带有碳捕集的用于全蒸汽气化的焦炭制备系统和气化器技术方案

带有CC的用于多联产的ASG系统，包括热解固体燃料以产生焦炭和气体的脱挥发分装置。燃烧器通过高压亚化学计量燃烧增加放热，混合釜使气体产生湍流以加热所接收的固体燃料，和提升管将所得的易碎焦炭微粉化。脱挥发分装置按重量旋风分离微粉化焦炭，为气化器进料提供微粉化焦炭、蒸汽和气体和为混合釜提供尺寸过大的焦炭。间接流化床气化器燃烧回路包括连接到气化器进料的气化器、为气化提供氧且促进砂

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有碳捕集的用于全蒸汽气化的焦炭制备系统和气化器
[0001]本文所使用的章节标题仅用于组织目的，不应被解释为以任何方式限制本申请中描述的主题。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请是2019年11月25日提交的题为“Char Preparation System and Gasifier for All
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Steam Gasification with Carbon Capture”的美国临时专利申请No.62/940,002的正常申请。美国临时专利申请No.62/940,002的全部内容通过引用并入本文。
[0004]简介
[0005]对二氧化碳温室气体在大气中积累的全球变暖担忧持续增长。现在大气中的二氧化碳浓度比过去几十万年的任何时候都要高。化石燃料发电系统的二氧化碳排放是近几十年来大气中二氧化碳增加的主要原凶。与此同时，全球化石燃料的需求和使用量也在持续增长。即使可再生能源和核能方面大幅增加，化石燃料消耗仍不断上升。因此，特别需要高效和有效的低碳技术，尤其是由氢发电和/或化学品生产。
[0006]整体煤气化联合循环(IGCC)技术是利用煤炭发电的最清洁的方法。气化产生的杂质比传统燃煤电厂要少得多。IGCC发电厂在涡轮机中燃烧富氢合成气来发电。捕集多余的热量为第二台涡轮提供电力，从而发电更多，以实现高效发电。目前，常见各种固体燃料气化生产化学品，包括氢、化肥、甲醇、柴油和许多其它化学品。气化对环境有利，产生较少污染，减少二氧化碳排放，减少固体废物，和降低用水量。
附图说明
[0007]根据优选和示例性实施方案，在以下结合附图的详细描述中更具体地描述本专利技术及其进一步优点。本领域技术人员将理解下述附图仅用于说明目的。附图不一定按比例，而是通常重在描述专利技术原理。这些附图不以任何方式限制申请人专利技术的范围。
[0008]图1示出了本专利技术的带有碳捕集的用于多联产用途的全蒸汽气化的系统框图。
[0009]图2示出了本专利技术的焦炭制备气化器系统的实施方案。
[0010]图3示出了本专利技术的脱挥发分装置的实施方案。
[0011]图4示出了本专利技术的间接气化器的实施方案。
具体实施方式
[0012]现在将参考附图中所示的示例性实施方案来更详细地描述本专利技术。尽管结合各种实施方案和实施例描述本专利技术，但本专利技术不限于这些实施方案。相反，如本领域技术人员将理解的，本专利技术涵盖各种替代、调整和等同方案。接触本专利技术的本领域普通技术人员将认识到在本文所描述的本专利技术范围内的其它实施方式、调整和实施方案以及其它应用领域。
[0013]说明书中提及“一个实施方案”或“实施方案”意味着结合该实施方案描述的特定特征、结构或特性在本专利技术的至少一个实施方案中。说明书中多处出现的短语“在一个实施方案中”不一定都指同一实施方案。
[0014]应该理解，本专利技术方法的各个步骤可以以任何顺序和/或同时进行，只要专利技术可操
作即可。此外，应该理解，本专利技术的装置和方法可以包括任何数量或所有描述的实施方案，只要专利技术可操作即可。
