[發明專利]用于酸性氣體應用的集成的鈣鏈組合循環

有效

• 申請號: 201580039170.3
• 申請日: 2015-07-02
• 公開（公告）號: CN107075971B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: M.尤尼斯;A.霍泰特;A.賈馬爾
• 申請（專利權）人: 沙特阿拉伯石油公司
• 主分類號: F01K13/00
• 分類號: F01K13/00;F01K23/10;F23C99/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 劉國軍;鄒宗亮

用于酸性氣體燃燒的化學鏈燃燒(CLC)工藝與組合循環的燃氣輪機和蒸汽發生單元集成在一起，并且配置為通過使H₂S與氧載體在CLC單元的燃料反應器內的位置反應來從酸性氣體燃料中提供H₂S的原位移除。該工藝還配置成使得來自組合循環的燃氣輪機的富氧廢氣用于供給CLC單元的空氣反應器，并再氧化用于在CLC單元中再循環的氧載體。

技術領域

本發明涉及一種用于酸性氣體重整和燃燒以產生熱和電的方法。此外，本發明涉及通過用于蒸汽和電力生產的原位脫硫和燃燒使酸性氣體穩定。更具體地，本發明涉及化學鏈燃燒酸性氣體的方法，其包括合成氣的生產，以及隨后的使用合成氣發電。

背景技術

尋找新的，環保的能源可能是當今世界面臨的最具挑戰性的問題之一。由于全世界對能源的需求增加，這種探索已進一步復雜化。隨著全世界對額外能源的需求增長，能源生產商必須開始利用非常規能源來滿足增長的需求。雖然已建立的不可再生能源(例如可回收煤，常規石油和天然氣)仍然是全世界能源的主要來源，這是因為可再生能源數量過少，并且限于特定地區—能源生產商必須開始考慮更可持續發展的長期的另外能源。特別地，能源生產商必須尋找其他不可再生能源，例如非常規石油資源(例如，油頁巖，焦油砂和重質原油)和非常規天然氣資源(例如，加壓含水層和煤縫中的氣體)來滿足增長的能源需求。

酸性氣體燃料屬于這些非常規的不可再生能源。酸性氣體是一種含有大量的硫化氫(H₂S)的天然氣—一種無色、易燃和腐蝕性氣體，可能會在高溫下損壞燃燒系統的材料和機械部件。此外，當H₂S暴露于空氣時，其容易氧化成硫氧化物(SO_x)例如SO₂—一種空氣污染物。

燃燒是發電領域中常用的反應，并且在某些情況下可以利用酸性氣體作為燃料。除了腐蝕性之外，酸性氣體可能含有降低其熱值的惰性氣體，因此先前不被認為是用于燃燒過程的特別有用的化石燃料。例如，由于氣體的組成和物理特性，特別是如果酸性氣體具有高于5％的H₂S含量，則酸性氣體在燃氣輪機中的直接燃燒并不總是可能的。然而，全世界對能源的需求增長，迫使使用酸性氣體作為能源。存在許多全球未開發和欠開發的酸性氣藏，并且如果這些資源用于產生電力，為使得這種應用成為可能，則燃燒過程處理更大量的H₂S的能力是必要的。毫不奇怪，全世界正在努力減少用于酸性氣體燃料的H₂S和硫管理的經濟影響。

常規地，為了避免腐蝕性效應和與酸性氣體燃燒相關的污染，需要預處理酸性氣體以從氣流中基本上除去硫化合物—被稱為“脫硫”過程。例如，胺氣體處理方法，例如一種包括胺單元、硫回收單元和尾氣單元的方法可用于酸性氣體“脫硫”(即除去H₂S)。使酸性氣體脫硫的方法的主要缺點是它們非常昂貴。

化學鏈燃燒(CLC)是一種特定類型的燃燒反應，其最初創建于20世紀50年代以產生CO₂，但最近作為潛在的CO₂捕獲過程已經受到越來越多的關注。在常規的CLC方法中，氧載體用作空氣和燃料之間的氧的中間轉運體，因此要防止空氣和燃料彼此直接接觸。通常，使用固體金屬氧化物氧載體在燃料反應器中氧化燃料流。這導致產生CO₂和H₂O。然后將還原后形式的氧載體轉移到空氣反應器中，在那里它與空氣接觸，再氧化成其初始狀態，然后返回到燃料反應器用于進一步的燃燒反應。

在一些情況下，CLC方法也已經與燃氣輪機聯合循環組合用于產生電力。然而，在這些組合中，燃料反應器用于重整酸性氣體并產生供給至燃氣輪機的合成氣。將第一環境空氣流壓縮并供給到CLC空氣反應器以氧化氧載體，同時另一環境空氣流被壓縮并供給到燃氣輪機燃燒室以燃燒燃料。環境空氣的壓縮需要額外的設備和能量，從而導致系統成本增加。

因此，需要一種結合酸性氣體燃燒和發電的合算且節能的系統。此外，需要一種用于在能量轉化中高效率地燃燒酸性氣體、但沒有昂貴的H₂S預處理的方法。本發明實現了這些和其他的需要。