[发明专利]一种基于化学链空分制氧和燃烧后CO2捕集的发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及发电系统。更具体地，涉及一种基于化学链空分制氧和燃烧后CO₂捕集的发电系统。

背景技术

我国的基本能源结构是“富煤、贫油、少碳”。以煤炭为主是我国目前及未来相当长的时间内的能源现状。煤炭的直接燃烧导致NO_X、SO_X、CO₂和粉尘等大量排放，不仅对环境产生严重危害，更造成资源的巨大浪费。整体煤气化联合循环发电技术把高效的燃气—蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好的环保性能，减少温室气体，是一种有发展前景的洁净煤发电技术，对煤化工产业的发展至关重要。

传统的整体煤气化联合循环技术中的氧气大多来自空气深冷分离。该方法是目前唯一大规模用于工业生产的方法，历史悠久、技术成熟，氧气纯度可达99％以上，但是操作和维修复杂，能耗及运行成本比较高；膜分离法虽然操作简单、产气量高、富氧浓度稳定、设备使用寿命长，但对于膜的依赖性较强，产物含氧量低，不适合大规模制氧，而且昂贵的分离膜材料是限制其工业应用的关键。此外还有变压吸附制氧，变压吸附的最大优点在于装置工艺流程简单、结构紧凑、设备投资少，但缺点是不能制得纯氧，目前还没有特大型制氧装置的实例。

化学链空气分离技术是一种新型的制氧技术，最早由Moghtaderi提出，其理论能耗为0.08kW·h/m³，仅为低温精馏制氧能耗的26％左右，方法简便，能够满足氧气需求量逐年增加的需求，存在低能耗空气制氧的潜力。化学链空气分离技术通过载氧体循环地吸收释放O₂，从而达到制氧目的。主要包括氧化反应器和还原反应器两部分，载氧体是连接两个反应器的纽带，还原态载氧体在氧化反应器中与空气中的氧气发生反应，氧化后的载氧体被输送至还原反应器，在合适的温度、压力下，载氧体脱氧释放出O₂。根据勒夏特勒原理，通常在还原反应器中加入惰性组分(如水蒸气或CO₂)，可降低氧气平衡分压，使脱氧过程更易进行。以Me_xO_y/Me_xO_y-2载氧体为例，氧化反应器和还原反应器中分别发生如下所示反应：

Me_xO_y-2(s)+O₂(g)→Me_xO_y(s) (1)

Me_xO_y(s)→Me_xO_y-2(s)+O₂(g) (2)

氧化反应是放热反应，还原反应是吸热反应，通过载氧体吸氧和解吸反应过程中的热量，以达到制氧单元的热量自我维持平衡，从而降低制氧能耗，因而具有低能耗空气制氧的潜力。另外该制氧方法还具有系统简单、成本投资较少、能够快启快停、并且可以适用于不同规模的制氧场合等优点。

对于整体煤气化联合循环存在的二氧化碳捕集问题，燃烧后捕集工艺成熟，原理简单，对现有电站的继承性好，多采用化学吸收法，其原理是，原料气中的二氧化碳与吸收剂发生化学反应，将气体中的二氧化碳吸收，而后吸收剂经加热，将二氧化碳重新分解出来，从而达到分离回收的目的。目前较为成熟的化学吸收法工艺多基于乙醇胺类水溶液，如单乙醇胺法、二乙醇胺法和甲基二乙醇胺法等。化学吸收法适用于气体中浓度较低时的分离。但其缺点是，吸收剂的再生热耗较高，吸收剂损失较大。本发明是根据基于整体煤气化联合循环、化学链空气分离技术以及化学吸收法捕集二氧化碳的优点，提出了一种新型的化学链空气分离与带有燃烧后二氧化碳捕集的整体煤气化联合循环的集成系统工艺。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种基于化学链空分制氧和燃烧后CO₂捕集的发电系统。该系统既能降低CO₂排放，又能减少能源损耗。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于化学链空分制氧和燃烧后CO₂捕集的发电系统，所述发电系统包括：化学链空分制氧装置、气化反应器、除尘装置、脱硫装置、燃气轮机装置、余热锅炉-蒸汽轮机装置、CO₂捕集装置和CO₂压缩装置；