一种用于共同产生氢和电能的系统，包括：重整器（４），所述重整器被构造以接收重整器燃料和蒸汽并产生富氢的重整产物（４４）。该系统进一步包括与所述重整器（４）流体连通的分离单元（１２），其中所述分离单元（１２）被构造以接收所述重整产物（４４），从所述重整产物（４４）中分离氢并产生废气（１８）。该系统还包括燃烧器（６），所述燃烧器被构造以接收用于进行燃烧的燃料（１０），并产生热量和热压缩气体（２２），其中燃烧器（６）与重整器（４）相连接。燃气轮机（２６）使所述热压缩气体（２２）膨胀，并产生电能和膨胀气体（３０）；其中至少一部分来自燃烧器（６）的热能被用于在重整器（４）中生产重整产物（４４）。
【技术实现步骤摘要】
用于共同产生氢和电能的系统和方法
本专利技术涉及能量生成系统，更具体而言，涉及氢和电能的共同产生。
技术介绍
近年来，在使用复合循环能量生成系统方面已作出了多种尝试，在这种系统中，燃料在燃烧器中燃烧产生热气体，所述热气体驱动燃气轮机产生电能。在复合循环能量生成系统中，燃烧器通常由压缩空气进行冷却，所述压缩空气很容易从设备中获得。使用压缩空气冷却燃烧器限制了燃烧器中火焰温度的下限，进而可能会导致氮氧化物(NOx)的产量及其排放量较高。共同产生工艺路线一般是从同一原料中产生电和一些液体燃料或者化学品。共同产生的概念是基于在对电量需求较少的期间生产化学品或液体燃料以及在用电高峰期中使用它们来增加能量产量。氢是一种使用最广泛的燃料，由这种共同产生设备生产的氢可以多种方式加以利用，包括发电。典型地，烃燃料例如天然气的蒸汽重整是产生氢的主要方法。重整反应是吸热反应，其中必须提供外部热量。一般通过燃烧一部分用于重整的燃料或者重整设备中存在的任何富含燃料的气体以供给这种外部热量。该过程耗能多并且会产生大量的氮氧化物(NOx)。随着氢经济的到来，对于可以生产氢和电的共同产生系统的需求预计会不断增加。因此，需要设计一种共同产生系统，其能够以高效的方式产生氢和电能，同时限制NOx的排放。
技术实现思路
一方面，一种用于共同产生氢和电能的系统包括重整器，所述重整器被构造用以接收重整器燃料和蒸汽并产生富氢的重整产物。所述系统进一步包括与重整器流体连通的分离单元，其中所述分离单元被构造用以接收重整产物，从重整产物中分离出氢，并产生废气。所述系统还包括燃烧器，所述燃烧器被构造用以接收燃料进行燃烧并产生热能和热的压缩气体，其中所述燃烧器与重整器相连接。燃气轮机使热压缩气体膨胀并产生电能和膨胀的气体；其中至少一部分来自燃烧器-->的热能被用于在重整器中生产重整产物。另一方面，一种用于共同产生氢和电能的系统包括重整器，所述重整器被构造用以接收重整器燃料和蒸汽并产生富氢的重整产物。所述系统进一步包括燃烧器，所述燃烧器被构造用以接收燃料进行燃烧并产生热能和热的压缩气体，其中所述燃烧器与重整器相连接。分离单元与重整器流体连通，所述分离单元被构造用于接收重整产物，从重整产物中分离出氢，并产生废气。至少一部分来自燃烧器的热能被用于在重整器中生产重整产物。燃气轮机使热压缩气体膨胀并产生电能和膨胀的气体。至少一部分来自燃烧器的热能被用于在重整器中生产重整产物。分离单元被构造用以从重整产物中分离二氧化碳，并使至少一部分废气再循环至重整器。另一方面，一种用于共同产生氢和电能的方法包括在重整器中对重整器燃料和蒸汽的混合物进行重整并产生富氢的重整产物。该方法进一步包括从重整产物中分离出氢并产生废气。该方法还包括在燃烧器中燃烧燃料，产生热能和热的压缩气体，其中燃烧器与重整器相连接。热压缩气体在燃气轮机中膨胀产生电能和膨胀的气体；其中至少一部分来自燃烧器的热能被用于在重整器中生产重整产物。