[发明专利]联合气化和发电

说明书

技术领域

本发明涉及一种联合气化和发电方法，其中含碳物质在供有低温空气分离装置产生的氧的气化器中气化，以产生合成气，合成气在处理后用作一个或更多燃气轮机的燃料，燃气轮机供有来自空气分离装置的氮，并且其继而用以产生设备所需电力的至少一部分，并且供应压缩空气至低温空气分离装置。

背景技术

在本领域所知的整体气化和联合循环(IGCC)中，可气化煤并可发电。在IGCC中，煤或其它含碳物质的气化产生主要含有氢，一氧化碳和二氧化碳的合成气，合成气带有一定量的含甲烷以及含硫和氯化物的杂质。在典型的气化器中，含碳给料与蒸汽和氧反应以产生合成气。含碳材料既可直接给送至气化器或作为含碳材料的水浆给送至气化器。通常，通过空气分离单元(ASU air separation unit)将氧提供至气化器，在空气分离单元中，空气在低温下在蒸馏塔中精馏以产生氧。

在整体气化联合循环中，由气化所得的合成气冷却至适于其在羰基硫(COS)水解反应器中进一步处理的温度，羰基硫水解反应器将大部分羰基硫水解成硫化氢。合成气随后进一步冷却用于在溶剂洗涤装置内采用用于硫化氢和羰基硫从合成气分离的物理或化学吸收来分离硫化氢。所得的燃料气体随后给送至联接至发电机的燃气轮机以发电。热可通过冷却来自燃气轮机排放的排放物来回收以引起蒸汽并通过蒸汽轮机来产生额外的电力。

IGCC系统的优化传统上主要聚焦于资金成本而其次聚焦于效率。在对IGCC设备的输出没有限制时这样的聚焦特别恰当。在IGCC设备由公共事业公司或其中设备设计成将电力出售给电网的独立能源生产者拥有时这确实是对的。

IGCC系统还设计成将电力提供给专属用户(captive user)，例如精炼设备或设计成通过煤，石油焦或其它碳氢化合物给料生产氢或液体的设备，和/或可包括生产诸如环氧乙烷的化学生产的设备的综合体。在这种情况中，除电力以外，IGCC系统可提供诸如蒸汽，热水，锅炉给送水，燃料气体以及合成气等效用。在一些情况下，用于IGCC系统的合成气/燃料气体的源可来自专属用户综合体。来自IGCC设备的总电力输出可受限于由专属用户所需的加上操作IGCC设备(内部使用)所需的。通常，出售多余的电力给电网的选择由于经济考虑而是不实际的。这些考虑包括：对于过剩电力的低价以及法规的存在，这限制了出售者操作IGCC系统的能力，因为仅需提供专属用户的需求。

内部用户包括用于以下的电力：用于固体移动的传送器，在给送至气化器前降低固体碳氢化合物尺寸的碾压器/粉碎机，用于空气分离单元的压缩机，用于酸性气体去除，蒸汽，和其它子系统的泵，用于诸如仪器空气和启动锅炉的各种各样的需求的风机和压缩机，照明，以及其它各种各样的用途。来自IGCC设备的净功率应限定成发电机的净功率输出减去内部使用之间的差。该净功率供应至专属用户。

由于由商用气化系统产生的合成气的特性(成分变化和燃烧特性)，燃气轮机通常使用常规扩散燃烧器以用于燃烧燃料气体。NOx排放物通过使用诸如来自空气分离单元的蒸汽和氮的稀释剂来控制。稀释剂降低燃料气体的火焰温度并且降低由轮机燃烧器产生的NOx的水平。由于稀释剂添加可大大增加燃气轮机的重量，故燃气轮机的运行受影响。

燃气轮机排气被送至余热回收蒸汽发生器(HRSG)以产生输出至专属用户的蒸汽和/或用于在蒸汽轮机中发电。在需满足固定水平的内部和专属用户电力需求时，蒸汽轮机(多个)所产生的电力的量将降低燃气轮机的发电需求，重要的是要注意，气化器能力以及由此的IGCC系统的内部功率需求通常由燃气轮机所需的燃料来设置。最大效率的系统是使用最少量的固体燃料来提供效用的系统(燃气轮机，蒸汽轮机，气化器以及空气分离单元的组合)。对于给定的气化器类型，总装置效率由所选的燃气轮机，蒸汽轮机性能，空气分离单元的设计以及空气分离单元与燃气轮机之间的整合来确定。