專(zhuān)利名稱(chēng)：能源生產(chǎn)的環(huán)保方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及能源生產(chǎn)的環(huán)保方法和系統(tǒng)，更具體地涉及一種通過(guò)將某幾種能源生產(chǎn)技術(shù)結(jié)合在一起來(lái)減少能源生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響的協(xié)作方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代文明在很大程度上依賴(lài)于碳質(zhì)材料來(lái)生產(chǎn)能源。這些碳質(zhì)材料包括用在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)中的烴基燃料和用在發(fā)電設(shè)備中的煤及其它燃料。由于近期諸如中國(guó)和印度等新興國(guó)家對(duì)于燃料的需求的不斷增加，而原油產(chǎn)量又是有限的，所以液體燃料價(jià)格已出現(xiàn)了大幅度的上漲。為了增加液體燃料的產(chǎn)量，需要低成本的替代生產(chǎn)方法來(lái)滿足不斷增加的需求。許多國(guó)家都有大量可用的碳質(zhì)原料，這些碳質(zhì)原料可用于電力生產(chǎn)和燃料的生產(chǎn)(本文中統(tǒng)稱(chēng)為能源生產(chǎn))。較常見(jiàn)的碳質(zhì)原料之一是常用于發(fā)電的煤炭。但這種原料在常規(guī)能源生產(chǎn)技術(shù)中的使用會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。在美國(guó)發(fā)現(xiàn)的最豐富的碳質(zhì)原料之一就是煤。根據(jù)一些估計(jì)，美國(guó)的煤炭總量預(yù)計(jì)以目前的消耗速率可以維持250至300年。在美國(guó)，煤炭燃燒發(fā)電占全國(guó)一半以上的電量。當(dāng)用于發(fā)電時(shí)，煤通常被粉碎、并在帶有鍋爐的爐膛中燃燒。爐膛熱量將鍋爐水轉(zhuǎn)化為蒸汽，然后蒸汽用于使渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)或自旋，渦輪機(jī)可以轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)來(lái)發(fā)電。煤也可以通過(guò)通常稱(chēng)為煤氣化的過(guò)程轉(zhuǎn)化為氣態(tài)燃料。在煤氣化過(guò)程中，煤分子一般經(jīng)受高溫和高壓、并使用蒸汽和經(jīng)測(cè)定量的氧而被分解成分子量較小的分子。這個(gè)過(guò)程導(dǎo)致了氣態(tài)燃料的生成， 這種氣態(tài)燃料稱(chēng)作合成氣體或合成氣。合成氣是主要由一氧化碳(CO)和氫(H2)組成的混合物，且可作為燃料使用。煤也可以由幾種不同的眾所周知的工藝(例如，F(xiàn)ischer-Tropsch 工藝、Bergius工藝、Karrick工藝及其它)進(jìn)行液化為液體燃料(如汽油、柴油等)。在這些方法中的一些方法中，在催化劑存在的情況下，使得合成氣或漿料經(jīng)受不同的溫度和壓力條件，從而生產(chǎn)出不同類(lèi)型的液體燃料。當(dāng)煤被燃燒用以生產(chǎn)電力、被氣化以生產(chǎn)氣態(tài)燃料、或被液化以生產(chǎn)液體燃料時(shí)， 它就會(huì)釋放溫室氣體(GHG)到大氣中，溫室氣體諸如二氧化碳(CO2)和其它有害污染物，如硫的氧化物(SOx)和氮的氧化物(NOx)。由于對(duì)全球變暖加劇的擔(dān)憂，減少釋放到大氣中的溫室氣體量的壓力也有所加大。一種用來(lái)減少釋放到大氣中的溫室氣體的建議方法是將氣體排放物隔離在地下儲(chǔ)存設(shè)施中。但地下儲(chǔ)存CO2和其它排放物將會(huì)增加成本并產(chǎn)生有關(guān)可能從地下巖層中發(fā)生泄露、或可能污染水源的問(wèn)題。本發(fā)明針對(duì)的是在克服上述缺點(diǎn)和/或現(xiàn)有技術(shù)中的其它缺點(diǎn)的情況下生產(chǎn)能源和燃料的有所改進(jìn)的方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
—方面，本發(fā)明涉及能源生產(chǎn)的工藝。所述工藝包括整合三種或更多種能源生產(chǎn)技術(shù)，從而使得第一能源生產(chǎn)技術(shù)的第一副產(chǎn)物應(yīng)用于第二能源生產(chǎn)技術(shù)，且第二能源生產(chǎn)技術(shù)的第二副產(chǎn)物應(yīng)用于第三能源生產(chǎn)技術(shù)。所述工藝還包括實(shí)施整合的能源生產(chǎn)技術(shù)來(lái)生產(chǎn)能源，從而使得至少一部分第一副產(chǎn)物運(yùn)用于第二能源生產(chǎn)技術(shù)的操作中，且一部分第二副產(chǎn)物運(yùn)用于第三能源生產(chǎn)技術(shù)的操作中。另一方面，本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)能源的工藝。所述工藝包括整合發(fā)電設(shè)施、碳質(zhì)原料氣化設(shè)施和生物反應(yīng)器設(shè)施以生產(chǎn)電力、液體燃料和生物質(zhì)。所述工藝還包括運(yùn)用一個(gè)或多個(gè)所述設(shè)施的副產(chǎn)物來(lái)協(xié)助生產(chǎn)電力、液體燃料和生物質(zhì)中的一種或多種。在又一方面，本發(fā)明涉及一種能源生產(chǎn)的方法。所述方法包括在第一能源生產(chǎn)技術(shù)中生產(chǎn)第一能量和第一副產(chǎn)物，以及在第二能源生產(chǎn)技術(shù)中運(yùn)用至少一部分第一副產(chǎn)物來(lái)生產(chǎn)第二能量和第二副產(chǎn)物。所述方法還包括在第三能源生產(chǎn)技術(shù)中運(yùn)用至少一部分第三副產(chǎn)物以生產(chǎn)第三能量和第三副產(chǎn)物。第一副產(chǎn)物、第二副產(chǎn)物和第三副產(chǎn)物包括co2、 硫的氧化物和氮的氧化物中的至少一種。與不這樣利用第一副產(chǎn)物和第二副產(chǎn)物的情況相比，利用第一副產(chǎn)物和利用第二副產(chǎn)物降低了釋放到大氣中的CO2、硫的氧化物或氮的氧化物中的至少一種的濃度。另一方面，本發(fā)明涉及能源生產(chǎn)的方法。所述方法包括操作整合的能源生產(chǎn)設(shè)施， 整合的能源生產(chǎn)設(shè)施包括至少三個(gè)彼此流體聯(lián)接的個(gè)體式能源生產(chǎn)設(shè)施。每個(gè)個(gè)體式的能源生產(chǎn)設(shè)施都生產(chǎn)能量，并排放出包括CO2、硫的氧化物和氮的氧化物中的至少一種的副產(chǎn)物，其中操作整合的能源生產(chǎn)設(shè)施包括運(yùn)用至少一部分副產(chǎn)物來(lái)生產(chǎn)能源。該方法還包括釋放一部分副產(chǎn)物到大氣中，CO2、硫的氧化物和氮的氧化物中的至少一種在釋放部分中的濃度比沒(méi)有經(jīng)整合的個(gè)體式能源生產(chǎn)設(shè)施的情況下的濃度要低。


合并入本說(shuō)明書(shū)并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是使用三種整合能源生產(chǎn)技術(shù)(EPT)的示例性的進(jìn)行能源生產(chǎn)的環(huán)保方法的示意圖2是可以用作圖1的整合技術(shù)之一的示例性EPT的示意圖； 圖3是顯示可以用作與圖2的EPT整合的圖1的整合技術(shù)之一的另一示例性EPT的示意圖4是顯示可以用作與圖3的EPT整合的圖1的整合技術(shù)之一的另一示例性EPT的示意圖5是顯示與煤制油(CTL)設(shè)施和基于生物技術(shù)的能源生產(chǎn)設(shè)施整合的發(fā)電設(shè)施的示意圖6是顯示與煤制油(CTL)設(shè)施和基于生物技術(shù)的能源生產(chǎn)設(shè)施整合的粉煤燃燒發(fā)電廠的示意圖7是顯示與煤制油(CTL)設(shè)施和基于生物技術(shù)的能源生產(chǎn)設(shè)施整合的煤發(fā)電設(shè)施的另一實(shí)施例的示意6圖8是顯示三種整合能源生產(chǎn)技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其中一些副產(chǎn)物被隔離；圖9是顯示與煤制油(CTL)設(shè)施和基于種子作物的生物質(zhì)發(fā)電設(shè)施整合的熱解反應(yīng)器設(shè)施的示意圖10是顯示與煤制油(CTL)設(shè)施和基于生物技術(shù)的能源生產(chǎn)設(shè)施整合的基于垃圾焚燒爐的發(fā)電設(shè)施的示意圖11是顯示與煤制油(CTL)設(shè)施和基于生物技術(shù)的能源生產(chǎn)設(shè)施整合的基于等離子焚燒爐的發(fā)電設(shè)施的示意圖12是顯示與煤制油(CTL)設(shè)施和基于生物技術(shù)的能源生產(chǎn)設(shè)施整合的基于汽蝕處理的能源生產(chǎn)設(shè)施的示意圖13是顯示與煤制油(CTL)設(shè)施和基于生物技術(shù)的能源生產(chǎn)設(shè)施整合的利用廢氣的能源產(chǎn)生設(shè)施的示意圖14是顯示與使用氫原料的煤制油(CTL)設(shè)施和基于生物技術(shù)的能源生產(chǎn)設(shè)施整合的發(fā)電設(shè)施的示意圖15是顯示與煤制油(CTL)設(shè)施和基于生物技術(shù)的能源生產(chǎn)設(shè)施整合的核發(fā)電設(shè)施的示意圖16是顯示與煤制油(CTL)設(shè)施和基于生物技術(shù)的能源生產(chǎn)設(shè)施整合的運(yùn)用碳排放分離單元的煤電廠的示意圖；和
