CN104204674B - 用于氧化未燃烧物的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
利用氧载体颗粒用于处理未燃烧物的方法和设备，所述氧载体颗粒可为CLOU颗粒，在空气反应器(14)中经氧化，并且传输至后氧化反应器(25)，如图2所示。将含有未燃烧物的烟道气流(34)注入后氧化反应器(25)，其中未燃烧物被由氧载体供应的氧氧化。将还原的氧载体从后氧化反应25分离，并且传输返回至空气反应器(14)，用于再氧化。一种实施方案可包括后氧化室(60)，其可为催化室，接收烟道气流(34)的一部分和来自后氧化反应器(25)的烟道气流(33)的氧。
Description
领域
本公开涉及氧化未燃烧物。更具体地，本公开涉及氧化未燃烧物的有效的方法和设备，同时降低能耗和资金成本。
背景
某些过程(例如燃烧含碳燃料)产生二氧化碳(CO2)的气态排放。CO2已被确认为"温室"气体，其似乎导致全球变暖。由于其作为"温室"气体的状态，已开发多种技术来防止由于使用化石燃料使大量的CO2被释放至大气中。
化学环路燃烧(CLC)为一种提供有效的CO2捕集和处理的燃烧技术。CLC提供在氧化含碳燃料期间产生的CO2的固有分离，从而产生更浓的CO2流。通过提高CO2的浓度作为燃烧技术的一部分，大大降低在燃烧后分离CO2用于捕集和储存所需的能量和资金费用。
CLC技术通常涉及使用氧载体，其将氧从空气转移至燃料，从而避免空气与燃料之间直接接触。在过程中使用两个相互连接的反应器(通常为流化床)：燃料反应器和空气反应器。在燃料反应器中引入燃料，其进一步接收氧载体(通常为金属氧化物)。来自燃料反应器的出口烟道气流主要含有来自燃料氧化的产物(H2O和CO2)和还原的氧载体。然后在从出口烟道气流除去还原的氧载体之后，通过冷凝包含在燃料反应器的烟道气流中的H2O，可得到由高浓度的CO2组成的流。
将作为燃料氧化反应的一部分形成的还原的氧载体转移至空气反应器，在此在空气存在下将其再氧化。离开空气反应器的烟道气流主要由空气的非反应性组分(例如氮气)、氧化的氧载体和未使用的氧组成。氧化的氧载体可从空气反应器的烟道气流分离，以输送至燃料反应器。通过使用氧载体来将氧递送至燃料反应器，当它们离开空气反应器时空气的非反应性组分从系统排出，并且绝不引入到燃料反应器中。因此，燃烧产物(主要为CO2和H2O)不被燃料反应器的烟道气流中的空气的非反应性组分稀释。
取决于所用的条件和材料，在燃料反应器中燃烧燃料可能不完全。不完全燃烧可导致未燃烧物(例如氢、甲烷和一氧化碳)存在于燃料反应器的烟道气流中。为了减少或消除来自烟道气流的未燃烧物，在燃料反应器中燃烧后，未燃烧物通常在后燃烧单元中被氧化。未燃烧物还可存在于来自各种工业和/或燃烧应用的其它烟道气流。
例如在CLC系统中，氧化未燃烧物的困难之一在于，后燃烧单元需要纯氧或富含氧的气体。如果将空气加入到后燃烧单元用于氧化，将失去CLC的益处，因为在将烟道气流传输至气体处理单元之前，空气的非反应性组成将被加入到燃料反应器的烟道气流。向后燃烧单元提供纯氧或富含氧的气体的该要求同样适用于需要在富含氧的环境(例如，氧燃烧设备)中后燃烧氧化的其它工业过程和/或燃烧技术。因此，后燃烧氧化需要加入纯氧或富含氧的气体，在能耗和资金成本方面，二者均昂贵。此外，取决于需要氧化的未燃烧物的量，在纯氧或富集的氧中燃烧可导致强烈升高的温度，需要冷却。因此，需要用于更有效处理未燃烧物的改进的方法和设备。
概述
根据本文说明的各方面，提供了一种在化学环路燃烧系统中氧化未燃烧物的方法，所述方法通过将燃料注入化学环路燃烧系统的燃料反应器，将氧化的氧载体注入燃料反应器，和用由所述氧载体提供的氧使燃料氧化。从燃料反应器的烟道气流除去固体。将燃料反应器的含有未燃烧物的烟道气流传输至后氧化反应器，用氧化的氧载体注入所述后氧化反应器。使用由所述氧载体提供的氧，未燃烧物在后氧化反应器中被氧化。从后氧化反应器的烟道气流分离还原的氧载体，并且传输至空气反应器，在此，在注入空气反应器的空气存在下，它们被再氧化。从空气反应器的烟道气流分离氧化的氧载体，并且传输至后氧化反应器。