[0015]全球变暖和气候变化问题要求世界范围内的燃煤电厂增加昂贵的控制以捕集和贮存二氧化碳，以达到所要求的排放率。目前的技术如用于煤电厂的带有碳捕集(CC)的IGCC技术，在没有补贴的情况下已被证明是不经济的。运行碳捕集系统所需的额外电能降低了效率，因此没有被广泛采用。这导致了老煤厂的关闭和许多新工厂的取消。尽管如此，许多专家仍认为，煤是帮助世界转向可再生能源的宝贵能源。
[0016]本专利技术涉及带有碳捕集的全蒸汽气化系统的改进，所述系统可以明显提高整体煤气化联合循环(IGCC)技术的成本和效率，和加速其广泛采用。本专利技术的各个方面涉及匹配技术的组合和工艺强化。应用与间接气化器组合的全蒸汽气化(ASG)有许多优点，其中用于气化和生产氢的氧来自蒸汽而不是空气分离装置，这是因为它可以通过应用空气完全燃烧燃料提供用于气化的热源。这是通过使用间接气化器保持燃烧产物不与合成气混合来完成，形成不含氮的合成气。该方法增加气化器中每磅碳产生的净氢量。由于氢气是碳捕集所需的无碳燃料，氢气产量增加和应用空气替代氧气提高了带有碳捕集的IGCC装置的效率，从传统的带有碳捕集系统的约32％提高到利用新系统的43％的更高热值(HHV)。这样每磅煤多出大于30％的功率，同时捕集大于90％的碳用于贮存。由于每个子系统中独特的设计，燃料和资本成本的降低甚至更大。
[0017]本专利技术的含碳燃料气化系统包括含有脱挥发分装置的微粉化焦炭制备系统，所述脱挥发分装置接收固体含碳燃料、氢、氧和流化蒸汽。例如，所述固体含碳燃料可以是煤、生物质和/或塑料材料。微粉化焦炭制备系统在一个或多个出口处产生微粉化焦炭、蒸汽、挥发物和氢气。在一些实施方案中，微粉化焦炭制备系统包括预热蒸汽同时冷却焦炭的逆流式焦炭冷却器、减压阀、将微粉化焦炭的平均尺寸减小至10μ以下的粉碎机和将微粉化焦炭重新升压至入口压力的气锁。
[0018]在一些系统中，脱挥发分装置包括受热的压力容器，所述压力容器包括用于注入流化蒸汽的入口和用于去除挥发物和粗焦炭的至少一个出口。焦炭制备系统可以包括旋风分离器，其将粗焦炭和灰分与气体分离开来。旋风分离器的出口连接到间接气化器的入口，而间接气化器位于脱挥发分装置的下游。已应用了将多个功能组合为单个设备以在这个设备中包括微粉化功能的工艺强化。
[0019]间接气化器包括含有气化室的容器，所述气化室接收来自微粉化焦炭制备系统的微粉化焦炭，并接收输送流体和蒸汽。气化室有时也被称为气化器。在这个实施方案中，间接气化器接收来自微粉化焦炭制备系统出口的挥发物。在一些实施方案中，气化室接收来自微粉化焦炭制备系统出口的蒸汽。另外，在一些实施方案中，气化室(气化器)的出口连接至热回收系统的入口，从而热回收系统接收来自气化系统的蒸汽。气化系统在一个或多个出口处产生合成气、灰分和蒸汽。
[0020]间接气化器还包括燃烧室。燃烧室有时也可以被称为燃烧器。燃烧室接收氢气和氧化剂的混合物，并且燃烧氢气和氧化剂的混合物以提供热量用于气化和加热流入的物流，从而产生蒸汽和氮气。例如，氧化剂可以是空气。在一些实施方案中，应用合成气作为燃料，氧化剂为氧或氧和CO2。通过使难熔砂子循环将用于气化的热量从燃烧室转移到气化室。在一些实施方案中，由间接气化器的燃烧器产生的蒸汽和氮气或蒸汽和CO2被引导至燃
气轮机发电系统。在一些实施方案中，由间接气化器的燃烧室产生的蒸汽和氮气被引导至连接到发电机的膨胀器和发电模块中的烟囱式冷凝器，然后在系统烟囱排出。