圖17是顯示與碳液化處理單元和基于生物技術(shù)的能源生產(chǎn)設(shè)施整合的煤電廠的示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考公開(kāi)的示例性的實(shí)施例，實(shí)施例中的實(shí)例在附圖中示出。在可能的情況下，在整個(gè)附圖中用相同的附注標(biāo)號(hào)指代相同或類(lèi)似的部件。圖1示出示例性的能源生產(chǎn)的環(huán)保方法的示意圖。一般情況下，能源生產(chǎn)技術(shù) (EPT) 100,200和300可以是用來(lái)生產(chǎn)能源的任何已知的技術(shù)以及可作為本發(fā)明的一部分而使用的未來(lái)技術(shù)。由能源生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)的能量可以包括電力、或可用來(lái)產(chǎn)生能量和做功的任何類(lèi)型(固體、液體和氣體)的燃料(諸如汽油、噴氣燃料、LPG、丙烷等)。EPT 100,200 和300的非限制性例子可包括煤電廠、煤氣化廠、煤制油(CTL)設(shè)施、煉油廠、核電廠、生物反應(yīng)器、垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施、等離子焚燒發(fā)電設(shè)施和汽蝕處理設(shè)施。輸入112可被引導(dǎo)到EPT 100內(nèi)以產(chǎn)生能量114。在由輸入112產(chǎn)生能量的過(guò)程中，EPT 100可能還會(huì)釋放出副產(chǎn)物116。這些副產(chǎn)物可包括排放物(如C02、N0x、S0x等)和在EPT 100過(guò)程中可能產(chǎn)生的固體或液體物質(zhì)。副產(chǎn)物116可包括硫的氧化物及氮的氧化物。例如，在EPT 100是通過(guò)燃煤發(fā)電的煤電廠的實(shí)施例中，輸入112可包括分別被引導(dǎo)入煤電廠的爐膛和鍋爐內(nèi)的煤和水。煤可以在爐膛中燃燒以在鍋爐中產(chǎn)生蒸汽。該蒸汽可驅(qū)動(dòng)與發(fā)電機(jī)聯(lián)接的一個(gè)或多個(gè)渦輪機(jī)以產(chǎn)生電力。在此實(shí)例中，由這些發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電力將會(huì)是能量114。釋放到大氣中的廢熱和蒸汽、由于煤的燃燒而產(chǎn)生的固體灰、煙氣將會(huì)構(gòu)成煤電廠的副產(chǎn)物116。這些副產(chǎn)物116的一部分118可作為固體廢物和排放物被分離，而其余部分122 可被導(dǎo)入EPT 200、導(dǎo)入EPT 300或?qū)脒@兩者中。副產(chǎn)物的分離部分118的若干部分可用于其它工藝過(guò)程中或被棄入大氣。雖然沒(méi)有在圖1中清楚地顯示，但一部分副產(chǎn)物116也可再循環(huán)回到EPT 100。在煤電廠的實(shí)施例中，分離的部分118可包括由于煤燃燒而產(chǎn)生的灰和其它固體廢物，并且被導(dǎo)入EPT 200內(nèi)的剩余部分122可包括煤電廠產(chǎn)生的一部分或所有的煙氣和廢熱以及蒸汽。一部分廢蒸汽和熱可重新用于煤電廠來(lái)提高生產(chǎn)效率或最小化煤電廠所消耗的能量。在這種情況下，重復(fù)利用的部分可形成副產(chǎn)物116的再循環(huán)部分。 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，分離部分118中的一部分灰可被回收并用于生產(chǎn)建筑材料和其它類(lèi)似產(chǎn)品。在一般情況下，可把由EPT 100產(chǎn)生的副產(chǎn)物的任何部分導(dǎo)入EPT 200或EPT 300，只要所得到的組合能提高能源生產(chǎn)的效率，或者能減少有害副產(chǎn)物向環(huán)境中的釋放即可，優(yōu)選這兩條都能達(dá)到。優(yōu)選地，對(duì)于導(dǎo)入到不同EPT的副產(chǎn)物的百分比進(jìn)行優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的目標(biāo)。這些目標(biāo)和優(yōu)化將取決于多種因素，包括EPT的具體特征、替代能源的商業(yè)成本、政府規(guī)定和環(huán)境問(wèn)題。在一些實(shí)施例中，可以把基本上所有的副產(chǎn)物116導(dǎo)入其它EPT， 如 EPT 200。除了從EPT 100 (剩余部分122)提供給EPT 200的副產(chǎn)物外，輸入1 也可被導(dǎo)入EPT 200以生產(chǎn)能量134。除了能量134外，副產(chǎn)物136也可由EPT 200產(chǎn)生。這些副產(chǎn)物136的一部分138可以被分離，剩余部分142可被導(dǎo)入EPT 300或EPT 100。分離部分 138的一部分可用于生產(chǎn)其它產(chǎn)品，其它部分可被丟棄。與EPT 100的副產(chǎn)物116 —樣，一部分副產(chǎn)物136也可被再循環(huán)并用于EPT 200 (圖1中沒(méi)有示出)。除了剩余部分142外，輸入146也可被導(dǎo)入EPT 300。EPT 300可使用輸入146和剩余部分142來(lái)生產(chǎn)能量巧4并生成副產(chǎn)物158。和副產(chǎn)物116和136的情況一樣，部分副產(chǎn)物158可被捕集以生產(chǎn)其它產(chǎn)品、再循環(huán)返回EPT 300、被棄或?qū)肫渌茉瓷a(chǎn)技術(shù)。 應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，雖然圖1中只示出三個(gè)EPT，但本發(fā)明的實(shí)施例可包括聯(lián)接在一起、或以其它方式整合的任意數(shù)目的EPT，以利用由其它EPT生成的副產(chǎn)物的至少一些部分來(lái)生產(chǎn)能量。如前所述，能量114、134和巧4可以是能直接用于產(chǎn)生機(jī)械功形式的，或者可以是能燃燒(或以其它方式使用)產(chǎn)生功的燃料源。例如，在EPT 100是煤電廠且EPT 200和300 分別是煤制油(CTL)設(shè)施和生物反應(yīng)器的實(shí)施例中，由EPT 100產(chǎn)生的能量114可以是電力，由EPT 200產(chǎn)生的能量134可包括各種液態(tài)和氣態(tài)形式的燃料，由EPT 300產(chǎn)生的能量 IM可包括食物儲(chǔ)備和/或不同形式的燃料。在生產(chǎn)的能量是食物源的情況下，這種食物源可被人或動(dòng)物消耗以生成能量和做功；在生產(chǎn)的能量是燃料的情況下，這種燃料可在隨后的過(guò)程中燃燒(或以其它方式處理)以做功。雖然圖1示出了以串行的方式聯(lián)接在一起的EPT 100、200和300，但也可設(shè)想其它的整合配置。例如，可以將來(lái)自EPT 100、200和300的部分副產(chǎn)物116、136和158導(dǎo)入任何或所有的EPT 100,200和300。由于EPT的整合及利用由其它EPT過(guò)程中的一個(gè)EPT 產(chǎn)生的部分副產(chǎn)物的原因，可以減少釋放到大氣中(或以其它方式廢棄)的副產(chǎn)物的一些成分。例如，通過(guò)整合EPT 100,200和300，釋放到大氣中的溫室氣體CO2的總量?jī)?yōu)選低于若 EPT 100、200和300獨(dú)立運(yùn)行(S卩，沒(méi)有被整合)時(shí)會(huì)釋放的CO2總量。類(lèi)似地，通過(guò)將來(lái)自一個(gè)系統(tǒng)的能源應(yīng)用來(lái)供給另一系統(tǒng)，可減少用來(lái)操作所述系統(tǒng)所需的輸入總量。例如，系統(tǒng)100 (如煤電廠100)中產(chǎn)生的過(guò)度的熱量和/或壓力可應(yīng)用于系統(tǒng)200 (如煤制油燃料系統(tǒng)200)，從而減少若是以別的方式運(yùn)行系統(tǒng)200所需的能量輸入。當(dāng)系統(tǒng)300包括生物反應(yīng)器時(shí)，其應(yīng)用的部分能量可以是太陽(yáng)能，從而可利用現(xiàn)成且豐富的能源。此外，當(dāng)系統(tǒng) 300包括生物反應(yīng)器時(shí)，來(lái)自系統(tǒng)100和200中之一或兩個(gè)系統(tǒng)的副產(chǎn)物(如CO2、硫的氧化物和氮的氧化物)可應(yīng)用于生物反應(yīng)器。

