[发明专利]能移走CO2并产生H2的热固体气化器

说明书

本申请是申请日为2004年5月24日，申请号为200480014652.5的、发明名称和本发明相同的发明专利申请的分案申请。

发明背景

本发明主要涉及一种产生H₂的装置。更具体地，本发明涉及一种利用矿物燃料、生物质、石油焦或其他任何含碳燃料来为发电提供H₂的装置，该装置能最大程度地减少或完全消除二氧化碳(CO₂)的排放。

矿物燃料发电站通常采用蒸汽涡轮机来将热能转变成电能。新的蒸汽发电站的转变效率能超过40％LHV。新的超临界蒸汽锅炉设计采用新的材料，允许更高的蒸汽温度和压力，提供接近50％LHV的效率并有望得到进一步改进。联合循环气体涡轮机(CCFT)上取得显著进步。气体涡轮机可比蒸汽涡轮机承受高得多的入口温度。这个因素在整体效率上产生了相当大的提高。目前正在建造的最新设计可以达到超过60％LHV的效率。所有这些在效率上的改进都转化成了以每百万瓦特为基础的单位排放的减少。

尽管通过能量转变和应用效率的提高能够显著减少CO₂的排放，但对于保持空气中的CO₂稳定来说可能是不够的。因此，也有许多工作直接致力于捕获和螯合矿物燃料发电厂排放的CO₂。CO₂的螯合需要以CO₂和空气隔离的方式来将CO₂储存或应用。CO₂的捕获可以在燃料燃烧之前或之后进行。在燃料燃烧过程中可最大程度减少CO₂的产生。

可以通过从烃类燃料中提取H₂将燃料在燃烧之前脱碳，在此过程中CO₂被捕获而H₂接着被燃烧掉。蒸汽的再次形成、气化和部分氧化都是这种过程的示例。最有前途的脱碳方法是通过气化-联合循环联合装置(IGCC)。通过气化-联合循环联合装置，煤被气化产生一种合成气体，此合成气体然后经催化水煤气转变来提高CO₂的浓度。经转变的合成气体被骤冷，CO₂与溶剂如selexol(聚乙二醇的二甲醚混合物)一起在类似于胺的烟道气洗涤工艺中被移走。分离出的CO₂经过干燥，随后被压缩到超临界条件以备管道输送。经洗涤的合成气体(现在已经富含H₂)在燃烧涡轮机中燃烧而从气化骤冷和GT烟道气产生的废热被回收来产生蒸汽并供给蒸汽涡轮机。由于CO₂已被从浓缩和加压的合成气流中移走，因此增加的基本费用和能量损失低于从烟道气中捕获CO₂。Parsons Engergy and Chemical Group，Inc.的一个研究显示：增加的能量损失大约为14％，而移走CO₂的成本大约为$18/吨(Owens等，2000)。

矿物燃料在O₂/回收的烟道气中的燃烧通过采用纯氧或富氧而不是空气来实施，免除了捕获CO₂的需要。由于生产纯氧对能量需求大，采用这个工艺会遭受相当大的能量损失。

或者，在空气中燃烧后可以通过各种技术来完成CO₂的分离。目前建立得最好的方法是在吸收-汽提工艺中采用胺溶剂洗涤从烟道气气流中移走CO₂。这种工艺已被工业化应用到烧煤锅炉来生产工业或食品业用的CO₂。遗憾地，这需要相当大的基本投资。溶剂再生需要的能量大大的减小了发电厂的效率。在已被应用到美国通用锅炉的胺洗涤技术上的研究表明基本投资与发电厂的最初投资差不多且能量效率减少了41％。

发明概述