[发明专利]用于酸性气体应用的集成的钙链组合循环

说明书

用于酸性气体燃烧的化学链燃烧(CLC)工艺与组合循环的燃气轮机和蒸汽发生单元集成在一起，并且配置为通过使H₂S与氧载体在CLC单元的燃料反应器内的位置反应来从酸性气体燃料中提供H₂S的原位移除。该工艺还配置成使得来自组合循环的燃气轮机的富氧废气用于供给CLC单元的空气反应器，并再氧化用于在CLC单元中再循环的氧载体。

技术领域

本发明涉及一种用于酸性气体重整和燃烧以产生热和电的方法。此外，本发明涉及通过用于蒸汽和电力生产的原位脱硫和燃烧使酸性气体稳定。更具体地，本发明涉及化学链燃烧酸性气体的方法，其包括合成气的生产，以及随后的使用合成气发电。

背景技术

寻找新的，环保的能源可能是当今世界面临的最具挑战性的问题之一。由于全世界对能源的需求增加，这种探索已进一步复杂化。随着全世界对额外能源的需求增长，能源生产商必须开始利用非常规能源来满足增长的需求。虽然已建立的不可再生能源(例如可回收煤，常规石油和天然气)仍然是全世界能源的主要来源，这是因为可再生能源数量过少，并且限于特定地区—能源生产商必须开始考虑更可持续发展的长期的另外能源。特别地，能源生产商必须寻找其他不可再生能源，例如非常规石油资源(例如，油页岩，焦油砂和重质原油)和非常规天然气资源(例如，加压含水层和煤缝中的气体)来满足增长的能源需求。

酸性气体燃料属于这些非常规的不可再生能源。酸性气体是一种含有大量的硫化氢(H₂S)的天然气—一种无色、易燃和腐蚀性气体，可能会在高温下损坏燃烧系统的材料和机械部件。此外，当H₂S暴露于空气时，其容易氧化成硫氧化物(SO_x)例如SO₂—一种空气污染物。

燃烧是发电领域中常用的反应，并且在某些情况下可以利用酸性气体作为燃料。除了腐蚀性之外，酸性气体可能含有降低其热值的惰性气体，因此先前不被认为是用于燃烧过程的特别有用的化石燃料。例如，由于气体的组成和物理特性，特别是如果酸性气体具有高于5％的H₂S含量，则酸性气体在燃气轮机中的直接燃烧并不总是可能的。然而，全世界对能源的需求增长，迫使使用酸性气体作为能源。存在许多全球未开发和欠开发的酸性气藏，并且如果这些资源用于产生电力，为使得这种应用成为可能，则燃烧过程处理更大量的H₂S的能力是必要的。毫不奇怪，全世界正在努力减少用于酸性气体燃料的H₂S和硫管理的经济影响。

常规地，为了避免腐蚀性效应和与酸性气体燃烧相关的污染，需要预处理酸性气体以从气流中基本上除去硫化合物—被称为“脱硫”过程。例如，胺气体处理方法，例如一种包括胺单元、硫回收单元和尾气单元的方法可用于酸性气体“脱硫”(即除去H₂S)。使酸性气体脱硫的方法的主要缺点是它们非常昂贵。

化学链燃烧(CLC)是一种特定类型的燃烧反应，其最初创建于20世纪50年代以产生CO₂，但最近作为潜在的CO₂捕获过程已经受到越来越多的关注。在常规的CLC方法中，氧载体用作空气和燃料之间的氧的中间转运体，因此要防止空气和燃料彼此直接接触。通常，使用固体金属氧化物氧载体在燃料反应器中氧化燃料流。这导致产生CO₂和H₂O。然后将还原后形式的氧载体转移到空气反应器中，在那里它与空气接触，再氧化成其初始状态，然后返回到燃料反应器用于进一步的燃烧反应。

在一些情况下，CLC方法也已经与燃气轮机联合循环组合用于产生电力。然而，在这些组合中，燃料反应器用于重整酸性气体并产生供给至燃气轮机的合成气。将第一环境空气流压缩并供给到CLC空气反应器以氧化氧载体，同时另一环境空气流被压缩并供给到燃气轮机燃烧室以燃烧燃料。环境空气的压缩需要额外的设备和能量，从而导致系统成本增加。

因此，需要一种结合酸性气体燃烧和发电的合算且节能的系统。此外，需要一种用于在能量转化中高效率地燃烧酸性气体、但没有昂贵的H₂S预处理的方法。本发明实现了这些和其他的需要。