以下各段描述了所公開(kāi)的能源生產(chǎn)的環(huán)保方法的一些示例性的實(shí)施例。這些實(shí)施例僅用于更好地描述并突出本發(fā)明的各個(gè)方面，并不旨在詳盡列舉可能的實(shí)施例。EPT 100可以是利用煤燃燒的熱量產(chǎn)生電的煤電廠。圖2是示出EPT 100運(yùn)行的示意圖。EPT 100可構(gòu)建于允許工業(yè)用途并在某些情況下遠(yuǎn)離人口密集區(qū)的區(qū)域500中。 區(qū)域500可具有充裕的煤和水的供應(yīng)、以及具有被配置為可將作為輸入的煤和水(112A和 112B)輸送至EPT 100的基礎(chǔ)設(shè)施。該基礎(chǔ)設(shè)施可包括粉碎機(jī)、和其它配置為可使煤變成適合EPT 100的形式并進(jìn)入軌道及向區(qū)域500運(yùn)送人員和原料的其它輸送系統(tǒng)的設(shè)備。區(qū)域500還可利用能夠?qū)PT 100與周邊社區(qū)分開(kāi)的大面積未利用的土地。煤電廠的操作是現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的，因此本文不詳述EPT 100的操作。在一般情況下，EPT 100可在爐膛中燃燒輸入的煤112A以將鍋爐中的水(輸入112B)燒開(kāi)，從而產(chǎn)生蒸汽。該蒸汽可用于旋轉(zhuǎn)聯(lián)接于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)上的渦輪機(jī)。此電力可用于給其所聯(lián)接的電網(wǎng)供電。在一些情況下，由EPT 100產(chǎn)生的電力可以不是恒定的，而是可根據(jù)需要隨時(shí)間變化。例如，EPT 100的發(fā)電量可在電網(wǎng)高峰消耗量時(shí)較高，而在消耗量降低時(shí)較低。在一些這樣的情況下，較為經(jīng)濟(jì)的是以較高的速度乃至恒定的速度來(lái)操作爐膛和鍋爐， 并在需求減少的時(shí)候使一些蒸汽繞開(kāi)渦輪機(jī)。在這些情況下，可不將所有由鍋爐產(chǎn)生的蒸汽用于旋轉(zhuǎn)所述渦輪機(jī)，一些蒸汽(和熱)可繞流或被廢棄。在本發(fā)明的應(yīng)用中，將這些未使用的蒸汽(熱)應(yīng)用于其它EPT，從而節(jié)約能量并提高運(yùn)行效率。在旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)后，蒸汽可以在冷凝器中凝結(jié)成水，并在閉合回路中再循環(huán)返回鍋爐。EPT 100還可包括可用于使冷凝器中的蒸汽冷凝的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。該冷卻水系統(tǒng)可將來(lái)自區(qū)域500上的水源(如溪流、河、湖或其它類(lèi)似水體)的涼水循環(huán)通過(guò)冷凝器并使得排出溫水返回至水源。爐膛中煤的燃燒可產(chǎn)生諸如C02、NOx, SOx和殘灰或爐渣這樣的燃燒產(chǎn)物。這些燃燒產(chǎn)物連同在EPT 100中廢棄的蒸汽和熱量一起可形成EPT 100的副產(chǎn)物116。 這些副產(chǎn)物中的一些(如C02、N0x和SOx)可能會(huì)對(duì)環(huán)境有害，可由各級(jí)政府來(lái)管制。這些有害成分的排放也會(huì)使人們?cè)谡紊虾茈y成功地獲得建立新工廠所必需的政府或公眾的批準(zhǔn)或認(rèn)可。為了降低副產(chǎn)物116中的這些受管制的物質(zhì)的濃度，可以采用諸如防漏和/或洗滌之類(lèi)的過(guò)程作為EPT 100的一部分。然后可以將副產(chǎn)物116釋放到大氣中。圖3示出可聯(lián)接于區(qū)域500中的煤電廠的EPT 200的示意圖。EPT 200可以是利用間接氣化或直接溶劑萃取法來(lái)液化煤以生產(chǎn)不同類(lèi)型燃料油(通常稱(chēng)為合成燃料)的CTL 工廠。用直接(如按照Bergius工藝的那些)和間接(如按Fischer-Tropsch工藝的那些) CTL設(shè)施的用來(lái)由煤生產(chǎn)合成燃料的操作是現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的，因此本文中不提供這些方法的詳細(xì)說(shuō)明。本文描述可受整合EPT 100和200影響的CTL工藝的細(xì)節(jié)。EPT 200 可設(shè)置在區(qū)域500中，從而利用已建立的EPT 100的基礎(chǔ)設(shè)施和物流支持。區(qū)域500中大量的閑置空間和區(qū)域500中既有的煤水供應(yīng)可降低EPT 200的實(shí)施成本。此外，利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施(如煤和水的輸送系統(tǒng)等)和EPT 200的占用土地可容易地確保所需的政府批準(zhǔn)并減少開(kāi)發(fā)CTL設(shè)施的公眾阻力。在一個(gè)實(shí)施例中，EPT 100和EPT 200的位置彼此緊鄰，并靠近煤源和水源。 煤和水可作為輸入126A、126B被導(dǎo)入EPT 200。通過(guò)將EPT 200設(shè)置于區(qū)域500 中，EPT 100的輸入112A的源和EPT 200的輸入126A的源可以相同，EPT 100的輸入112B 的源和EPT 200的輸入126B的源可以相同。EPT 100的副產(chǎn)物116也可以被導(dǎo)入EPT 200。 在一些實(shí)施例中，如參考圖1所討論的那樣，可以只將副產(chǎn)物116的一部分(例如，圖1中的 122部分)導(dǎo)入EPT 200。在EPT 200內(nèi)，輸入到EPT 200中的煤(輸入126A)可以遵循已知的煤制油過(guò)程轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫氣的混合物(稱(chēng)為“合成氣”)。這一轉(zhuǎn)化過(guò)程涉及煤和受控量的蒸汽在高溫下的反應(yīng)。按照本發(fā)明，這一反應(yīng)可利用來(lái)自EPT 100的廢熱和蒸汽作為部分所需的能量將煤轉(zhuǎn)化為合成氣。副產(chǎn)物116中的水分含量也可以在EPT 200中被轉(zhuǎn)化為其組成成分氫和氧。在一些實(shí)施例中，通過(guò)應(yīng)用來(lái)自EPT 100的副產(chǎn)物116中的一些或全部的CO2作為對(duì)EPT 200的額外輸入，可進(jìn)一步提高EPT 200的合成氣產(chǎn)量。該CO2可通過(guò)諸如逆水氣變換反應(yīng)這樣的已知過(guò)程或通過(guò)使用基于胺的溶劑被還原為一氧化碳?？捎糜趯⒏碑a(chǎn)物116 中所含的CO2轉(zhuǎn)化為烴的工藝的一些例子在美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)2007/0244208(Shulenberger等人)和WIPO公開(kāi)W0/2006/006164中有所描述。這些專(zhuān)利公開(kāi)以引用的方式并入本文。對(duì)于間接CTL，可以通過(guò)諸如Fischer-Tropsch (FT)工藝的已知工藝方法將產(chǎn)生的合成氣轉(zhuǎn)化成烴燃料和其它化學(xué)產(chǎn)品。在此方法中，可以在金屬催化劑存在的情況下使煤氣化(和副產(chǎn)物116中的CO2的還原)所產(chǎn)生的合成氣經(jīng)受高的溫度和壓力。根據(jù)溫度、壓力和所使用的催化劑情況，合成氣可以被轉(zhuǎn)化成各種形式的液態(tài)烴，例如，噴氣燃料134A、 汽油134B和柴油134C。利用CTL工藝的液體燃料的生產(chǎn)也產(chǎn)生CO2和諸如NOx和SOx的其它有害污染氣體。