[發明專利]脫碳燃料產生

有效

• 申請號: 201210597628.5
• 申請日: 2012-11-17
• 公開（公告）號: CN103121661A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: J·E·帕拉馬拉;F·艾米
• 申請（專利權）人: 氣體產品與化學公司
• 主分類號: C01B3/36
• 分類號: C01B3/36
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 林毅斌;李炳愛

相關申請的交叉引用

本申請要求2011年11月17日提交的美國臨時申請編號61/560887的優先權。該臨時申請全部通過引用并入本文。

發明背景

本發明的主題涉及產生脫碳燃料和利用脫碳燃料發電的系統和方法。尤其是，本發明涉及集成的系統和方法，用于產生合成氣，從合成氣中除去二氧化碳，和使用合成氣發電。

美國專利號4132065中描述了一種用于生產合成氣的常規實踐。該專利公開了一種用于生產合成氣的連續的部分氧化氣化過程。含烴燃料如天然氣與含游離氧的氣體(優選空氣)任選地在諸如蒸汽或水的溫度調節劑的存在下進行反應以生產合成氣。合成氣的一部分在壓縮空氣存在下燃燒以生成燃燒產物氣體，燃燒產物氣體在燃氣渦輪中膨脹。含游離氧的氣體由壓縮機提供，壓縮機被在燃氣渦輪中的燃燒產物氣體的膨脹所產生的至少一部分動力所驅動。

美國專利號6505467公開了一種從烴原料中產生電能、蒸汽和濃縮形式的二氧化碳的工藝。該工藝包括在空氣驅動的自熱反應器單元(ATR)中形成合成氣，將形成的合成氣熱交換由此產生蒸汽，在CO變換反應器單元和二氧化碳分離單元中處理至少一部分合成氣，形成濃縮二氧化碳和貧含氫氣體，貧含氫氣體在聯合循環燃氣渦輪中燃燒用于生產電能，來自渦輪的空氣被供給到ATR單元。燃氣渦輪的廢氣進行熱交換產生蒸汽，與所述單元上游產生的蒸汽一起被用在發電機中，用于生產實質上不含二氧化碳的電能。蒸汽可以被送到燃氣渦輪，用于稀釋含氫氣體混合物。

先前指認的專利的公開內容通過引用結合于此。

在本領域中需要一種系統和方法，用于產生脫碳燃料，和利用該燃料產生電力。此外，在本領域還需要一種系統和方法，可以改造現有發電設備，使現有發電設備使用脫碳燃料來產生電力。

發明內容

本發明通過提供可用于產生電力的脫碳燃料，和通過使現有發電設備能夠改造以利用脫碳燃料產生電力，解決了常規實踐所伴隨的問題。本文所用的“脫碳燃料”被定義為燃燒時形成比天然氣更少的二氧化碳的氣態燃料。脫碳燃料通常包含大量的氫。廣義地講，本發明涉及將合成氣生產與發電集成。

當本發明不用于改造現有的天然氣聯合循環(NGCC)發電設備來燃燒脫碳燃料(DF)時，關于發電設備和脫碳燃料產生(DFG)過程的集成可出現幾個難題。例如，脫碳燃料聯合循環(DFCC)產生的蒸汽可能不是處于用在DF生產過程適當的條件下，可減少壓力或增加壓力，這可使用額外的燃料，增加過程的碳強度。從DFCC蒸汽渦輪提取大量蒸汽可能導致及底循環效率低于在設計條件下操作，進一步降低了這種方法的效率。這些難題可以根據本發明克服，通過利用第二個蒸汽發生單元產生DFG工藝所需的和DFCC單元可能所需的蒸汽，因此，不依賴從DFCC提取蒸汽。

發明用于改造NGCC的一個方面，引入了第二個獨立的蒸汽發生系統，其與DFG集成，并提供了對DFG需求優化的效用。為兩個不同的系統引入獨立的蒸汽發生系統對改造NGCC發電設備以使用DF意外地提供了幾個好處，包括：優化第二蒸汽系統以在DFG工藝所采用的條件下最有效地產生蒸汽；通過定位DFG和DFCC在不同位置使二氧化碳的運輸費用優化；從工藝中產生額外低碳強度電力。如本文所用，“低碳強度”旨在表示小于或等于約300lbs?CO₂/MWH。優選地，本文中所描述的工藝被配置以產生具有從約100至約200lbs?CO₂/MWh，或從約125至大約175lbs?CO₂/MWh碳強度的電力。

本發明的其它方面參照下列標字母段落可以理解：

A.產生低碳強度電力的方法，包括：使第一氣態烴流與蒸汽、含氧流或它們的組合反應，產生合成氣流；使合成氣流中的一氧化碳和水反應，形成氫和二氧化碳；從合成氣流除去實質部分的二氧化碳，產生脫碳燃料流；在壓縮空氣存在下燃燒脫碳燃料流的第一部分，產生第一燃燒產物氣體；將第一燃燒產物氣體通過渦輪膨脹，產生電力；使用脫碳燃料流的第二部分以產生第一蒸汽流；和將第一蒸汽流與第一氣態烴流反應。

B.段落A的方法，還包括：用膨脹的第一燃燒產物氣體在熱回收蒸汽發生單元中產生電力和蒸汽。

C.任何段落A至B的方法，其中脫碳燃料流的第二部分用于在蒸汽發生單元中產生第一蒸汽流。

D.任何段落A至C的方法，還包括在蒸汽發生單元中產生第二蒸汽流。

E.段落D的方法，還包括將第二蒸汽流的一部分導入渦輪。