用于氣體處理的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于氣體處理的系統(tǒng)及方法。系統(tǒng)包括構(gòu)造成從未處理合成氣除去酸性氣體以生成處理的合成氣的酸性氣體脫除(AGR)系統(tǒng)、構(gòu)造成接收處理的合成氣以生成非滲透物和滲透物的氫分離系統(tǒng)，以及構(gòu)造成使非滲透物膨脹以生成冷卻的非滲透物的膨脹器。AGR系統(tǒng)包括構(gòu)造成經(jīng)由與冷卻的非滲透物的熱交換冷卻溶劑的溶劑冷凍機(jī)。
【專利說(shuō)明】用于氣體處理的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文中公開(kāi)的主題涉及氣體處理系統(tǒng)，并且更特別地，涉及氣體處理系統(tǒng)中的熱交換。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體處理可在精煉廠、石油化工廠、天然氣處理廠或其它行業(yè)中使用。例如，氣體處理可在整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電廠中用于處理合成氣體，即，合成氣。具體地，溶劑可用于在氣體處理單元中從合成氣吸收氣體，諸如硫化氫(H2S)或二氧化碳(CO2)。氣體處理單元典型地可包括一個(gè)或更多個(gè)蒸餾塔。這些塔中的一個(gè)或更多個(gè)可包括用以使用冷卻劑從溶劑除去熱的熱交換器，該冷卻劑可由制冷系統(tǒng)冷卻。遺憾的是，使用制冷系統(tǒng)可降低發(fā)電廠的效率并且/或者增大與發(fā)電廠相關(guān)的資本支出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在下面概括在范圍上與最初要求權(quán)利的本發(fā)明相稱的某些實(shí)施例。這些實(shí)施例不意圖限制要求權(quán)利的本發(fā)明的范圍，而是相反地，這些實(shí)施例僅意圖提供本發(fā)明的可能形式的簡(jiǎn)要概括。實(shí)際上，本發(fā)明可包含可與在下面提出的實(shí)施例相似或不同的各種形式。
[0004]在第一實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括構(gòu)造成從未處理合成氣除去酸性氣體以生成處理的合成氣的酸性氣體脫除(AGR)系統(tǒng)、構(gòu)造成接收處理的合成氣以生成非滲透物和滲透物的氫分離系統(tǒng)，以及構(gòu)造成使非滲透物膨脹以生成冷卻的非滲透物的膨脹器。AGR系統(tǒng)包括構(gòu)造成經(jīng)由與冷卻的非滲透物的熱交換冷卻溶劑的溶劑冷凍機(jī)。
[0005]在第二實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括氣體處理系統(tǒng)和氣體處理控制器。氣體處理系統(tǒng)包括構(gòu)造成生成非滲透物的氫分離系統(tǒng)、構(gòu)造成使非滲透物膨脹以生成冷卻的非滲透物的膨脹器，以及構(gòu)造成經(jīng)由與冷卻的非滲透物的熱交換冷卻溶劑的溶劑冷凍機(jī)。氣體處理控制器構(gòu)造成控制氣體處理系統(tǒng)以保持溶劑的溫度低于閾值。
[0006]在第三實(shí)施例中，一種方法包括在氫分離系統(tǒng)中生成非滲透物、使非滲透物在膨脹器中膨脹以生成冷卻的非滲透物、在溶劑冷凍機(jī)中經(jīng)由與冷卻的非滲透物的熱交換冷卻溶劑，以及在氣體處理單元中使用溶劑處理氣體。
[0007]—種系統(tǒng)，其包括:酸性氣體脫除(AGR)系統(tǒng)，其構(gòu)造成從未處理合成氣除去酸性氣體以生成處理的合成氣，氫分離系統(tǒng)，其構(gòu)造成接收處理的合成氣以生成非滲透物和滲透物；以及膨脹器，其構(gòu)造成使非滲透物膨脹以生成冷卻的非滲透物，其中，AGR系統(tǒng)包括溶劑冷凍機(jī)，其構(gòu)造成經(jīng)由與冷卻的非滲透物的熱交換冷卻溶劑。
[0008]優(yōu)選地，氫分離系統(tǒng)包括構(gòu)造成生成非滲透物和滲透物的膜分離系統(tǒng)，其中，非滲透物的第一氫濃度小于滲透物的第二氫濃度。
[0009]優(yōu)選地，僅溶劑冷凍機(jī)在AGR系統(tǒng)中用于冷卻溶劑。
[0010]優(yōu)選地，AGR系統(tǒng)包括未處理合成氣冷卻器，其構(gòu)造成經(jīng)由與來(lái)自溶劑冷凍機(jī)的冷卻的非滲透物的熱交換冷卻未處理的合成氣。[0011]優(yōu)選地，系統(tǒng)包括變壓吸附(PSA)系統(tǒng)，其構(gòu)造成接收滲透物以生成尾氣和富氫流。
