CN101210513B

CN101210513B - 气化与引擎排气回流提浓二氧化碳的循环系统

Info

Publication number: CN101210513B
Application number: CN2006101566515A
Authority: CN
Inventors: 陈威丞; 徐恒文
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2006-12-29
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2026-12-29
Also published as: CN101210513A

Abstract

一种气化与引擎排气回流提浓二氧化碳的循环系统，包含空气分离单元、气化单元、以及燃气引擎单元，其中，所述燃气引擎单元的排气抽出15％至35％，剩余排气则与氧气混合再次导入所述燃气引擎单元。由于所述燃气引擎单元的排气抽出部分后，剩余排气则与氧气混合再次导入所述燃气引擎单元，因而可以降低所述燃气引擎单元所燃烧的气体的含氮量，减少高温氮氧化物等污染物的排放，经多次循环后，凝结处理最终排气中的水蒸气，所获得的二氧化碳浓度可超过80％以上。

Description

气化与引擎排气回流提浓二氧化碳的循环系统

技术领域

本发明涉及一种气化与引擎排气回流提浓二氧化碳的循环系统，特别是一种包括空气分离单元、气化单元、以及燃气引擎单元气化的引擎排气回流提浓二氧化碳的循环系统。

背景技术

国际上正积极发展净煤发电技术，利用煤炭转换为洁净能源，已成为先进国家投入大幅研发资源争先发展的重要课题；其中，气化复循环发电技术(IGCC)，无论在技术应用、能源效率及环保性能都极具发展潜力。

气化复循环发电技术是先使煤炭在气化炉的还原气氛中转化为合成气。待固态燃料转换成气态燃料后，再送进复循环机组发电。气化炉所产生的合成气在送入复循环机组前，可以先经过净洁技术以除尘、除硫。由于气化复循环技术是将燃料先转化为合成气，合成气的体积相对较小，所以不会产生的大量烟气。因此，气化复循环发电技术的除尘、除硫效率比传统电厂高出许多。

然而，干粉进料至气化复循环发电的气化炉需要不可燃的传送气体与蒸汽，因而必须消耗大量氮气，而增加了成本。另一方面，为了降低温室效应，也需要能够以低成本、高效率地补获二氧化碳的系统。

美国第4,185,595号专利揭示一种内燃引擎的操作方法，其燃料先与空气混合成重组气再送入引擎燃烧，藉以控制污染；美国第5,724,805号专利则揭示一种具有二氧化碳捕获装置的电力设备。然而上述专利均未揭示利用废气的再循环提浓二氧化碳，以及将提浓的二氧化碳应用于气化炉干粉进料的传送。

发明内容

基于上述问题，本发明的主要目的在于提供一种可以减少高温氮氧化物(Thermal NO_X)等污染物排放的气化与引擎排气回流提浓二氧化碳循环系统。

本发明的另一目的是提供一种可以捕获高浓度二氧化碳的气化与引擎排气回流提浓二氧化碳循环系统。

为达到上述及其他目的，本发明提供一种气化与引擎排气回流提浓二氧化碳的循环系统，包括空气分离单元，以供导入大气并至少分离出氮气、二氧化碳、水气、及氧气；气化单元，连接所述空气分离单元，用以导入化石燃料或生质能燃料及氧气且气化为合成气燃料；以及燃气引擎单元，以连接至所述空气分离单元、所述气化单元、及一个负载，以使所述合成气燃料进行燃烧并驱动该负载，且燃烧后的排气抽出15％至35％，剩余排气则回流并混合氧气循环燃烧。由于所述燃气引擎单元的排气抽出部分后，剩余排气则与氧气混合再次导入所述燃气引擎单元，可以降低所述燃气引擎单元所燃烧的气体的含氮量，减少高温氮氧化物等污染物的排放，经多次循环后，凝结处理最终排气中的水蒸气，所获得的二氧化碳浓度可超过80％以上。

附图说明

图1显示本发明气化与引擎排气回流提浓二氧化碳的循环系统。

主要元件符号说明

100 空气分离单元

200 气化单元

300 燃气引擎单元

101、103、105、107 管线

201、203、205、207、209 管线

301、303、305、307 管线

实施方式

以下是配合附图说明本发明的具体实施例，以使所属领域技术人员可轻易地了解本发明的技术特征与达到功效。

如图1所示，本发明提供一种气化与引擎排气回流提浓二氧化碳的循环系统，包括空气分离单元100、气化单元200、以及燃气引擎单元300。气体(外部空气)是经由管线101导入所述例如为空气分离厂的空气分离单元100。所述空气分离单元100主要是用以自空气中分离氧气(纯氧)、二氧化碳、水气、和/或氮气，再经由管线分别输送氧气至气化单元200以及作为与所述燃气引擎单元300的排气混合的氧气。如图所示，经空气分离单元100所分离的氧气是经管线103送离所述空气分离单元100，第一部分是经由管线201输送至气化单元200，第二部份则经由管线203输送至燃气引擎单元300作为氧气的补充。所述空气分离单元100所分离的氮气是经由管线105排出所述空气分离单元，剩余的二氧化碳与水气则经由管线107排出。

所述气化单元200是例如一个气化炉，用以将例如为煤炭或石油焦等化石燃料或都市垃圾、生质能等燃料与氧气气化转换为合成气燃料再经管线输送至燃气引擎单元300。如图1所示，化石燃料或生质能燃料是由管线205输送至所述气化单元200，与氧气形成合成气燃料后经由管线207输送至燃气引擎单元300，所述气化单元200所生成的炉渣则经由管线209排出。

