CN101016490A - 一种处理包含氢及二氧化碳的气体混合物的方法 - Google Patents

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Abstract

将氢气(H2)和粗二氧化碳气体(CO2)从它们的气体混合物分离。将所述粗CO2气体中的可燃气体燃烧从而产生热量，该热量至少部分通过与所述经分离的H2气体或源于该H2气体的气体进行间接热交换而被回收。本发明可以与燃煤动力站整合在一起从而减少或消除向大气层排放有害组分。

Description

一种处理包含氢 及二氧化碳的气体混合物的方法
发明背景
[0001]本发明涉及一种处理包含氢(H2)、二氧化碳(CO2)以及至少一种选自硫化氢(H2S)、一氧化碳(CO)及甲烷(CH4)的可燃气体的气体混合物的方法。本发明优选与化石燃料燃烧动力站(fossil fuel-fired power stations)相整合从而减少或消除CO2及其他大气污染物的排放。所感兴趣的主要燃料是煤，尽管本发明在从其他燃料例如沥青、焦碳(petcoke)及天然气进行动力生产方面具有应用。
[0002]目前需要发展用于从化石燃料，包括含碳及含烃燃料，以及生物质燃料出发进行高效动力生产且大气污染物尤其是CO2的排放几乎为零的改进方法。在从使用这些类型的燃料的动力生产设备捕集CO2方面存在三种基本技术：
(a)预燃烧脱碳；
(b)继燃烧之后从烟道气除去CO2；以及
(c)氧-燃料燃烧系统。
[0003]本发明属于预燃烧脱碳领域。在预燃烧脱碳中，所述燃料与纯氧(O2)反应并通过部分氧化反应转化为主要由H2及CO组成的合成气混合物。可以通过与水(H2O)进行催化变换转化反应(catalyticshift conversion reaction)将CO转化为H2及CO2。将所述CO2及H2分离并在生产电力的燃气轮机复合循环发电系统中燃烧H2。为了消除H2S或SO2且不将其排放到大气，必须将在所述变换转化步骤之后作为H2S存在的所述燃料的硫成分与所述CO2分离。因此，在燃烧之前，必须将CO2及H2S与所述H2分离。为了转送到存储位置，通常将所述CO2加压到管道压力(大约100巴到大约250巴)。
[0004]先前的研究普遍显示预燃烧脱碳可以应用于产生大约36％到40％的动力生产效率(基于所述燃料的较低热值，“LHV”)的伴随CO2捕集的从煤进行的动力生产过程。
[0005]可以使用首先通过与O2在高温下反应将所述燃料转化为包含H2、CO、CO2、H2O、H2S、氧硫化碳(COS)、二硫化碳(CS2)、CH4及其他次要杂质的粗合成气混合物的部分氧化技术，从含碳或含烃燃料(例如焦碳、沥青、天然气以及尤其是煤)生产H2气体。
[0006]通常，将所述粗合成气冷却以及，尤其是当气化煤时，将任何灰分从其中除去。所述冷却及除灰步骤可以通过用水洗涤所述气体来同时进行。可选择地，可以在热交换器中将所述气体冷却并将所回收的热量用于生产，例如，高压水蒸汽。在这种情形下，大部分所述灰分以熔融状态从所述气化炉中除去以及在热量回收之后通过过滤除去所剩余的飞灰。总之，然后通常将所得到的冷却气体流经过耐硫的变换催化剂(可以在具备级间冷却的多级系统中或者具备内部冷却的单级反应器)，从而用水蒸汽将CO转化为H2及CO2。同时将任何COS及CS2转化为H2S及CO2。
[0007]然后将现有技术用于选择性地将H2S及CO2从H2中分离，通常是通过将所述气体输送到物理溶剂吸收过程，该过程是昂贵的且在操作期间需要显著的动力消耗。
[0008]本发明人已经发现从H2非选择性分离H2S及CO2提供了相对于现存选择性分离技术的优点，尤其是当所述过程是与用于电力生产的燃气轮机相结合时。
[0009]EP-A-0262894(Lerner等人；1988年4月6日公开)公开了一种从例如来自水蒸汽甲烷重整装置的流出物共生产分离的CO2及H2产物的富集流的方法。使用变压吸附(“PSA”)装置来分离产生可以被液化的富集氢的初级物流。将来自所述H2 PSA的包含CO2及含CO、CH4和H2的可燃气体的吹扫物流燃烧，从而得到CO2并生产可以用在例如所述H2的液化中的电力。所述H2 PSA吹扫流在存在纯氧或富集氧的情况下在内燃机、燃气轮机或其他可用于生成动力的燃烧设备中燃烧。一般将来自所述燃烧器的排出气体冷却，冷凝所述水蒸汽，随后将其除去以及，优选地，将一部分所述排出气体作为原料回收到所述燃烧器，从而控制在所述燃烧器中达到的最高温度。进一步公开的是来自所述燃烧排出物的废热回收可以用于增加水蒸汽。EP-A-0262894示例了使用内燃机来燃烧所述PSA吹扫气体。
[0010]本发明的优选实施方案的一个目的是提供一种改进的、成本较低的高效率的分离从含碳或含烃燃料或生物质部分氧化或重整为纯的H2和纯的CO2气体的过程得到的合成气的方法，以及，在一些实施方案中，分离物流含有来自所述初级燃料的任何硫。
[0011]可以使用整体的气化联合循环(“IGCC”)系统来从含碳燃料例如煤生产动力，例如电力。将所述燃料气化从而产生CO和H2的合成气混合物，其在催化变换反应中，在存在H2O的情况下转变，从而产生H2和CO2。任何存在于所述燃料中的硫转变为H2S及少量COS和CS2。在从CO2分离之后，并且，如果有的话，将H2S及H2用作燃气轮机中的燃料来生产动力。在本领域中已知的是从燃气轮机废气回收热量来将用于燃煤动力站中的氧燃料锅炉的锅炉进水预热。
[0012]本发明的优选实施方案的进一步目的是不仅提高氧燃料锅炉而且提高IGCC系统的效率，从而使得当一起整合到联合系统中时，所述联合系统的总效率通过在所述联合系统的组成部分之间提供进一步的热联合而提高。
[0013]常规的氧-燃料燃烧系统使用热烟道气的再循环，热烟道气一般在300℃到350℃的温度下。另外，由于在所述锅炉系统中除了空气渗进及任何在所述氧原料中的氮/氩之外不存在氮及氩，则与常规动力站锅炉相比，所产生的净烟道气的量减少。这些作用减少了可用于在排气之前的冷凝物加热以及在冷凝物泵至水蒸汽输送压力之后的锅炉进水加热的低品位热量的量。已经建议将绝热压缩用于制氧厂空气压缩机及用于CO2压缩机，从而允许所述热压缩空气及CO2传递热量到所述冷凝物及锅炉进水(“Oxy-Combustion Processes For CO2Capture From Advanced Super Critical PF and NGCC PowerPlants”，Dillon等人；依照the 7th International Conference onGreenhouse Gas Control Technologies；2004年9月；Vancouver，Canada)。这仍然留下了必须通过使用从所述水蒸汽动力循环流出的中压水蒸汽或一些其他方法来弥补的不足。
[0014]本发明的优选实施方案的一个目的是提供一种通过联合煤气化及氧-燃料燃烧系统来预热锅炉进水及冷凝物的额外方法。
[0015]一种使用最为广泛的煤气化方法是一种其中通过与水直接接触将部分氧化的煤从超过1400℃的温度骤冷降至一般为240℃到270℃的温度的方法。在所述气化器底部的部分中骤冷所述气体并且这不仅冷却所述气体也从所述煤中洗去大部分灰分。然后将所述气体洗涤干净并进一步将其冷却。预热过的水可以用于提高所述经骤冷的气体的含水量，其在60巴的典型操作压力下可以是在以体积计60-80％的范围内。具有所述骤冷水的最大预热的水的高含量促进CO与水蒸汽以最高转化率及最小温度上升来变换转化为CO2与H2。
[0016]本发明优选实施方案的一个目的是优选地以煤以及已预热到一般在其沸点的20℃之内的最高温度的骤冷水，在其最大可能压力下使用气化器，从而确保在所述具有最小温度上升的变换反应器中CO转化为H2的最好转化率。
[0017]本发明优选实施方案的一个目的是通过最大化所述骤冷水预热以及所述操作压力来增加从所述压力降低系统的动力回收。
[0018]所述骤冷水加热的最大化提供最大量的存在有来自所述变换转化的富H2产物气体的水蒸汽。这与所述系统中的压力最大化相结合，使得在继所述变换转化之后的减压涡轮机(pressure let-downturbine)中所生产的动力达到最大。将所述气体压力降低到一定值，其允许在所述下游系统中压力损失，得到适于所述富H2气体在除去CO2及H2S后被用作气体涡轮机中的燃料的压力。在CO变换之后的动力涡轮机的使用允许在所述放热CO变换反应中所释放的热量以非常高的效率转变为动力。
[0019]本发明优选实施方案的进一步目的是允许使用经证明简单且低成本的具有与氧-燃料锅炉相结合的水骤冷的煤气化系统从而使得所述合成气的水蒸汽成分有效地用于预热锅炉进水及来自所述氧-燃料锅炉的冷凝物以及用于加热所述骤冷水，其是来自经冷却的H2加CO2物流的再循环冷凝物。
发明概述
[0020]本发明提供一种处理包含H2、CO2以及至少一种选自H2S、CO及CH4的可燃气体的气体混合物的方法。所述方法包括：
从所述气体混合物中分离H2从而制得经分离的H2气体以及包含所述可燃气体的粗CO2气体；
在存在O2的情况下燃烧至少部分所述粗CO2气体中的至少部分所述可燃气体从而产生热量及包含所述可燃气体的燃烧产物的CO2产物气体；以及
通过与至少部分所述经分离的H2气体或源于该H2气体的气体进行间接热交换来从至少部分所述CO2产物气体回收至少部分所述热量，从而制得经温热的含H2的气体及经冷却的CO2产物气体。
[0021]本发明还提供用于实现所述方法的装置。就此而言，所述装置包括：
用于从所述气体混合物中分离H2从而制得经分离的H2气体以及包含所述可燃气体的粗CO2气体的分离器；
用于在存在O2的情况下燃烧至少部分所述粗CO2气体中的至少部分所述可燃气体从而产生热量及包含所述可燃气体的燃烧产物的CO2产物气体的燃烧反应器；