[0012]優(yōu)選地，系統(tǒng)包括構(gòu)造成壓縮尾氣以生成壓縮的尾氣的壓縮機(jī)。
[0013]優(yōu)選地，膨脹器和壓縮機(jī)聯(lián)接在一起，使得膨脹器生成功率以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。
[0014]優(yōu)選地，系統(tǒng)包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其構(gòu)造成接收壓縮的尾氣和加熱的非滲透物的混合物。
[0015]優(yōu)選地，系統(tǒng)包括余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)的管道焚燒器，其中，管道焚燒器構(gòu)造成燃燒壓縮的尾氣，或壓縮的尾氣和加熱的非滲透物的混合物。
[0016]優(yōu)選地，系統(tǒng)包括低溫氣體冷卻(LTGC)系統(tǒng)的非滲透物熱交換器，其中，非滲透物熱交換器構(gòu)造成經(jīng)由與來(lái)自溶劑冷凍機(jī)的冷卻的非滲透物的熱交換冷卻未處理合成氣。
[0017]優(yōu)選地，系統(tǒng)包括配置在氫分離系統(tǒng)與膨脹器之間的非滲透物冷卻器，其中，非滲透物冷卻器構(gòu)造成經(jīng)由與冷卻劑的熱交換冷卻非滲透物。
[0018]一種系統(tǒng)，其包括:氣體處理系統(tǒng)，其包括:構(gòu)造成生成非滲透物的氫分離系統(tǒng)；構(gòu)造成使非滲透物膨脹以生成冷卻的非滲透物的膨脹器；以及構(gòu)造成經(jīng)由與冷卻的非滲透物的熱交換冷卻溶劑的溶劑冷凍機(jī)；以及氣體處理控制器，其構(gòu)造成控制氣體處理系統(tǒng)以保持溶劑的溫度低于閾值。
[0019]優(yōu)選地，系統(tǒng)包括流量控制閥，其構(gòu)造成調(diào)整用于經(jīng)由熱交換冷卻非滲透物的冷卻劑流。
[0020]優(yōu)選地，系統(tǒng)包括構(gòu)造成調(diào)整圍繞膨脹器的非滲透物的旁通流的旁通閥。
[0021]一種方法，其包括:在氫分離系統(tǒng)中生成非滲透物；在膨脹器中使非滲透物膨脹以生成冷卻的非滲透物；在溶劑冷凍機(jī)中經(jīng)由與冷卻的非滲透物的熱交換冷卻溶劑；以及在氣體處理單元中使用溶劑處理氣體。
[0022]優(yōu)選地，該方法包括:在氫分離系統(tǒng)中生成滲透物；在變壓吸附(PSA)系統(tǒng)中接收滲透物；在PSA系統(tǒng)中生成尾氣和富氫流；以及在壓縮機(jī)中壓縮尾氣以生成壓縮的尾氣。
[0023]優(yōu)選地，該方法包括使用混合器來(lái)使壓縮的尾氣與冷卻的非滲透物混合以生成燃料混合物。
[0024]優(yōu)選地，該方法包括利用以膨脹器生成的功率驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。
[0025]優(yōu)選地，該方法包括在非滲透物熱交換器中經(jīng)由與冷卻的非滲透物的熱交換冷卻未處理合成氣。
[0026]優(yōu)選地，該方法包括在于膨脹器中使非滲透物膨脹之前使用非滲透物冷卻器冷卻非滲透物。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]當(dāng)參考附圖閱讀下列詳細(xì)描述時(shí)，將更好地理解本發(fā)明的這些和其它的特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中，同樣的標(biāo)記在所有附圖中表示同樣的部件，其中:
圖1為根據(jù)實(shí)施例的并入氣體處理單元的IGGC發(fā)電廠的方框圖；以及 圖2為根據(jù)實(shí)施例的圖1的酸性氣體脫除系統(tǒng)的方框圖。
[0028]部件列表
10整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電廠12燃料
14含氧流
15氣化器
16合成氣
18氣體處理單元
20水煤氣變換反應(yīng)器
22低溫氣體冷卻(LTGC)系統(tǒng)
24酸性氣體脫除(AGR)系統(tǒng)
26氫分離系統(tǒng)
28變壓吸附(PSA)系統(tǒng)
30變換的未處理合成氣
32非滲透物熱交換器
34非滲透物
36加熱的非滲透物
38未處理合成氣排氣
40鍋爐給水熱交換器
42鍋爐給水
44蒸汽
46冷卻的未處理合成氣
48氣液分離罐
50冷凝物
52未處理合成氣
54冷卻水熱交換器
56冷卻水供應(yīng)源
58冷卻水回流
60冷卻的未處理合成氣蒸氣
62供給產(chǎn)物熱交換器
64處理的合成氣
66加熱的處理的合成氣
68未處理合成氣蒸氣排氣
70吸收器
72溶劑冷凍機(jī)
74溶劑
76冷卻的溶劑
78冷卻的非滲透物
79非滲透物
80非滲透物冷卻器
82非滲透物排氣
84膨脹器 85軸
86葉片
88發(fā)電機(jī)
80滲透物
92富氫流
93馬達(dá)
94尾氣
95軸
96壓縮機(jī)
97葉片
98壓縮的尾氣
99混合器
100燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)
101燃料混合物
102排出氣體
103管道焚燒器
104余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)
105控制器 106傳感器 107流量控制閥 108信號(hào) 109旁通閥
120未處理合成氣冷卻器 122未處理合成氣蒸氣 124非滲透物流 126富溶劑流。
【具體實(shí)施方式】
[0029]將在下面描述本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)特定實(shí)施例。為了提供這些實(shí)施例的簡(jiǎn)明描述，可不在說(shuō)明書(shū)中描述實(shí)際實(shí)施的所有特征。應(yīng)當(dāng)理解，在任何這種實(shí)際實(shí)施的開(kāi)發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，必須作出許多特定實(shí)施決定以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的特定目的，諸如符合系統(tǒng)相關(guān)且商業(yè)相關(guān)的約束，這可從一個(gè)實(shí)施變化到另一個(gè)實(shí)施。此外，應(yīng)當(dāng)理解，這種開(kāi)發(fā)努力可為復(fù)雜且耗時(shí)的，但是對(duì)于受益于本公開(kāi)的技術(shù)人員而言，仍將是設(shè)計(jì)、制作和制造的日常工作。
[0030]當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞“一”、“一個(gè)”、“該”和“所述”意圖表示存在元件中的一個(gè)或更多個(gè)。用語(yǔ)“包括”、“包含”和“具有”意圖是包含的，并且表示可存在除了列出的元件之外的附加元件。
[0031]氣體處理在石油化工廠、精煉廠、天然氣處理廠和其它行業(yè)中進(jìn)行。雖然在下面按照IGCC發(fā)電廠討論，但是公開(kāi)的實(shí)施例可在以上列出的工廠中的任何一個(gè)中使用，或者在執(zhí)行氣體處理的任何地方使用。特別地，IGCC發(fā)電廠可包括用以處理由氣化器產(chǎn)生的合成氣的氣體處理單元。氣體處理單元可包括但不受限于下列單元中的一個(gè)或更多個(gè):水煤氣變換反應(yīng)器、酸性氣體脫除(AGR)系統(tǒng)、氫分離系統(tǒng)或變壓吸附(PSA)系統(tǒng)。這些單元中的每一個(gè)可從來(lái)自氣化器的未處理合成氣除去氣體和/或其它成分。例如，酸性氣體脫除系統(tǒng)可從未處理合成氣除去H2S、CO2和/或其它酸性氣體。
[0032]如在下面詳細(xì)討論的，某些實(shí)施例提供系統(tǒng)(例如，氣體處理單元)，其包括用以從未處理合成氣除去酸性氣體(例如，H2S)以生成處理的合成氣的AGR系統(tǒng)。另外，系統(tǒng)可包括用以從AGR系統(tǒng)接收處理的合成氣以生成非滲透物和滲透物的氫分離系統(tǒng)。具體地，滲透物可為富氫流，而非滲透物可為貧氫流。在另外的實(shí)施例中，滲透物流可在PSA系統(tǒng)中處理以生成尾氣和另外的提純的富氫流。系統(tǒng)還可包括膨脹器(諸如渦輪)，其構(gòu)造成使非滲透物膨脹以生成冷卻的非滲透物。膨脹器或渦輪可包括旋轉(zhuǎn)組件(諸如具有附接的葉片的軸)，以及環(huán)繞旋轉(zhuǎn)組件的靜止組件。接著，冷卻的非滲透物可在IGCC發(fā)電廠的別處使用用于冷卻的目的。
[0033]例如，在某些實(shí)施例中，來(lái)自膨脹器的冷卻的非滲透物可用于在AGR系統(tǒng)中冷卻。具體地，AGR系統(tǒng)可包括用以經(jīng)由與冷卻的非滲透物的熱交換冷卻溶劑的溶劑冷凍機(jī)。溶劑可在AGR系統(tǒng)中用于從未處理合成氣除去酸性氣體，并且AGR系統(tǒng)可在溶劑被冷卻時(shí)更有效地操作。例如，制冷系統(tǒng)可用于使AGR系統(tǒng)中的溶劑制冷。遺憾的是，使用這種制冷系統(tǒng)可增加AGR系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低AGR系統(tǒng)的效率并且/或者增大AGR系統(tǒng)的資本支出。通過(guò)使非滲透物在膨脹器中膨脹以生成冷卻的非滲透物，如在下列實(shí)施例中描述的，制冷系統(tǒng)可省略或減小容量。因此，在下列實(shí)施例中，使用冷卻的非滲透物來(lái)冷卻溶劑可提高AGR系統(tǒng)的效率并且/或者減小與AGR系統(tǒng)相關(guān)的資本支出。
[0034]在另外的實(shí)施例中，冷卻的非滲透物還可在氣體處理單元或IGCC發(fā)電廠的其它區(qū)域中用于低位熱回收。例如，冷卻的非滲透物可用于低溫氣體冷卻(LTGC)系統(tǒng)中的低位熱回收。在又一些實(shí)施例中，膨脹器可聯(lián)接于其它旋轉(zhuǎn)設(shè)備(諸如壓縮機(jī))，以使用由膨脹器生成的功來(lái)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)設(shè)備。例如，在某些實(shí)施例中，PSA系統(tǒng)可包括用以壓縮尾氣的尾氣壓縮機(jī)，并且膨脹器可用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。在這種實(shí)施例中，系統(tǒng)可排除用以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的單獨(dú)的馬達(dá)?？蛇x地，膨脹器可聯(lián)接于發(fā)電機(jī)以產(chǎn)生電功率。因此，在下列實(shí)施例中，使用膨脹器可提高IGCC發(fā)電廠的效率并且/或者減小與IGCC發(fā)電廠相關(guān)的資本支出。
[0035]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，圖1為可產(chǎn)生和焚燒合成氣的IGCC發(fā)電廠10的實(shí)施例的圖。如在下面詳細(xì)討論的，IGCC發(fā)電廠10可包括使用來(lái)自膨脹器的冷卻的非滲透物來(lái)冷卻AGR系統(tǒng)中的溶劑的實(shí)施例。IGCC發(fā)電廠10的其它實(shí)施例可包括可為固體或液體的燃料12，燃料12可用作用于IGCC系統(tǒng)的能量源。燃料12可包括煤、石油焦、油、生物質(zhì)、基于木材的材料、農(nóng)業(yè)廢物、焦油、焦?fàn)t煤氣和浙青，或其它含碳物品。燃料12和含氧流14可傳遞至氣化器15，以將燃料12轉(zhuǎn)換成合成氣16，例如，一氧化碳(CO)和氫的組合。該產(chǎn)生的氣體可包括近似百分之85的比例相等的CO和氫，以及CH4、HCl、HF、COS、NH3> HCN和H2S (基于燃料12的硫含量)。該產(chǎn)生的氣體可被稱為未處理合成氣16，這是因?yàn)槠浒ɡ鏗2S。為了清潔未處理合成氣16，可利用氣體處理單元18。在一個(gè)實(shí)施例中，氣體處理單元18可包括水煤氣變換反應(yīng)器20、酸性氣體脫除(AGR)系統(tǒng)24、氫分離系統(tǒng)26、變壓吸附(PSA)系統(tǒng)28或它們的任何組合。在下面更詳細(xì)地討論這些系統(tǒng)中的每一個(gè)。一般而言，氣體處理單元18可洗滌未處理合成氣16以從未處理合成氣16除去HCl、HF、COS、HCN和H2S。在其它實(shí)施例中，氣體處理單元18可用于除去附加的殘余氣體成分，諸如氨和甲烷。
[0036]在所示的實(shí)施例中，氣體處理單元18包括水煤氣變換反應(yīng)器20，其接收來(lái)自氣化器15的未處理合成氣16。水變換反應(yīng)器20可構(gòu)造成執(zhí)行水煤氣變換反應(yīng)，其中，未處理合成氣16中的CO與水(例如，蒸汽)反應(yīng)以形成包括CO2和氫的變換的未處理合成氣30。具體地，水煤氣變換反應(yīng)可執(zhí)行成將未處理合成氣16中的氫與CO2的比率從近似I比I調(diào)整至變換的未處理合成氣30中的近似3比I。
[0037]接下來(lái)，在圖1中示出的所示實(shí)施例中，來(lái)自水煤氣變換反應(yīng)器20的變換的未處理合成氣30可傳遞至LTGC系統(tǒng)22。在其它實(shí)施例中，LTGC系統(tǒng)22可省略，并且來(lái)自水煤氣變換反應(yīng)器20的變換的未處理合成氣30可直接傳遞至AGR系統(tǒng)24。在另外的實(shí)施例中，水變換反應(yīng)器20可省略，并且來(lái)自氣化器15的未處理合成氣16可直接傳遞至LTGC系統(tǒng)22。如上所述，變換的未處理合成氣30可包括高于未處理合成氣16的氫與CO2的比率。在LTGC系統(tǒng)22中，變換的未處理合成氣30可在供給AGR系統(tǒng)24之前被冷卻。具體地，變換的未處理合成氣30可使用來(lái)自AGR系統(tǒng)24的非滲透物34在非滲透物熱交換器32中冷卻。非滲透物34比變換的未處理合成氣30更冷。因此，加熱的非滲透物36比進(jìn)入非滲透物熱交換器32的非滲透物34更暖，并且未處理合成氣排氣38比進(jìn)入非滲透物熱交換器32的變換的未處理合成氣30更冷。
[0038]在LTGC系統(tǒng)22的某些實(shí)施例中，未處理合成氣排氣38可在一個(gè)或更多個(gè)附加熱交換器中被冷卻。例如，鍋爐給水熱交換器40可用于使用鍋爐給水42來(lái)冷卻未處理合成氣排氣38，以產(chǎn)生蒸汽44和冷卻的未處理合成氣46。因此，冷卻的未處理合成氣46比進(jìn)入鍋爐給水熱交換器40的未處理合成氣排氣38更冷。在某些實(shí)施例中，冷卻的未處理合成氣46可流至氣液分離罐(knockout pot) 48,以分離成液體成分和蒸氣成分，即分別為冷凝物50和未處理合成氣52。具體地，當(dāng)未處理合成氣排氣38在鍋爐給水熱交換器40中被冷卻時(shí)，可形成冷凝物50，接著在氣液分離罐48中除去冷凝物50。在某些實(shí)施例中，未處理合成氣蒸氣52可使用冷卻水供應(yīng)源56在冷卻水熱交換器54中進(jìn)一步冷卻，以產(chǎn)生冷卻水回流58和冷卻的未處理合成氣蒸氣60。因此，冷卻的未處理合成氣蒸氣60比進(jìn)入冷卻水熱交換器54的未處理合成氣蒸氣52更冷。另外，冷卻的未處理合成氣蒸氣60可基本上沒(méi)有液體，這是因?yàn)槔淠?0在氣液分離罐48中被除去。
[0039]在離開(kāi)圖1中示出的LTGC系統(tǒng)22之后，冷卻的未處理合成氣蒸氣60可流至供給產(chǎn)物熱交換器62，以使用來(lái)自AGR系統(tǒng)24的處理的合成氣64冷卻，以產(chǎn)生加熱的處理合成氣66和未處理合成氣蒸氣排氣68。因此，如在下面詳細(xì)描述的，供給產(chǎn)物熱交換器62可用于使用來(lái)自AGR系統(tǒng)24的冷凍流來(lái)進(jìn)一步冷卻所冷卻的未處理合成氣蒸氣60。
[0040]接下來(lái)轉(zhuǎn)向圖1中不出的AGR系統(tǒng)24,各種系統(tǒng)和技術(shù)可用于從未處理合成氣蒸氣排氣68除去H2S。例如，AGR系統(tǒng)24可使用用于除去H2S的蒸餾技術(shù)。在這種實(shí)施例中，未處理合成氣蒸氣排氣68可引導(dǎo)至吸收器70。吸收器70可為裝填料或裝盤(pán)的蒸餾塔，或能夠分離液體和/或氣體的混合物的任何其它裝置。吸收器70可構(gòu)造成提供未處理合成氣蒸氣排氣68和溶劑的逆流。具體地，如在下面更詳細(xì)地描述的，溶劑冷凍機(jī)72可用于使用冷卻的非滲透物78來(lái)冷卻溶劑74以產(chǎn)生冷卻的溶劑76。冷卻的溶劑76可沿吸收器70向下流動(dòng)，從而接觸沿吸收器70向上流動(dòng)的未處理合成氣蒸氣排氣68。因此，處理的合成氣64(例如，貧H2S氣體)離開(kāi)吸收器70的頂部，以用于冷卻供給產(chǎn)物熱交換器62中的冷卻的未處理合成氣蒸氣60。在某一實(shí)施例中，AGR系統(tǒng)24可包括附加的蒸餾塔(諸如汽提塔)，以再生吸收器70中使用的冷卻的溶劑76。在另外的實(shí)施例中，其它技術(shù)可用于從未處理合成氣蒸氣排氣68除去H2S。
[0041]在于圖1中示出的供給產(chǎn)物熱交換器62中使用之后，來(lái)自供給產(chǎn)物熱交換器62的加熱的處理合成氣66可流至氫分離系統(tǒng)26,其可使用用于從加熱的處理合成氣66除去氫的各種技術(shù)。例如，氫分離系統(tǒng)26可使用膜技術(shù)(例如,基于聚合物的膜)，以使氫從加熱的處理合成氣66優(yōu)先滲透。具體地，氫分離系統(tǒng)26可生成非滲透物79 (例如，貧氫流)。在某些實(shí)施例中，非滲透物79可使用冷卻劑(諸如冷卻水供應(yīng)源56)在非滲透物冷卻器80中冷卻，以從非滲透物冷卻器80產(chǎn)生冷卻水回流58和非滲透物排氣82。接著，非滲透物排氣82可引導(dǎo)至膨脹器84，其膨脹并冷卻非滲透物排氣82，以產(chǎn)生AGR系統(tǒng)24的溶劑冷凍機(jī)72中使用的冷卻的非滲透物78。具體地，膨脹器84可為軸流式渦輪，該軸流式渦輪包括具有附接于其的葉片86的軸85。非滲透物排氣82在膨脹器84中膨脹以產(chǎn)生功，該功可用于使軸85旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)聯(lián)接于軸85的發(fā)電機(jī)88。因此，發(fā)電機(jī)88可用于生成電功率。當(dāng)非滲透物排氣82在膨脹器84中膨脹(這可近似于等熵過(guò)程)時(shí)，非滲透物排氣82的壓力和溫度可減小以產(chǎn)生冷卻的非滲透物78。在某些實(shí)施例中，非滲透物排氣82的溫度可在近似35攝氏度至95攝氏度之間，而冷卻的非滲透物78的溫度可小于-15攝氏度。換言之，膨脹器84可使非滲透物排氣82的溫度減小近似25攝氏度、50攝氏度、75攝氏度、100攝氏度或更大攝氏度。因此，低溫冷卻非滲透物78可用于在AGR系統(tǒng)24中冷卻。在某些實(shí)施例中，僅使用冷卻的非滲透物78的溶劑冷凍機(jī)72用于冷卻溶劑74，而沒(méi)有任何其它冷卻系統(tǒng)(例如，制冷系統(tǒng))。在其它實(shí)施例中，溶劑冷凍機(jī)72可用于補(bǔ)充單獨(dú)的制冷系統(tǒng)。
[0042]回到圖1中示出的氫分離系統(tǒng)26，系統(tǒng)26還可生成滲透物90。非滲透物79的第一氫濃度可小于滲透物90的第二氫濃度。換言之，滲透物90為富氫流，其接著可傳遞至PSA系統(tǒng)28用于進(jìn)一步提純。具體地，PSA系統(tǒng)28可根據(jù)分子特征和氫對(duì)吸附材料的親和力在壓力下使氫與滲透物90分離。氫可在高壓下吸附在吸附材料上，并且PSA系統(tǒng)28可過(guò)渡或變動(dòng)至低壓，以使氫與吸附材料解吸。因此，PSA系統(tǒng)28可產(chǎn)生富氫蒸汽92和尾氣94，尾氣94可主要包括CO2、一些CO和少量氫。因此，尾氣94可具有可在IGCC發(fā)電廠10的別處使用的一些熱值。例如，尾氣94可被壓縮機(jī)96壓縮以產(chǎn)生壓縮的尾氣98。具體地，壓縮機(jī)96可為軸流式壓縮機(jī)，該軸流式壓縮機(jī)包括具有附接于其的葉片97的軸95。在某些實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)88可聯(lián)接于壓縮機(jī)96，并且用于使軸95旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)96。在其它實(shí)施例中，與發(fā)電機(jī)86分離的馬達(dá)93可用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)96。在另外的實(shí)施例中，膨脹器84的軸85可直接聯(lián)接于壓縮機(jī)96的軸95，使得由膨脹器84生成的使軸85旋轉(zhuǎn)的功用于使軸95旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)96。在又一些實(shí)施例中，膨脹器84和壓縮機(jī)96可聯(lián)接于彼此，但是馬達(dá)93也可聯(lián)接于壓縮機(jī)96，以在膨脹器84未運(yùn)行或未產(chǎn)生足夠的功來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)96時(shí)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)96。
[0043]由圖1中示出的壓縮機(jī)96生成的壓縮尾氣98可在混合器99中與來(lái)自LTGC系統(tǒng)22的加熱的非滲透物36組合以產(chǎn)生燃料混合物101。在某些實(shí)施例中，混合器99可為混合裝置，或簡(jiǎn)單地為兩個(gè)管的T形連接件。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可接收燃料混合物101以及壓縮空氣和/或氮以產(chǎn)生熱燃燒氣體，其驅(qū)動(dòng)一個(gè)或更多個(gè)渦輪級(jí)，并且最終作為排出氣體102排放。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可用于使負(fù)載(諸如發(fā)電機(jī))旋轉(zhuǎn)，用于例如在IGCC發(fā)電廠10中產(chǎn)生電功率。實(shí)際上,燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可用于使用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的旋轉(zhuǎn)輸出來(lái)向任何適合的裝置供能。
[0044]在某些實(shí)施例中，IGCC發(fā)電廠10可包括余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) 104，其使用來(lái)自燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的排出氣體102來(lái)加熱水，以產(chǎn)生用于向其它設(shè)備(諸如蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī))供能的蒸汽。HRSG104可包括產(chǎn)生火焰的管道焚燒器103，該火焰使材料(諸如壓縮尾氣98或燃料混合物101)與氧反應(yīng)以在燃燒反應(yīng)中產(chǎn)生CO2和水。如圖1所示，壓縮尾氣98或燃料混合物101的一部分可流至管道焚燒器103來(lái)燃燒。通過(guò)燃燒壓縮尾氣98或燃料混合物101，管道焚燒器103可用于控制HRSG104的內(nèi)部溫度。在某些實(shí)施例中，管道焚燒器103可省略，或者可燃燒除了壓縮尾氣98和燃料混合物101之外的材料。
[0045]如圖1所示，控制器105可用于控制IGCC發(fā)電廠10的某些方面。例如，一個(gè)或更多個(gè)傳感器106可配置在IGCC發(fā)電廠10中(諸如在AGR系統(tǒng)24中)，并且將信號(hào)108傳輸至控制器105。例如,傳感器106可將關(guān)于冷卻的溶劑76的溫度的信息傳輸至控制器105?；谠撔畔?控制器105可將一個(gè)或更多個(gè)信號(hào)108發(fā)送至IGCC發(fā)電廠10的各種構(gòu)件，諸如用于冷卻水供應(yīng)源56至非滲透物冷卻器80的流量控制閥107。例如，如果冷卻的溶劑76的溫度高于閾值，則控制器105可指示流量控制閥107開(kāi)啟以增加非滲透物冷卻器80中的非滲透物79的冷卻，由此減小產(chǎn)生冷卻的溶劑76的溶劑冷凍機(jī)72中使用的冷卻的非滲透物78的溫度。在其它實(shí)施例中，控制器105可用于控制旁通閥109，以調(diào)整圍繞膨脹器84的非滲透物排氣82的旁通部分，由此控制冷卻的溶劑76的溫度。因此，控制器105可用于將冷卻的溶劑76的溫度保持在閾值以下。
[0046]圖2示出了 AGR系統(tǒng)24的實(shí)施例。在所示的實(shí)施例中，AGR系統(tǒng)24中的熱交換器的布置用于實(shí)現(xiàn)冷卻的未處理合成氣蒸氣60的冷卻。首先，如上所述，冷卻的未處理合成氣蒸氣60在供給產(chǎn)物熱交換器62中使用處理的合成氣64冷卻。第二，未處理的合成氣蒸氣排氣68在圖2中流至未處理合成氣冷卻器120，而不是直接流至如圖1所示的吸收器70。未處理合成氣冷卻器120使用來(lái)自溶劑冷凍機(jī)72的非滲透物流124來(lái)進(jìn)一步冷卻未處理合成氣蒸氣排氣68，以產(chǎn)生引導(dǎo)至吸收器70的未處理合成氣蒸氣122。接著，來(lái)自未處理合成氣冷卻器120的非滲透物34可在如圖1所示的LTGC系統(tǒng)22中流至非滲透物熱交換器32。因此，圖2中示出的所示實(shí)施例與圖1中所示的實(shí)施例相比可向未處理合成氣蒸氣排氣68提供比變換的未處理合成氣30更多的冷卻。如圖2所示，富溶劑流126 (例如，富H2S流)離開(kāi)吸收器70的底部。接著，富溶劑流126可引導(dǎo)至汽提塔以通過(guò)除去H2S而再生溶劑。
[0047]如上所述，IGCC發(fā)電廠10的某些實(shí)施例可包括AGR系統(tǒng)24、氫分離系統(tǒng)26和膨脹器84。如上所述，AGR系統(tǒng)24可從未處理合成氣16除去酸性氣體以生成處理的合成氣64。氫分離系統(tǒng)26可接收處理的合成氣66以生成非滲透物79和滲透物90。膨脹器84可通過(guò)使來(lái)自氫分離系統(tǒng)26的非滲透物排氣82膨脹而生成冷卻的滲透物78。AGR系統(tǒng)24可包括溶劑冷凍機(jī)72，其經(jīng)由與冷卻的非滲透物78的熱交換冷卻溶劑74。在某些實(shí)施例中，控制器105可用于通過(guò)控制IGCC發(fā)電廠10的某些構(gòu)件(諸如膨脹器84)而保持溶劑76的溫度。通過(guò)使用冷卻的非滲透物78來(lái)冷卻AGR系統(tǒng)24中使用的溶劑74，用于冷卻溶劑74的單獨(dú)的制冷系統(tǒng)可省略或減小容量。因此，使用冷卻的非滲透物78來(lái)在AGR系統(tǒng)24中冷卻可提高AGR系統(tǒng)24的效率并且/或者減小與AGR系統(tǒng)24相關(guān)的資本支出。
[0048]該書(shū)面的描述使用實(shí)例以公開(kāi)本發(fā)明(包括最佳模式)，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明(包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何并入的方法)。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其他實(shí)例。如果這些其他實(shí)例具有不與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其他實(shí)例包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)顯著差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其他實(shí)例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，其包括: 酸性氣體脫除(AGR)系統(tǒng)，其構(gòu)造成從未處理合成氣除去酸性氣體以生成處理的合成氣， 氫分離系統(tǒng)，其構(gòu)造成接收所述處理的合成氣以生成非滲透物和滲透物；以及 膨脹器，其構(gòu)造成使所述非滲透物膨脹以生成冷卻的非滲透物，其中，所述AGR系統(tǒng)包括溶劑冷凍機(jī)，其構(gòu)造成經(jīng)由與所述冷卻的非滲透物的熱交換冷卻溶劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氫分離系統(tǒng)包括構(gòu)造成生成所述非滲透物和所述滲透物的膜分離系統(tǒng)，其中，所述非滲透物的第一氫濃度小于所述滲透物的第二氫濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，僅所述溶劑冷凍機(jī)在所述AGR系統(tǒng)中用于冷卻所述溶劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述AGR系統(tǒng)包括未處理合成氣冷卻器，其構(gòu)造成經(jīng)由與來(lái)自所述溶劑冷凍機(jī)的所述冷卻的非滲透物的熱交換冷卻所述未處理的合成氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括變壓吸附(PSA)系統(tǒng)，其構(gòu)造成接收所述滲透物以生成尾氣和富氫流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括構(gòu)造成壓縮所述尾氣以生成壓縮的尾氣的壓縮機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述膨脹器和所述壓縮機(jī)聯(lián)接在一起，使得所述膨脹器生成功率以驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其構(gòu)造成接收所述壓縮的尾氣和加熱的非滲透物的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)的管道焚燒器，其中，所述管道焚燒器構(gòu)造成燃燒所述壓縮的尾氣，或所述壓縮的尾氣和所述加熱的非滲透物的混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括低溫氣體冷卻(LTGC)系統(tǒng)的非滲透物熱交換器，其中，所述非滲透物熱交換器構(gòu)造成經(jīng)由與來(lái)自所述溶劑冷凍機(jī)的所述冷卻的非滲透物的熱交換冷卻所述未處理合成氣。
【文檔編號(hào)】C10L3/10GK103537163SQ201310285886
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月9日
【發(fā)明者】P.S.薩克, S.S.納法, R.S.貝尼帕爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司