[发明专利]脱碳燃料产生

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年11月17日提交的美国临时申请编号61/560887的优先权。该临时申请全部通过引用并入本文。

发明背景

本发明的主题涉及产生脱碳燃料和利用脱碳燃料发电的系统和方法。尤其是，本发明涉及集成的系统和方法，用于产生合成气，从合成气中除去二氧化碳，和使用合成气发电。

美国专利号4132065中描述了一种用于生产合成气的常规实践。该专利公开了一种用于生产合成气的连续的部分氧化气化过程。含烃燃料如天然气与含游离氧的气体(优选空气)任选地在诸如蒸汽或水的温度调节剂的存在下进行反应以生产合成气。合成气的一部分在压缩空气存在下燃烧以生成燃烧产物气体，燃烧产物气体在燃气涡轮中膨胀。含游离氧的气体由压缩机提供，压缩机被在燃气涡轮中的燃烧产物气体的膨胀所产生的至少一部分动力所驱动。

美国专利号6505467公开了一种从烃原料中产生电能、蒸汽和浓缩形式的二氧化碳的工艺。该工艺包括在空气驱动的自热反应器单元(ATR)中形成合成气，将形成的合成气热交换由此产生蒸汽，在CO变换反应器单元和二氧化碳分离单元中处理至少一部分合成气，形成浓缩二氧化碳和贫含氢气体，贫含氢气体在联合循环燃气涡轮中燃烧用于生产电能，来自涡轮的空气被供给到ATR单元。燃气涡轮的废气进行热交换产生蒸汽，与所述单元上游产生的蒸汽一起被用在发电机中，用于生产实质上不含二氧化碳的电能。蒸汽可以被送到燃气涡轮，用于稀释含氢气体混合物。

先前指认的专利的公开内容通过引用结合于此。

在本领域中需要一种系统和方法，用于产生脱碳燃料，和利用该燃料产生电力。此外，在本领域还需要一种系统和方法，可以改造现有发电设备，使现有发电设备使用脱碳燃料来产生电力。

发明内容

本发明通过提供可用于产生电力的脱碳燃料，和通过使现有发电设备能够改造以利用脱碳燃料产生电力，解决了常规实践所伴随的问题。本文所用的“脱碳燃料”被定义为燃烧时形成比天然气更少的二氧化碳的气态燃料。脱碳燃料通常包含大量的氢。广义地讲，本发明涉及将合成气生产与发电集成。

当本发明不用于改造现有的天然气联合循环(NGCC)发电设备来燃烧脱碳燃料(DF)时，关于发电设备和脱碳燃料产生(DFG)过程的集成可出现几个难题。例如，脱碳燃料联合循环(DFCC)产生的蒸汽可能不是处于用在DF生产过程适当的条件下，可减少压力或增加压力，这可使用额外的燃料，增加过程的碳强度。从DFCC蒸汽涡轮提取大量蒸汽可能导致及底循环效率低于在设计条件下操作，进一步降低了这种方法的效率。这些难题可以根据本发明克服，通过利用第二个蒸汽发生单元产生DFG工艺所需的和DFCC单元可能所需的蒸汽，因此，不依赖从DFCC提取蒸汽。

发明用于改造NGCC的一个方面，引入了第二个独立的蒸汽发生系统，其与DFG集成，并提供了对DFG需求优化的效用。为两个不同的系统引入独立的蒸汽发生系统对改造NGCC发电设备以使用DF意外地提供了几个好处，包括：优化第二蒸汽系统以在DFG工艺所采用的条件下最有效地产生蒸汽；通过定位DFG和DFCC在不同位置使二氧化碳的运输费用优化；从工艺中产生额外低碳强度电力。如本文所用，“低碳强度”旨在表示小于或等于约300lbs CO₂/MWH。优选地，本文中所描述的工艺被配置以产生具有从约100至约200lbs CO₂/MWh，或从约125至大约175lbs CO₂/MWh碳强度的电力。

本发明的其它方面参照下列标字母段落可以理解：

A.产生低碳强度电力的方法，包括：使第一气态烃流与蒸汽、含氧流或它们的组合反应，产生合成气流；使合成气流中的一氧化碳和水反应，形成氢和二氧化碳；从合成气流除去实质部分的二氧化碳，产生脱碳燃料流；在压缩空气存在下燃烧脱碳燃料流的第一部分，产生第一燃烧产物气体；将第一燃烧产物气体通过涡轮膨胀，产生电力；使用脱碳燃料流的第二部分以产生第一蒸汽流；和将第一蒸汽流与第一气态烃流反应。

B.段落A的方法，还包括：用膨胀的第一燃烧产物气体在热回收蒸汽发生单元中产生电力和蒸汽。

C.任何段落A至B的方法，其中脱碳燃料流的第二部分用于在蒸汽发生单元中产生第一蒸汽流。

D.任何段落A至C的方法，还包括在蒸汽发生单元中产生第二蒸汽流。

E.段落D的方法，还包括将第二蒸汽流的一部分导入涡轮。