用于将至少部分所述粗CO2气体从所述分离器输送到所述燃烧反应器的管道装置；
用于提供至少部分所述CO2产物气体与至少部分所述经分离的H2气体或源于该H2气体的气体之间的间接热交换从而制得经温热的含H2的气体及经冷却的CO2产物气体的热交换装置；
用于将至少部分所述CO2产物气体从所述燃烧反应器输送到所述热交换装置的管道装置；以及
用于将至少部分所述经分离的H2气体或源自那里的气体从所述分离器输送到所述热交换装置的管道装置。
附图的几个视图的简要说明
[0022]以下是仅作为示例并参考附图进行的对本发明的优选实施方案的说明。在这些图中：
[0023]图1为本发明第一个优选实施方案的示意图；以及
[0024]图2为本发明第二个优选实施方案的示意图。
发明详述
[0025]根据本发明的第一个方面，提供一种处理包含H2、CO2以及至少一种选自H2S、CO及CH4的可燃气体的气体混合物的方法，所述方法包括：
从所述气体混合物分离H2，从而制得经分离的H2气体以及包含所述可燃气体的粗CO2气体；
在存在O2的情况下燃烧至少部分所述粗CO2气体中的至少部分所述可燃气体，从而产生热量及包含所述可燃气体的燃烧产物的CO2产物气体；以及
通过与至少部分所述经分离的H2气体或源于该H2气体的气体进行间接热交换来从至少部分所述CO2产物气体回收至少部分所述热量，从而制得经温热的含H2的气体及经冷却的CO2产物气体。
[0026]本方法在处理任何包含H2、CO2以及至少一种选自CO、H2S及CH4的可燃气体的气体混合物方面具有应用。但是，所述方法在处理来源于含碳或含烃燃料或生物质燃料的部分氧化(或重整)的气体混合物方面具有特别的应用。在这些实施方案中，所述粗CO2气体的组成成分将取决于许多因素，包括所使用的燃料、所述部分氧化的条件以及所述分离的效果。
[0027]如果CO作为可燃气体存在于所述粗CO2气体中，那么所述CO2产物气体包含作为燃烧产物的进一步的CO2。如果CH4作为可燃气体存在于所述粗CO2气体中，那么所述CO2产物气体包含作为燃烧产物的H2O及进一步的CO2。如果H2S作为可燃气体存在于所述粗CO2气体中，那么所述CO2产物气体包含作为燃烧产物的SO2及H2O。另外，如果所述分离不是完全有效，那么一些H2(其也是易燃的)还将存在于所述粗CO2气体中。如果H2存在于所述粗CO2气体中，那么所述CO2产物气体包含作为燃烧产物的H2O。
[0028]所述方法的燃烧步骤产生热量，通过与至少部分所述经分离的H2或源自那里的气体进行间接热交换来回收其至少部分。因此，所述CO2产物气体用作传热介质。所述CO2产物气体通常具有低压，例如，大约1巴到大约2巴，并且一般为大约1.3巴的低压。通常，所述CO2产物气体基本上由CO2与H2O组成，一般同时含有剩余的过量O2，并且如果所述燃料含有硫，则含有SO2/SO3。
[0029]优选地，所述方法与使用燃气轮机的动力生产方法相结合，并且，特别地，所述方法优选与燃气轮机联合循环系统相结合。所述方法优选进一步包括将至少部分所述经温热的含H2的气体作为燃料输送到燃气轮机用于动力生产。所述燃气轮机产生的动力可以通过将氮气(N2)或H2O引入所述涡轮机燃料气体中而得以增加(以及可以减少来自所述燃气轮机的NOx排放水平)。在这种实施方案中，所述方法可以进一步包括：
将至少一种选自N2及H2O的稀释流体引入到所述经分离的H2气体，从而制得含H2的气体；以及
将所述含H2的气体用于所述热量回收。例如，谨慎确定所引入的N2的量，从而控制NOx排放水平且产生最大的燃气轮机动力输出。一般地，将充足的N2加入到所述经分离的H2气体中，从而制得含有大约40体积％到大约60体积％N2的涡轮机燃料气体流。
[0030]将所述气体混合物进行非选择性处理，从而从不纯的H2分离出所述粗CO2气体。H2可以用任何适宜的技术来分离。例如，H2可以通过胺洗涤方法，例如在MDEA单元中，或者通过类似的化学或物理吸附方法来从所述气体混合物中分离。在这种基于溶剂的方法中，CO2及H2S与仅仅少量的其他气体组分(例如，H2、易燃组分例如CO及CH4、以及任何次要杂质)一起被所述化学或物理溶剂吸收。但是，大部分含碳的易燃组分(例如CO及CH4)仍保持在所述经分离的H2气体中，所述经分离的H2气体是一种富含H2的气体。在燃气轮机中燃烧该经分离的H2气体导致不希望的CO2排放，这来源于所述含碳易燃组分。因此，优选的是将所述易燃的含碳组分从含有所述CO2及H2S的H2气体分离，留下基本上纯的经分离的H2气体。
[0031]优选地将H2通过变压吸附(“PSA”)过程从所述气体混合物分离，一般使用PSA系统，例如多床变压吸附系统。一般而言，PSA能够以大约99.999mol％的纯度实现大约85mol％到大约90mol％的氢回收。所述粗CO2气体含有任何未回收的H2以及可能还含有CH4及CO。如果H2S存在于所述粗CO2气体中，它可以提供输送到所述PSA系统的所述气体混合物总燃烧能的相当比例。这在使用具有高硫量的燃料，例如具有6wt％硫的焦碳的实施方案中尤为真实。
[0032]为了允许使用用于非选择性分离的简单且低成本的PSA方法，在优选实施方案中，将在所述低压PSA废气流中的热含量以高效方式用于下游燃气轮机复合循环动力生产系统中。另外，将CO2及所述含硫化合物选择性地从该废气流分离用于分离处理。这两个目的可以通过将所述废气在过量的纯O2中燃烧来实现，而该情形下所述燃烧产物将是H2O、CO2、SO2、SO3及过量的O2。所述氧燃料燃烧既可以以一次操作的方式发生，也可以与经冷却的烟道气再循环一起发生，用于降低所述燃烧温度。可以将所述CO2干燥并压缩到管道压力。所述SO2及过量的O2可以通过在所述压缩工序期间应用的方法来从所述CO2中除去。
[0033]优选将由所述PSA低压废气流的所述氧-燃料燃烧所释放的热量用于将燃气轮机燃料气体加热到最大允许温度。可以将N2与经分离的H2气体混合，从而降低所述燃气轮机燃烧温度(以及，因此，来自所述燃气轮机的NOx排放水平)并提高所述燃气轮机的动力输出。用这种方法，在所述PSA废气中的大部分燃烧热能以与来自所述H2燃料燃烧的热量相同的总效率在所述燃气轮机中用作初始能量。在其中空气分离装置(“ASU”)为气化器及所述氧-燃料燃烧提供氧气的实施方案中，可以通过所述ASU联合生产所述N2。
[0034]当所述经分离的H2用作工业用燃气轮机燃料时，所述PSA多床系统可以在大约10巴到大约100巴的压力范围下运行，以及，优选在25巴到大约35巴的范围内运行。如果需要H2来氢化处理石油馏分，所述操作压力应该尽可能高从而减少或消除H2压缩责任。如果对于未来机动车燃油条件，H2是需要的，则该高压条件还将应用。
[0035]可以将所述粗CO2气体中的可燃气体在任何适宜的燃烧过程中燃烧。但是，优选地，将所述粗CO2气体中的所述可燃气体在使用过量氧化性气体的氧燃料燃烧过程中燃烧，该氧化性气体基本上由O2以及任选地经循环的CO2产物气体组成。如果从含碳燃料例如煤生产所述气体混合物，则所述CO2产物气体将进一步包含CO2、H2O、SO2和SO3以及一些过量的燃烧O2。
[0036]选自含碳燃料、含烃燃料及生物质燃料的燃料可以在所述氧燃料燃烧过程中燃烧。然后将所述粗CO2气体中的所述可燃气体在所述燃烧氧燃料的热水锅炉中用作“过量燃料”。一个优选的氧燃料燃烧过程的例子为动力站中的粉煤燃烧热水锅炉。因此，在优选实施方案中，产生于通过例如部分氧化或重整的方法处理初级燃料例如含碳燃料、含烃燃料或生物质燃料的过程的气体混合物，如果对其进行分离处理从而分离基本上纯的H2，将会提供一种粗CO2流，其进一步包含H2S、CO及CH4，其可在动力站中的煤粉燃烧锅炉中作为额外的燃料气体燃烧气流燃烧。如果所述锅炉对于氧-燃料燃烧已经转变，所述CO2及SOx燃烧产物将被捕集用于处理。
[0037]所述方法在其中所述氧燃料燃烧过程是在热水锅炉中燃烧含碳燃料例如粉煤而产生用于膨胀来生产动力的水蒸汽的过程的实施方案中具有特别的应用。在这些实施方案中，所述方法可以进一步包括：
通过与所述气体混合物进行间接热交换来预热锅炉进水，从而制得经冷却的气体混合物及经预热的锅炉进水；以及
将至少部分所述经预热的锅炉进水输送到所述热水锅炉，从而制得用于动力生产的水蒸汽。因此，所述方法可以进一步与复合循环动力生产系统相结合。在优选实施方案中，所述气体混合物在减压涡轮机中进行CO变换以及任选地进行动力回收。
[0038]所述优选实施方案包括生产用于动力生产的水蒸汽的氧燃料燃烧热水锅炉，例如，在粉煤燃烧动力站中，与由燃气轮机生产动力的IGCC系统相联合。这种实施方案允许所述氧燃料燃烧热水锅炉与所述IGCC系统之间的更有效的热联合，所述IGCC系统产生较少量的用于粉煤燃烧动力站中预热锅炉进水及冷凝物所需的水蒸汽。取决于所述燃气轮机相对于所述粉煤燃烧锅炉的产出，来自所述燃气轮机的排出物可以被用于预热锅炉进水以及用于生产高压水蒸汽。将不会需要单独的汽轮机及配套设备。所有所述水蒸汽系统将为所述IGCC系统及所述PF煤燃烧锅炉所共用。因此，可以获得更高效率并减少投资成本。
[0039]本发明可以以IGCC系统相整合的方式与生产合成气的部分氧化反应器或重整装置一起被使用。合成气中的CO通常在变换转化催化剂作用下通过与H2O反应来被转化从而制得H2及CO2。将H2从CO2中分离，然后作为燃料输送到燃气轮机中的燃烧室来生产动力。
[0040]一种包括基于煤的IGCC与在粉煤氧燃料锅炉中的煤燃烧的组合的整体工艺显著地增加动力生产的总效率，当与任何一种单独使用的目前最好的方法相比时。另外，伴随CO2捕集的动力生产设备的投资成本显著地降低了，当与任何两种单独使用的目前最好的方法相比时。
[0041]本发明的一个独特的优点在于至少部分(并且通常是全部)可能有害的痕量组分将被氧化并转化为可溶或惰性形式，其可以在下游被除去，这通常较所述有害痕量组分本身更容易。
