[發明專利]含碳燃料部分氧化的化學循環過程

有效

• 申請號: 201410186648.2
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN104046393B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: L·G·貝拉茲克茲-瓦爾佳斯;T·J·弗林;B·B·薩卡德簡;D·J·迪瓦爾特;D·L·克拉夫特
• 申請（專利權）人: 巴布考克及威爾考克斯公司
• 主分類號: C10J3/46
• 分類號: C10J3/46;C10J3/54
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 浦易文

一種含碳燃料部分氧化的化學循環過程。本發明涉及用于將含碳燃料轉化為主要含碳產物是CO的氣態產物的方法、系統和裝置。在一些實施例中，方法和系統還可以在單獨的反應中生產H₂，H₂優選與來自于部分氧化過程的CO混合以提供合成氣，反過來，用于生產燃料和化學品。工藝過程和系統可以被調整以便不產生顯著量的CO₂且不需要空氣分離單元。

背景技術

化學循環過程設計用來將存貯在含碳燃料的能量轉移到金屬氧化物顆粒中，然后在一個單獨的反應中釋放該能量。對于產生電力的化學循環燃燒過程的興趣在過去幾十年里增加，因為產生的二氧化碳(CO₂)可以被隔離而不需要空氣分離裝置(ASU)。

化學循環過程利用各種各樣的系統設計和流動類型，例如，移動床、流化床和鼓泡床，已經被設計用于甲烷(CH₄)轉化為CO₂。

移動填充床式反應器中固體燃料(如煤)在移動填充床式反應器的中點被引入形成逆向流動模式(氣體向上流動，顆粒向下流動)，使得含碳燃料能夠基本上完全轉化為隔離的CO₂和水(H₂O)，這樣的反應器被記載于美國專利US7767191和美國專利公開US2009/0000194中。金屬氧化物例如三價氧化鐵(Fe₂O₃)氧化煤，反應將金屬氧化物還原到較低的氧化態(如FeO)或甚至是自由態金屬(Fe)。被還原的包含鐵的顆粒在一個獨立的反應器(采用填充床式或流化床式反應器)中被氧化，完全再生為初始的金屬氧化物并產生大量的熱量用于生產蒸汽發電。

西肯塔基大學(Western Kentucky University)的研究人員開發了一種化學循環方法，將移動床和鼓泡流化床(BFB)的組合用于例如煤的固體燃料的完全氧化。

化學循環氣化方法被設計用于制備氫氣(H₂)以及CO₂。例如，來自InstitutodeCarboquímica的研究人員描述了一種氣化工藝，其中氧化鎳顆粒在流化床中將CH₄和H₂O轉化為合成氣，一種H₂和一氧化碳(CO)的混合物，作為主要產物。燃料流包括H₂O，這是因為產物H₂是該裝置和過程的目標產物。

化學循環過程(化學循環工藝)可以將含碳燃料，尤其是固體燃料如煤，轉化為氣體產物，CO₂不是主要的含碳產品，不需要引入ASU，該過程或工藝將帶來巨大商業利益。

發明內容

這里所述的方法、系統和裝置可以被用于將含碳燃料轉化為CO，以作為燃料轉化過程的主要含碳產物。優選的，ASU不必包含在該方法、系統和裝置中。

根據本發明的一個方面，提供了一種在化學循環系統中以含碳燃料提供以CO為主要含碳產物的氣態產出物的方法，其中化學循環系統采用了包括金屬氧化物的顆粒，金屬氧化物具有多種氧化狀態，系統包括氧化床反應器和燃料轉化反應器，方法包括使含碳燃料和直接從氧化床反應器向燃料轉化反應器提供的顆粒接觸，接觸以燃料轉化反應器中以大致并流流動的方式發生，由此，顆粒中的氧化金屬被還原至較低的氧化態，從而提供的氣態產出物，被還原的顆粒從燃料轉化反應器輸送到氧化床反應器，并且使顆粒與含氧氣流接觸，從而使金屬氧化。

較佳地，離開燃料轉化反應器的顆粒在返回到氧化床反應器之前被輸送到單獨的床反應器，其中蒸氣被引入床反應器從而提供H₂和包括金屬氧化物的顆粒，帶有的金屬處于金屬進入燃料轉化反應器和顆粒離開轉化反應器中間的氧化狀態。

較佳地，可以進一步包括使部分的CO進行水煤氣轉換反應，得到的H₂與另一部分CO結合以提供合成氣。

較佳地，可以進一步包括將合成氣引導至氣體分離單元，將合成氣分離成其組成成分。