根据本文说明的其它方面，提供了一种氧化未燃烧物的方法，所述方法通过将含有未燃烧物的烟道气流的至少一部分传输至后氧化反应器。用氧化的氧载体注入后氧化反应器。未燃烧物在后氧化反应器中被氧化。氧化的氧载体在后氧化反应器中被还原，并且传输至空气反应器，用于再氧化。
根据本文说明的其它方面，提供了一种用于氧化未燃烧物的设备，所述设备具有后氧化反应器、与所述后氧化反应器连接的空气反应器和与所述后氧化反应器连接的烟道气流。未燃烧物存在于注入后氧化反应器的烟道气流中。在空气反应器中形成氧化的氧载体，并且传输至后氧化反应器。通过由氧载体供应的氧，未燃烧物在后氧化反应器中被氧化。
通过以下附图和详细说明来举例说明上述和其它特征。
附图简述
现在参考附图，其为示例性实施方案，并且其中对相似元件作相似编号：
图1为化学环路燃烧系统的一个实例示意性流程图。
图2为本公开的一个示例性实施方案的示意性流程图。
图3为本公开的另一个示例性实施方案的示意性流程图。
详述
根据本公开的一个示例性实施方案，提供了一种用于在化学环路燃烧(CLC)系统中氧化未燃烧物的有效方法。提供了一种在将烟道气排放至大气之前降低氧化未燃烧物的能源需求的方法。CLC用于在燃料反应器中氧化燃料。通过使燃料与事先在空气反应器中氧化的氧载体混合，完成燃料氧化。金属氧化物可为具有释放气态氧的专一性的化学环路氧解偶联材料(CLOU颗粒)。在燃料反应器中氧化燃料可留下一部分未完全氧化的燃料，在燃料反应器的烟道气流中留下未燃烧物。含有未燃烧物的燃料反应器的烟道气流可传输至后氧化反应器。后氧化反应器可进一步接收来自空气反应器的氧化的氧载体，所述空气反应器可为CLC系统的空气反应器或单独的空气反应器。CLC的空气反应器可提高容量，以提高氧化的氧载体的输出，以供应燃料反应器和后氧化反应器二者。未燃烧物在后氧化反应器中被氧载体氧化，还原的氧载体从后氧化反应器的烟道气流分离，并且返回至空气反应器，用于再氧化。通过在后氧化反应器中氧化未燃烧物，未燃烧物可被有效氧化，而无需低温生产的氧，大大降低从CLC系统去除未燃烧物的能量要求。
根据本公开的一个示例性实施方案，提供一种氧化烟道气流中的未燃烧物的有效方法，其中传输含有未燃烧物的烟道气流，用于在后氧化反应器中氧化，该后氧化反应器另外供应有氧载体。氧载体在空气反应器中被氧化。
根据本公开的一个示例性实施方案，提供了一种在CLC系统中用于氧化未燃烧物的设备，所述设备包括后氧化反应器、与所述后氧化反应器连接的空气反应器和与所述后氧化反应器连接的燃料反应器。含有未燃烧物的燃料反应器的烟道气流设置用于传输至后氧化反应器，所述后氧化反应器进一步接收来自空气反应器的氧化的氧载体。空气反应器还可将氧化的氧载体供应至燃料反应器，或者可为单独的空气反应器。如果空气反应器设置用于供应后氧化反应器和燃料反应器二者，考虑到对氧化的氧载体生产的提高需求，可提高其尺寸，超过对CLC系统通常预期的尺寸。该设备还可包括后氧化室，优选催化室，其设置以直接接收燃料反应器的烟道气流的一部分和后氧化反应器的烟道气流，其中氧存在于后氧化反应器的烟道气流中。在该设置中，未燃烧物氧化的一部分在催化室中发生，未燃烧物氧化的一部分在后氧化反应中发生。
参考图1，CLC通常包括空气反应器14和燃料反应器12，其可为流化床反应器，其中将燃料10注入燃料反应器12，并且其中还用在空气反应器14中形成的氧载体22注入燃料反应器12。燃料的一个实例为煤。其它实例包括但不限于天然气、合成气体(合成气)和石油精炼厂气体。氧载体颗粒通常为金属或陶瓷。用于CLC的典型金属氧化物包括例如氧化镍、氧化钙、氧化铁、氧化铜、氧化锰、氧化钴和它们的混合物。一些氧载体为所谓的CLOU颗粒，因为它们释放氧而无需反应配对物。
燃料反应器12可通过流化介质(例如蒸汽58)被流化。在燃料反应器12中燃烧燃料10产生烟道气流26。烟道气流26通常含有未燃烧的固体、燃烧产物(CO2和H2O)、还原的氧载体，并且还可包括未燃烧物，例如一氧化碳、氢或甲烷。烟道气流26可传输至第一固体分离器28，其可为旋风分离器，其中从烟道气流26分离固体48，并且传输28至空气反应器14。来自第一分离器28的固体48可首先传输至任选的碳汽提器50。将离开碳汽提器50的还原的氧载体传输52至空气反应器14。将离开碳汽提器50的任何焦炭传输54返回至燃料反应器12。第一固体分离器28的烟道气流30可传输至第二固体分离器32，其可为旋风分离器，其中可从烟道气流30除去另外的固体，并且传输56返回至燃料反应器12。