[0042]所述CO2产物气体可以包含许多污染物。所述污染物的特性及量取决于用于生产所述气体混合物的所述燃料的性质、所述燃烧步骤的条件以及所述分离的有效性。例如，使用煤作为燃料产生H2S，当后者燃烧时，产生SO2和SO3(或“SOx”)。在所述燃烧步骤中过量的O2可产生作为污染物的O2。另外，N2及Ar，在用于所述燃烧的O2中作为杂质产生，还可作为污染物存在于所述CO2产物气体中。但是，使用所述氧燃料燃烧过程的一个优点是N2及Ar被从过程中大大地消除，除了随O2进料带来的量以及作为空气渗入所述过程的结果外。所述N2及Ar组分被称为“惰性”组分。
[0043]当所述CO2产物气体包含一种或多种选自SO2、SO3及NOx的污染物时，所述方法可以进一步包括从所述CO2产物气体除去至少部分所述污染物，这通过：
用水洗涤CO2产物气体，从而产生经冷却的不含SO3的CO2产物气体；
在存在O2及水的情况下以及，当SO2将被除去时，在还存在NOx的情况下，将所述经冷却的不含SO3的CO2产物气体保持在高压下持续足够的时间，来将SO2转变为硫酸和/或NOx转变为硝酸；以及
将所述硫酸和/或硝酸从所述经冷却的不含SO3的CO2产物气体中分离，从而制得不含SOx的且贫乏NOx的CO2气体。
[0044]在“不含SO3”或“不含SOx”的中的术语“不含”是指至少基本上全部(以及通常基本上全部或优选全部)SO3或SOx已经被除去。
[0045]然后可以将至少部分所述不含SOx的且贫乏NOx的CO2气体干燥，如果必要进行纯化从而除去“惰性”组分，并压缩到大约80巴到大约250巴的管道压力。
[0046]一般地，至少基本上全部(以及通常全部)的任何SOx污染物以及大部分，通常是大约90％的任何NOx被除去。
[0047]所述CO2产物气体通常在大约1巴到大约2巴的压力下，例如一般在1.3巴下制得，并且可以将其压缩到所述高压。所述高压通常为至少大约3巴且优选大约10巴到大约50巴。在优选实施方案中，SO2及NOx的除去发生于其中所述气体已经在压缩机的中间冷却器或后冷却器中被冷却的CO2压缩机组内的级。优选至少部分所述压缩是绝热的。
[0048]SO2作为H2SO4被除去以及NO和NO2作为HNO3被除去，条件是：在所述CO2产物气体的压力提升之后存在足够的所述气态组分与所述液态水之间的接触时间。接触时间(或“滞留”)决定所述SO2向H2SO4的转化率以及所述NOx向HNO3的转化率。不多于60秒的总“滞留”时间对于实现SO2/NOx的最大转化率是足够的。
[0049]逆流气体/液体接触装置例如塔或洗涤塔允许水与SOx密切混合，然后与NO2密切混合，从而连续地从所述气体中除去这些组分，从而允许反应进行直到至少基本上全部SOx与大部分所述NOx一起被除去。这种装置适合于为所述转化提供所需要的接触时间。直到全部所述SO2被消耗才会形成HNO2或HNO3。
[0050]可以加入所述转化需要的O2，虽然在任何情况下一定量的O2通常存在于所述CO2中，例如，来自用于氧燃料燃烧过程的过量O2。水通常存在于所述CO2中，例如，在所述燃烧过程中已经产生的CO2中。在任何情况下，在洗涤期间将加入水。
[0051]通常在逆流气体/液体接触装置例如洗涤塔中将CO2产物气体洗涤，从而除去SO3。通常在至少一个进一步的逆流气体/液体接触装置中，用水洗涤所述经冷却的不含SO3的CO2产物气体，从而制得所述不含SOx的且贫乏NOx的CO2气体以及硫酸水溶液和/或硝酸水溶液。通常将所述酸的水溶液稀释。优选将至少部分所述或每一水溶液再循环到所述或每个相应的气体/液体接触装置。当所述接触装置为塔或洗涤塔时，所述溶液被再循环到所述塔(column)或塔(tower)的顶部。在再循环之前，通常将所述或每一水溶液的再循环部分泵至更高压力从而产生经加压(pump)的溶液，然后将该溶液冷却。
[0052]在其中经冷却的不含SO3的CO2产物气体包含SO2及NOx的优选实施方案中，所述方法包括在第一高压下将SO2转化为硫酸以及在高于第一高压的第二高压下将NOx转化为硝酸。在第一高压下，所述NOx的一部分可以转化为硝酸。例如，如果SO2进料浓度足够低，在第一高压下会有比硫酸更多的硝酸被产生。
[0053]因此，在优选实施方案中，所述方法通常包括：
在逆流气体/液体接触装置中用水洗涤CO2产物气体，从而产生经冷却的不含SO3的CO2产物气体；
将至少部分所述经冷却的不含SO3的CO2产物气体压缩至第一高压；
在第一个进一步的逆流气体/液体接触装置中用水洗涤不含SO3的CO2产物气体，从而制得不含SOx的CO2气体以及硫酸水溶液；
将至少部分所述不含SOx的二氧化碳气体压缩至第二高压；以及
在第二高压下在第二个进一步的逆流气体/液体接触装置中用水洗涤至少部分所述不含SOx的二氧化碳气体，从而制得不含SOx的且贫乏NOx的二氧化碳气体以及硝酸水溶液。通常将至少部分所述硫酸水溶液再循环到第一气体/液体接触装置，任选地在加压(pump)和/或冷却之后。通常将至少部分所述硝酸水溶液循环到第二气体/液体接触装置，任选地在加压(pump)和/或冷却之后。硝酸可以反应而产生NO及NO2，其可以在其中所述粗CO2气体中的NOx含量低或不存在的实施方案中被再循环。
[0054]所述第一高压通常为大约10巴到大约20巴且优选大约15巴。其中将所述经冷却的不含SO3的CO2产物气体压缩到第一高压，这种压缩优选是绝热的，通常伴随热量被回收到所述动力生产系统。
[0055]所述第二高压通常为大约25巴到大约35巴，并且优选为大约30巴。
[0056]所述相应的CO2气体与水在所述气体/液体接触装置中的接触时间被称为滞留时间。所述不含SO3的CO2产物气体在第一个进一步的气体/液体接触装置中优选具有大约2秒到大约20秒的滞留时间。所述不合SOx的CO2气体在第二个进一步的气体/液体接触装置中优选具有大约2秒到大约20秒的滞留时间。
[0057]本发明优选实施方案的一个优点为所述方法以低达300ppm的NOx浓度运行。NOx在所述CO2产物气体中的浓度优选为大约300ppm到大约10,000ppm。在其中所述CO2产物气体不包含作为污染物的NOx的实施方案中，所述方法进一步包括将至少为了将所述SO2转化为硫酸所需要的最小量的NOx加入到所述CO2中。在那些实施方案中，所加入的NOx的量优选为大约300ppm到大约10,000ppm。
[0058]然后可以将从所述CO2产物气体中分离的所述HNO3转化为NO及NO2并再循环回所述系统。
[0059]在将SO2转化为硫酸和/或将NOx转化为硝酸的所述高压下将所述CO2产物气体保持的温度通常不超过大约80℃且优选不超过大约50℃。在优选实施方案中，所述温度不低于大约0℃且优选为大约0℃到50℃。最优选地，所述温度接近周围环境，例如，大约30C。
[006O]然后可以将所述不含SOx的且贫乏NOx的CO2气体(或所述CO2产物气体，如果无SOx/NOx要除去)存储在地质构造中或用于提高油的回收。在优选实施方案中，将所述气体在干燥剂干燥机中进行干燥，然后冷却到接近于它的三相点的温度，其中“惰性组分”例如O2、N2及Ar以气相形式被除去。该方法通过将所述进气压力固定在大约20巴到大约40巴范围内的适当高水平而允许所述惰性气体流的CO2损失最小化。在标题为“Oxyfuel conversion of heaters andboilers for CO2 capture”(Wilkinson等；Second National Conferenceon Carbon Sequestration；2003年5月5-8日；Washington，DC)的论文中描述了合适的“惰性组分”除去方法，其公开的内容在此引入作为参考。该方法产生大约95mol％到大约98mol％的CO2纯度以及大约90mol％到大约95mol％的CO2回收。
[0061]如果要求过量的O2应从所述不含SOx的且贫乏NOx的CO2气体中被除去(例如，如果所述CO2用于提高油的回收)，那么可以将所述经压缩的CO2与适量的H2混合并流经铂或钯催化剂，从而将所述O2转化为H2O。此步骤将在所述SOx/NOx除去步骤的下游及立即在所述CO2干燥步骤的上游进行。所述催化转化一般将在大约20巴到大约40巴的压力下进行。
[0062]一种包括从PSA废气中分离纯CO2的进一步的实施方案涉及使用在所述Wilkinson参考文献中所描述的“惰性组分”分离且获取所述惰性组分气体流(其一般由大约25mol％的CO2、40mol％的H2、15mol％CO以及其余的物质组成，所述其余的物质由O2、N2及Ar组成，且其一般在大约20巴到大约30巴压力下)以及处理所述气体流，从而分离更多可回收的H2。首先将所述气体加热到大约300℃，加入水蒸汽，以及将所述气体流经过变换催化剂，从而将CO与水转化为CO2与H2。然后将所述富H2的气体流经过第二个PSA，其分离第二量的纯H2，留下低压的富含CO2的废气流，其可以在一次操作的基础上与纯O2一起燃烧，从而产生用于预热所述燃气轮机的进料的热量。
[0063]当所述氧燃料燃烧过程使用煤作为燃料时，基于一般的煤组成，在所述CO2产物气体中将存在汞。本发明这些实施方案的进一步的优点为当制得硝酸时，存在于所述CO2产物气体中的任何单质汞或汞化合物也将被除去，因为在蒸气相中的单质汞将转变为硝酸汞并且汞化合物容易与硝酸反应。在所述过程中一般的硝酸浓度将足以从所述CO2流中除去所有汞，或通过反应或通过溶解除去。
[0064]当所述含H2的气体优选被用作燃气轮机的燃烧器中的燃料时，可以将至少部分所述含H2的气体用于化学处理过程，例如将石油馏分加氢处理或将石油馏分以及氨生产脱硫化或者可以将其液化来生产液态氢。