在一些實(shí)施例中，可將EPT 200產(chǎn)生的副產(chǎn)物136的一部分再循環(huán)返回至EPT 200，或者也可以將其用于發(fā)電。此外，EPT 100產(chǎn)生的電力可為EPT 200的各系統(tǒng)提供電力，這樣可減少耗電量。也可將多余的電力轉(zhuǎn)移至電網(wǎng)。至少一部分副產(chǎn)物136可應(yīng)用于EPT 300，如以下詳述。在EPT 200的過(guò)程中利用EPT 100的副產(chǎn)物116，這樣可通過(guò)減少產(chǎn)生用于過(guò)程中的熱和蒸汽所需的燃煤量，使EPT 200的能源生產(chǎn)過(guò)程更有效。如前所述，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，EPT 200也可以配置為將副產(chǎn)物116和136中的一部分CO2轉(zhuǎn)化為烴基燃料。 在這種情況下，由于廢CO2轉(zhuǎn)化為有用的燃料，所以可以進(jìn)一步提高EPT 200的效率。此外， CTL工廠(EPT 200)利用現(xiàn)有煤電廠(EPT 100)的基礎(chǔ)設(shè)施和物流支持可降低CTL工廠的實(shí)施成本并減少可能為確保必要的政府批準(zhǔn)而不得不花費(fèi)的財(cái)力。此外，由于CO2是一種已知的溫室氣體，減少EPT 100和200的大氣排放物中的CO2含量可產(chǎn)生碳信用額度形式的額外節(jié)約，獲取公眾的支持，并提供有價(jià)值的公關(guān)機(jī)會(huì)。可通過(guò)額外的燃燒、等離子發(fā)生器、汽蝕泵、微波、超聲波、核反應(yīng)堆以及各種其它加熱技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)任何可能在EPT 200中所需的額外的加熱。一些廢料和副產(chǎn)物136的排放物可能不適合電力生產(chǎn)或液體燃料生成。這些物質(zhì)可以作為原材料被收集和出售，或者可以以適當(dāng)?shù)姆绞教幹?。如果副產(chǎn)物136中的這些成分的濃度超過(guò)了規(guī)定量，則可以按適當(dāng)?shù)姆绞礁綦x和/或處置這些成分。圖4示出可以在區(qū)域500中與煤電廠(EPT 100)和CTL設(shè)施(EPT 200)整合的 EPT 300的示意圖。EPT 300可包括基于生物技術(shù)的能源產(chǎn)生設(shè)施。EPT 300可包括生長(zhǎng)和使用用于生成不同類(lèi)型能量的植物物質(zhì)的任何類(lèi)型的能源生產(chǎn)設(shè)施。雖然EPT 300可包括將任何類(lèi)型的植物物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能量的設(shè)施，但是在以下的描述中，EPT 300將被描述為一個(gè)基于微型藻(綠藻)的生物反應(yīng)器。微型藻是在水性環(huán)境中生長(zhǎng)的微觀單細(xì)胞植物。像傳統(tǒng)的農(nóng)作物一樣，微型藻也需要陽(yáng)光、水和CO2才能生長(zhǎng)。然而，在一般情況下，微型藻單位面積的產(chǎn)量可顯著地高于傳統(tǒng)的農(nóng)作物(例如，高出10到100倍)，低品質(zhì)的水即可用于種植微型藻。微型藻可通過(guò)俗稱(chēng)固碳或碳固定的過(guò)程將CO2 (和NOx)從煙氣中移除。在所示的實(shí)施例中，把來(lái)自EPT 100的副產(chǎn)物(或排放物)送入EPT 200，然后把來(lái)自EPT 200的副產(chǎn)物送入EPT 300。在本發(fā)明中，可以把所有或部分來(lái)自EPT 100和200之一或該二者的副產(chǎn)物直接或間接送入EPT 300。存在于副產(chǎn)物中的CO2和NOx可刺激藻的生長(zhǎng)。在圖4所示的實(shí)施例中，副產(chǎn)物116和136中的CO2 (和NOx)可在一系列刺激微型藻生長(zhǎng)的生化反應(yīng) (Calvin循環(huán)和Krebs循環(huán))中轉(zhuǎn)化為有機(jī)化合物。用微型藻進(jìn)行能源生產(chǎn)在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的，因此本文中只描述那些有助于描述所公開(kāi)的能源生產(chǎn)的環(huán)保方法的過(guò)程細(xì)節(jié)。EPT 300可包括生長(zhǎng)微型藻并使用由微型藻生成的生物質(zhì)來(lái)生產(chǎn)能量和其它產(chǎn)品的藻場(chǎng)。EPT 300的微型藻可在區(qū)域500中生長(zhǎng)。在一些情況下，煤電廠和CTL設(shè)施周?chē)耐恋乜赡苁遣贿m合傳統(tǒng)的糧食栽培的貧 瘠土地。然而，許多微型藻物種可以被改造成能在區(qū)域500的生態(tài)系統(tǒng)和水中良好地生長(zhǎng)。利用不支持微型藻培養(yǎng)的傳統(tǒng)耕作的土地可實(shí)現(xiàn)利用EPT 300進(jìn)行能源產(chǎn)生，同時(shí)對(duì)食品市場(chǎng)的影響最小。EPT 200的副產(chǎn)物136的氣態(tài)成分可被送至EPT 300，并通過(guò)生長(zhǎng)微型藻的生物反應(yīng)器鼓泡。微型藻可以消耗副產(chǎn)物136 中的CO2和NOx并釋放氧154E和水。釋放的水可以導(dǎo)回至區(qū)域500的水源，或者可以回收并用于生物反應(yīng)器設(shè)施。產(chǎn)生的氧154E可釋放到大氣中、裝瓶或作為輸入導(dǎo)至另一個(gè)EPT中。例如，可以將氧154E導(dǎo)至煤電廠的爐膛中幫助煤燃燒。也可以把氧導(dǎo)入CTL設(shè)施的氣化或者液化過(guò)程中來(lái)幫助在此發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。也可以設(shè)想用釋放的氧來(lái)交易換取碳信用額度。可收獲微型藻來(lái)生產(chǎn)生物質(zhì)。這種生物質(zhì)然后可被加工以提取油?？刹捎萌魏我阎姆椒◤纳镔|(zhì)中提取油。在一些實(shí)施例中，可以選擇或改造EPT 300中生長(zhǎng)的微型藻的物種來(lái)提高微型藻的含油量。由于很多種微型藻的含油量高于其質(zhì)量的50%，所以可以專(zhuān)門(mén)挑選出EPT 300的微型藻來(lái)生產(chǎn)大量的油。從生物質(zhì)中提取的油可加工并精煉為各種類(lèi)型的燃料，如噴氣燃料154C和生物柴油154D。任何可能在提取過(guò)程中產(chǎn)生的排放物可再循環(huán)返回到生物反應(yīng)器當(dāng)中。在一些實(shí)施例中，可以分離這些排放物和/或收獲的生物質(zhì)中所含的水?？梢园堰@種分離的水導(dǎo)向區(qū)域500中的水源，或者可將其用于發(fā)電設(shè)施。在進(jìn)行完油提取后，剩余的生物質(zhì)可用于制造乙醇154B?？刹捎矛F(xiàn)有技術(shù)中已知的任何方法由殘余的生物質(zhì)制造乙醇154B。在示例性的技術(shù)中，可將生物質(zhì)與水混合來(lái)產(chǎn)生可以用各種酶來(lái)處理以將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為單糖的糖化醪。然后可以用可將糖轉(zhuǎn)化為乙醇 154B和二氧化碳158A的酵母來(lái)處理糖化醪。排放的二氧化碳158A可導(dǎo)回到生物反應(yīng)器當(dāng)中。可分離任何在此過(guò)程中產(chǎn)生的多余的水并將其導(dǎo)回至區(qū)域500的水源，或用于發(fā)電設(shè)施?？蛇M(jìn)一步蒸餾乙醇154B以生產(chǎn)燃料和諸如飲料的產(chǎn)品。可以干燥乙醇提取后剩下的固體副產(chǎn)物并將其轉(zhuǎn)變成原料154A的顆粒。任何沒(méi)有在EPT 300中消耗或應(yīng)用于其它EPT 100或200中的副產(chǎn)物158都可釋放到大氣中。一般情況下，可根據(jù)需要變更EPT 300生產(chǎn)的油154C、154D、154E、乙醇154B和原料154A的相對(duì)量。在一些實(shí)施例中，為了提高原料154A的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值或能量含量，可以去除乙醇提取步驟，并且可將油提取之后的生物質(zhì)殘留物干燥成原料154A顆粒。在又一個(gè)實(shí)施例中，也可以去除油提取步驟，可以干燥從生物反應(yīng)器中收獲的生物質(zhì)并使之形成為原料 154A。