[發明專利]具有封閉的循環驟冷的部分氧化反應

有效

• 申請號: 201380016235.3
• 申請日: 2013-02-11
• 公開（公告）號: CN104302743B
• 公開（公告）日: 2016-11-09
• 發明（設計）人: R.J.阿拉姆;J.E.菲特維特;M.R.帕爾默
• 申請（專利權）人: 帕爾默實驗室有限責任公司;八河流資產有限責任公司
• 主分類號: C10J3/84
• 分類號: C10J3/84;C10J3/86;C10K3/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 沈斌

技術領域

本發明涉及利用部分氧化反應器來實現高效率燃燒固體燃料，用于產生動力(例如電)的系統和方法。特別是，所述系統和方法可使用煤作為固體燃料。

背景技術

由燃燒燃料產生電力的常規的手段通常缺乏同時實現高效率電力生產和碳捕獲和封存(CCS，carbon?capture?and?sequestration)二者。當在燃燒反應中使用固體燃料時，該局限性被放大，因為固體和惰性氮氣內含物保留在燃燒產物流中。因此，本領域持續需要用于高效率電力生產的系統和方法，允許降低CO₂排放和/或改進所產生的封存的容易性。

在采用CCS的高效率電力生產領域的一篇出版物，Allam等人的美國專利申請公布2011/0179799中提供了一種方案，由此在足夠高的壓力和溫度下操作的部分氧化反應器中，通過與氧和任選的水蒸汽反應，使固體燃料(例如煤、褐煤、石油焦或生物質)氣化，以允許固體燃料基本上完全轉化為主要包含一氧化碳和氫作為可燃燒組分以及燃燒衍生的雜質(例如H₂S、CS₂、COS、HCN和NH₃)的氣態燃料。將部分氧化的凈產物氣體冷卻，將灰分分離，并且將其任選壓縮，以允許其作為燃料引入到電力生產系統的燃燒室中。部分氧化系統和電力生產系統的操作壓力可使得不需要壓縮燃料氣體。電力生產系統燃燒器使用在燃燒后存在的過量的O₂操作，這樣確保燃料和燃燒衍生的雜質從還原形式轉化為主要包含SO₂和NO的氧化形式。部分氧化反應器可提供有蒸發冷卻的壁，其中在約800℃的溫度水平下，在灰分去除之前，高壓再循環CO₂流冷卻部分氧化產物氣體。需要將部分氧化氣體進一步冷卻至約400℃，以確保所有細灰分顆粒與固化的揮發性無機組分一起被冷凝，過濾，以防止固體沉積、腐蝕和堵塞下游設備。將部分氧化氣體從800℃冷卻至400℃必須在換熱器中發生，其中由于Boudouard碳形成反應和在部分氧化氣體中的高CO分壓，用于高壓部分氧化氣體的管耐金屬塵化腐蝕。這在以下公式(1)中顯示。

CO+CO＝C+CO₂????(1)

管必須設計允許周期性水洗滌，以除去源自存在于固體燃料(例如煤和褐煤)中的揮發性無機組分的冷凝的固體沉積物。

盡管上述出版物是先進的，但它們描述的系統和方法仍不能提供最有利的方案解決當使用固體燃料作為電力生產燃燒燃料時出現的問題。因此，仍需要用于采用CCS的高效率燃燒固體燃料的其它系統和方法。

發明內容

本公開提供利用固體燃料并且同時實現碳捕獲的用于高效率電力生產的系統和方法。特別是，所公開的系統和方法可利用其中固體燃料燃燒的部分氧化(POX)反應器，來生產包含部分氧化產物的POX流。POX流可引向燃燒器，其中至少一些部分氧化產物基本上完全氧化，以生產燃燒產物流。在某些實施方式中，POX反應器可在低于在燃燒器中的壓力的壓力下操作。

在具體的實施方式中，POX反應器可適于利用驟冷冷卻流體。例如，可引入驟冷冷卻流體，以將POX流從POX反應溫度冷卻至驟冷的POX流溫度。在示例性實施方式中，POX反應溫度與驟冷的POX流溫度的比率可為約3.25或更大(例如，約3.5:1或約4:1)。作為非限制性實例，POX反應溫度可為約1300℃或更大(例如，約1300℃-約1600℃)，而驟冷的POX流溫度可在約200℃-約400℃的溫度。通過在POX反應器中或單獨的容器中與POX流直接混合，可進行驟冷冷卻。

在其它實施方式中，在主要POX燃料的部分氧化期間產生的固體(例如固體灰分顆粒)可通過與氣態燃料氣體加上氣化的驟冷流體分離而除去。或者，驟冷流體可作為另外的液相也存在于氣相中，并且用作洗滌流體以除去大多數灰分顆粒。通過減慢由CO分子的反應形成固體碳的Boudouard反應，約400℃或更低的驟冷溫度可用于防止金屬塵化。還可優選操作驟冷系統，使得具有夾帶的灰分顆粒的單相氣態POX產物可通過旋風分離器和過濾器系統，以除去灰分顆粒。