專利名稱：能移走co的制作方法
背景技術：
本發(fā)明主要涉及一種產(chǎn)生H2的裝置。更具體地，本發(fā)明涉及一種利用礦物燃料、生物質、石油焦或其他任何含碳燃料來為發(fā)電提供H2的裝置，該裝置能最大程度地減少或完全消除二氧化碳(CO2)的排放。
礦物燃料發(fā)電站通常采用蒸汽渦輪機來將熱能轉變成電能。新的蒸汽發(fā)電站的轉變效率能超過40％LHV。新的超臨界蒸汽鍋爐設計采用新的材料，允許更高的蒸汽溫度和壓力，提供接近50％LHV的效率并有望得到進一步改進。聯(lián)合循環(huán)氣體渦輪機(CCFT)上取得顯著進步。氣體渦輪機可比蒸汽渦輪機承受高得多的入口溫度。這個因素在整體效率上產(chǎn)生了相當大的提高。目前正在建造的最新設計可以達到超過60％LHV的效率。所有這些在效率上的改進都轉化成了以每百萬瓦特為基礎的單位排放的減少。
盡管通過能量轉變和應用效率的提高能夠顯著減少CO2的排放，但對于保持空氣中的CO2穩(wěn)定來說可能是不夠的。因此，也有許多工作直接致力于捕獲和螯合礦物燃料發(fā)電廠排放的CO2。CO2的螯合需要以CO2和空氣隔離的方式來將CO2儲存或應用。CO2的捕獲可以在燃料燃燒之前或之后進行。在燃料燃燒過程中可最大程度減少CO2的產(chǎn)生。
可以通過從烴類燃料中提取H2將燃料在燃燒之前脫碳，在此過程中CO2被捕獲而H2接著被燃燒掉。蒸汽的再次形成、氣化和部分氧化都是這種過程的示例。最有前途的脫碳方法是通過氣化-聯(lián)合循環(huán)聯(lián)合裝置(IGCC)。通過氣化-聯(lián)合循環(huán)聯(lián)合裝置，煤被氣化產(chǎn)生一種合成氣體，此合成氣體然后經(jīng)催化水煤氣轉變來提高CO2的濃度。經(jīng)轉變的合成氣體被驟冷，CO2與溶劑如selexol(聚乙二醇的二甲醚混合物)一起在類似于胺的煙道氣洗滌工藝中被移走。分離出的CO2經(jīng)過干燥，隨后被壓縮到超臨界條件以備管道輸送。經(jīng)洗滌的合成氣體(現(xiàn)在已經(jīng)富含H2)在燃燒渦輪機中燃燒而從氣化驟冷和GT煙道氣產(chǎn)生的廢熱被回收來產(chǎn)生蒸汽并供給蒸汽渦輪機。由于CO2已被從濃縮和加壓的合成氣流中移走，因此增加的基本費用和能量損失低于從煙道氣中捕獲CO2。Parsons Engergy and Chemical Group，Inc.的一個研究顯示增加的能量損失大約為14％，而移走CO2的成本大約為$18/噸(Owens等，2000)。
礦物燃料在O2/回收的煙道氣中的燃燒通過采用純氧或富氧而不是空氣來實施，免除了捕獲CO2的需要。由于生產(chǎn)純氧對能量需求大，采用這個工藝會遭受相當大的能量損失。
或者，在空氣中燃燒后可以通過各種技術來完成CO2的分離。目前建立得最好的方法是在吸收-汽提工藝中采用胺溶劑洗滌從煙道氣氣流中移走CO2。這種工藝已被工業(yè)化應用到燒煤鍋爐來生產(chǎn)工業(yè)或食品業(yè)用的CO2。遺憾地，這需要相當大的基本投資。溶劑再生需要的能量大大的減小了發(fā)電廠的效率。在已被應用到美國通用鍋爐的胺洗滌技術上的研究表明基本投資與發(fā)電廠的最初投資差不多且能量效率減少了41％。
發(fā)明概述簡要地說，本發(fā)明的一個優(yōu)選的形式是一種用于從碳質燃料中生產(chǎn)氣體產(chǎn)物的氣化器，該氣化器包含具有放熱氧化反應器和吸熱還原反應器的第一化學加工回路。該氧化反應器具有CaS入口、熱空氣入口和CaSO4/廢氣出口。還原反應器具有與上述氧化反應器的CaSO4/廢氣出口流體相通的CaSO4入口、與上述氧化反應器的CaS入口流體相通的CaS/氣體產(chǎn)物出口和用于接收碳質燃料的原料入口。在氧化反應器中，CaS在空氣中被氧化而生成熱的CaSO4，此熱的CaSO4被排送到還原反應器中。在還原反應器中接收的熱CaSO4和碳質燃料利用CaSO4所帶的熱量進行吸熱反應，碳質燃料從CaSO4中奪取氧而生成CaS和氣體產(chǎn)物。CaS被排送到氧化反應器中而氣體產(chǎn)物從第一化學加工回路被排放出來。