在一些實(shí)施例中，可以將從生物反應(yīng)器中收獲的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成固體燃料(如綠色煤) 而不是原料154A。這種綠色煤可作為燃料出售或者可作為燃料用在EPT 100和/或EPT 200 中。在一般情況下，EPT 300的規(guī)模和區(qū)域500中的微型藻養(yǎng)殖量可取決于可能需要從副產(chǎn)物中清除的CO2、NOx和/或SOx的量、可供微型藻培養(yǎng)的土地以及應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性。在一些實(shí)施例中，EPT 300的規(guī)模只大到足以將副產(chǎn)物158中的C02、N0x或SOx之一減少到低于可接受的限度，如政府管制的限度或公眾輿論容許的限度。在其它實(shí)施例中，EPT 300的規(guī)模可大到足以大幅度地減少EPT 100,200和300向大氣中排放的所有C02、NOx和SOx的量。在所有的實(shí)施例中，一些或所有由整合的EPT 100、200和300釋放到大氣中的C02、N0x 和SOx的總量?jī)?yōu)選低于EPT 100、200和300獨(dú)立運(yùn)行時(shí)會(huì)釋放的量。EPT 100、200和300 的整合方式優(yōu)選為可以將整合系統(tǒng)的排放量減少到遠(yuǎn)低于政府和/或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)仍然能以具有商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的定價(jià)提供能源輸出。雖然在某些情況下，如果EPT 100、200和300共同位于區(qū)域500中，可能會(huì)有顯著的效益，但這不是規(guī)定的要求。在一些實(shí)施例中，電廠的相關(guān)條件可能需要EPT 100、200和 300位于不同地點(diǎn)。在這些情況下，仍然可以通過(guò)將一個(gè)EPT的副產(chǎn)物運(yùn)輸(如，通過(guò)管道或放在容器中)到另一個(gè)EPT中來(lái)實(shí)現(xiàn)EPT 100,200與300之間的整合。通過(guò)整合電力生產(chǎn)設(shè)施、氣化/液化燃料生產(chǎn)設(shè)施以及控制生物質(zhì)排放，有可能實(shí)現(xiàn)在減少有害排放物的同時(shí)，利用現(xiàn)有的發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)提高燃料供應(yīng)。據(jù)信基于生物技術(shù)的能源生產(chǎn)技術(shù)(此項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在還處于相對(duì)不成熟的階段)將繼續(xù)得到改進(jìn)，提高這些技術(shù)結(jié)合的效率和成本效益。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可使用其它發(fā)電系統(tǒng)(如核電廠)而不是煤電廠。例如，核系統(tǒng)中產(chǎn)生的一部分熱和/或壓力可作為能量輸入應(yīng)用于EPT 200。有毒氣體的產(chǎn)生由此減少，因此實(shí)現(xiàn)消除更多由給定規(guī)模的EPT 300產(chǎn)生的CO2廢氣。 通過(guò)整合現(xiàn)有的和未來(lái)的生物技術(shù)與相對(duì)成熟的EPT (如煤電廠、核電廠和CTL設(shè)施)，可提高生物技術(shù)的效率和成本效益。隨著生物質(zhì)生產(chǎn)和污染控制的生物技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)自給自足的整合能源生產(chǎn)系統(tǒng)，它能夠基本上或甚至完全消除有害排放物并產(chǎn)生足夠的綠色煤以供應(yīng)基于原煤的電廠。 以下段落和圖5-17示出在前面段落中討論的能源生產(chǎn)的整合方法的一些實(shí)施例。為敘述簡(jiǎn)便起見(jiàn)，只對(duì)那些與前面描述的實(shí)施例不同的實(shí)施例的方面進(jìn)行討論。圖5 是通過(guò)整合EPT 100與CTL設(shè)施(EPT 200)和基于生物技術(shù)的能源生產(chǎn)廠(EPT 300)而實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)的環(huán)保方法的另一實(shí)施例的示意圖。EPT 100可以是任何可具有至少以下之一的發(fā)電設(shè)施廢熱3、蒸汽4或排放物2，這些可被傳送到下游的EPT。在這個(gè)實(shí)施例中，將所有或一部分來(lái)自EPT 100的熱量3、蒸汽4或排放物2中的一種或多種應(yīng)用于氣化系統(tǒng) 5。額外的輸入可作為其它過(guò)程6的原料傳送給系統(tǒng)5。原料也可以包括碳質(zhì)材料、氫或過(guò)程可能需要的任何其它原材料。
可以對(duì)廢產(chǎn)物和傳送到EPT 200的原料進(jìn)行加熱和加壓使原料氣化為它們的基本成分(包括CO和H2)。然后可以在室7和10中通過(guò)各種Fischer-Tropsch (FT)過(guò)程對(duì)這些基本成分進(jìn)行處理并制成所需的烴和化學(xué)產(chǎn)品11。所得副產(chǎn)物136的一部分136A可回收，用于在發(fā)電機(jī)9中進(jìn)行額外發(fā)電，并且136B部分可送回至氣化過(guò)程5。發(fā)電機(jī)9可包括任何已知的利用可燃?xì)怏w和熱量來(lái)發(fā)電的發(fā)電設(shè)備。例如發(fā)電機(jī)9可包括例如內(nèi)燃機(jī)和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。沒(méi)用于烴生產(chǎn)或氣化的多余廢料和氣體可以被分離(副產(chǎn)物142)并存儲(chǔ)或?qū)氲紼PT 300內(nèi)。EPT 300可包括生物反應(yīng)器13。生物反應(yīng)器13可以是為生長(zhǎng)特定生物實(shí)體(如微型藻)而設(shè)計(jì)的任何類(lèi)型的反應(yīng)器。除了副產(chǎn)物142外，也可以把生物質(zhì)原料15形式的原材料(如種子或培養(yǎng)基)導(dǎo)入生物反應(yīng)器13。如圖所示，在這個(gè)實(shí)施例中，來(lái)自電力設(shè)施1 和氣化系統(tǒng)5的排放物都被應(yīng)用于生物反應(yīng)器13。也可把光照和養(yǎng)分連同生物質(zhì)原料一起提供給生物反應(yīng)器13，以促進(jìn)生物質(zhì)生長(zhǎng)。反應(yīng)器13中的生物質(zhì)可通過(guò)光合作用消耗排放物和營(yíng)養(yǎng)物以生長(zhǎng)并產(chǎn)生額外的生物質(zhì)18。然后收獲該生物質(zhì)18并作為食物(或原料) 存儲(chǔ)或用于另外的處理來(lái)生產(chǎn)多種產(chǎn)物19。所得副產(chǎn)物中的一些，例如，清潔排放物(如氧氣)和水16，可以是合乎環(huán)境要求地安全的，因此可以釋放到環(huán)境中。可以按適當(dāng)?shù)奶幚矸椒▉?lái)捕集和處理沒(méi)有排入大氣中的副產(chǎn)物。

圖6示出所公開(kāi)的能源生產(chǎn)環(huán)保方法的另一個(gè)實(shí)施例。在圖6的實(shí)施例中，可通過(guò)常規(guī)裝置將煤運(yùn)輸?shù)椒鬯闄C(jī)21中，并準(zhǔn)備在利用干凈水28和氧26燃燒粉煤的聯(lián)合循環(huán)氣化爐與鍋爐29中使用。氧可由大氣的空氣23提供，通過(guò)可以分離氮25與氧26的空氣分離單元24來(lái)分離。氮的分離可減少由于燃燒煤而形成的NOx排放量。煤的燃燒可以描述為CxHy + O2- COx + H2O +熱量。煤中存在的硫⑶和氮 (N)可在排放物中產(chǎn)生SOj^nNOxtl其它雜質(zhì)和重金屬可導(dǎo)致在燃燒過(guò)程中形成各種類(lèi)型的爐渣30和爐灰32。這種爐渣30和爐灰32可沉積在氣化爐底部，并可以被分離和儲(chǔ)存。氣化爐中的管道可容納水，這些水可受熱并形成蒸汽34。這些蒸汽可用于旋轉(zhuǎn)蒸汽渦輪機(jī)35 的葉片。渦輪機(jī)35可連接于能產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)36。然后產(chǎn)生的電力可被運(yùn)送到可以將電力升壓并供應(yīng)給電網(wǎng)38的變壓器37。由此過(guò)程產(chǎn)生的電力還可用于需要電力來(lái)運(yùn)行或監(jiān)控的子過(guò)程和裝置。