将通常含有来自燃料反应器12的烟道气流26的非固体组分的第二固体分离器32的烟道气流34传输至后燃烧单元36。后燃烧单元36设置用于接收氧流38。氧流38可为纯氧或富含氧的气体，其通常以大量的能量和资金成本低温产生。未燃烧物可在后燃烧单元36中被氧化，后燃烧单元40的烟道气流可传输至气体处理单元(GPU) 42，用于CO2捕集和处理。适当地，CO2可进一步传输46用于储存或使用。在捕集CO2后，主要含有主N2、Ar和未使用的O2的烟道气流可排放44至大气。
在空气反应器14中，氧载体被供应至空气反应器14的空气16氧化。空气反应器14的烟道气流18可传输至第三固体分离器20，其可为旋风分离器。第三固体分离器20将氧化的氧载体从空气反应器14的烟道气流18分离，允许空气的非反应性组分和未使用的氧作为排出空气24排放至大气中。将氧化的氧载体传输22至燃料反应器12，在此，它们可供应氧用于燃料10的氧化，完成氧载体的再生循环。
现在参考示于图2的示例性实施方案，燃料反应器12的烟道气流26可传输至后氧化反应器25，其可为流化床反应器，促进整个后氧化反应器25中均匀的温度分布，和/或从后氧化反应器25回收热量。后氧化反应器25另外供应有氧化的氧载体。在传输至后氧化反应器25之前，烟道气流26可首先传输至第一28和第二32固体分离器，如图2所示，或者如果固体载荷(尤其是未燃烧的固体)足够低，后氧化反应器可设置以直接接收来自分离器28的烟道气流30或烟道气流26。然而，在将烟道气流26传输至后氧化反应器25之前，应分离来自烟道气流26的固体。采用两个分离器提供系统的改进操作(例如，碳的再循环/在碳汽提器中分离)。对于该描述的其余部分，假定图2中代表的设置，产生烟道气流34。如图2所示，氧化的氧载体可从通过第三固体分离器20分离的固体的一部分23传输至后氧化反应器25；然而，这代表本公开的仅一个示例性实施方案，并且其它设置是可能的，包括单独的空气反应器，以氧化氧载体，尤其是CLOU颗粒，用于后氧化反应器25。
包含在烟道气流34中的未燃烧物可通过由氧化的氧载体23供应的氧在后氧化反应器25中氧化。后氧化反应器25的烟道气流27可传输至第四固体分离器29，其可为旋风分离器。第四固体分离器29将氧载体与烟道气流27分离，其可传输41至空气反应器14，在此氧载体可被再氧化。在一个备选的实施方案中，氧载体可传输至单独的空气反应器。这使得能够使用与用于CLC系统的氧载体不同的氧载体。
在第四固体分离器29中去除氧载体之后，烟道气流33可传输至GPU 42。在本公开的一个备选的实施方案中，烟道气流33的一部分35可设置以在注入后氧化反应器25之前，与烟道气流34混合。与烟道气流34混合的部分35可用于控制烟道气流27的温度，以防止氧载体烧结，保持温度通常低于1100℃。在与烟道气流34混合之前，所述部分35可首先经由换热器39冷却，允许用于更精确的温度控制。在另一备选中，后氧化反应器25可经由换热器37直接冷却，其可用于产生蒸汽。
现在参考示于图3的示例性实施方案，烟道气流34的一部分64可在后氧化室60中被氧化，后氧化室60可为催化室或非催化室。在去除包含在后氧化反应器25的烟道气流27中的固体后，用第四固体分离器29的烟道气流33中的氧供应后氧化室60。在该备选的实施方案中，CLOU颗粒(例如CuO/Cu2O)可用作氧载体。使烟道气34的一些部分偏向至后氧化反应器25。在后氧化反应器25中，未燃烧物与CLOU颗粒释放的O2反应。CLOU颗粒的优点在于它们容易提供氧，如通过化学平衡限定。氧的平衡分压取决于反应器温度。因此，烟道气流27的O2浓度由后氧化反应器25的温度直接决定。该富含O2的烟道气流27不含未燃烧物，未燃烧物在后氧化反应器25中被氧化。在第四固体分离器29中分离出固体之后，烟道气流27可随后传输33至后氧化室60，其可进一步接收烟道气流34中绕过后氧化反应器25的部分64。在后氧化室60中，来自后氧化反应器25的O2氧化未燃烧物。在后氧化室60中氧化后，烟道气流可传输62至GPU 42，用于进一步处理，如图2指示。