當氣體產(chǎn)物為富含CO的合成氣體時，此氣化器還包含具有水煤氣轉變反應器的第二化學加工回路，所述水煤氣轉變反應器具有與還原反應器的CaS/氣體產(chǎn)物出口流體相通的合成氣體入口。所述轉變反應器還具有CaO入口、用于接收氣態(tài)H2O的蒸汽入口和顆粒出口。煅燒爐具有與所述轉變反應器的顆粒出口流體相通的CaCO3入口和與所述轉變反應器的CaO入口流體相通的CaO出口。合成氣體中的CO與氣態(tài)H2O反應生成H2和CO2，CO2被CaO捕獲，發(fā)生形成熱CaCO3的放熱反應，所述熱CaCO3被排送到煅燒爐中，在煅燒爐中CaCO3帶來的熱量被用于從CaO奪取CO2的吸熱反應，且CaO從煅燒爐中被排送到轉變反應器。
轉變反應器也可具有用于接收碳質燃料的燃料入口。在這種情況下，合成氣體中的CO和碳質燃料與氣態(tài)H2O反應生成H2、CO2和部分脫碳的熱碳質顆粒，該熱碳質顆粒被排送到還原反應器中。
氧化反應器也可以具有傳熱材料顆粒入口和傳熱材料顆粒出口且煅燒爐也可具有與氧化反應器的傳熱材料顆粒出口流體相通的傳熱材料顆粒入口和與氧化反應器的傳熱材料顆粒入口流體相通的傳熱材料顆粒出口。從氧化反應器排放的熱CaSO4被用于煅燒爐中的吸熱反應且冷卻的CaSO4被從煅燒爐排放到氧化反應器。
轉變反應器還包括用于將H2從氣化器排放出來的H2出口。轉變反應器的顆粒出口包括用于從轉變反應器排放重質顆粒的重質顆粒出口和用于從轉變反應器排放H2和輕質顆?；旌衔锏妮p質顆粒出口。與轉變反應器輕質顆粒出口流體相通的分離器將輕質顆粒與H2分離，從氣化器將H2排放出來并將一部分輕質顆粒排放到還原反應器的輕質顆粒入口，將另一部分排放到煅燒爐的CaCO3入口。
還原反應器也可包括與轉變反應器的顆粒出口流體相通的碳氣化器(char gasifier)，與碳氣化器流體相通的碳燃燒室和與碳燃燒室和氧化反應器的CaS入口流體相通的碳完全燃燒箱。碳氣化器包括與轉變反應器重質顆粒出口流體相通的重質顆粒入口和與分離器流體相通的輕質顆粒入口且碳氣化器的熱氣體出口與轉變反應器的熱氣體入口流體相通。碳氣化器的碳出口和熱氣體入口與碳燃燒室的碳入口和熱氣體出口流體相通。碳燃燒室的碳出口和熱氣體入口與碳完全燃燒箱的碳入口和熱氣體出口流體相通。碳完全燃燒箱包括與氧化反應器的CaS入口流體相通的CaS出口。從氧化反應器的CaSO4/廢氣出口出來的熱CaSO4被供應到碳完全燃燒箱和碳燃燒室并可供應到碳氣化器和/或轉變反應器。
煅燒爐可包括具有CaCO3入口和CaO出口的煅燒爐容器和與煅燒爐容器流體相通的燃燒室，該燃燒室具有空氣入口和CaS入口?？諝夂虲aS在燃燒室中燃燒產(chǎn)生熱的吸附劑顆粒，所述熱吸附劑顆粒被排放到煅燒爐容器，吸附劑顆粒的熱量將CaCO3煅燒產(chǎn)生CaO和CO2。燃燒室和煅燒容器中間放置沉降室，這樣夾帶在從燃燒室排放出的煙道氣中的熱吸附劑顆粒進入沉降室，在這里熱的重質吸附劑顆粒從煙道氣中沉降出來并進入煅燒爐。煙道氣及其夾帶的輕質吸附劑顆粒被排放到第一分離器，在這里細的吸附劑顆粒從煙道氣中分離出來。通過煅燒CaCO3產(chǎn)生的CaO和CO2從煅燒爐容器中被排放到第二分離器中。通過煅燒CaCO3產(chǎn)生的CO2也通過旁路管道排放。一個旁路閥控制分離器與旁路管道之間的CO2流量分配，從而限制到分離器的CO2的出口速度以防止在出口CO2中帶有重質吸附劑顆粒。第二分離器將CaO排放到轉變反應器。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種氣化器，該氣化器在無需氧氣設備的情況下可生產(chǎn)中等熱值的合成氣體。
本發(fā)明還一個目的在于提供一種氣化器，該氣化器能捕獲在生產(chǎn)中等熱值的合成氣體過程中產(chǎn)生的二氧化碳且比常規(guī)方法更有效。
通過以下圖片和說明書的描述，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將變得顯而易見。
附圖概述參照附圖，本發(fā)明的許多目的和優(yōu)點對于本領域技術人員而言將變得顯而易見，在附圖中

圖1是本發(fā)明的能夠移走CO2并產(chǎn)生H2的氣化器的第一個實施方案的簡圖；圖2是圖1的煅燒爐的簡圖；圖3是本發(fā)明的能夠移走CO2并產(chǎn)生H2的氣化器的第二個實施方案的簡圖。
圖4是圖3中燃料流路的簡圖。