[0021]在各种实施方案中，含碳燃料气化系统还可以包括位于气化器下游以将砂子和灰分与气体分离的旋风分离器。另外，所述含碳燃料气化系统还可以包括合成气冷却器，其入口连接至间接气化器的气化室出口，在此处合成气冷却器使合成气冷却下来。在一些实施方案中，蒸汽可以在出口处生成。具有从合成气冷却器出口接收冷却合成气的入口的合成气净化系统可用于去除杂质。一个特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.带有碳捕集的用于多联产的全蒸汽气化系统，所述系统包括：a)热解固体燃料以产生焦炭和气体的脱挥发分装置，所述脱挥发分装置包括：i)具有至少一个入口的脱挥发分装置燃烧器，所述入口用于接收含氢、氧和蒸汽的气体或含合成气、蒸汽及氧和二氧化碳的混合物的气体，所述脱挥发分装置燃烧器通过所接收气体的高压亚化学计量燃烧为脱挥发分装置增加放热，以基本消除脱挥发分装置内焦炭的完全氧化；ii)脱挥发分装置混合釜，其具有连接至脱挥发分装置燃烧器出口的入口和接收固体燃料的固体燃料入口，设置所述脱挥发分装置混合釜以使由脱挥发分装置燃烧器提供的热气体湍流，从而加热所接收的固体燃料并在出口处产生易碎焦炭、热解气和蒸汽；iii)具有入口的提升管，所述入口连接至脱挥发分装置混合釜的出口，所述提升管使易碎焦炭微粉化，并在出口处提供微粉化焦炭以及挥发物和蒸汽；iv)具有入口的脱挥发分装置旋风分离器，所述入口连接至提升管出口，所述脱挥发分装置旋风分离器按重量分离微粉化焦炭，提供足够的微粉化焦炭、蒸汽和热解气体至第一出口，和提供尺寸过大的微粉化焦炭至第二出口；和v)具有入口和出口的立管，所述入口连接至脱挥发分装置旋风分离器第二出口，和所述出口通过阀连接至脱挥发分装置混合釜的循环入口；和b)全蒸汽间接流化床气化器燃烧回路，包括：i)气化器，其具有连接至脱挥发分装置旋风分离器第二出口的入口、用于接收蒸汽以为气化反应提供氧且促进砂
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焦炭分离的入口和提供合成气的出口；ii)气化器燃烧器，其具有接收含氢和空气的气体或含合成气及氧和二氧化碳的混合物的气体的入口，和在出口处提供燃烧产物；iii)包含砂子的气化器混合釜，其具有连接至气化器燃烧器出口的入口，所述气化器混合釜在出口处提供热砂与燃烧产物，和具有用于接收来自气化器的循环砂子的固体入口；iv)具有入口的提升管，所述入口连接至气化器混合釜出口，所述提升管输送热砂和燃烧产物至出口；和v)燃烧产物旋风分离器，其具有连接至提升管出口的入口、通过阀连接至气化器固体入口的固体出口，燃烧产物旋风分离器按重量分离热砂和燃烧产物，并提供燃烧产物至产物出口，和将砂提供至固体出口用于蒸汽
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碳反应。2.权利要求1的全蒸汽气化系统，其中设置连接立管出口与脱挥发分装置混合釜循环入口的阀，从而提供所需流率的尺寸过大的微粉化焦炭进入脱挥发分装置混合釜。3.权利要求1的全蒸汽气化系统，其中设置连接立管出口与脱挥发分装置混合釜循环入口的阀，从而通过应用吹松气调节进入脱挥发分装置混合釜的通风和固体料位。4.权利要求1的全蒸汽气化系统，其中连接立管出口与脱挥发分装置混合釜循环入口的阀包括非机械阀。5.权利要求1的全蒸汽气化系统，其中设置脱挥发分装置混合釜，从而使在固体燃料入口处接收的固体燃料膨胀且变得易碎。6.权利要求1的全蒸汽气化系统，其中通过在脱挥发分装置旋风分离器中冲击固体，提升管和脱挥发分装置旋风分离器将焦炭微粉化为10
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20μm大小的颗粒。
7.权利要求1的全蒸汽气化系统，其中设置脱挥发分装置中的提升管，以按湍流流化床模式操作。8.权利要求1的全蒸汽气化系统，其中设置脱挥发分装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：能源及环境研究中心基金会，
类型：发明
国别省市：