集成了制氧的分段化学链工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种提高燃料燃烧从而使副产物二氧化碳的捕集最大化的方法。根据本发明专利技术的多个实施方案，提供了一种用于在两段工艺中燃烧燃料的方法，包括原位制氧。原位制氧允许进行第二氧化阶段的操作以进一步燃烧燃料，从而使燃料转化效率最大化。所述集成制氧也提供了升高的次级反应器温度，从而提高了工艺的总热效率。所述原位制氧的方法不受限于一个特定的实施方案，并且可以使用氧气发生反应器、离子迁移膜或这两者而进行。本发明专利技术也公开了构造用于第二阶段燃烧方法的系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方案主要涉及燃料燃烧工艺和系统。更具体地，本专利技术的实施方案涉及使用原位制氧以燃烧燃料并产生富二氧化碳(CO2)的烟道气流的两段燃烧方法和系统，其中可以从所述烟道气流捕集CO2以用于以后的使用和/或者封存。
技术介绍
在过去数年中，由于CO2排放的增加，大气中的温室气体浓度显著升高。人们正在研宄一些减缓技术(例如CO2捕集与封存(CCS))以减少大气中CO 2的排放。减少0)2排放的一种方法是从废烟道气中捕集CO 2。人们正在开发一些常规技术以在燃烧之前或者燃烧之后捕集CO2。当使用环境空气进行燃料的燃烧时，空气中氮的存在稀释了烟道气中0)2的浓度，因此不利于从烟道气中分离co2。人们正在评估一些另外的常规技术以从工业废烟道气中捕集0)2从而克服常规气体分离工艺的限制。然而，这些常规技术通常操作成本昂贵而难以实施。因此通常对有常规燃烧产生的烟道气进行处理以捕集co2。由于使用空气(即含氮)作为氧的来源以推进燃烧反应，导致烟道气中的CO2的浓度水平较低。另一个这样的常规技术是化学链燃烧(CLC)，其中在没有氮的干扰下将氧气转移至燃料，从而在燃料氧化后产生CO2和水蒸气流。然后可以容易地除去水蒸汽(即通过冷凝)，留下高纯度的CO2流以供压缩、运输和/或者加工。至少因为这些原因，CLC作为减少0)2排放的可行方法而得到广泛地研宄。化学链基于在空气的存在下能够被氧化并且在燃料的存在下能够被还原的氧载体，从而将氧气从空气中转移至燃料中。所述氧载体在空气反应器中被氧化，其中所述氧载体与存在于空气中的氧反应从而形成金属氧化物或者氧载体氧化物。然后将氧化的氧载体供应到处于还原性气氛中的燃料反应器，其中所述氧化的氧载体将自身的氧转移到所述燃料，从而使得还原的氧载体用于空气氧化的另一个阶段。在燃料反应器中，根据燃料氧化程度以及所述化学链工艺用于燃烧还是转化，所述燃料被氧化从而形成CO、CO2，和H 20等燃烧产物。人们已经研宄了一些用于CLC的氧载体。已经发现一些氧载体具有在燃料反应器中释放气态氧的特性，从而提高了燃料的氧化或燃烧。已经研宄了数种用于化学链工艺的氧载体，发现没有氧载体能解决传统氧载体所面临的所有挑战(例如，氧输送能力、高反应性、耐磨损性、成本、寿命等)。在许多情况下难以实现燃料的完全转化，并且认为氧抛光是燃烧完成。在这种情况下，所需的氧由外部来源提供。例如，原位制氧允许进行第二氧化步骤，其中全部的燃料可以完全地氧化，从而使燃料转化率最大化。此外，在发电的情况下，通过提高氧燃烧或者氧化后所产生的烟道气温度，可以产生更高的新鲜蒸汽温度，从而提高该工艺的总热效率。
技术实现思路
一般而言，本专利技术的实施方案涉及集成制氧的两段燃料燃烧的方法。某些实施方案提供化学链燃烧工艺，其中氧从空气转移至燃料中从而部分地或者完全地氧化所述燃料。如下文将更详细地描述的那样，根据某些实施方案，原位制氧提供第二氧化阶段以进一步燃烧燃料，从而得到富CO2的烟道气流，其中可以捕集CO2用于以后的使用和/或者封存。根据本专利技术的多个实施方案，分段的化学链燃烧工艺减少了燃烧过程后的CO2后处理的需要，使得成本节约。多个实施方案表明，可以并入具有在特定条件(称为化学链解氧耦合(CLOU)效应)下释放气态氧的性能的氧载体，从而提高燃料的氧化，而与在常规燃烧工艺中使用的空气反应器或者燃料反应器的床构造无关。特别地，根据本专利技术的实施方案，分段化学链燃烧工艺在第一阶段在燃料反应器中使用具有CLOU效应的氧载体氧化所述燃料，然后在第二阶段使用纯氧完成燃料的氧化，所述纯氧是由具有CLOU效应的氧载体释放的氧生成的。