優(yōu)選實施例的詳細描述參考附圖，在這幾幅附圖中，相同數(shù)字代表相同的部分，本發(fā)明的氣化器一般編號為10。氣化器10包括化學加工回路和熱加工回路，在化學加工回路中鈣基化合物被“循環(huán)”來從空氣中提取氧且CO2從轉化得到的合成氣體中被提取出來而得到H2，在熱加工回路中固體顆粒將放熱氧化反應的熱傳遞給吸熱還原反應。
如圖1所示，第一化學加工回路是硫化鈣/硫酸鈣(CaS/CaSO4)回路12。CaS/CaSO4回路12中的加工設備包括放熱氧化反應器14、吸熱還原反應器16和熱交換器18。如下面更詳細的描述，這些CaS/CaSO4回路12中的主要組件14、16和18通過常規(guī)管道、管件和原料傳輸設備連接。硫化鈣和熱空氣沿著路線20、22通過入口24、26進入氧化反應器14，在這里CaS在1600～2300°F的溫度下被氧化形成CaSO4，CaSO4在位置28通過出口30從氧化反應器被排放出來。
在分離器31中CaSO4與沿著線路22進入回路12的空氣中廢氣成分(主要為N2)分離。經(jīng)氧化反應器14的放熱反應加熱的CaSO4和含碳燃料(優(yōu)選煤)沿著路線28、90通過入口32、34進入還原反應器。在1200～2000°F的溫度下進行的吸熱反應中，煤從硫酸鈣奪取氧生成硫化鈣以及富含一氧化碳(CO)和H2的合成氣體。CaS經(jīng)出口38從還原反應器被排放出來，沿著路線36被排送至分離器37，在分離器37中CaS與合成氣體分離，并被排放到氧化反應器14的入口24。回路12至此結束?？稍谶€原反應器16中放置熱交換單元39來產(chǎn)生蒸汽。
沿著路線40被添加到煅燒爐42(以下更詳細描述)的碳酸鈣(CaCO3)的一部分沿著路線44(如同CaO一樣)被輸送到第一化學加工回路12來捕獲與燃料結合的硫形成CaSO4。超過回路需求的CaSO4沿著路線46從氧化反應器14或還原反應器16排放出來以維持化學反應的質量平衡。捕獲與燃料結合的硫來生成CaSO4的不斷需求再生了用于第一化學加工回路12中的鈣化合物，從而保持著高的化學活性。
取決于質量流速，CaSO4的熱量可足夠維持放熱氧化反應器14和吸熱還原反應器16之間熱平衡。如果CaSO4的質量流速不足維持熱平衡，可將惰性鋁土(Al2O3)顆粒在氧化反應器14和還原反應器16之間沿著路線28、36、20循環(huán)來增加傳熱介質的總質量。
熱交換器18包括具有合成氣體和廢氣入口以及空氣出口的熱終端48、具有合成氣體和廢氣出口以及空氣入口的冷終端50和放置在熱終端和冷終端之間的限定合成氣體入口和出口之間、廢氣入口和出口之間以及空氣入口和出口之間流動通道的傳熱物料。合成氣體(CO)入口與還原反應器16的合成氣體出口連接，廢氣入口與氧化反應器14的廢氣出口連接而空氣出口與氧化反應器14的空氣入口連接。合成氣體和廢氣的熱量通過熱交換器18的傳熱物料傳給了輸送到氧化反應器的空氣，從而提高了氧化反應器14中放熱反應的效率。
在第一化學加工回路12中，輸送到煤的空氣中的氧的量只能滿足部分氧化。在這種情況下，最終產(chǎn)物是適于氣體渦輪機聯(lián)合循環(huán)的、不含硫的富含CO(＞300Btu/ft3)的合成氣體?；蛘?，當供應的氧的量能滿足所有煤的燃燒時，則回路起著最終產(chǎn)品為純CO2和蒸汽的燃燒系統(tǒng)的作用。
第二化學加工回路是石灰/碳酸鈣(CaO/CaCO3)回路52。CaO/CaCO3回路中的加工設備包括煅燒爐42和水煤氣轉變反應器54。如下面更詳細的描述，這些主要組件通過常規(guī)管道、管件和原料傳輸設備連接。在CaS/CaSO4回路中產(chǎn)生的蒸汽、石灰(CaO)和富含CO合成氣體沿著路線56、58、60通過入口62、64、66進入轉變反應器54，在這里合成氣體中的CO與氣態(tài)H2O反應生成H2和CO2。石灰捕獲CO2，發(fā)生生成CaCO3的放熱反應，導致溫度達到1200～1700°F的水平。這些熱量可以推動進入的燃料和氣體的氣化反應，同時如在位置68所圖示，可能為蒸汽渦輪機產(chǎn)生高溫蒸汽。
CaCO3和H2分別沿著路線70、72通過出口74、76從轉變反應器54中被排放出來。H2被接收到分離器77中，在這里H2流中夾帶的任何細粉都被移走并沿著路線79被排放到轉變反應器54。在合成氣體排放線路80上的壓縮機78將H2壓縮到足以將H2注射進氣體渦輪機、燃料箱或其他用氫工序的壓力水平。CaCO3被輸送到煅燒爐42來分離出CO2氣體并再生CaO，再生的CaO接著沿著路線58返回轉變反應器54來捕獲更多的CO2。回路52至此結束。通過產(chǎn)生CaCO3來捕獲CO2推動了二氧化碳、水和燃料之間的吸熱氣化反應，產(chǎn)生大量的一氧化碳和H2并限制了必須被移走的熱量(通過產(chǎn)生蒸汽68)。水煤氣轉變反應產(chǎn)生H2
且二氧化碳通過以下反應捕獲
當將兩個化學加工回路12、52和熱加工回路82、83，84、85合并時構成了從煤到H2的化學工藝88，在這里還原反應器16所需的CaO由鍛燒爐42產(chǎn)生，轉變反應器54所需的富含CO的合成氣體由還原反應器16產(chǎn)生，而煅燒爐42所需的熱由氧化反應器14產(chǎn)生(下面更詳細描述)。在此公開的產(chǎn)生H2的氣化器10和工藝比吹氧IGCC工藝更有效，氧設備所帶來的能量損失、伴隨水煤氣轉變冷卻的熱損失和與IGCC工藝相關的低溫硫回收超過主體氣化器10中的合成氣體壓縮機78的需求。
CaO/CaCO3回路52中的煅燒爐42是高溫吸熱反應器，它的熱量來自CaS/CaSO4回路12的氧化反應器14。在將熱從氧化反應器14傳遞給煅燒爐42的熱加工回路82、83的第一實施方案中(如圖1)，熱交換材料為惰性顆粒，如鋁土(Al2O3)顆?；蛭絼?CaO、CaCO3、CaS、CaSO4)顆粒通過連接管道在氧化反應器14和煅燒爐42之間沿線路82、83循環(huán)。鋁土、CaO、CaS和CaSO4在煅燒爐中是化學惰性的，可與化學加工回路12、52中的反應物分離開，使得熱可在不依賴于化學活性材料的質量平衡的情況下得到平衡。任何在氣化器10運轉周期中損失的鋁土可通過添加來補充，新的鋁土顆粒沿著路線90，通過入口34加入到還原反應器16中。
參考圖3和4，吸附劑(CaO、CaCO3、CaS、CaSO4)顆粒和煤(碳)顆粒為氣化器10’的第二實施方案中的主要傳熱體。鋁土顆?？捎糜谔峁┎僮魉璧?、但不由吸附劑和碳顆粒提供的任何傳熱體。氣化器10’所用的原煤沿著路線92通過入口(與石灰和蒸汽94、96一起)進入轉變反應器54。由生產(chǎn)CaCO3的放熱反應產(chǎn)生的高溫將煤中的易揮發(fā)性物質除去并使其部分脫碳，同時將得到的“重質顆?！焙汀拜p質顆?！毙问降奶纪ㄟ^一對出口102、104，沿著路線98、100從轉變反應器54排放出來，出口102、104與還原反應器16上的一對入口106、108連接。
輕質CaCO3顆粒也從轉變反應器54的排放口100排放出來。輕質顆粒流接收在分離器110中，在這里碳和碳酸鈣的小顆粒與夾帶它們的H2分離。輕質顆粒和H2分別沿著路線112、114從分離器110排放出來，H2被管道輸送到轉變反應器54的H2排放口72而輕質顆粒在還原反應器16中混入大的碳顆粒(重質顆粒)。小的碳顆粒的一部分和CaCO3可沿著路線113進入煅燒爐42來再生CaO和分離CO2。
熱交換單元115可放置在轉變反應器54和壓縮機78之間來產(chǎn)生蒸汽。
在本實施例10’的熱加工回路84、85中，還原反應器16包括3個部分碳氣化器116、碳燃燒室118和碳完全燃燒箱120。如圖3所示，碳氣化器的重質顆粒和輕質顆粒入口106、108如上述與轉變反應器的重質顆粒出口102和分離器的輕質顆粒出口122連接。此外，碳氣化器116的氣體出口124與轉變反應器54的氣體入口126連接且碳氣化器116的氣體入口128和碳出口130與碳燃燒室118的氣體出口132和碳入口134連接。碳燃燒室118也具有與碳完全燃燒箱120的碳入口138連接的碳出口136、與碳完全燃燒箱120的氣體出口141連接的氣體入口139和與氧化反應器14的出口連接的CaSO4入口140。碳完全燃燒箱120也具有與氧化反應器14的入口連接的CaS/燃料出口142，優(yōu)選具有與氧化反應器14的出口連接的CaSO4入口144，同時可具有空氣入口146。
如上所述，在氧化反應器14中發(fā)生產(chǎn)生CaSO4的放熱反應。在此反應中產(chǎn)生的熱被CaSO4吸收并隨著CaSO4沿管線28輸送到還原反應器16。熱CaSO4流的一部分優(yōu)選分成3股，一小部分熱CaSO4沿著路線148進入碳完全燃燒箱120，大部分熱CaSO4沿著路線150、153進入碳燃燒室118且必要時進入碳氣化器116。熱CaSO4的熱和氧將碳完全燃燒箱120中的碳脫碳以完成煤的脫碳并產(chǎn)生富含CO2氣體和冷CaS，所述富含CO2氣體沿著路線151排放到碳燃燒室而冷CaS沿著路線152排放到氧化反應器14。熱CaSO4的熱和氧將碳燃燒室118中的碳部分脫碳并產(chǎn)生熱的CO2、CO和H2O。
剩余的碳沿著路線154被排放到碳完全燃燒箱120且熱氣體沿著路線156被排放到碳氣化器116。熱氣體(當沿著路線153進入碳氣化器116時還有CaSO4)的熱和氧將碳氣化器116中碳部分脫碳并產(chǎn)生熱H2和熱的富含CO合成氣體。剩余的碳沿著線路158被排放到碳燃燒室118且熱氣體(包括任何剩余的熱CO2和H2O)沿著路線160被排放到轉變反應器54。
應該理解到的是采用煤固體和煤氣體逆流流動的煤分段氣化方法提供了一種使碳轉變最大化/未燃燒的碳最小化并使H2和CO的生產(chǎn)最大化的有效方法，同時也提供一種將氧化反應器產(chǎn)生的熱能傳遞給還原反應器16和轉變反應器54的有效方法。還應該理解到的是沿著路線160從碳氣化器116進入轉變反應器54的熱氣體會進一步加熱沿著路線70從轉變反應器54進入煅燒爐42的CaCO3，從而減少了進行煅燒加工所需的熱能。如果煅燒爐42需要另外的熱投入，熱CaSO4可沿著路線162從氧化反應器14進入轉變反應器54?；蛘?，鋁土或其它惰性顆?？稍谘趸磻?4和煅燒爐42之間通過轉變反應器54循環(huán)。
在一個供選的實施方案中，煅燒爐42’可包括燃燒室166，在此空氣和CaS被燃燒來為煅燒爐42’產(chǎn)生另外的熱(圖2)。煙道氣中夾帶的熱吸附劑顆粒沿著路線168從燃燒室166中排放并進入沉降室170，在這里重質熱固體沿著路線172從煙道氣中沉降并通過傾斜的導管174離開沉降室。煙道氣及其夾帶的輕質顆粒沿著路線176排放到分離器178，在這里細顆粒與煙道氣分離。熱的重質固體通過導管174，與冷CaCO3和熱鋁土顆粒(如果使用)一起進入煅燒爐容器180。重質固體和鋁土顆粒的熱將CaCO3煅燒，產(chǎn)生CaO和CO2(以備以后使用或螯合)。
熱的重質固體、CaCO3和熱鋁土顆粒在煅燒爐容器180的底部附近進入。在此附近排放CO2來迫使冷卻的重質固體、冷卻的鋁土和CaCO3/CaO沿著路線182上升。冷的重質固體和冷的鋁土在煅燒爐容器180側的位置184溢出并沿著路線186通過一個溢流通道188進入燃燒室166。冷的鋁土沿著路線190返回氧化反應器14進行加熱而重質固體在燃燒室166中進一步燃燒。相對輕的CaO被夾帶在CO2中，結合在一起的CaO和CO2沿著路線192從煅燒爐容器180被排放到分離器194，該分離器將CaO從CO2中移走。一部分CO2通過過濾器198沿著路線196從煅燒爐容器180移走，該過濾器阻止其中所夾帶的CaO也被移走。在旁路管202上的閥200控制通過旁路管202的CO2的體積流量，從而控制分離器194和旁路管202之間的CO2流量分配并控制到分離器194的CO2的出口速度以阻止離開的CO2夾帶重質固體。
為了保持上述化學加工回路的效率，保持用于化學加工回路12、52中的化學物質吸附活性是重要的。正如以上所討論的，在CaS/CaSO4回路12中與燃料結合的硫連續(xù)地被捕獲，這需要在位置46連續(xù)地移走CaSO4并在位置40連續(xù)地添加CaCO3。CaCO3從CaO/CaCO3回路52中被移走，這需要在位置94連續(xù)地添加CaO。在位置94連續(xù)地補充CaO大大地再生了氣化器10中用的鈣化合物，保持了高的化學活性。同時，化學物質的吸附活性被化學加工回路12、52中采用的還原反應和水合反應提高，這些反應使得CaSO4和CaCO3殼變薄。煅燒爐42產(chǎn)生的CaO經(jīng)過活化器204，該活化器將顆粒機械地打開，而顯露出另外的表面?；钚詣?04包括噴射器，在此CaO流的一部分被夾帶在氣流中從而被加速。夾帶的CaO撞擊活化器204的表面，這種撞擊在蒸汽或水合作用206的幫助下(如果必要的話)機械地碎裂了粒子。
雖然已經(jīng)顯示和描述了優(yōu)選的實施方案，在不違背本發(fā)明的精神和范圍的情況下，也可對本發(fā)明進行許多修改和替代。相應地，應該理解的是本發(fā)明已被示例性說明但不限于此。