來(lái)自氣化爐鍋爐的剩余排放物39可能含有碳氧化物(COx)、硫氧化物(SOx)、氮氧化物(N0X)、水(蒸汽形式的H2O)以及少量的汞(Hg)和微量的其它來(lái)自煤的雜質(zhì)。這些化合物和元素通常處于高的溫度和壓力下。它們可以穿過(guò)典型的酸氣脫除單元40以從排放物中分離S0X。然后可以處理排放物以分離并儲(chǔ)存硫。硫已被脫除后，可將剩余的合成氣43 導(dǎo)入FT反應(yīng)器46中，以被處理成各種化學(xué)品和烴。如果需要額外的熱量或蒸汽，可使用來(lái)自蒸汽渦輪機(jī)35的廢熱和蒸汽45?？赏ㄟ^(guò)已知的管道方法或其它裝置實(shí)現(xiàn)從蒸汽渦輪機(jī) 35提取廢熱和蒸汽并運(yùn)輸至FT反應(yīng)器46。EPT 200的FT反應(yīng)器46可以含各種催化劑以將合成氣轉(zhuǎn)化為各種所需產(chǎn)品。可以分離和儲(chǔ)存重化學(xué)品47。一經(jīng)存儲(chǔ)，它即可以作為原料來(lái)出售或處理。較輕的構(gòu)成物和烴可被處理成各種等級(jí)的燃料50。這些燃料可以被分離并轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)罐52中。這些儲(chǔ)存設(shè)施可位于處理設(shè)施的附近或者可以通過(guò)管道向主要燃料分布位置轉(zhuǎn)移。一些從FT反應(yīng)器 46所得到的氣體可被導(dǎo)入一個(gè)或多個(gè)燃?xì)鉁u輪機(jī)93，以使這些熱的高壓氣體膨脹。這些渦輪機(jī)93可旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)94來(lái)產(chǎn)生更多的電力，這些電力也可通過(guò)變壓器37升壓并提供給電網(wǎng)38。然后可以將來(lái)自渦輪機(jī)93的排放物53導(dǎo)入到生長(zhǎng)著微型藻或其它合適的生物體的生物反應(yīng)器54。 可以使在生物反應(yīng)器54中使用可能太熱的排放物53穿過(guò)管道運(yùn)行來(lái)加熱生物反應(yīng)器54的設(shè)施、并維持溫度條件適合于微型藻的生長(zhǎng)。冷卻到適當(dāng)溫度的排放物53可以通過(guò)生物反應(yīng)器54鼓泡。排放物53中未有的原料藻和藻類(lèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可隨同干凈水或廢水 57供給到生物反應(yīng)器54中。在白天有陽(yáng)光可以使藻進(jìn)行光合作用。在晚上或光照低的時(shí)候，可用來(lái)自EPT 100的發(fā)電機(jī)36的電力照著生物反應(yīng)器54。一旦由于藻的生長(zhǎng)使水達(dá)到一定的硬度或稠度(consistency)，則可以使水流過(guò)清除單元，從而濾出藻生物質(zhì)58用于儲(chǔ)存或另外進(jìn)行處理59。這種藻可作為原料出售，或可進(jìn)行脫脂62，以從所得藻粉62中分離出藻油。藻粉可利用各過(guò)程63的廢熱來(lái)干燥，并作為分離的產(chǎn)品64儲(chǔ)存和出售。藻油60可儲(chǔ)存在存儲(chǔ)設(shè)備61中待出售或處理成各種類(lèi)型的生物燃料。藻在生長(zhǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生氧。這種氧可與任何未消耗的排放物65化合以確保符合規(guī)定。所得富氧排放物也可被送回空氣分離單元24或氣化爐鍋爐29。圖7示出所公開(kāi)的能源生產(chǎn)環(huán)保方法的另一個(gè)實(shí)施例。除了圖6的EPT 100代表可能沒(méi)有整合空氣分離單元且使用傳統(tǒng)的鍋爐進(jìn)行燃燒的典型現(xiàn)有煤電廠之外，圖7的實(shí)施例的方法類(lèi)似于圖6的實(shí)施例中的方法。這個(gè)系統(tǒng)可能需要將額外的熱量提供給氣化爐單元65以完全氣化所提供的煤67。來(lái)自空氣分離單元的排放物43和空氣66或氧可隨同粉煤67 —起導(dǎo)入氣化爐65。這種粉煤67可在氣化爐65中燃燒。用于氣化爐65和鍋爐 29的煤源可以是相同的。與圖6中的系統(tǒng)相比，圖7的EPT 200可產(chǎn)生更大量來(lái)自氣化爐 65的排放物。在一些實(shí)施例中，可使用多個(gè)生物反應(yīng)器54來(lái)處理這種更大量的排放物。圖8示出所公開(kāi)的能源生產(chǎn)環(huán)保方法的另一實(shí)施例。圖8的實(shí)施例類(lèi)似于圖7的實(shí)施例，但可將EPT 200的FT反應(yīng)器46的排放物53暫時(shí)隔離在罐69中用于分配。通過(guò)利用暫時(shí)隔離，有可能將排放物70轉(zhuǎn)向多種用途。排放物的一些部分可轉(zhuǎn)移到油田進(jìn)行原油回收，而其它部分可作為輸入導(dǎo)入生物質(zhì)生產(chǎn)設(shè)施(EPT 300)。圖9示出所公開(kāi)的能源生產(chǎn)環(huán)保方法的另一實(shí)施例。除了在圖9中的實(shí)施例中， 熱解反應(yīng)器160用于碳質(zhì)原料的低溫碳化之外，圖9的實(shí)施例類(lèi)似于圖8的實(shí)施例。當(dāng)碳質(zhì)原料經(jīng)受接近或超過(guò)500°C的溫度時(shí)，可以在材料中發(fā)生化學(xué)分解，生成燃?xì)?63與合成原油液162，并留下高碳含量的焦炭。這個(gè)過(guò)程通常被稱(chēng)為熱解。燃?xì)饪煞蛛x為用于燃料處理的氫165和用于氣化的輕氣體164。焦炭161可用作氣化爐的碳原料，或分離并儲(chǔ)存為其它用途，如生產(chǎn)普雷塔土(terra preta)，這是一種可以用在EPT 300中的生物質(zhì)設(shè)施中的營(yíng)養(yǎng)豐富的土壤。圖9與圖8的不同之處還在于EPT 200的排放物53被導(dǎo)向使用種子作物而不是藻的生物質(zhì)設(shè)施(EPT 300)。利用排放物的分配70，排放氣體可以被分配在多個(gè)生長(zhǎng)種子作物的溫室設(shè)施72之間。在這些溫室設(shè)施72中，可以用傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)方法使種子作物生長(zhǎng)。CO2有利于植物的生長(zhǎng)，因此將來(lái)自上游EPT的排放氣體導(dǎo)向這些溫室可促進(jìn)種子作物的生長(zhǎng)，同時(shí)減少CO2向大氣中的排放。圖10示出所公開(kāi)的能源生產(chǎn)環(huán)保方法的另一個(gè)實(shí)施例。除了在圖10的實(shí)施例中用垃圾或廢物焚燒爐77來(lái)燒開(kāi)EPT 100中的水之外，圖10的實(shí)施例類(lèi)似于圖9的實(shí)施例。 在這個(gè)實(shí)施例中，焚燒爐77的廢產(chǎn)物的燃燒熱可產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)EPT 100的渦輪機(jī)35的蒸汽。當(dāng)在填埋區(qū)掩埋的廢棄物發(fā)生生物降解時(shí)，可能產(chǎn)生甲烷(另一溫室氣體)并排入大氣。這種廢棄物可作為EPT中的燃燒源。通過(guò)利用廢產(chǎn)物的燃燒有可能減少甚至消除釋放到大氣中的甲烷氣體。此外，通過(guò)燃燒EPT中的廢物可以生產(chǎn)能量(電力或燃料)。如前所述，可以消除或減少在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的C02。圖11示出所公開(kāi)的能源生產(chǎn)環(huán)保方法的另一個(gè)實(shí)施例。除了用等離子焚燒爐78 燃燒圖11的EPT 100中的廢產(chǎn)物之外，圖11中所示的實(shí)施例類(lèi)似于圖10中所示的實(shí)施例。 由于等離子焚燒爐是在較高溫度下操作，所以有可能使廢物流中可能存在的較多種物質(zhì)氣化而無(wú)需進(jìn)行分離。圖12示出所公開(kāi)的能源生產(chǎn)環(huán)保方法的另一個(gè)實(shí)施例。在圖12的實(shí)施例中，汽蝕處理裝置83可用在EPT 100中。汽蝕處理可采用煤漿82進(jìn)行處理?？赏ㄟ^(guò)將水81或溶劑和其它液體與粉煤79混合來(lái)制備煤漿82。此煤漿82可送入汽蝕泵，所述汽蝕泵利用小微氣泡的破裂釋放的熱量來(lái)產(chǎn)生熱和壓力。此熱和壓力可使?jié){中的煤轉(zhuǎn)化為合成氣43。 漿的其它成分可作為固體廢物84被分離。 圖13示出所公開(kāi)的能源生產(chǎn)環(huán)保方法的另一個(gè)實(shí)施例。在圖13的實(shí)施例中，廢氣86也可導(dǎo)入EPT 100的氣化鍋爐29中。廢氣可以是化學(xué)處理產(chǎn)生的任何廢氣。除了各種其它烴成分外，廢氣還可以包含甲烷。通過(guò)在氣化鍋爐29中燃燒廢氣86可進(jìn)一步減少 GHG和污染物向大氣中的釋放。圖14示出所公開(kāi)的能源生產(chǎn)環(huán)保方法的另一個(gè)實(shí)施例。在圖14的實(shí)施例中，氫原料87也可被引入EPT 200的FT反應(yīng)器46。這種額外的氫可以為烴(燃料50和化學(xué)品 47)的形成創(chuàng)造富氫環(huán)境。這種氫原料87可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法來(lái)產(chǎn)生并傳送到 FT反應(yīng)器46中。FT反應(yīng)器46中氫的增加可提高由煤的分解形成的一氧化碳的量，也可以使增加量的CO2 (包含在排放物中)還原為CO。增加的CO和H2量可以提高在FT反應(yīng)器46 中形成的合成氣量。FT反應(yīng)器46中多余的氫可因此提高EPT 200中的燃料產(chǎn)量。圖15示出所公開(kāi)的能源生產(chǎn)環(huán)保方法的另一個(gè)實(shí)施例。在圖15的實(shí)施例中，可以將來(lái)自核電廠88的廢蒸汽34隨同天然氣89和廢氣86 —起導(dǎo)入等離子氣化爐44。天然氣89和廢氣86可提供碳，來(lái)自核電廠的蒸汽34可提供烴的形成所需的氫。等離子氣化爐 44可將氣體和蒸汽加熱到FT反應(yīng)器46所需的溫度和壓力。等離子氣化爐44中的水套可產(chǎn)生能補(bǔ)充來(lái)自核反應(yīng)堆88的蒸汽并用于旋轉(zhuǎn)蒸汽渦輪機(jī)35的額外的蒸汽34A。然后可以將排出的蒸汽45作為氫原料導(dǎo)入氣化爐44。圖16示出所公開(kāi)的能源生產(chǎn)環(huán)保方法的另一個(gè)實(shí)施例。在圖16的實(shí)施例中，電動(dòng)碳排放分離裝置90可用于脫除EPT 100的排放物39中的碳和水。從排放物39中脫除碳可減少?gòu)恼习l(fā)電廠排入大氣中的總CO2量?？捎糜陔妱?dòng)脫除空氣中的碳和二氧化硫的示例性方法描述在國(guó)際專(zhuān)利公開(kāi)W0/2005/046877中，該專(zhuān)利以引用的方式并入本文。圖17示出所公開(kāi)的能源生產(chǎn)環(huán)保方法的另一個(gè)實(shí)施例。在圖17的實(shí)施例中，制備煤漿82并將其導(dǎo)入直接催化或溶劑碳液化處理裝置94。在被導(dǎo)入液化處理裝置94之前， 溶劑或催化劑可與漿82混合。液化處理裝置94將漿82中的煤轉(zhuǎn)化為合成的原油(“合成原油”)，該合成的原油可被導(dǎo)入液體處理和清潔裝置95。從液體中提取化學(xué)品和酸后，剩余的合成原油可被導(dǎo)入能生成各種燃料產(chǎn)品50的分離及分餾單元96。在可將這些排放物導(dǎo)入生物反應(yīng)器54之前，可通過(guò)燃?xì)鉁u輪機(jī)93和發(fā)電機(jī)94回收來(lái)自分離及分餾裝置96的排放物中的一些廢能量。從公開(kāi)的實(shí)施例可以明顯看出現(xiàn)有的能源生產(chǎn)設(shè)施可以整合在一起來(lái)提高它們的操作效率，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境有害的排放物。以一個(gè)能源生產(chǎn)設(shè)施的優(yōu)勢(shì)用于平衡另一個(gè)能源生產(chǎn)設(shè)施的缺點(diǎn)的方式將這些現(xiàn)有的能源生產(chǎn)設(shè)施整合在一起。通過(guò)整合多種能源生產(chǎn)技術(shù)，釋放到大氣中的對(duì)環(huán)境有害的GHG的總量會(huì)比單獨(dú)運(yùn)行這些能源生產(chǎn)技術(shù)(即，以沒(méi)有整合的方式)所釋放的GHG的總量要低。在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，對(duì)所公開(kāi)的能源生產(chǎn)的環(huán)保方法做出各種修改和變化對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的。參照說(shuō)明書(shū)，其它實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的。說(shuō)明書(shū)和實(shí)例僅被視為是示例性的，本發(fā)明的真實(shí)范圍由以下權(quán)利要求書(shū)及其等價(jià)描述確定。
權(quán)利要求
1.一種能源生產(chǎn)方法，包括整合三種或更多種能源生產(chǎn)技術(shù)，從而使得第一能源生產(chǎn)技術(shù)的第一副產(chǎn)物應(yīng)用于第二能源生產(chǎn)技術(shù)，所述第二能源生產(chǎn)技術(shù)的第二副產(chǎn)物應(yīng)用于第三能源生產(chǎn)技術(shù)；和操作經(jīng)整合的能源生產(chǎn)技術(shù)以生產(chǎn)能量，使得在所述第二能源生產(chǎn)技術(shù)的操作中利用至少一部分所述第一副產(chǎn)物，在所述第三能源生產(chǎn)技術(shù)的操作中利用一部分所述第二副產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一副產(chǎn)物和所述第二副產(chǎn)物選自包含蒸汽、熱和氣態(tài)排放物的組，所述氣態(tài)排放物包括CO2、硫的氧化物和氮的氧化物中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一副產(chǎn)物包括蒸汽和熱中的一種或多種， 所述第二副產(chǎn)物包含氣態(tài)排放物，所述氣態(tài)排放物包括CO2、硫的氧化物和氮的氧化物中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中與獨(dú)立操作三種或更多種能源生產(chǎn)技術(shù)的情況相比，操作經(jīng)整合的能源生產(chǎn)技術(shù)降低了所述三種或更多種能源生產(chǎn)技術(shù)中的至少一種的操作成本。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中操作經(jīng)整合的能源生產(chǎn)技術(shù)包括，與獨(dú)立地操作所述三種或更多種能源生產(chǎn)技術(shù)的情況相比，降低CO2、硫的氧化物或氮的氧化物中的至少一種的濃度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述三種或更多種能源生產(chǎn)技術(shù)中的至少兩種的位置彼此緊鄰。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述三種或更多種能源生產(chǎn)技術(shù)選自包括以下各項(xiàng)的組煤電廠、核電廠、煤制液體燃料設(shè)施、煤制氣體燃料設(shè)施和生物反應(yīng)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中利用所述第一副產(chǎn)物包括在化學(xué)反應(yīng)中使用所述第一副產(chǎn)物來(lái)產(chǎn)生所述第二能源生產(chǎn)技術(shù)中的燃料氣體，且利用所述第二副產(chǎn)物包括在生化反應(yīng)中使用所述第二副產(chǎn)物來(lái)生長(zhǎng)有機(jī)物。