根据至少一个实施方案，将分离器(例如固体/气体分离器)放置于空气反应器(例如循环流化床空气反应器)的下游以将氧化的氧载体与贫氧空气分离。对热贫氧空气进行处理以产生能量、热和/或者电，同时将所述氧化的氧载体分成两个流:(I)将第一流供应至燃料反应器，(2)将第二流供应至氧气发生反应器。根据一个实施方案，所述氧气发生反应器是具有受控压力的热床，其在合适的温度和压力条件下从氧载体中释放气态氧。根据另一个实施方案，将热贫氧空气供应至离子迀移膜(ITM)从而产生气态氧，所述气态氧与从热床中产生的气态氧合并。在该实施方案中，由于所需的原位气态氧由ITM产生，因此可以使用任何氧载体。然后将所产生的气态氧传递至第二氧化阶段，其中所述燃料完全地氧化。根据还原的程度，将还原的氧载体输送回空气反应器或者输送至燃料反应器，从而完成所述循环。因此，根据一个实施方案，提供了集成了原位制氧的两段燃烧方法。所述方法包括使用空气反应器氧化还原的氧载体流以形成氧化的氧载体流；在初级分离器中，从氧化的氧载体流中分离氧载体和贫氧空气。所述方法还包括在制氧系统中制备气态氧。所述方法还包括使用初级燃料反应器，在氧载体的存在下燃烧燃料；以及使用次级燃料反应器，在气态氧的存在下燃烧附加的燃料供料和离开初级燃料反应器的未燃烧燃料中的至少一种。根据本专利技术的另一个实施方案，提供了集成了原位制氧的两段燃烧方法，其包括在所述制氧系统的ITM中生成气态氧。根据本专利技术的另一个实施方案，提供了集成了原位制氧的两段燃烧方法，其包括在所述制氧系统的氧气发生反应器(OGR)中生成气态氧。根据至少一个实施方案，所述氧化的步骤包括使用提升管反应器和流化床反应器中的一种氧化所述还原的氧载体流。根据至少一个实施方案，所述燃烧的步骤包括使用初级燃料反应器燃烧所述燃料，所述初级燃料反应器为流化床反应器和移动床反应器中的一种。根据至少一个实施方案，对附加燃料供料和离开所述初级燃料反应器的未燃烧燃料中的一种进行燃烧的步骤包括使用氧-燃料锅炉或者任意类型的燃烧室燃烧所述燃料。根据至少一个实施方案，所述制备的步骤包括在所述制氧系统的离子迀移膜中生成气态氧以用于内部使用或者公共使用中的一种。根据至少一个实施方案，在离子迀移膜中生成气态氧的步骤包括从离开所述初级分离器的贫氧空气中分离氧。根据至少一个实施方案，所述制备的步骤包括在所述制氧系统的氧气发生反应器中生成所述气态氧以用于内部使用或者公共使用中的一种。根据至少一个实施方案，离开初级分离器的氧载体进入初级燃料反应器、氧气发生反应器以及次级燃料反应器中的至少一种。根据至少一个实施方案，所述制备的步骤包括在氧载体的存在下，通过以下至少一种在氧气发生反应器中产生气态氧:提高氧气发生反应器内的压力、调整氧气发生反应器的温度以及注入吹扫气体。所述吹扫气体选自由二氧化碳和蒸汽组成的组。根据至少一个实施方案，所述方法还包括在次级分离器中分离气态氧和氧载体的步骤。根据另一个实施方案，提供了用于集成了原位制氧的两段燃烧的系统，包括:空气反应器，用于氧化还原的氧载体流从而形成氧化的氧载体流；初级分离器，用于从氧化的氧载体流中分离氧载体和贫氧空气；制氧系统，用于产生气态氧；初级燃料反应器，用于在所述氧载体存在下燃烧燃料；以及次级燃料反应器，用于在气态氧的存在下燃烧附加的燃料供料和离开初级燃料反应器的未燃烧燃料中的至少一种。根据至少一个实施方案，所述空气反应器包括提升管反应器和流化床反应器中的一种。根据至少一个实施方案，所述初级燃料反应器包括流化床反应器和移动床反应器中的一种。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成了原位制氧的两段燃烧方法，该方法的特征在于以下步骤：使用空气反应器氧化还原的氧载体流以形成氧化的氧载体流；在初级分离器中，从所述氧化的氧载体流中分离氧载体和贫氧空气；在制氧系统中制备气态氧；使用初级燃料反应器，在所述氧载体的存在下燃烧燃料；使用次级燃料反应器，在气态氧的存在下燃烧附加燃料供料和离开所述初级燃料反应器的未燃烧燃料中的至少一种。

【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：蒂贾尼·尼亚斯，穆拉德·V·尤尼斯，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA