CN107090317B - 具有封闭的循环骤冷的部分氧化反应 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有封闭的循环骤冷的部分氧化反应，当使用固体或液体烃或碳质燃料时，适于使用完全碳捕获来实现高效率电力生产。更具体地，固体或液体燃料首先在部分氧化反应器中被部分氧化。将包含燃料气体的所得到的部分氧化的流骤冷，过滤，冷却，随后引向电力生产系统的燃烧器作为燃烧燃料。将经部分氧化的流与压缩的再循环CO2流和氧合并。燃烧流横过涡轮机膨胀以生产电力并且通过同流换热器。洗涤经膨胀和冷却的排出流，以提供再循环CO2流，将其压缩并且通过同流换热器和POX换热器，其方式可用于为组合系统提供提高的效率。

Description

具有封闭的循环骤冷的部分氧化反应
本申请是申请号为201380016235.3、申请日为2013年02月11日、发明名称为“具有封闭的循环骤冷的部分氧化反应”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及利用部分氧化反应器来实现高效率燃烧固体燃料，用于产生动力(例如电)的系统和方法。特别是，所述系统和方法可使用煤作为固体燃料。
背景技术
由燃烧燃料产生电力的常规的手段通常缺乏同时实现高效率电力生产和碳捕获和封存(CCS，carbon capture and sequestration)二者。当在燃烧反应中使用固体燃料时，该局限性被放大，因为固体和惰性氮气内含物保留在燃烧产物流中。因此，本领域持续需要用于高效率电力生产的系统和方法，允许降低CO2排放和/或改进所产生的封存的容易性。
在采用CCS的高效率电力生产领域的一篇出版物，Allam等人的美国专利申请公布2011/0179799中提供了一种方案，由此在足够高的压力和温度下操作的部分氧化反应器中，通过与氧和任选的水蒸汽反应，使固体燃料(例如煤、褐煤、石油焦或生物质)气化，以允许固体燃料基本上完全转化为主要包含一氧化碳和氢作为可燃烧组分以及燃烧衍生的杂质(例如H2S、CS2、COS、HCN和NH3)的气态燃料。将部分氧化的净产物气体冷却，将灰分分离，并且将其任选压缩，以允许其作为燃料引入到电力生产系统的燃烧室中。部分氧化系统和电力生产系统的操作压力可使得不需要压缩燃料气体。电力生产系统燃烧器使用在燃烧后存在的过量的O2操作，这样确保燃料和燃烧衍生的杂质从还原形式转化为主要包含SO2和NO的氧化形式。部分氧化反应器可提供有蒸发冷却的壁，其中在约800℃的温度水平下，在灰分去除之前，高压再循环CO2流冷却部分氧化产物气体。需要将部分氧化气体进一步冷却至约400℃，以确保所有细灰分颗粒与固化的挥发性无机组分一起被冷凝，过滤，以防止固体沉积、腐蚀和堵塞下游设备。将部分氧化气体从800℃冷却至400℃必须在换热器中发生，其中由于Boudouard碳形成反应和在部分氧化气体中的高CO分压，用于高压部分氧化气体的管耐金属尘化腐蚀。这在以下公式(1)中显示。
CO+CO＝C+CO2 (1)
管必须设计允许周期性水洗涤，以除去源自存在于固体燃料(例如煤和褐煤)中的挥发性无机组分的冷凝的固体沉积物。
尽管上述出版物是先进的，但它们描述的系统和方法仍不能提供最有利的方案解决当使用固体燃料作为电力生产燃烧燃料时出现的问题。因此，仍需要用于采用CCS的高效率燃烧固体燃料的其它系统和方法。
发明内容
本公开提供利用固体燃料并且同时实现碳捕获的用于高效率电力生产的系统和方法。特别是，所公开的系统和方法可利用其中固体燃料燃烧的部分氧化(POX)反应器，来生产包含部分氧化产物的POX流。POX流可引向燃烧器，其中至少一些部分氧化产物基本上完全氧化，以生产燃烧产物流。在某些实施方式中，POX反应器可在低于在燃烧器中的压力的压力下操作。
在具体的实施方式中，POX反应器可适于利用骤冷冷却流体。例如，可引入骤冷冷却流体，以将POX流从POX反应温度冷却至骤冷的POX流温度。在示例性实施方式中，POX反应温度与骤冷的POX流温度的比率可为约3.25或更大(例如，约3.5:1或约4:1)。作为非限制性实例，POX反应温度可为约1300℃或更大(例如，约1300℃-约1600℃)，而骤冷的POX流温度可在约200℃-约400℃的温度。通过在POX反应器中或单独的容器中与POX流直接混合，可进行骤冷冷却。