另一方面，一种燃烧器重整器系统，包括燃烧器，所述燃烧器被构造用以接收用于燃烧的燃料和氧化剂，并产生热的压缩气体和热能。重整器与燃烧器紧密接触，所述重整器被构造用以接收重整器燃料和蒸汽并产生富氢的重整产物。所述重整器与燃烧器相连接，并且至少一部分来自燃烧器的热能被用于在重整器中生产重整产物。附图说明下面参照附图对本专利技术进行详细的说明，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更加容易理解，在所有附图中相同的附图标记代表相同的部件，其中：图1为第一种典型的共同产生系统的工艺流程示意图；图2为第二种典型的共同产生系统的工艺流程示意图；图3为第三种典型的共同产生系统的工艺流程示意图；图4为第四种典型的共同产生系统的工艺流程示意图；图5为第五种典型的共同产生系统的工艺流程示意图；图6为典型的燃烧器重整器的示意图；以及图7为另一种典型的燃烧器重整器的剖视图。-->具体实施方式图1示意性地示出了用于生产氢和电能的典型的共同产生系统2，其包括轮机部分3和氢生成部分5。氢生成部分包括重整器4和分离单元12。轮机部分包括燃烧器6、压缩机24、燃气轮机26和转子46，轮机26通过转子驱动压缩机24。重整器4与燃烧器6连接在一起，其中来自燃烧器6的燃烧热量用于重整器4中的重整过程。在下面的详细描述中，共同产生系统2的基本元件大部分都是公知的，通过策略性地互相连接系统元件与再循环流动通路以提高系统的性能和效率，从而相对于已公知的系统实现了效率的提高。通过回收来自共同产生系统的排出气流中的能量，提高了共同产生系统的效率。在此所述的共同产生系统的不同实施例中，燃烧过程中所使用的氧化剂是环境空气。可以理解的是出于同样的目的，可以使用任何其它包括燃烧所需量的氧的氧化剂流。在操作中，重整器4被构造以接收燃料流8和蒸汽40。在重整器4中，燃料流8与蒸汽40反应产生富氢的重整产物流44。重整产物流44被送至分离单元12，分离单元12被构造以产生基本上纯的氢气流16和废气流18。在一些实施例中，分离单元12进一步产生富含二氧化碳(CO2)的气流14。典型地，重整烃燃料，例如天然气和蒸汽，能够产生氢。该过程能耗较大，并且在整个重整过程中大量的热被吸收。天然气的主要成分是甲烷(CH4)，其与蒸汽通过两步反应产生氢。通过重整过程，天然气通过以下的反应(1)和(2)转化成氢。 (1) (2)至少一部分引入的燃料8在重整器4中经重整过程被转化生成氢。在存在适当的蒸汽重整催化剂例如镍的条件下发生重整反应(1)。重整反应(1)是高吸热的反应，反应热大约为88,630BTU/摩尔。其它烃燃料的重整反应同样是吸热的。重整产物流44中包括一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氢(H2)，未反应的燃料和水。重整产物流44被送入分离单元12中，所述分离单元将氢和二氧化碳从重整产物流44中分离出来，并产生富含二氧化碳的气流14、富氢的气流16和废气流18。在一种实施方式中，废气流18循环回到燃料进入气流8中，并且混合-->后的气流与蒸汽一起被送入重整器4中。吸热的重整反应(1)所需的热量由来自燃烧器6的燃烧热提供，燃烧器6与重整器4相连接。燃烧器6被构造以接收进入的燃料流10和压缩的氧化剂流20。进入的燃料流10和氧化剂流20可以预混合，并注入燃烧器6。在一些实施例中，燃料和氧化剂可以单独注入燃烧器6。在一些其它的实施例中，燃料和氧化剂在被送入燃烧器6之前可以部分或者完全混合。