[發明專利]結合二氧化碳氣體純化單元的化學循環

有效

• 申請號: 201410278245.0
• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN104226219A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: H.E.小安德魯斯;G.D.朱科拉;P.R.蒂博;G.N.利耶達爾
• 申請（專利權）人: 阿爾斯通技術有限公司
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;B01J8/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;嚴志軍

關于聯邦政府資助的研究的聲明

本發明的主題在與美國能源部(DOE)的合同號為DE-FE0009484的研究合同下開發。美國政府對本發明具有某些權利。

技術領域

本公開涉及結合化學循環系統與二氧化碳氣體純化單元，并且涉及為化學循環系統中的燃料反應器提供提升氣體的方法。

背景技術

化學循環是最近開發的工藝，其可用于電功率發生裝置中，電功率發生裝置燃燒燃料，諸如，煤、油、天然氣、生物質和其它燃料?；瘜W循環工藝可實現在現有或新功率裝置中，并且除了其它益處之外，在減小裝置大小，減少排放和增加裝置運行效率方面提供有希望的改進。

圖1描繪化學循環系統10，其包括氧化器12和還原器14。在氧化器12中，用從空氣中獲得的氧來氧化諸如硫化鈣(CaS)或多價金屬氧化物(表示為“Me”)的固體。例如，硫化鈣在氧化器12中氧化成硫酸鈣。多價金屬氧化物從較低價狀態氧化成較高價金屬氧化物(例如，FeO氧化成Fe₂O₃)。硫酸鈣和金屬氧化物也稱為固體氧發生體。氮和氧從氧化器中作為熱的排氣釋放出來。熱的硫酸鈣然后傳輸到還原器14，在那里，硫酸鈣還原成硫化鈣，并且釋放氧。釋放的氧用來燃燒供應到還原器14的燃料(例如，諸如煤的固體燃料)。固體燃料在還原器14中燃燒會產生二氧化碳和少量水，以及其它污染物(在下文稱為“煙道氣”)。來自還原器的經還原的硫化鈣然后排回到氧化器12，因而為工藝提供化學回路和熱回路。

總體而言，化學循環系統利用高溫工藝，由此諸如基于鈣或金屬的化合物的固體在稱為氧化器(或空氣反應器)的第一反應器和稱為還原器(或燃料反應器)的第二反應器之間“循環”。在氧化器中，噴射到氧化器中的空氣的氧在氧化反應中被固體捕捉。氧化釋放的熱使固體和氣體的溫度升高。捕捉的氧然后由熱的經氧化固體攜帶到還原器，以用于諸如例如煤的燃料的燃燒和/或氣化。在還原器中的還原反應之后，不再具有捕捉到的氧的固體返回到氧化器，以便再次氧化。重復這個循環。

即使還原器和氧化器中的燃燒產生氣體，仍然需要在氧化器和還原器兩者中使用提升氣體，以便有利于將固體燃料和固體氧發生體(CaSO₄或金屬氧化物)提升到氧化器和還原器中的燃燒區中，以便有利于高效地燃燒。為了進行這一點，外部提升氣體饋送到氧化器、還原器或兩者。在氧化器的情況下，空氣提供提升氣體以及氧源。在還原器的情況下，期望與燃料反應的氣體來提供提升。這個氣體可為來自功率裝置的蒸汽發生部件的蒸汽或來自氣體純化單元(GPU)的二氧化碳。因為來自按順序排好的還原器和氣體處理單元的組合的最終產物是相對純的二氧化碳流，因此合乎需要的是使用不對煙道氣添加額外的污染物的提升氣體。

發明內容

本文公開的是一種系統，其包括化學循環系統，化學循環系統包括氧化器，氧化器與還原器處于流體連通；其中，氧化器操作來分別將多價金屬氧化物或硫化鈣氧化成更高價金屬氧化物或硫酸鈣；并且其中，還原器操作來使金屬氧化物還原成更低價金屬氧化物或使硫酸鈣還原成硫化鈣；其中，化學循環系統在還原金屬氧化物或還原硫酸鈣期間產生包括二氧化碳的煙道氣流；氣體純化單元，其與化學循環系統處于再循環回路；其中，氣體純化單元包括至少一個壓縮機，至少一個干燥器，以及至少一個蒸餾純化系統；其中氣體純化單元操作來使二氧化碳與煙道氣流中存在的其它污染物分離開；并且其中，氣體純化單元操作來使污染物以通氣氣體的形式再循環到化學循環系統，通氣氣體為還原器中的反應物提供提升。

本文公開的還有一種方法，其包括：將煙道氣流從化學循環排出到系統氣體純化單元；其中化學循環系統包括氧化器，氧化器與還原器處于流體連通；其中，氧化器操作來分別使多價金屬氧化物或硫化鈣氧化成更高價金屬氧化物或硫酸鈣；并且其中，還原器操作來使金屬氧化物還原成更低價金屬氧化物或使硫酸鈣還原成硫化鈣；其中，化學循環系統在還原金屬氧化物或還原硫酸鈣期間產生包括二氧化碳的煙道氣流；在氣體純化單元中壓縮煙道氣流；其中氣體純化單元包括至少一個壓縮機、至少一個干燥器和至少一個蒸餾純化系統；使二氧化碳與煙道氣流中存在的其它污染物分離開；以及使污染物以通氣氣體的形式再循環到化學循環系統，通氣氣體為還原器中的反應物提供提升。

附圖說明

圖1是包括氧化器和還原器的化學循環系統的描繪；以及

圖2是化學循環系統的描述，化學循環系統與氣體純化單元處于流體連通，氣體純化單元產生通氣氣體，通氣氣體可用來產生提升氣體，提升氣體用于化學循環系統的還原器中。