權利要求
1.一種用于從碳質燃料中生產(chǎn)氣體產(chǎn)物的氣化器，該氣化器包括第一化學加工回路，所述第一化學加工回路包括放熱氧化反應器，所述放熱氧化反應器具有CaS入口、熱空氣入口和CaSO4/廢氣出口；和吸熱還原反應器，所述吸熱還原反應器包括與上述氧化反應器的CaSO4/廢氣出口流體相通的CaSO4入口、與上述氧化反應器的CaS入口流體相通的CaS/氣體產(chǎn)物出口和用于接收碳質燃料的原料入口；和再生熱交換器，所述再生熱交換器包括大量熱交換材料、與上述氧化反應器的CaSO4/廢氣出口流體相通的廢氣入口、用于排放廢氣的廢氣出口、用于接收空氣的空氣入口和與上述氧化反應器的熱空氣入口流體相通的熱空氣出口；其中在氧化反應器中CaS在空氣中被氧化而生成熱的CaSO4，所述熱CaSO4被排送到還原反應器中，在還原反應器中接收的熱CaSO4和碳質燃料利用CaSO4所帶來的熱量進行吸熱反應，碳質燃料從CaSO4奪取氧而生成CaS和氣體產(chǎn)物，CaS被排送到氧化反應器中而氣體產(chǎn)物經(jīng)過熱交換器被排放出來。
2.權利要求1的氣化器，其中所述氣體產(chǎn)物為CO2，所述氣化器還包括熱交換單元，所述熱交換單元與熱CaSO4接觸并用于接收水流和排放蒸汽流。
3.權利要求1的氣化器，其中所述熱交換器還包括與所述還原反應器的CaS/氣體產(chǎn)物出口流體相通的氣體產(chǎn)物入口和用于從氣化器排放氣體產(chǎn)物的氣體產(chǎn)物出口。
4.權利要求3的氣化器，其中所述第一化學加工回路還包括與所述還原反應器的CaS/氣體產(chǎn)物出口、熱交換器氣體產(chǎn)物入口和氧化反應器的CaS入口流體相通的CaS/氣體產(chǎn)物分離器。1
5.權利要求1的氣化器，其中所述第一化學加工回路還包括與所述氧化反應器的CaSO4/廢氣出口、熱交換器廢氣入口和還原反應器的CaSO4入口流體相通的CaSO4/廢氣分離器。
6.權利要求5的氣化器，其中所述第一化學加工回路還包括放置在所述CaSO4/廢氣分離器和還原反應器中間的廢CaSO4排放口。
7.權利要求1的氣化器，其中所述氣體產(chǎn)物為富含CO的合成氣體，所述氣化器還包括第二化學加工回路，所述第二化學加工回路包括水煤氣轉變反應器，所述水煤氣轉變反應器具有與所述還原反應器的CaS/氣體產(chǎn)物出口流體相通的合成氣體入口、CaO入口、用于接收氣態(tài)H2O的蒸汽入口和CaCO3出口；和煅燒爐，所述煅燒爐具有與所述轉變反應器的CaCO3出口流體相通的CaCO3入口和與所述轉變反應器的CaO入口流體相通的CaO出口；其中所述合成氣體的CO與氣態(tài)H2O反應生成H2和CO2，CO2被CaO捕獲，發(fā)生形成熱CaCO3的放熱反應，所述熱CaCO3被排送到所述煅燒爐中，CaCO3的熱量在煅燒爐中用于從CaO奪取CO2的吸熱反應，且CaO從煅燒爐中被排送到轉變反應器。
8.權利要求7的氣化器，所述氣化器還包括熱交換器單元，所述熱交換單元與熱CaSO4接觸并用于接收水流和排放蒸汽流。
9.權利要求7的氣化器，其中所述轉變反應器還包括H2排放口且所述氣化器還包括與H2排放口流體相通的壓縮機。
10.權利要求7的氣化器，其中所述還原反應器還具有與煅燒爐的CaO出口流體相通的CaO入口。
11.權利要求7的氣化器，其中所述氧化反應器還包括傳熱材料顆粒入口和傳熱材料顆粒出口，所述煅燒爐還包括與所述氧化反應器的傳熱材料顆粒出口流體相通的傳熱材料顆粒入口和與氧化反應器的傳熱材料顆粒入口流體相通的傳熱材料顆粒出口；這樣從所述氧化反應器排放的熱CaSO4被用于煅燒爐中的吸熱反應且經(jīng)冷卻的CaSO4被從煅燒爐排放到氧化反應器。
12.權利要求7的氣化器，其中所述氧化反應器還包括傳熱材料顆粒入口和傳熱材料顆粒出口，所述煅燒爐還包括與所述氧化反應器的傳熱材料顆粒出口流體相通的傳熱材料顆粒入口和與氧化反應器的傳熱材料顆粒入口流體相通的傳熱材料顆粒出口；這樣氧化反應器排放的惰性的傳熱材料顆粒的熱量被用于煅燒爐中的吸熱反應且經(jīng)冷卻的傳熱材料顆粒從煅燒爐被排放到氧化反應器。