通过将CLC技术的燃料反应器的烟道气流传输至另外供应有氧载体而不是纯氧或富含氧的气体的后氧化反应器，本公开提供一种用于氧化未燃烧物的有效方法。在一方面，本公开利用CLC的空气反应器来提供氧载体，用于氧化未燃烧物。在另一方面，本公开利用单独的空气反应器将氧载体供应至后燃烧反应器，使得可实施两个单独的氧载体环路循环。在另一方面，来自CLC系统的燃料反应器的烟道气流被部分传输至后氧化反应器(含有氧载体)，部分传输至后氧化室，利用在后氧化反应器中释放的氧，用于进一步氧化未燃烧物。如果后氧化室为催化室，在不存在过量的氧下，可实现未燃烧物的几乎完全氧化。
虽然各图显示采用本公开的CLC系统，但是本公开可用于氧化任何烟道气流中的未燃烧物，其中未燃烧物的氧化优选在富含氧的环境中进行。例如，在氧燃烧设备的烟道气流中的未燃烧物可根据本公开被氧化。
因此，本公开的各方面提供一种用于处理未燃烧物的有效过程，所述过程通过降低用于氧化未燃烧物通常所需的纯氧或富含氧气体生产的资金和能源需求，由此提高CO2捕集的效率，或者通过回收由氧化未燃烧物释放的热量。
虽然已参考各种示例性实施方案描述了本发明，本领域技术人员应理解的是，在不偏离本发明的范围下，可进行各种变化并且可用等价物替代本发明的要素。此外，可进行许多修改，使得在不偏离本发明的实质范围下，特定的情况或材料适应本发明的教导。因此，旨在本发明不局限于作为预期用于实施本发明的最佳方式而公开的具体实施方案，而是本发明包括落入所附权利要求范围内的所有实施方案。
Claims (12)
1.一种在化学环路燃烧系统中氧化未燃烧物的方法，所述方法包括：
将燃料(10)注入化学环路燃烧系统的燃料反应器(12)中；
将氧化的氧载体(22)注入所述燃料反应器(12)；
用由所述氧载体(22)提供的氧使所述燃料(10)氧化；
从所述燃料反应器(12)的烟道气流(26)除去固体(48，56)；
将所述燃料反应器(12)的含有未燃烧物的烟道气流(26)传输至后氧化反应器(25)；
将所述氧化的氧载体(22)注入所述后氧化反应器(25)；
使用由所述氧载体(22)提供的氧，在所述后氧化反应器(25)中氧化未燃烧物；
从所述后氧化反应器(25)的烟道气流(27)分离所述还原的氧载体(22)；
将所述还原的氧载体(22)传输至空气反应器(14)；
在注入所述空气反应器(14)中的空气(16)存在下，氧化所述还原的氧载体(22)；
从所述空气反应器(14)的烟道气流(18)分离所述氧化的氧载体(22)；
将所述氧化的氧载体(22)传输至所述后氧化反应器(25)和燃料反应器(12)，
其特征在于：
所述氧载体(22)为化学环路氧解偶联颗粒；
将所述燃料反应器(12)的烟道气流(26)的一部分(64)传输至后氧化室(60)；
将所述后氧化反应器(25)的烟道气流(27)首先传输至所述后氧化室(60)；
其中存在于传输至所述后氧化室(60)的所述燃料反应器(12)的烟道气流(26)的一部分(64)中的未燃烧物被存在于所述后氧化反应器(25)的烟道气流(27)中的氧氧化。
2.权利要求1的方法，其进一步特征在于：在分离出所述还原的氧载体(22)之后，将所述后氧化反应器(25)的烟道气流(27)传输至气体处理单元(42)。
3.权利要求1的方法，其进一步特征在于：在分离出所述还原的氧载体(22)之后，将所述后氧化反应器(25)的烟道气流(27)的一部分传输返回至所述后氧化反应器(25)。
4.权利要求3的方法，其中在再循环至所述后氧化反应器(25)之前，将所述后氧化反应器(25)的烟道气流(27)的一部分冷却。
5.权利要求1的方法，其进一步特征在于：直接冷却所述后氧化反应器(25)。
6.权利要求1的方法，其中所述氧载体(22)为金属氧化物。
7.权利要求1的方法，其中所述后氧化室(60)为催化室。
8.一种用于氧化未燃烧物的设备，所述设备包含：
接收氧化的氧载体(22)和燃料(10)的燃料反应器(12)，其中所述燃料(10)用所述氧载体(22)提供的氧来氧化；
从所述燃料反应器(12)的烟道气流(26)除去固体的第一固体分离器(28)；
接收还原的氧载体(41)和空气(16)的空气反应器(14)，其中所述还原的氧载体(41)被氧化，以产生所述氧化的氧载体(22)；