9.一種生產(chǎn)能源的方法，包括整合發(fā)電設(shè)施、碳質(zhì)原料氣化設(shè)施和生物反應(yīng)器設(shè)施以生產(chǎn)電力、液體燃料和生物質(zhì)；和運(yùn)用所述設(shè)施中的一個(gè)或多個(gè)設(shè)施的副產(chǎn)物來(lái)幫助進(jìn)行所述電力、所述液體燃料和所述生物質(zhì)中的一種或多種的生產(chǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述發(fā)電設(shè)施的廢熱、廢蒸汽和氣態(tài)排放物中的至少一種用在所述碳質(zhì)原料氣化設(shè)施中來(lái)幫助進(jìn)行液體燃料的生產(chǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中來(lái)自所述碳質(zhì)原料氣化設(shè)施的氣態(tài)排放物用于在生物反應(yīng)器設(shè)施中幫助進(jìn)行生物質(zhì)的生產(chǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述發(fā)電設(shè)施和所述碳質(zhì)原料氣化設(shè)施的氣態(tài)排放物用于在生物反應(yīng)器設(shè)施中幫助進(jìn)行生物質(zhì)的生產(chǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中隔離所述副產(chǎn)物的一部分供以后使用。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述發(fā)電設(shè)施包括燃煤發(fā)電設(shè)施、核發(fā)電設(shè)施、 垃圾焚燒爐、等離子焚燒爐、汽蝕處理裝置和熱解反應(yīng)器中的一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述燃煤發(fā)電設(shè)施包括一種具有空氣分離單元的聯(lián)合循環(huán)氣化爐與鍋爐。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述熱解反應(yīng)器為碳質(zhì)原料氣化設(shè)施提供焦炭。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中至少所述發(fā)電設(shè)施和所述碳質(zhì)原料氣化設(shè)施的位置彼此緊鄰以降低操作成本。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述副產(chǎn)物包括蒸汽、熱、CO2、硫的氧化物和氮的氧化物中的一種或多種。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中與不整合所述發(fā)電設(shè)施、所述碳質(zhì)原料氣化設(shè)施和所述生物反應(yīng)器設(shè)施的情況相比，整合所述發(fā)電設(shè)施、所述碳質(zhì)原料氣化設(shè)施和所述生物反應(yīng)器設(shè)施降低CO2、硫的氧化物和氮的氧化物中的至少一種的濃度。
20.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述碳質(zhì)原料氣化設(shè)施包括液化處理裝置，煤漿被導(dǎo)入所述液化處理裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述液化處理裝置將一部分煤漿轉(zhuǎn)化為合成原油。
22.一種能源生產(chǎn)方法，包括在第一能源生產(chǎn)技術(shù)中產(chǎn)生第一能量和第一副產(chǎn)物；運(yùn)用所述第一副產(chǎn)物的至少一部分在第二能源生產(chǎn)技術(shù)中產(chǎn)生第二能量和第二副產(chǎn)物；和運(yùn)用至少一部分第三副產(chǎn)物在第三能源生產(chǎn)技術(shù)中產(chǎn)生第三能量和第三副產(chǎn)物，其中，所述第一副產(chǎn)物、所述第二副產(chǎn)物和所述第三副產(chǎn)物包括CO2、硫的氧化物和氮的氧化物中的至少一種，且其中與所述第一副產(chǎn)物和所述第二副產(chǎn)物沒(méi)有被這樣運(yùn)用的情況相比，運(yùn)用所述第一副產(chǎn)物和運(yùn)用所述第二副產(chǎn)物降低了釋放到大氣中的CO2、硫的氧化物和氮的氧化物中的至少一種的濃度。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中利用所述第一副產(chǎn)物和利用所述第二副產(chǎn)物降低了所述第一能源生產(chǎn)技術(shù)、所述第二能源生產(chǎn)技術(shù)或所述第三能源生產(chǎn)技術(shù)中的至少一種的操作成本。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述第一能源生產(chǎn)技術(shù)、所述第二能源生產(chǎn)技術(shù)和所述第三能源生產(chǎn)技術(shù)選自包括以下各項(xiàng)的組發(fā)電廠、煤液化設(shè)施、煤氣化設(shè)施和生物反應(yīng)器。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述第一能源生產(chǎn)技術(shù)、所述第二能源生產(chǎn)技術(shù)和所述第三能源生產(chǎn)技術(shù)中的至少兩種的位置彼此緊鄰。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述第一能源生產(chǎn)技術(shù)包括氣化爐鍋爐，且廢氣被導(dǎo)入所述氣化爐鍋爐。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述第二能源生產(chǎn)技術(shù)包括Fischer-Tropsch 反應(yīng)器，且氫原料被導(dǎo)入所述Fischer-Tropsch反應(yīng)器。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述第一能源生產(chǎn)技術(shù)包括核電廠，所述第二能源生產(chǎn)技術(shù)包括等離子氣化爐，來(lái)自所述核電廠的廢蒸汽被導(dǎo)入所述等離子氣化爐。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，其中天然氣和廢氣被導(dǎo)入所述等離子氣化爐。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述第一能源生產(chǎn)技術(shù)是生產(chǎn)電力的發(fā)電廠， 所述第二能源生產(chǎn)技術(shù)是生產(chǎn)液體燃料的煤液化設(shè)施，所述第三能源生產(chǎn)技術(shù)是生產(chǎn)生物燃料的生物反應(yīng)器。
31.一種能源生產(chǎn)方法，包括操作經(jīng)整合的能源生產(chǎn)設(shè)施，所述整合的能源生產(chǎn)設(shè)施包括至少三個(gè)彼此流體地聯(lián)接著的個(gè)別式能源生產(chǎn)設(shè)施，每個(gè)所述的個(gè)別式能源生產(chǎn)設(shè)施都產(chǎn)生能量并且排放出包括 CO2、硫的氧化物和氮的氧化物中的至少一種的副產(chǎn)物，其中操作整合的能源生產(chǎn)設(shè)施包括運(yùn)用至少一部分所述的副產(chǎn)物來(lái)生產(chǎn)能量，和釋放一部分所述副產(chǎn)物到大氣中，CO2、硫的氧化物和氮的氧化物中的至少一種在釋放部分中的濃度比沒(méi)有整合所述個(gè)別式能源生產(chǎn)設(shè)施情況下的濃度更低。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述的個(gè)別式能源生產(chǎn)設(shè)施選自包括以下各項(xiàng)的組發(fā)電廠、煤氣化設(shè)施、煤液化設(shè)施和基于生物技術(shù)的設(shè)施。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中與沒(méi)有整合所述三個(gè)個(gè)別式能源生產(chǎn)設(shè)施的情況相比，操作經(jīng)整合的能源生產(chǎn)技術(shù)降低了所述三個(gè)個(gè)別式能源生產(chǎn)設(shè)施中的至少一個(gè)的操作成本。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中使所述三個(gè)個(gè)別式能源生產(chǎn)設(shè)施中的至少兩個(gè)的位置彼此緊鄰以進(jìn)一步降低操作成本。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中釋放部分所述副產(chǎn)物到大氣中包括電動(dòng)碳排放分離。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種能源生產(chǎn)的方法。該方法包括整合三種或更多能源生產(chǎn)技術(shù)，以便使第一能源生產(chǎn)技術(shù)的第一副產(chǎn)物應(yīng)用于第二能源生產(chǎn)技術(shù)，第二能源生產(chǎn)技術(shù)的第二副產(chǎn)物應(yīng)用于第三能源生產(chǎn)技術(shù)。所述方法還包括操作整合的能源生產(chǎn)技術(shù)來(lái)生產(chǎn)能量，以使至少一部分第一副產(chǎn)物在第二能源生產(chǎn)技術(shù)的操作中被利用，一部分第二副產(chǎn)物在第三能源生產(chǎn)技術(shù)的操作中被利用。
文檔編號(hào)F01K23/02GK102159797SQ200980136674
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者P·J·多伊爾, R·C·奈特, R·L·安朱卡 申請(qǐng)人:聯(lián)邦快遞公司