13.權利要求1的氣化器，其中所述氣體產(chǎn)物為富含CO的合成氣體，所述氣化器還包括第二化學加工回路，所述第二化學加工回路包括水煤氣轉變反應器，所述水煤氣轉變反應器具有與所述還原反應器的CaS/氣體產(chǎn)物出口流體相通的合成氣體入口、CaO入口、用于接收碳質燃料的燃料入口、用于接收氣態(tài)H2O的蒸汽入口和與還原反應器原料入口流體相通的顆粒出口；和煅燒爐，所述煅燒爐具有與所述轉變反應器的顆粒出口流體相通的CaCO3入口和與轉變反應器的CaO入口流體相通的CaO出口；其中所述合成氣體的CO和碳質燃料與氣態(tài)H2O反應生成H2、CO2和部分脫碳的熱碳質顆粒，CO2被CaO捕獲，發(fā)生形成熱CaCO3的放熱反應，熱碳質顆粒被排放到還原反應器，熱CaCO3被排送到煅燒爐中，CaCO3的熱量在煅燒爐中被用于從CaO奪取CO2的吸熱反應，且CaO從煅燒爐中被排送到轉變反應器。
14.權利要求13的氣化器，其中所述轉變反應器顆粒出口包括重質顆粒出口和輕質顆粒出口，所述還原反應器原料入口包括與轉變反應器重質顆粒出口流體相通的重質顆粒入口和輕質顆粒入口，所述氣化器還包括與轉變反應器輕質顆粒出口、還原反應器輕質顆粒入口和煅燒爐CaCO3入口流體相通的分離器。
15.權利要求14的氣化器，其中所述轉變反應器還包括H2出口，所述熱交換器還包括與轉變反應器H2出口流體相通的H2入口和用于將H2從氣化器中排放出來的H2出口，所述分離器與熱交換器H2入口流體相通。
16.權利要求15的氣化器，所述氣化器還包括與熱交換器H2出口流體相通的壓縮機。
17.權利要求15的氣化器，所述氣化器還包括與熱交換器H2出口流體相通的熱交換單元，所述熱交換單元用于接收水流并排放蒸汽流。
18.權利要求14的氣化器，其中所述還原反應器還包括與轉變反應器的顆粒出口流體相通的碳氣化器；與所述碳氣化器流體相通的碳燃燒室；和與所述碳燃燒室和氧化反應器的CaS入口流體相通的碳完全燃燒箱。
19.權利要求18的氣化器，其中所述轉變反應器還包括熱氣體入口，所述碳氣化器包括還原反應器重質顆粒入口、還原反應器輕質顆粒入口、與所述轉變反應器熱氣體入口流體相通的熱氣體出口、炭出口和熱氣體入口。
20.權利要求19的氣化器，其中所述碳燃燒室包括與碳氣化器的炭出口流體相通的炭入口、與碳氣化器熱氣體入口流體相通的熱氣體出口、與氧化反應器的CaSO4/廢氣出口流體相通的熱CaSO4入口、炭出口和熱氣體入口。
21.權利要求20的氣化器，其中所述碳完全燃燒箱包括與碳燃燒室炭出口流體相通的炭入口、與碳燃燒室熱氣體入口流體相通的熱氣體出口、與氧化反應器的CaSO4/廢氣出口流體相通的熱CaSO4入口和與氧化反應器的CaS入口流體相通的CaS出口。
22.權利要求21的氣化器，其中所述碳完全燃燒箱還包括空氣入口，轉變反應器和碳氣化器各具有與氧化反應器的CaSO4/廢氣出口流體相通的熱CaSO4入口。
23.權利要求7的氣化器，其中所述煅燒爐包括煅燒爐容器，所述煅燒爐容器具有CaCO3入口和CaO出口；和與所述煅燒爐容器流體相通的燃燒室，所述燃燒室具有空氣入口和CaS入口；其中空氣和CaS在燃燒室中燃燒產(chǎn)生熱吸附劑顆粒，所述熱吸附劑顆粒被排放到所述煅燒爐容器中，吸附劑顆粒的熱量將CaCO3煅燒，產(chǎn)生CaO和CO2。
24.權利要求23的氣化器，其中所煅燒爐還包括放置在所述燃燒室和煅燒容器中間的沉降室；和與所述沉降室流體相通的第一分離器；其中所述熱吸附劑顆粒被從燃燒室排放出的煙道氣帶入沉降室，在這里熱的重質吸附劑顆粒從煙道氣中沉降出來并進入煅燒爐，煙道氣及其夾帶的輕質吸附劑顆粒被排放到第一分離器，在這里細的吸附劑顆粒從煙道氣中分離出來。
25.權利要求24的氣化器，其中所述煅燒爐還包括放置在所述沉降室和煅燒爐容器中間的斜導管；和放置在煅燒爐容器和燃燒室中間的溢流通道；其中所述熱重質吸附劑顆粒從沉降室經(jīng)過導管進入煅燒爐容器而冷重質吸附劑顆粒通過溢流通道進入燃燒室。
26.權利要求25的氣化器，其中所述煅燒爐還包括與煅燒爐容器和轉變反應器CaO入口流體相通的第二分離器；具有包括過濾器的第一末端的旁路管道，所述第一末端與煅燒爐容器流體相通；和放置在旁路管道上的旁路閥；其中通過煅燒CaCO3產(chǎn)生的CaO和CO2從煅燒爐容器排放到第二分離器中且通過煅燒CaCO3產(chǎn)生的CO2通過旁路管道排放，旁路閥控制分離器與旁路管道之間的CO2流量分配，從而限制到分離器的CO2的移除速度以防止在移除的CO2中帶有重質吸附劑顆粒；第二分離器將CaO排放到轉變反應器。