进入的燃料流10可包括任何合适的气体或液体，例如氢、天然气、甲烷、石脑油、丁烷、丙烷、柴油、煤油、航空燃料、源于煤的燃料、生物燃料、充氧的烃原料、及其混合物。在一些实施例中，燃料可优选包含氢或天然气(NG)或者其混合物。在其它一些实施例中，从分离单元12中出来的废气流18的一部分被用作燃烧器6的燃料。来自压缩机24的压缩的氧化剂20可包括含氧的任何合适的气体，例如空气、富氧空气、贫氧空气、和/或纯氧。在操作中，典型压缩机24为多级压缩机，其包括多列静叶片和转动叶片。燃烧器6中的燃烧过程生成热气流22。回到图1，从燃烧器6中出来的热气流22被送入燃气轮机26。共同产生系统2进一步包括被附接到燃气轮机26上的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于共同产生氢和电能的系统，包括：重整器（４），所述重整器被构造用于接收重整器燃料（８）和蒸汽，并产生富氢的重整产物（４４）；与所述重整器（４）流体连通的分离单元（１２），其中所述分离单元（１２）被构造用于接收所述重整产物（４４），从所述重整产物（４４）中分离氢并产生废气（１８）；燃烧器（６），所述燃烧器被构造用于接收用来燃烧的燃料（１０），产生热能和热的压缩气体（２２），其中所述燃烧器（６）与所述重整器（４）相连接；和燃气轮机（２６），所述燃气轮机使所述热的压缩气体（２２）膨胀并产生电能和膨胀气体（３０）；其中至少一部分来自所述燃烧器（６）的所述热能被用于在所述重整器（４）中生产所述重整产物（４４）。
【技术特征摘要】
US 2004-3-29 10/8104711、一种用于共同产生氢和电能的系统，包括：重整器(4)，所述重整器被构造用于接收重整器燃料(8)和蒸汽，并产生富氢的重整产物(44)；与所述重整器(4)流体连通的分离单元(12)，其中所述分离单元(12)被构造用于接收所述重整产物(44)，从所述重整产物(44)中分离氢并产生废气(18)；燃烧器(6)，所述燃烧器被构造用于接收用来燃烧的燃料(10)，产生热能和热的压缩气体(22)，其中所述燃烧器(6)与所述重整器(4)相连接；和燃气轮机(26)，所述燃气轮机使所述热的压缩气体(22)膨胀并产生电能和膨胀气体(30)；其中至少一部分来自所述燃烧器(6)的所述热能被用于在所述重整器(4)中生产所述重整产物(44)。2、如权利要求1所述的系统，其中所述废气(18)的至少一部分在分离氢后再循环回到所述重整器(4)。3、如权利要求1所述的系统，其中所述重整产物(44)进一步包含一氧化碳、二氧化碳和所述重整器燃料。4、如权利要求3所述的系统，其中所述分离单元(12)进一步包括至少一个水气转化反应器(56)，用以使一氧化碳转化成二氧化碳，产生富含氢和二氧化碳的气流(60)。5、如权利要求1所述的系统，进一步包括热交换器(54)以产生蒸汽。6、如权利要求1所述的系统，其中从所述分离单元(12)产生的所述氢被用作所述燃烧器(6)的所述燃料。7、如权利要求1所述的系统，进一步包括生成蒸汽的热回收蒸汽发电机(HRSG)(32)和蒸汽轮机。8、一种用于共同产生氢和电能的系统，包括：重整器(4)，所述重整器被构造用于接收重整器燃料和蒸汽，并产生富氢的重整产物(44)；燃烧器(6)，所述燃烧器被构造用于接收用来燃烧的燃料(10)，...
【专利技术属性】
技术研发人员：C巴兰，A科利巴巴埃乌莱特，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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