从所述空气反应器(14)的烟道气流(18)除去所述氧化的氧载体(22)的第三固体分离器(20)，其中将所述氧化的氧载体(22)提供到所述燃料反应器(12)；
后氧化反应器(25)，其接收所述燃料反应器(12)的含未燃烧物的烟道气流(26)和来自所述第三固体分离器(20)的氧化的氧载体(22)；和
从所述后氧化反应器(25)的烟道气流(27)除去所述还原的氧载体(41)的第四固体分离器(29)，其特征在于，所述设备进一步包含：
与所述烟道气流(26)和所述后氧化反应器(25)连接的后氧化室(60)，使得将所述烟道气流(64)的一部分直接传输至所述后氧化室(60)，并且将所述后氧化反应器(25)的烟道气流(27)传输至所述后氧化室(60)。
9.权利要求8的设备，其中所述后氧化室(60)为催化室。
10.权利要求8的设备，其中所述后氧化反应器(25)设置为使得所述后氧化反应器(25)的烟道气流(27)的一部分再循环返回至所述后氧化反应器(25)且其中提供换热器(39)以将所述后氧化反应器(25)的烟道气流(27)的一部分冷却，然后再循环到所述后氧化反应器(25)。
11.权利要求8的设备，其进一步特征在于换热器(37)直接冷却所述后氧化反应器(25)。
12.权利要求8的设备，其中所述氧载体(22)为金属氧化物。
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| NL2031665B1 (en) * | 2022-04-22 | 2023-11-07 | Renewable Iron Fuel Tech B V | Boiler for iron fuel combustion arrangement |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5509362A (en) * | 1992-12-11 | 1996-04-23 | Energy And Environmental Research Corporation | Method and apparatus for unmixed combustion as an alternative to fire |
| US6494153B1 (en) * | 2001-07-31 | 2002-12-17 | General Electric Co. | Unmixed combustion of coal with sulfur recycle |
| CN1969150A (zh) * | 2004-06-11 | 2007-05-23 | 阿尔斯托姆科技有限公司 | 最小化消耗氧的能量转换方法 |
| CN101802495A (zh) * | 2007-07-20 | 2010-08-11 | 福斯特能源公司 | 使用固体氧载体来燃烧碳质燃料的方法和设备 |
| FR2960943A1 (fr) * | 2010-06-02 | 2011-12-09 | Inst Francais Du Petrole | Procede integre d'oxycombustion et de production d'oxygene par boucle chimique |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0918192A1 (en) * | 1997-11-21 | 1999-05-26 | Quilldale Investments Limited | A method of disposal of waste materials |
| JPH11209117A (ja) | 1998-01-27 | 1999-08-03 | Ube Ind Ltd | 液化炭酸製造用粗製炭酸ガスの精製方法及び精製装置 |
| FR2883773B1 (fr) * | 2005-04-01 | 2007-05-11 | Alstom Sa | Dispositif de combustion produisant de l'hydrogene avec reutilisation de co2 capte |