27.權利要求7的氣化器，所述氣化器還包括活化器，所述活化器具有與煅燒爐的CaO出口流體相通的入口、與轉變反應器入口流體相通的出口、噴射器和撞擊表面，所述噴射器將一部分CaO夾帶在氣流中，加速CaO并將CaO對準撞擊表面。
28.權利要求27的氣化器，其中所述活化器還具有用于接收蒸汽或水的H2O入口。
29.權利要求13的氣化器，所述氣化器還包括活化器，所述活化器具有與煅燒爐CaO出口流體相通的入口、與轉變反應器入口流體相通的出口、噴射器和撞擊表面，所述噴射器將一部分CaO夾帶在氣流中、加速CaO并將CaO對準撞擊表面。
30.權利要求29的氣化器，其中所述活化器還具有用于接收蒸汽或水的H2O入口。
31.一種從碳質燃料生產(chǎn)氣體產(chǎn)物的氣化器，所述氣化器包括第一化學加工回路，所述第一化學加工回路包括放熱氧化反應器，所述放熱氧化反應器具有CaS入口、熱空氣入口和CaSO4/廢氣出口；和吸熱還原反應器，所述吸熱還原反應器具有與上述氧化反應器的CaSO4/廢氣出口流體相通的CaSO4入口、與上述氧化反應器的CaS入口流體相通的CaS/合成氣體出口和用于接收碳質燃料的原料入口；和第二化學加工回路，所述第二化學加工回路包括水煤氣轉變反應器，所述水煤氣轉變反應器具有與還原反應器的CaS/合成氣體出口流體相通的合成氣體入口、CaO入口、用于接收氣態(tài)H2O的蒸汽入口和CaCO3出口；和煅燒爐，所述煅燒爐具有與轉變反應器的CaCO3出口流體相通的CaCO3入口和與轉變反應器的CaO入口流體相通的CaO出口；其中在氧化反應器中，CaS在空氣中被氧化而生成熱CaSO4，所述熱CaSO4被排送到還原反應器中；在還原反應器中接收的熱CaSO4和碳質燃料利用CaSO4帶來的熱量進行吸熱反應，碳質燃料從CaSO4奪取氧，生成CaS和合成氣體；CaS被排送到氧化反應器中而合成氣體被排放到轉變反應器；合成氣體中的CO與氣態(tài)H2O反應生成H2和CO2，CO2被CaO捕獲，發(fā)生形成熱CaCO3的放熱反應，熱的CaCO3被排送到煅燒爐中，CaCO3的熱量在煅燒爐中被用于從CaO奪取CO2的吸熱反應，且CaO從煅燒爐中被排送到轉變反應器。
32.一種從碳質燃料生產(chǎn)氣體產(chǎn)物的氣化器，所述氣化器包括第一化學加工回路，所述第一化學加工回路包括放熱氧化反應器，所述放熱氧化反應器具有CaS入口、熱空氣入口和CaSO4/廢氣出口；和吸熱還原反應器，所述吸熱還原反應器具有與上述氧化反應器的CaSO4/廢氣出口流體相通的CaSO4入口、與上述氧化反應器的CaS入口流體相通的CaS/合成氣體出口和用于接收碳質燃料的原料入口；和第二化學加工回路，所述第二化學加工回路包括水煤氣轉變反應器，所述水煤氣轉變反應器具有與還原反應器的CaS/合成氣體出口流體相通的合成氣體入口、CaO入口、用于接收碳質燃料的燃料入口、用于接收氣態(tài)H2O的蒸汽入口以及與還原反應器原料入口流體相通的顆粒出口；和煅燒爐，所述煅燒爐具有與轉變反應器的顆粒出口流體相通的CaCO3入口和與轉變反應器的CaO入口流體相通的CaO出口；其中在氧化反應器中，CaS在空氣中被氧化而生成熱CaSO4，所述熱CaSO4被排送到還原反應器中；在還原反應器中接收的熱CaSO4和碳質燃料利用CaSO4帶來的熱量進行吸熱反應，碳質燃料從CaSO4奪取氧，生成CaS和合成氣體；CaS被排送到氧化反應器中而合成氣體被排放到轉變反應器；合成氣體中的CO和碳質燃料與氣態(tài)H2O反應生成H2、CO2和部分脫碳的熱碳質顆粒；CO2被CaO捕獲，發(fā)生形成熱CaCO3的放熱反應；熱的碳質顆粒被排送到還原反應器中；熱的CaCO3被排送到煅燒爐中，CaCO3的熱量在煅燒爐中被用于從CaO奪取CO2的吸熱反應，且CaO從煅燒爐中被排送到轉變反應器。
全文摘要
氣體發(fā)生器10包括第一化學加工回路12，所述回路12具有放熱氧化反應器14和吸熱還原反應器16。在氧化反應器14中CaS在空氣中被氧化而生成熱CaSO
文檔編號C10J3/54GK1795257SQ200480014652
公開日2006年6月28日 申請日期2004年5月24日 優(yōu)先權日2003年5月29日
發(fā)明者M·S·麥卡特內, H·E·小安德魯斯 申請人:阿爾斯托姆科技有限公司