[0065]所述方法优选进一步包括通过使CO与H2O在变换转化反应中反应而产生热量以及得到在所述气体混合物中的至少部分所述H2。所述变换转化反应通常催化地进行。当所述气体混合物包含含硫气体时，所述变换催化剂必须是耐硫的。任何COS或CS2将会同时被转化为H2S及CO2。
[0066]至少部分在所述CO加H2O变换转化反应中所产生的热量可以用来预热锅炉进水。在用锅炉进水冷却之前，可以将所述气体混合物的压力加以降低伴随在热气体膨胀机中的动力回收。
[0067]至少部分所述CO可以通过将选自含碳燃料、含烃燃料及生物质燃料的燃料部分氧化或重整而作为具有H2的合成气混合物被制得。例如，可以在存在O2(例如，在空气、纯O2或不纯O2中)的情况下将含烃燃料(例如，天然气)部分氧化从而制得所述合成气。在这一例子中，所制得的合成气通常还包含CH4。
[0068]在另一个例子中，可以将所述含碳燃料(例如煤)气化从而制得包含CO及H2的合成气混合物。所述气化过程是放热的，因而，优选将至少部分所产生的热量回收。在后一个实施方案中，所述方法可以进一步包括在通过与所述气体混合物进行间接热交换而将所述水温热之后用水骤冷所述气化过程。在温热之前，至少部分所述骤冷水可以被冷凝并从所述气体混合物中分离。因此，所述方法可以更进一步与IGCC系统相联合。
[0069]在其中所述CO是通过含碳燃料的气化过程而作为具有H2的合成气混合物被制得的实施方案中，可以使用IGCC系统来为所述燃气轮机生产所述燃料，由此允许进一步的热整合。优点之一将是可以将来自所述燃气轮机的废热用于预热锅炉进水以及来自氧燃料粉煤燃烧动力站的冷凝物。几乎没有水蒸汽将会需要在所述燃气轮机废热回收系统中被蒸发。将不会有单独的装备有所述燃气轮机的蒸汽轮机动力系统。
[0070]在其中所述气体混合物是在最高的可能合成气生产压力下从所述变换转化反应被制得的实施方案中，所述方法优选进一步包括将所述气体混合物的压力降低到有利于在燃气轮机中使用经分离的H2气体或源于该H2气体的含H2的气体的压力。在分离前通常将所述经降压的气体混合物用于通过进行间接热交换来预热锅炉进水。
[0071]在优选实施方案中，所述方法包括：
将选自含碳燃料、含烃燃料以及生物质燃料的燃料部分氧化或重整，从而制得合成气；
将所述合成气中的至少部分CO在变换转化反应中与H2O反应，从而制得包含H2、CO2以及至少一种选自H2S、CO及CH4的可燃气体的气体混合物；
从所述气体混合物中分离H2，从而制得经分离的H2气体以及包含所述可燃气体的粗CO2气体；
将所述粗CO2气体中的至少部分所述可燃气体在使用过量氧化性气体的氧燃料燃烧过程中燃烧，从而产生热量及包含所述可燃气体的燃烧产物的CO2产物气体，该氧化性气体基本上由O2以及任选的至少一种选自含碳燃料、含烃燃料及生物质燃料的燃料组成；
将所述CO2产物气体的一部分作为进料循环至所述氧燃料燃烧过程；
通过与至少部分所述经分离的H2气体进行间接热交换来从至少部分所述CO2产物气体中回收至少部分热量，所述经分离的H2气体任选地包含至少一种选自N2及H2O的进一步气体，从而制得经温热的涡轮机燃料气体以及经冷却的CO2产物气体；以及
将经温热的涡轮机燃料气体输送到燃气轮机用于动力生产。所述合成气优选通过煤的气化或通过天然气的部分氧化(或重整)来生产。
[0072]所述预燃烧脱碳与粉煤燃烧热水锅炉动力站的联合导致所述联合系统的热效率，当与两种系统单独运转相比时，从大约36％增加到40％以上(LHV)以及对于所述联合系统还导致更低的总投资成本，当与单独基于氧-燃料的系统或者单独基于IGCC的系统相比时。
[0073]本发明第一个方面的进一步任选的特征包括：
·在所述CO2产物气体中存在过量O2的情况下催化燃烧一些产物H2，从而除去所述过量O2；以及
·如果所述粗CO2气体的燃烧不提供在所述合成气生产流程内的足够热量责任(heating duty)，则使用天然气作为所述燃烧器中的附加燃料从而产生进一步的热量责任(heating duty)。一部分所述燃烧器烟道气可能必须被再循环到所述燃烧器，从而控制所述燃烧器内的温度。
[0074]根据本发明的第二个方面，在此提供用于处理包含H2、CO2以及至少一种选自H2S、CO及CH4的可燃气体的气体混合物的装置，所述装置包括：
用于从所述气体混合物中分离H2从而制得经分离的H2气体以及包含所述可燃气体的粗CO2气体的分离器；
用于在存在O2的情况下燃烧至少部分所述粗CO2气体中的至少部分所述可燃气体从而产生热量及包含所述可燃气体的燃烧产物的CO2产物气体的燃烧反应器；
用于将至少部分所述粗CO2气体从所述分离器输送到所述燃烧反应器的管道装置；
用于提供至少部分所述CO2产物气体与至少部分所述经分离的H2气体或源于该H2气体的气体之间的间接热交换从而制得经温热的含H2的气体及经冷却的CO2产物气体的热交换器装置；
用于将至少部分所述CO2产物气体从所述燃烧反应器输送到所述热交换装置的管道装置；以及
用于将至少部分所述经分离的H2气体或源自那里的气体从所述分离器输送到所述热交换装置的管道装置。
[0075]可以对所述装置进行改造和/或构造，从而实现以上所讨论的方法的优选特征的任何可行的组合。
[0076]可以使用任何适宜的热交换装置。一个适宜的热交换装置的例子为热交换器，例如板翅式热交换器。另一个适宜的热交换装置的例子为在所述燃烧反应器内的热交换区域。
[0077]所述装置可以进一步包括：
用于生产动力的燃气轮机；以及
用于将经温热的含H2的气体作为燃料从所述热交换装置输送到所述燃气轮机的管道装置。在这些实施方案中，所述装置可以进一步包括用于将至少一种选自N2与H2O的稀释流体引入到所述热交换装置的所述经分离的H2气体的上游从而制得含H2的气体的装置。适宜的装置可以包括进一步的管道装置以及在流体通道中的管道接头或分支，所述流体通道具有将所述经分离的H2气体输送到所述热交换装置的所述管道装置。可以使用流量控制器例如阀门系统来控制所述N2和/或H2O的流量。
[0078]所述分离器可以是胺洗涤系统，例如，使用MDEA单元，或用于任何类似的化学或物理吸附过程的系统。但是，在优选实施方案中，所述分离器为PSA系统，例如多床变压吸附器。
[0079]所述燃烧反应器优选氧燃料燃烧反应器。在这种实施方案中，所述装置进一步包括：
用于将基本上由O2组成的氧化性气体输送到所述氧燃料燃烧反应器的管道装置；以及
所述装置任选地进一步包括：
用于将一部分所述CO2产物气体作为进料再循环至所述氧燃料燃烧反应器的管道装置。
[0080]所述氧燃料燃烧反应器优选被用于生产水蒸汽的粉煤燃烧热水锅炉，该水蒸汽用于膨胀来产生动力。在这些实施方案中，所述装置可以进一步包括：
用于提供所述气体混合物与锅炉进水之间的间接热交换由此制得经冷却的气体混合物及经预热的锅炉进水的热交换装置；
用于将所述气体混合物输送到所述热交换装置的管道装置；
用于将经冷却的气体混合物从所述热交换装置输送到所述分离器的管道装置；
用于将锅炉进水输送到所述热交换装置的管道装置；以及
用于将经预热的锅炉进水从所述热交换装置输送到所述热水锅炉的管道装置。
[0081]通过选择燃气轮机及锅炉尺寸，可以加热氧燃料锅炉所需要的所述锅炉进水的大部分，由此降低甚至消除对从氧燃料蒸汽轮机系统排出的水蒸汽的需要。
[0082]所述装置可以进一步包括任何适用于从所述CO2产物气体中除去污染物的装置。当一种或多种选自SO2、SO3及NOx的污染物将被除去时，所述装置可以进一步包括：
用于用水洗涤所述CO2产物气体从而制得经冷却的不含SO3的CO2产物气体的逆流气体/液体接触装置；
用于提升经冷却的不含SO3的CO2产物气体的压力的压缩机；
用于将经冷却的不含SO3的CO2产物气体从所述气体/液体接触装置输送到所述压缩机的管道装置；
至少一个用于在高压下在存在O2的情况下以及，当SO2将被除去时，在还存在NOx的情况下，用水洗涤所述不含SO3的CO2产物气体持续足够的时间来将SO2转变为硫酸和/或NOx转变为硝酸的逆流气体/液体接触装置；
用于将高压下的不含SO3的CO2产物气体从所述压缩机输送到所述或每个相应的气体/液体接触装置的管道装置；以及
用于将硫酸水溶液和/或硝酸水溶液循环到所述或每个相应的气体/液体接触装置的管道装置。
[0083]在优选实施方案中，所述装置包括：
用于用水洗涤CO2产物气体从而产生经冷却的不含SO3的CO2产物气体的逆流气体/液体接触装置；
用于将经冷却的不含SO3的CO2产物气体的压力升高到第一高压的第一个压缩机；
用于将经冷却的不含SO3的CO2产物气体从所述气体/液体接触装置输送到第一个压缩机的管道装置；
用于在第一高压下用水洗涤所述不含SO3的CO2产物气体足够的时间从而制得不含SOx的CO2气体以及硫酸水溶液的第一个进一步的逆流气体/液体接触装置；
用于在第一高压下将所述不含SO3的CO2产物气体从所述第一个压缩机输送到所述第一个进一步的气体/液体接触装置的管道装置；以及
用于将硫酸水溶液循环到所述第一个进一步的气体/液体接触塔的管道装置；
用于将至少部分所述不含SOx的CO2气体压缩到比第一高压更高的第二高压的第二个压缩机；
用于在第二高压下用水洗涤所述不含SOx的CO2气体足够的时间从而制得不含SOx的且贫乏NOx的CO2气体以及硝酸水溶液的第二个进一步的逆流气体/液体接触装置；
用于在第二高压下将所述不含SOx的CO2气体从所述第二个压缩机输送到所述第二个进一步的气体/液体接触装置的管道装置；以及
用于将硝酸水溶液循环到所述第二个气体/液体接触装置的管道装置；在这些实施方案中，所述第一个与第二个压缩机可以是CO2压缩机组的级。
[0084]可以将任何适宜的装置用于生产所述气体混合物中的H2。但是，所述装置优选进一步包括：
用于将CO与H2O反应从而制得至少部分在所述气体混合物中的H2的变换转化反应器；
用于将CO以及H2O单独地或作为混合物流输送到所述变换转化反应器的管道装置；以及
用于将气体混合物从所述变换转化反应器输送到所述分离器的管道装置。使用CO的变换转化来生产H2的优点之一是该反应是放热的，因而，可获得用于回收的另外的热量，例如，通过预热用于热水锅炉的进水和/或来自粉状燃煤燃烧的热水锅炉的对流区域的冷凝物。
[0085]在这些实施方案中，所述装置可以进一步包括：
用于生产包含来自选自含碳燃料、含烃燃料及生物质燃料的燃料的CO的合成气的选自部分氧化反应器及重整装置的反应器；以及
用于将所述CO从所述反应器输送到所述变换转化反应器的管道装置。
[0086]所述反应器可以是自热重整装置(“ATR”)或气化器。当所述反应器为气化器时，所述装置可以进一步包括：
用于提供水与所述气体混合物之间的间接热交换从而制得经温热的水及经冷却的气体混合物的热交换装置；
用于将气体混合物输送到所述热交换装置的管道装置；
用于将经冷却的气体混合物从所述热交换装置输送到所述分离器的管道装置；
用于将水输送到所述热交换器的管道装置；以及
用于将所述经温热的水从所述热交换器输送到所述气化器作为骤冷水的管道装置。
[0087]所述装置可以进一步包括：
用于将在所述变换转化反应器中制得的所述气体混合物的压力从最高的可能合成气生产压力降低到有利于在燃气轮机中使用经分离的H2气体或源自那里的含H2的气体的压力的减压涡轮机；
用于将气体混合物从所述变换转化反应器输送到所述减压涡轮机的管道装置；以及
用于将经减压的气体混合物从所述减压涡轮机输送到所述分离器的管道装置。所述装置通常进一步包括用于提供水与所述分离器的经减压的气体混合物上游之间的间接热交换的热交换装置。然后所述装置可选择地包括：
用于将经减压的气体混合物从所述减压涡轮机输送到所述热交换装置的管道装置；
用于将经冷却的气体混合物从所述减压涡轮机输送到所述分离器的管道装置；
用于将水输送到所述热交换装置的管道装置；以及
用于从所述热交换装置除去经温热的水的管道装置。可以将所述经温热的水用在所述过程的其它地方，例如，用于骤冷气化反应。
[0088]所述减压涡轮机可以是动力生产涡轮机。
[0089]在优选实施方案中，所述装置包括：
用于生产包含来自选自含碳燃料、含烃燃料及生物质燃料H2的燃料的CO的合成气的选自部分氧化反应器及重整装置的反应器；
用于将至少部分所述CO与H2O反应从而制得包含H2、CO2以及至少一种选自H2S、CO及CH4的可燃气体的气体混合物的变换转化反应器；
用于将合成气从所述反应器输送到所述变换转化反应器的管道装置；
用于从所述气体混合物分离H2从而制得经分离的H2气体以及包含所述可燃气体的粗CO2气体的分离器；
用于将所述气体混合物从所述变换转化反应器输送到所述分离器的管道装置；
用于将所述粗CO2气体中的至少部分所述可燃气体在使用过量氧化性气体的氧燃料燃烧过程中燃烧从而产生热量以及包含所述可燃气体的燃烧产物的CO2产物气体的氧燃料燃烧反应器，该氧化性气体基本上由O2以及任选的至少一种选自含碳燃料、含烃燃料及生物质燃料的燃料组成；
用于将所述粗CO2气体从所述分离器输送到所述氧燃料燃烧反应器的管道装置；
用于将所述氧化性气体输送到所述氧燃料燃烧反应器的管道装置；
用于将一部分所述CO2产物气体作为进料再循环至所述氧燃料燃烧反应器的管道装置；
用于提供CO2产物气体与经分离的H2气体或源于该H2气体的气体之间的间接热交换从而制得经温热的涡轮机燃料气体及经冷却的CO2产物气体的热交换装置；
用于将CO2产物气体从所述燃烧反应器输送到所述热交换装置的管道装置；
用于将经分离的H2气体从所述分离器输送到所述热交换装置的管道装置；
用于生产动力的燃气轮机；以及
用于将经温热的涡轮机燃料气体从所述热交换装置输送到所述燃气轮机的管道装置。
[0090]参考图1，将包含H2、CO2以及至少一种选自H2S、CO及CH4的可燃气体的气体混合物的物流2输送到将所述气体混合物分离为经分离的H2气体及包含所述可燃气体的粗CO2气体的分离器4。
[0091]将所述粗CO2气体的物流8输送到燃烧反应器10，在那里将其在存在O2的情况下燃烧从而产生热量及包含所述可燃气体的燃烧产物的CO2产物气体，该O2作为物流12的至少一种成分被输送到所述反应器10。任选地也将含碳或含烃燃料或生物质燃料的物流14输送到所述反应器10用于燃烧。
[0092]将CO2产物气体的物流16从所述反应器10移去并输送到热交换器18。将经分离的H2气体的物流6从所述分离器4输送到所述热交换器18，在那里其通过间接热交换从所述CO2产物气体回收热量，从而制得经温热的H2气体的物流20以及经冷却的CO2产物气体的物流22。
[0093]在图1所描述的实施方案的特定例子中，将经温热的H2气体的物流20用作燃气轮机(未示出)中的燃料。在这些例子中，可以将稀释气体(N2或H2O)的物流24在于热交换器18中加热之前加入到物流6中。
[0094]参考图2，ATR(未示出)生产合成气，其被输送到变换反应器(未示出)，在其中所述合成气中的CO在催化剂的作用下与H2O反应从而制得CO2及进一步的H2。将所述气体混合物(主要包含H2及CO2)冷却(未示出)到40℃并将任何冷凝水移去(未示出)。将经冷却的干燥气体混合物的物流202输送到H2 PSA 204，在其中将其以高纯度(超过99mol.％且通常是99.999mol.％)分离为经分离的H2气体以及粗CO2气体(“废气(offgas)”)。所述经分离的H2气体包含所述物流202的气体混合物中的至少90mol％的所述H2以及所述粗CO2气体包含所述剩余组分以及所剩余的H2。
[0095]将所述粗CO2气体的物流208输送到氧燃料燃烧器210，在那里将其与纯O2的物流212一起燃烧从而产生热量及主要由CO2和H2O组成的CO2产物气体，以及一些“惰性组分”及过量的O2。
[0096]有利地，至少部分在所述燃烧中产生的热量被回收。就此而言，将经分离的H2气体的物流206通过与在所述燃烧器210中产生的热CO2产物气体进行间接热交换而加热。在图2中所描述的实施方案中，所述经分离的H2气体将被用作燃气轮机燃料。由此，将取自向所述燃烧器210供应O2的制氧厂(未示出)的N2的物流226在压缩机228中压缩到大约23巴，从而制得经加压的N2的物流224。将所述经分离的H2气体加热到接近于所述经压缩的N2的温度的温度，然后将经压缩的N2的物流224与温热的H2气体的物流206混合并将所得到的混合物流在所述燃烧器210中加热到大约350℃，从而制得用于所述燃气轮机(未示出)的经预热的富H2燃料的物流220。
[0097]来自所述燃烧的过量热量可以通过加热所述流程内的其他物流来回收。例如，还可以通过与所述热的CO2产物气体进行间接热交换来预热输送到所述ATR(未示出)的天然气。但是，在目前的情况下，将在150巴的水蒸汽蒸发，从而与在所述燃气轮机(未示出)的热量回收系统上的所述蒸汽系统(未示出)相整合。所述水蒸汽蒸发步骤的描述在图2中已经被示意。就此而言，将水的物流230通过与所述CO2产物气体进行间接热交换而加热，从而制得过热蒸汽的物流232。实际上，将会需要其他设备(未示出)，例如脱气器，但将不会显著地改变总的热量-物料平衡。
[0098]燃烧器210被设计成气密的从而防止将会降低所述CO2产物气体的纯度的任何空气进入。也可合乎需要的是，在高压例如大约1到大约5巴下运行燃烧器210从而减少所述热交换区域的大小。这将会需要压缩来自所述PSA的所述“废气”并使用更高压力的O2但在下游将需要较少压缩(例如，在压缩机244中一见下文)。
[0099]经冷却的CO2产物气体的物流222离开所述燃烧器210并在热交换器234中被冷却水(未示出)进一步冷却，从而制得经进一步冷却的CO2产物气体的物流236。将物流236输送到第一分离器238从而从所述CO2产物气体中分离冷凝水。将冷凝水作为物流240移去。将CO2产物气体的物流242输送到中间冷却的多级压缩机244，在那里将其压缩到大约30巴的压力。将在所述级间冷却期间冷凝的水作为物流246移去。将经压缩的CO2产物气体的物流248输送到第二分离器250，在那里将另外的冷凝水作为物流252除去。
[0100]然后将30巴CO2的物流254输送到多床干燥剂干燥机256，在那里将其干燥从而制得经干燥的CO2产物气体的物流258，其在CO2压缩机组(未示出)中被进一步压缩用于管道输送。将水作为物流260从所述干燥剂干燥机256中除去。
[0101]在图2中所描述的实施方案的替换方案中，通过煤的气化生产合成气。在该方案中，经冷却的CO2产物气体的物流222将包含SOx污染物。通过用水洗涤所述CO2产物气体除去SO3。该洗涤步骤对于进一步冷却所述CO2产物气体具有额外的益处。通过如上所述的有关过程在所述压缩(未示出)的级间除去所述SO2(以及NOx)污染物。
[0102]关于本发明已经进行了三次计算机模拟。每一模拟已经广泛地基于图2中所描述的流程。但是，每一模拟在以下所描述的方面不同于另外两个。计算机模拟的结果以表I到III中所提供的热量-物料平衡数据的形式给出。
实施例1
[0103]在实施例1中，计算机模拟了图2中所描述的过程的方案，其中在ATR(未示出)中从天然气生产合成气。将所述合成气冷却到40℃并在其作为物流202输送到所述H2 PSA 204之前将冷凝水除去，运行所述H2 PSA 204以90mol.％回收率制得纯的(100mol.％)H2。
[0104]实施例1中的模拟的结果被提供在表I中。
物流编号     202   206   208   226   224   220   212   230   232   222
温度   ℃     40.00   40.00   40.00   15.00   96.00   350.00   200.00   35.00   500.00   69.44
压力   bara     27.5   27.5   27.5   3   23   23   1.5   150   150   1.5
流量   kg/s     61.25   6.42   54.83   93.16   93.16   99.58   8.14   19.78   19.78   62.98
组成
H2   mol％     73.4671   100.0000   21.6848   0.0000   0.0000   49.0676  0.0000   0.0000   0.0000   0.0000
CO   mol％     1.5398   0.0000   4.5450   0.0000   0.0000   0.0000  0.0000   0.0000   0.0000   0.0000
CO2   mol％     24.0661   0.0000   71.0341   0.0000   0.0000   0.0000  0.0000   0.0000   0.0000   74.4275
H2O   mol％     0.3065   0.0000   0.9047   0.0000   0.0000   0.0000  0.0000   100.000   100.000   23.3702
CH4   mol％     0.2295   0.0000   0.6775   0.0000   0.0000   0.0000  0.0000   0.0000   0.0000   0.0000
O2   mol％     0.0000   0.0000   0.0000   0.7898   0.7898   0.4023  99.5000   0.0000   0.0000   1.0000
N2   mol％     0.3344   0.0000   0.9871   98.1698   98.1698   50.0003  0.0000   0.0000   0.0000   0.9634
Ar   mol％     0.0565   0.0000   0.1669   1.0404   1.0404   0.5299  0.5000   0.0000   0.0000   0.2389
物流编号     236   240   242   246   248   252  254   260   258
温度   ℃     30.00   30.00   30.00   29.70   30.00   30.00  30.00   30.00   30.00
压力   bara     1.5   1.5   1.5   2.465043   30.99325   30.99325  30.99325   30.99325   30.99325
流量   kg/s     62.98   6.37   56.61   0.63   55.98   0.02  55.96   0.04   55.92
组成
H2  mol％   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000  0.0000   0.0000   0.0000
CO  mol％   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000  0.0000   0.0O00   0.0000
CO2  mol％   74.4275   0.0820   94.3261   0.2778   96.8606   1.3568  96.9431   0.0000   97.1252
H2O  mol％   23.3702   99.9180   2.8822   99.7220   0.2725   98.6418  0.1875   100.0000   0.0000
CH4  mol％   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000  0.0000   0.0000   0.0000
O2  mol％   1.0000   0.0000   1.2676   0.0001   1.3018   0.0008  1.3029   0.0000   1.3054
N2  m0l％   0.9634   0.0000   1.2212   0.0001   1.2541   0.0004  1.2552   0.0000   1.2576
Ar  mol％   0.2389   0.0000   0.3028   0.0000   0.3110   0.0002  0.3112   0.0000   0.3118
表I
实施例2
[0105]实施例2中所模拟的过程方案除了对于该应用优化所述H2pSA 204以外，与实施例1所模拟的一致。所述H2回收率提高(到92mol.％)并且通过设计所述PSA使得允许一些杂质混杂到所述H2而降低它的纯度。这允许使用较小的PSA，以及在允许惰性组分混杂到所述氢方面具有令人惊讶的益处，制得更高纯度CO2。
[0106]实施例2中的模拟的结果提供在表II中。
物流编号   202   206   208   226   224   220   212   230   232   222
温度  ℃   40.00   40.00   40.00   15.00   96.00   350.00   200.00   35.00   500.00   67.01
压力  bara   27.5   27.5   27.5   3   23   23   1.5   150   150   1.5
流量  kg/s   61.25   737   53.89   95.58   95.58   102.95   6.67   11.83   11.83   60.56
组成
H2  mol％   73.4671   99.1486   18.4650   0.0000   0.0000   48.7712   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000
CO  mol％   1.5398   0.5647   3.6282   0.0000   0.0000   0.2778   0.O000   0.0000   0.0000   0.0000
CO2  mol％   24.0661   0.0000   75.6085   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   77.9807
H2O  mol％   0.3065   0.0000   0.9629   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   100.000   100.000   20.3542
CH4  mol％   0.2295   0.0000   0.7212   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000
O2  mol％   0.0000   0.0000   0.0000   0.7898   0.7898   0.4013   99.5000   0.0000   0.0000   1.0000
N2  mol％   0.3344   0.2453   0.5253   98.1698   98.1698   50.0007   0.0000   0.0000   0.0000   0.5123
Ar  mol％   0.0565   0.0415   0.0888   1.0404   1.0404   0.5490   0.5000   0.0000   0.0000   0.1529
物流编号   236   240   242   246   248   252   254   260   258
温度  ℃   30.00   30.00   30.00   29.70   30.00   30.00   30.00   30.00   30.00
压力  bara   1.5   1.5   1.5   2.465043   30.99325   30.99325   30.99325   30.99325   30.99325
流量  kg/s   60.56   5.11   55.45   0.61   54.84   0.02   54.82   0.04   54.78
组成
H2  mol％   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000
CO  mol％   0.0000   0.0000   0.0000   0.0O00   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000
CO2  mol％   77.9807   0.0826   95.0869   0.2800   97.6418   1.3672   97.7250   0.0000   97.9087
H2O  mol％   20.3542   99.9173   2.8823   99.7198   0.2726   98.6317   0.1876   100.0000   0.0000
CH4  mol％   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000   0.0000
O2  mol％   1.0000   0.0000   1.2196   0.0001   1.2525   0.0007   1.2535   0.0000   1.2559
N2  mol％   0.5123   0.0000   0.6248   0.0000   0.6417   0.0002   0.6422   0.0000   0.6434
Ar  mol％   01529   0.0000   0.1864   0.0000   0.1914   0.0001   0.1916   0.0000   0.1920
表II
实施例3
[0107]在实施例3中，计算机模拟了图2中所描述的过程的替换方案。在这个替换方案中，在气化器(未示出)中从所述煤的气化制得合成气。如同实施例1和2，将所述合成气冷却到40℃并在将其作为物流202输送到所述H2 PSA 204之前除去冷凝水。运行所述PSA从而以90mol.％回收率制得纯的(100mol.％)H2。
[0108]所述合成气将包含H2S，其将燃烧从而制得可以通过加入NOx而在压缩系统中作为硫酸被除去的SO2。
[0109]实施例3的模拟的结果被提供在表III中。
物流编号 202   206   208  226   224  220   212  230   232   222
温度 ℃ 40.00   40.00   40.00  15.00   96.00  350.00   200.00  35.00   500.00   58.12
压力 bara 27.5   27.5   27.5  3   2.3  23   1.5  150   150   1.5
流量 kg/s 120.31   6.05   114.26  87.64   87.64  93.68   9.38  23.21   23.21   123.64
组成
H2 mol％ 55.5876   100.0000   11.1239  0.0000   0.0000  49.0838   0.0000  0.0000   0.0000   0.0000
CO mol％ 1.8528   0.0000   3.7078  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000   0.0000
CO2 mol％ 40.3946   0.0000   80.8357  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000   83.1080
H2O mol％ 0.3168   0.0000   0.6340  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000  100.000   100.000   12.5872
CH4 mol％ 0.1853   0.0000   03707  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000   0.0000
O2 mol％ 0.0000   0.0000   0.0000  0.7898   0.7898  0.4021   99.5000  0.0000   0.0000   1.0000
N2 mol％ 0.7412   0.0000   1.4834  98.1698   98.1698  49.9843   0.0000  0.0000   0.0000   1.4518
AR mol％ 0.7411   0.0000   1.4831  1.0404   1.0404  0.5297   0.5000  0.0000   0.0000   1.4993
H2S mol％ 0.1806   0.0000   03613  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000   0.0000
SO2 mol％ 0.0000   0.0000   0.0000  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000   0.3536
物流编号 236   240   242  246   248  252   254  260   258
温度 ℃ 30.00   30.00   30.00  23.76   24.00  24.00   24.00  24.00   24.00
压力 bara 1.5   1.5   1.5  2.465043   30.99325  30.99325   30.99325  30.99325   30.99325
流量 kg/s 123.64   5.52   118.11  1.35   116.77  0.03   116.74  0.06   116.67
组成
H2 mol％ 0.0000   0.0000   0.0000  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000
CO mol％ 0.0000   0.0000   0.0000  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000
CO2 mol％ 83.1080   0.0802   92.3363  0.2657   94.8934  1.5109   94.9497  0.0000   95.0768
H2O mol％ 12.5872   99.9084   2.8817  99.6978   0.1929  98.3088   0.1337  100.0000   0.0000
CH4 mol％ 0.0000   0.0000   0.0000  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000
O2 mol％ 1.0000   0.0000   1.1111  0.0001   1.1420  0.0007   1.1427  0.0000   1.1442
N2 mol％ 1.4518   0.0000   1.6132  0.0001   1.6580  0.0006   1.6590  0.0000   1.6612
AR mol％ 1.4993   0.0001   1.6660  0.0002   1.7122  0.0010   1.7133  0.0000   1.7156
H2S mol％ 0.0000   0.0000   0.0000  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000  0.0000   0.0000
SO2 mol％ 0.3536   0.0113   0.3917  0.0362   0.4016  0.1778   0.4017  0.0000   0.4022
表III
[0110]常规气化器的冷气体效率大约为71％。在本发明的该实施方案中，从所述变换反应器制得的所述气体包含主要作为H2S的所述煤中的所有硫。将任何COS或CS2都转化为H2S。通过燃烧所述H2S得到H2O及SO2，所述冷气体效率可以出乎意料地被从71％提高到72.4％(基于气化一般含6％硫的焦碳)。
[0111]在整个说明书中，在上下文中的术语“装置”是指实现功能，是用来指至少一种经改造和/或构造来实现该功能的装置。
[0112]应理解的是，本发明不限于如上参考所述优选实施方案所描述的细节，并且，在不背离如所附权利要求书中所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变化。

Claims (36)

1.一种处理包含氢气(H2)、二氧化碳(CO2)以及至少一种选自硫化氢(H2S)、一氧化碳(CO)和甲烷(CH4)的可燃气体的气体混合物的方法，所述方法包括：
从所述气体混合物中分离H2从而制得经分离的H2气体以及包含所述可燃气体的粗CO2气体；
在存在氧气(O2)的情况下燃烧至少部分所述粗CO2气体中的至少部分所述可燃气体从而产生热量及包含所述可燃气体的燃烧产物的CO2产物气体；以及
通过与至少部分所述经分离的H2气体或源于该H2气体的气体进行间接热交换来从至少部分所述CO2产物气体中回收至少部分所述热量从而制得经温热的含H2的气体和经冷却的CO2产物气体。
2.根据权利要求1的方法，它进一步包括将至少部分所述经温热的含H2的气体作为燃料输送到燃气轮机用于动力生产。
3.根据权利要求2的方法，进一步包括：
将至少一种选自氮气(N2)及水(H2O)的稀释流体引入到所述经分离的H2气体从而制得含H2的气体；以及
将所述含H2的气体用于所述的热量回收。
4.根据权利要求1的方法，其中将所述H2通过变压吸附从所述气体混合物中分离。
5.根据权利要求1的方法，其中将所述H2通过胺洗涤方法或物理溶剂吸收方法而从所述气体混合物中分离。
6.根据权利要求1的方法，其中将所述粗CO2气体中的所述可燃气体在使用过量氧化性气体的氧燃料燃烧过程中燃烧，该氧化性气体基本上由O2以及任选地经再循环的CO2产物气体组成的。
7.根据权利要求6的方法，其中至少一种选自含碳燃料、含烃燃料及生物质燃料的燃料在所述氧燃料燃烧过程中燃烧。
8.根据权利要求7的方法，其中所述氧燃料燃烧过程是在热水锅炉中燃烧粉煤产生用于膨胀来生产动力的水蒸汽的过程。
9.根据权利要求8的方法，进一步包括：
通过与所述气体混合物进行间接热交换来预热锅炉进水从而产生经冷却的气体混合物和经预热的锅炉进水；以及
将至少部分所述经预热的锅炉进水输送到所述热水锅炉从而产生用于动力生产的水蒸汽。
10.根据权利要求1的方法，其中所述CO2产物气体包含一种或多种选自SO2、SO3和NOx的污染物，所述方法进一步包括按以下步骤从所述CO2产物气体中除去至少部分所述污染物：
用水洗涤CO2产物气体从而产生经冷却的不含SO3的CO2产物气体；
在存在O2和水的情况下以及，当SO2将被除去时，在还存在NOx的情况下，将所述经冷却的不含SO3的CO2产物气体保持在高压持续足够的时间，从而将SO2转变为硫酸和/或NOx转变为硝酸；以及
将所述硫酸和/或硝酸从所述经冷却的不含SO3的CO2产物气体中分离，从而产生不含SOx的且贫乏NOx的CO2气体。
11.根据权利要求10的方法，其中将至少部分所述不含SOx的且贫乏NOx的CO2气体干燥、纯化从而除去惰性组分，并压缩到大约80巴到大约250巴的管道压力。
12.根据权利要求1的方法，进一步包括通过使CO与H2O在变换转化反应中反应来产生热量和在所述气体混合物中的至少部分所述H2。
13.根据权利要求12的方法，其中至少部分在所述变换转化反应中产生的所述热量用于预热锅炉进水。
14.根据权利要求12的方法，其中至少部分所述CO至少是通过将选自含碳燃料、含烃燃料以及生物质燃料的燃料部分氧化或重整而以合成气的形式制得的。
15.根据权利要求14的方法，其中所述燃料是天然气，将该天然气在存在O2的情况下部分氧化从而制得所述合成气。
16.根据权利要求14的方法，其中所述燃料是天然气，将该天然气用水蒸汽催化重整从而制得所述合成气。
17.根据权利要求14的方法，其中所述燃料是煤，将所述煤气化从而制得所述合成气。
18.根据权利要求17的方法，进一步包括在水通过将水与所述气体混合物进行间接热交换而将水温热之后用所述水骤冷所述气化。
19.根据权利要求18的方法，其中在温热之前，将至少部分所述水冷凝并从所述气体混合物中分离。
20.根据权利要求14的方法，其中所述气体混合物是在最高的可能合成气生产压力下从所述变换转化反应制得的，所述方法进一步包括将所述气体混合物的压力降低到有利于在燃气轮机中使用经分离的H2气体或源于该H2气体的含H2的气体的压力。
21.一种生产动力的方法，所述方法包括：
将选自含碳燃料、含烃燃料以及生物质燃料的燃料部分氧化或重整，从而制得合成气；
使所述合成气中的至少部分CO在变换转化反应中与H2O反应，从而制得包含H2、CO2以及至少一种选自H2S、CO及CH4的可燃气体的气体混合物；
从所述气体混合物中分离H2，从而制得经分离的H2气体以及包含所述可燃气体的粗CO2气体；
使所述粗CO2气体中的至少部分所述可燃气体在使用过量氧化性气体的氧燃料燃烧过程中燃烧，从而产生热量及包含所述可燃气体的燃烧产物的CO2气体产物，该氧化性气体基本上由O2以及任选的至少一种选自含碳燃料、含烃燃料及生物质燃料的燃料组成；
将所述CO2产物气体的一部分作为进料再循环至所述氧燃料燃烧过程；
通过与至少部分所述经分离的H2气体或源于该H2气体的气体进行间接热交换来从至少部分所述CO2产物气体中回收至少部分所述热量，从而制得经温热的涡轮机燃料气体及经冷却的CO2产物气体；以及
将经温热的涡轮机燃料气体输送到燃气轮机用于动力生产。
22.一种用于处理包含H2、CO2及至少一种选自H2S、CO和CH4的可燃气体的气体混合物的装置，所述装置包括：
用于从所述气体混合物中分离H2从而制得经分离的H2气体以及包含所述可燃气体的粗CO2气体的分离器；
用于在存在O2的情况下燃烧至少部分所述粗CO2气体中的至少部分所述可燃气体从而产生热量及包含所述可燃气体的燃烧产物的CO2产物气体的燃烧反应器；
用于将至少部分所述粗CO2气体从所述分离器输送到所述燃烧反应器的管道装置；
用于提供至少部分所述CO2产物气体与至少部分所述经分离的H2气体或源于该H2气体的气体之间的间接热交换从而制得经温热的含H2的气体及经冷却的CO2产物气体的热交换器装置；
用于将至少部分所述CO2产物气体从所述燃烧反应器输送到所述热交换装置的管道装置；以及
用于将至少部分所述经分离的H2气体或源于那里的气体从所述分离器输送到所述热交换装置的管道装置。
23.根据权利要求22的装置，进一步包括：
用于生产动力的燃气轮机；以及
用于将经温热的含H2的气体作为燃料从所述热交换装置输送到所述燃气轮机的管道装置。
24.根据权利要求23的装置，进一步包括用于将至少一种选自N2和H2O的稀释流体引入到所述热交换装置的所述经分离的H2气体上游从而制得含H2的气体的装置。
25.根据权利要求22的装置，其中所述分离器是变压吸附系统。
26.根据权利要求22的装置，其中所述分离器是胺洗涤系统或物理吸附洗涤系统。
27.根据权利要求22的装置，其中所述燃烧反应器是氧燃料燃烧反应器，所述装置进一步包括：
用于将基本上由O2组成的氧化性气体输送到所述氧燃料燃烧反应器的管道装置；以及
所述装置任选地进一步包括：
用于将一部分所述CO2产物气体作为进料再循环至所述氧燃料燃烧反应器的管道装置。
28.根据权利要求27的装置，其中所述氧燃料燃烧反应器是用于生产水蒸汽的粉煤燃烧热水锅炉，该水蒸汽用于膨胀来生成动力。
29.根据权利要求28的装置，进一步包括：
用于提供所述气体混合物与锅炉进水之间的间接热交换由此制得经冷却的气体混合物以及经预热的锅炉进水的热交换装置；
用于将所述气体混合物输送到所述热交换装置的管道装置；
用于将经冷却的气体混合物从所述热交换装置输送到所述分离器的管道装置；
用于将锅炉进水输送到所述热交换装置的管道装置；以及
用于将经预热的锅炉进水从所述热交换装置输送到所述热水锅炉的管道装置。
30.根据权利要求22的装置，进一步包括：
用于用水洗涤所述CO2产物气体从而制得经冷却的不含SO3的CO2产物气体的逆流气体/液体接触装置；
用于提升经冷却的不含SO3的CO2产物气体的压力的压缩机；
用于将经冷却的不含SO3的CO2产物气体从所述气体/液体接触装置输送到所述压缩机的管道装置；
至少一个用于在高压下在存在O2的情况下以及，当SO2将被除去时，在还存在NOx的情况下，用水洗涤所述不含SO3的CO2产物气体持续足够的时间，来将SO2转变为硫酸和/或NOx转变为硝酸的逆流气体/液体接触装置；
用于将高压下的不含SO3的CO2产物气体从所述压缩机输送到所述或每个相应的气体/液体接触装置的管道装置；以及
用于将硫酸水溶液和/或硝酸水溶液再循环到所述或每个相应的气体/液体接触装置的管道装置。
31.根据权利要求22的装置，进一步包括：
用于将CO与H2O反应从而产生在所述气体混合物中的至少部分所述H2的变换转化反应器；
用于将CO和H2O输送到所述变换转化反应器的管道装置；以及
用于将所述气体混合物从所述变换转化反应器输送到所述分离器的管道装置。
32.根据权利要求31的装置，进一步包括：
用于从选自含碳燃料、含烃燃料和生物质燃料的燃料生产包含所述CO的合成气的选自部分氧化反应器和重整装置的反应器；以及
用于将所述合成气从所述反应器输送到所述变换转化反应器的管道装置。
33.根据权利要求32的装置，其中所述反应器选自自热重整装置(“ATR”)和气化器。
34.根据权利要求33的装置，其中所述反应器是气化器，所述装置进一步包括：
用于提供水与所述气体混合物之间的间接热交换从而制得经温热的水和经冷却的气体混合物的热交换装置；
用于将气体混合物输送到所述热交换装置的管道装置；
用于将经冷却的气体混合物从所述热交换装置输送到所述分离器的管道装置；
用于将水输送到所述热交换器的管道装置；以及
用于将所述经温热的水从所述热交换器输送到所述气化器作为骤冷水的管道装置。
35.根据权利要求32的装置，进一步包括：
用于将在所述变换转化反应器中制得的气体混合物的压力从最高的可能合成气生产压力降低到有利于在燃气轮机中使用经分离的H2气体或源于该H2气体的含H2的气体的压力的减压涡轮机；
用于将气体混合物从所述变换转化反应器输送到所述减压涡轮机的管道装置；
用于提供水与经减压的气体混合物之间的间接热交换的热交换装置；
用于将经减压的气体混合物从所述减压涡轮机输送到所述热交换装置的管道装置；
用于将经冷却的气体混合物从所述减压涡轮机输送到所述分离器的管道装置；
用于将水输送到所述热交换装置的管道装置；
用于将经温热的水从所述热交换装置中除去的管道装置。
36.一种用于生产动力的装置，所述装置包括：
用于从选自含碳燃料、含烃燃料、生物质燃料和液态H2的燃料生产包含CO的合成气的选自部分氧化反应器和重整装置的反应器；
用于使至少部分所述CO与H2O反应从而制得包含H2、CO2和至少一种选自H2S、CO和CH4的可燃气体的气体混合物的变换转化反应器；
用于将所述合成气从所述反应器输送到所述变换转化反应器的管道装置；
用于从所述气体混合物中分离H2从而制得经分离的H2气体以及包含所述可燃气体的粗CO2气体的分离器；
用于将所述气体混合物从所述变换转化反应器输送到所述分离器的管道装置；
用于将所述粗CO2气体中的至少部分所述可燃气体在使用过量氧化性气体的氧燃料燃烧过程中燃烧从而产生热量及包含所述可燃气体的燃烧产物的CO2气体产物的氧燃烧反应器，该氧化性气体基本上由O2以及任选的至少一种选自含碳燃料、含烃燃料及生物质燃料的燃料组成；
用于将所述粗CO2气体从所述分离器输送到所述氧燃料燃烧反应器的管道装置；
用于将所述氧化性气体输送到所述氧燃料燃烧反应器的管道装置；
用于将所述CO2产物气体的一部分作为进料循环到所述氧燃料燃烧反应器的管道装置；
用于提供CO2产物气体与经分离的H2气体或源于该H2气体的气体之间的间接热交换从而制得经温热的涡轮机燃料气体及经冷却的CO2产物气体的热交换器装置；
用于将CO2产物气体从所述燃烧反应器输送到所述热交换装置的管道装置；
用于将经分离的H2气体或源于该H2气体的含H2的气体输送到所述热交换装置的管道装置；
用于生产动力的燃气轮机；以及
用于将经温热的涡轮机燃料气体从所述热交换装置输送到所述燃气轮机的管道装置。
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