所述燃气引擎单元300连接至所述空气分离单元100、所述气化单元200、及一个例如为发电机的负载(图未示)，以使所述合成气燃料进行燃烧并驱动该负载，且燃烧后的排气抽出15％至35％，剩余排气则回流并混合氧气循环燃烧。在本实施例中，所述燃气引擎单元300是例如一个应用于火力发电厂的引擎，用以驱动一个发电机，并且所述气化单元200所形成的合成气燃料先与一般空气进行燃烧，燃烧后的排气(废气)经由管线301排出所述燃气发电单元300后，先经由管线303抽出部份排气，剩余排气则经由管线305与所述空气分离单元100所分离的第二部分氧气混合，经由管线307再次导入燃气引擎单元300，代替外部空气，与合成气燃料进行燃烧。

一般而言，经由管线303抽出的排气占所述燃气引擎单元排气总量的15％至35％，优选占所述燃气引擎单元排气总量的25％至30％，更优选抽出所述燃气引擎单元排气总量的29％。由于大气中的氧气含量大约占20.9％左右，而燃烧后的氧气含量约占6％至8％左右，为仿一般大气含量比例，因此，用以补充与剩余排气进行混合的氧气占10％至20％左右，优选占10％至15％，更优选占12％。为了使所述燃气引擎单元300可适用于一般汽车引擎，补充的氧气优选以与大气含氧比量相似的量与所述剩余排气进行混合。所述混合后的气体大约含有40％的二氧化碳以及约38％的水气。

所述燃气引擎单元300以合成气燃料与一般空气进行燃烧时，引擎排气中含有大约80％的氮气，以及6％至8％的氧气。经多次抽出循环后，逐渐减少了燃烧气体中的氮含量，进而大幅降低了高温氮氧化物等污染物的排放量。并且，由于用以与合成气燃料进行燃烧的循环气体中，渐渐以二氧化碳成分取代大气中的氮成分，除了降低高温氮氧化物的排放量，也可同时降低燃气引擎的最高燃烧温度。

通常，经多次抽出循环后，所述燃气引擎单元的排气中大约含有40％的蒸汽、50％的二氧化碳、以及6％至8％的氧气。进行降温凝结蒸气后，二氧化碳的浓度大约可上升至80％以上，或高达90％。与一般利用吸附方式补获高浓度二氧化碳的方法相比较，本发明的循环系统是利用低成本、高安全性的方式补获高浓度二氧化碳。另一方面，将本发明气化与引擎排气回流提浓二氧化碳的循环系统应用于发电厂(例如，气化复循环发电技术，IGCC)，可达到降低二氧化碳排放的功效。

在一个具体实例中，经叠代300次后的计算结果显示，燃气引擎单元的排气中，二氧化碳的浓度约为46％、水气约为44％。经冷却后，二氧化碳的浓度可提高至82％。至于引擎部分，则仍然维持26％的引擎效率。

本发明气化与引擎排气回流提浓二氧化碳的循环系统所获得的高浓度二氧化碳可取代氮气，应用于气化厂的煤粉传送，能够俭省氮气的用量与热损失。另一方面，增加二氧化碳的浓度，也可影响气化反应的平衡点，进而提高一氧化碳的产量。

并且，本发明气化与引擎排气回流提浓二氧化碳的循环系统中，可使用燃气引擎单元的冷却水作为气化单元的气化反应的水蒸气来源。另一方面，所述燃气引擎单元未经降温的排气中含有约40％的水蒸气以及约50％的二氧化碳，所述水蒸气也可用于气化单元的气化反应。因此，可以省去另外安装加热装置产生水蒸气的设备与费用，也具有减少制造方法与降低成本的优点。

但是上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，并非用于限制本发明，任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与变化。因此，本发明的权利保护范围，应如后述的申请专利范围所列。

Claims

1.一种气化与引擎排气回流提浓二氧化碳的循环系统，其包含有：空气分离单元，以供导入大气并至少分离出氮气、二氧化碳、水气、及氧气；

气化单元，连接所述空气分离单元，用以导入燃料及氧气且气化为合成气燃料；以及

燃气引擎单元，以连接至所述空气分离单元、所述气化单元、及一个负载，以使所述合成气燃料进行燃烧并驱动所述负载，且燃烧后的排气抽出15％至35％，剩余排气则回流并混合氧气循环燃烧，多次循环燃烧后，凝结处理最终排气中的水蒸气，二氧化碳浓度提高至80％以上。

2.根据权利要求1所述的循环系统，其中，所述燃气引擎单元的排气抽出25％至30％，剩余排气则回流并混合氧气循环燃烧。

3.根据权利要求1所述的循环系统，其中，所述燃气引擎单元的排气经抽出后的剩余排气回流并混合10％至20％的氧气循环燃烧。

4.根据权利要求1所述的循环系统，其中，所述燃气引擎单元的排气经抽出后的剩余排气回流并混合10％至15％的氧气循环燃烧。

5.根据权利要求1所述的循环系统，其中，所述空气分离单元是以管线分别连接至所述气化单元与所述燃气引擎单元，以分别供应氧气。

6.根据权利要求1所述的循环系统，其中，所述空气分离单元是空气分离厂。

7.根据权利要求1所述的循环系统，其中，所述燃料为选自化石燃料或生质能燃料中的一种。

8.根据权利要求7所述的循环系统，其中，所述化石燃料为选自煤炭或石油焦中的一种。

9.根据权利要求1所述的循环系统，其中，所述气化单元是气化炉，并通过管线连接以输送合成气燃料至所述燃气引擎单元。

10.根据权利要求1所述的循环系统，其中，所述负载是发电机。