[发明专利]空气分离设备和包括空气分离设备的整体气化联合循环设备

说明书

技术领域

本发明涉及空气分离设备和方法及使用该空气分离设备的整体气化联合循环设备和方法，例如低温蒸馏方法氮气生产设备和使用该氮气生产设备的整体气化联合循环系统。

背景技术

通常习惯使用利用来自气化炉设施的气化气体的整体气化联合循环系统。这些系统将氮气在包括气化材料用的载体路径的炉内部用于不同目的，且因为对氮气的需求强烈，所以通常使用诸如使用低温蒸馏方法、空气分离设备和PSA（变压吸附方法）的那些的氮气生产设备。在这些氮生产设备中，利用空气作为主成分来通过压缩和净化工艺生产氮气和液氮。而且，这些气化炉要求把气化的氧或空气作为气化剂，但因为它们要求特定的压力，所以使用具有高能效的单独氧气生产设施。

例如，在JP-A-07286505中说明了一种使用氮生产设备的整体煤气化联合循环系统（IGCC）,如图6（A）和（B）所示。

更准确地说，在装备有气化炉101、气体冷却器102、气体净化装置103、燃气轮机105、废气锅炉107、汽轮机106和惰性气体压缩机装置112的整体煤气化联合循环系统中，燃气轮机105和汽轮机驱动发电机109产生电力，并把加压的惰性气体114作为冷却介质引入到气体冷却器102中以便实施热交换，以及通过燃烧室104把加压的惰性气体114引入到燃气轮机105中。公开了在气化炉101处利用所谓的氧喷射或空气喷射的方法供应氧作为气化剂的这种结构。

这里，首先说明如图6（A）中所示的所谓氧喷射气化炉的例子。被引入到气化炉101中的煤（一般是粉状煤）121在高温和强还原气氛中通过氧116气化，所述氧116小于从空压机110供应的空气中经由空气分离装置111分离的理论燃烧氧量，且通过氧压缩机113加压，然后在高温和高压状态下从气化炉101排放。

图6（B）示出气化炉101利用所谓的空气喷射方法的情况，其中大气用空压机119加压并供应给气化炉101以使煤121气化。它未装备有如上所述的空气分离装置111，而代之以使用一部分来自氮生产装置118的氮114作为用于气体冷却器102的冷却介质。另外在这种情况下，它在利用氮114的显热的过程方面完全相同，所述氮114的显热已从气体冷却器102进行热回收，并首先在燃气轮机105中利用，然后在废气锅炉107中转变为蒸汽以待在汽轮机106和106’中使用。

发明内容

按照本发明的一方面，提供了一种形成包括气化炉设施、气体净化设施和联合循环设施的整体气化联合循环系统的一部分的空气分离设备，该设备的特征在于，其包括用于生产在所述气化炉设施和/或气体净化设施中供应和使用的氮气的机构，并且其包括用于生产富氧气体的机构，该富氧气体与空气混合并被传送到压缩机（24）以便形成进料给气化炉的气化流。

按照其它可选的方面：

-富氧气体的纯度和流动速率被选择成使得被引入到所述气化炉中的气化流包含在22%mol.-35%mol.之间的氧，

-设备包括用低温蒸馏方法分离氮的净化塔、将空气冷却至接近它的液化温度的顶部冷凝器和热交换器、以及用于将蒸发的气体从顶部冷凝器引到所述热交换器以便用其作为富氧气体的机构。

按照本发明的另一方面，提供了一种整体气化联合循环设备，其包括气化炉设施、气体净化设施、和联合循环设施，使用根据权利要求1-3中的任一项所述的空气分离设备，且其特征在于，其包括用于将氮气从空气分离设备传送到气化炉设施和/或气体净化设施的机构，和用于将空气分离设备产生的富氧气体传送到形成气化炉设施的一部分的压缩机的机构、用于将空气传送到压缩机的机构和用于将气化剂从压缩机传送到气化炉的机构；

富氧气体能通过混合器或用空气作为吸入流体的喷射器与空气混合。

按照权利要求5所述的整体气化联合循环设备可包括用于将从所述气化炉供应的气体作为燃烧气体传送到联合循环设施中的气体燃烧装置的机构、用于将通过压缩机加压的压缩气体分成两部分的机构、用于将一部分引入气体燃烧装置且将另一部分作为气化剂引入气化炉中的机构。

压缩机优选地联接到气体燃烧设施的涡轮机上。

按照本发明的另一方面，提供了一种在包括气化炉设施、气体净化设施和联合循环设施的整体气化联合循环系统内发生的空气分离工艺，其特征在于，该工艺产生在所述气化炉设施和/或气体净化设施中供应和使用的氮气，并且其产生与空气混合并被传送到压缩机以便形成进料给气化炉的气化流的富氧气体。

富氧气体的纯度和流动速率优选地选择为，使得引入所述气化炉中的气化流包含在22%mol.和35%mol.之间的氧。