲁斯，GD朱科拉，PR蒂博，GN利耶达尔，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH