[發明專利]一種基于化學鏈空分制氧和燃燒后CO2捕集的發電系統

在審

• 申請號: 201710159203.9
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN107081040A
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 何伯述;曹旸;丁廣超;嚴林博;段志鵬
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: B01D53/14
• 分類號: B01D53/14;C01B13/02;C10J3/48;F02C3/22;F02C6/18;F01K23/10
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司11257
• 代理人: 張文祎,毛唯鳴

技術領域

本發明涉及發電系統。更具體地，涉及一種基于化學鏈空分制氧和燃燒后CO₂捕集的發電系統。

背景技術

我國的基本能源結構是“富煤、貧油、少碳”。以煤炭為主是我國目前及未來相當長的時間內的能源現狀。煤炭的直接燃燒導致NO_X、SO_X、CO₂和粉塵等大量排放，不僅對環境產生嚴重危害，更造成資源的巨大浪費。整體煤氣化聯合循環發電技術把高效的燃氣—蒸汽聯合循環發電系統與潔凈的煤氣化技術結合起來，既有高發電效率，又有極好的環保性能，減少溫室氣體，是一種有發展前景的潔凈煤發電技術，對煤化工產業的發展至關重要。

傳統的整體煤氣化聯合循環技術中的氧氣大多來自空氣深冷分離。該方法是目前唯一大規模用于工業生產的方法，歷史悠久、技術成熟，氧氣純度可達99％以上，但是操作和維修復雜，能耗及運行成本比較高；膜分離法雖然操作簡單、產氣量高、富氧濃度穩定、設備使用壽命長，但對于膜的依賴性較強，產物含氧量低，不適合大規模制氧，而且昂貴的分離膜材料是限制其工業應用的關鍵。此外還有變壓吸附制氧，變壓吸附的最大優點在于裝置工藝流程簡單、結構緊湊、設備投資少，但缺點是不能制得純氧，目前還沒有特大型制氧裝置的實例。

化學鏈空氣分離技術是一種新型的制氧技術，最早由Moghtaderi提出，其理論能耗為0.08kW·h/m³，僅為低溫精餾制氧能耗的26％左右，方法簡便，能夠滿足氧氣需求量逐年增加的需求，存在低能耗空氣制氧的潛力。化學鏈空氣分離技術通過載氧體循環地吸收釋放O₂，從而達到制氧目的。主要包括氧化反應器和還原反應器兩部分，載氧體是連接兩個反應器的紐帶，還原態載氧體在氧化反應器中與空氣中的氧氣發生反應，氧化后的載氧體被輸送至還原反應器，在合適的溫度、壓力下，載氧體脫氧釋放出O₂。根據勒夏特勒原理，通常在還原反應器中加入惰性組分(如水蒸氣或CO₂)，可降低氧氣平衡分壓，使脫氧過程更易進行。以Me_xO_y/Me_xO_y-2載氧體為例，氧化反應器和還原反應器中分別發生如下所示反應：

Me_xO_y-2(s)+O₂(g)→Me_xO_y(s) (1)

Me_xO_y(s)→Me_xO_y-2(s)+O₂(g) (2)

氧化反應是放熱反應，還原反應是吸熱反應，通過載氧體吸氧和解吸反應過程中的熱量，以達到制氧單元的熱量自我維持平衡，從而降低制氧能耗，因而具有低能耗空氣制氧的潛力。另外該制氧方法還具有系統簡單、成本投資較少、能夠快啟快停、并且可以適用于不同規模的制氧場合等優點。

對于整體煤氣化聯合循環存在的二氧化碳捕集問題，燃燒后捕集工藝成熟，原理簡單，對現有電站的繼承性好，多采用化學吸收法，其原理是，原料氣中的二氧化碳與吸收劑發生化學反應，將氣體中的二氧化碳吸收，而后吸收劑經加熱，將二氧化碳重新分解出來，從而達到分離回收的目的。目前較為成熟的化學吸收法工藝多基于乙醇胺類水溶液，如單乙醇胺法、二乙醇胺法和甲基二乙醇胺法等。化學吸收法適用于氣體中濃度較低時的分離。但其缺點是，吸收劑的再生熱耗較高，吸收劑損失較大。本發明是根據基于整體煤氣化聯合循環、化學鏈空氣分離技術以及化學吸收法捕集二氧化碳的優點，提出了一種新型的化學鏈空氣分離與帶有燃燒后二氧化碳捕集的整體煤氣化聯合循環的集成系統工藝。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種基于化學鏈空分制氧和燃燒后CO₂捕集的發電系統。該系統既能降低CO₂排放，又能減少能源損耗。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種基于化學鏈空分制氧和燃燒后CO₂捕集的發電系統，所述發電系統包括：化學鏈空分制氧裝置、氣化反應器、除塵裝置、脫硫裝置、燃氣輪機裝置、余熱鍋爐-蒸汽輪機裝置、CO₂捕集裝置和CO₂壓縮裝置；