| FR2895413B1 (fr) | 2005-12-27 | 2011-07-29 | Alstom Technology Ltd | Installation de conversion d'hydrocarbures petroliers a installation de combustion integree comprenant une capture du dioxyde de carbone |
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| EP2310478A2 (en) * | 2008-07-31 | 2011-04-20 | Alstom Technology Ltd | System for hot solids combustion and gasification |
| IT1393168B1 (it) * | 2008-09-08 | 2012-04-11 | Senneca | Impianto e processo per combustione di tipo "looping" di solidi carboniosi |
| FR2937119B1 (fr) | 2008-10-15 | 2010-12-17 | Air Liquide | Procede de production d'energie et capture de co2 |
| US8356992B2 (en) * | 2009-11-30 | 2013-01-22 | Chevron U.S.A. Inc. | Method and system for capturing carbon dioxide in an oxyfiring process where oxygen is supplied by regenerable metal oxide sorbents |
| US8404909B2 (en) * | 2009-12-09 | 2013-03-26 | Chevron U.S.A. Inc. | Method for capturing carbon dioxide from biomass pyrolysis process |
| US8486361B2 (en) * | 2010-03-11 | 2013-07-16 | Alstom Technology Ltd | System and method for generating a carbon dioxide stream |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5509362A (en) * | 1992-12-11 | 1996-04-23 | Energy And Environmental Research Corporation | Method and apparatus for unmixed combustion as an alternative to fire |
| US6494153B1 (en) * | 2001-07-31 | 2002-12-17 | General Electric Co. | Unmixed combustion of coal with sulfur recycle |
| CN1969150A (zh) * | 2004-06-11 | 2007-05-23 | 阿尔斯托姆科技有限公司 | 最小化消耗氧的能量转换方法 |
| CN101802495A (zh) * | 2007-07-20 | 2010-08-11 | 福斯特能源公司 | 使用固体氧载体来燃烧碳质燃料的方法和设备 |
| FR2960943A1 (fr) * | 2010-06-02 | 2011-12-09 | Inst Francais Du Petrole | Procede integre d'oxycombustion et de production d'oxygene par boucle chimique |
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