在其它实施方式中，在主要POX燃料的部分氧化期间产生的固体(例如固体灰分颗粒)可通过与气态燃料气体加上气化的骤冷流体分离而除去。或者，骤冷流体可作为另外的液相也存在于气相中，并且用作洗涤流体以除去大多数灰分颗粒。通过减慢由CO分子的反应形成固体碳的Boudouard反应，约400℃或更低的骤冷温度可用于防止金属尘化。还可优选操作骤冷系统，使得具有夹带的灰分颗粒的单相气态POX产物可通过旋风分离器和过滤器系统，以除去灰分颗粒。
在其它实施方式中，POX流和骤冷冷却流体蒸气的混合物可另外冷却至例如约100℃或更低的温度，以提供冷却的POX流。优选进行骤冷和/或冷却POX流，其方式使得回收在POX反应温度下存在于骤冷的POX流气体中的大多数可用的热量。回收的热量可例如转移至电力生产系统，以提供低温加热，其可使得电力生产系统的效率最大化，这在本文中进一步描述。在一些实施方式中，一部分或全部的的骤冷流体可与经冷却的POX流分离。回收的骤冷流体可再循环至POX反应器。
所公开的系统和方法可允许市售可得的POX反应器适于与电力生产系统有效集成。此外，所公开的系统和方法可适于分离气态产物。例如，基本上纯的H2、CO或它们的混合物可与经冷却的POX流分离。所公开的系统和方法进一步有益的是，存在于POX流中的一部分或全部的的燃料和POX-衍生的杂质可在电力生产系统的燃烧器中被氧化。随后，例如使用冷凝的水流，可除去这些杂质(例如，作为酸和盐)。
在一些实施方式中，本公开涉及一种方法，所述方法包括通过在POX反应器中与氧组合，部分氧化碳质或烃燃料。燃料可包括至少硫化合物。POX反应可得到包含至少H2、CO和H2S的燃料气体混合物。POX反应进一步可得到包含至少H2、CO、H2S、NH3和HCN的燃料气体混合物。POX系统可与电力生产系统(PPS)联用，其中可使用氧燃烧燃料气体，并且通过燃烧形成的热能可转化电力。利用组合的POX系统和PPS的方法可通过各种实施方式限定。以下提供示例性实施方式。
·在PPS中燃烧所有杂质和氧，所述杂质源自碳质或烃燃料、POX过程，而氧源自氧设备(例如，空气分离装置)，所述氧存在于来自POX系统的在骤冷冷却，固体灰分去除，和通过与来自PPS的再循环高压CO2热交换而冷却之后的POX燃料气体中。示例性杂质可为以过量的H2、CO、CH4、CO2、H2O、N2和Ar存在的杂质。
·存在于POX燃料气体中的所有可氧化的杂质可通过PPS燃烧被氧化。
·存在于POX燃料气体中的硫化合物(例如H2S、COS和CS2)可被氧化为SO2、SO3、H2O和CO2。存在于POX燃料气体中的任何NH3和HCN可被氧化为NO、NO2、H2O和CO2。
·POX过程优选在约2MPa或更大的压力下操作。
·PPS可通过利用入口压力为约10MPA或更大的涡轮机产生电力而限定。
·PPS可通过利用压力比率为约12或更低(入口:出口)的涡轮机产生电力而限定。
·POX反应可在约1300℃-约1600℃的绝热火焰温度下进行。
·至POX反应器的进料可以和在水、CO2或它们的组合中的粉末状固体燃料浆化。
·至POX反应器的进料可限定为包含粉末状固体燃料的夹带流。
·至POX反应器的进料可限定为包含液体，例如热的沥青流。
·POX反应器可适于包括内部传热部分，在约250℃或更大的温度下将辐射热转移至从PPS取出的一部分高压再循环流，并且在低于离开PPS同流换热器的高压再循环流的出口温度的温度下返回至PPS。
·通过与冷却的骤冷的POX燃料气体的再循环部分、与从经冷却的骤冷的POX燃料气体冷凝的一部分液体水、与从PPS再循环的CO2或与这三种的组合直接混合，可将POX反应的直接产物骤冷-冷却。
·在骤冷冷却POX产物之后和在进一步冷却POX燃料气体之前，可除去产生于用于POX过程的燃料的灰分。
·在骤冷冷却POX流中实现的温度可处于在或低于约400℃的温度或在BOUDOUARD反应的速度足够低，使得在POX系统或PPS的任何下游设备中不发生碳沉积或金属尘化腐蚀的温度。
·通过使用从PPS取出并且返回至PPS的加热高压再循环流体流，在骤冷冷却和灰分去除之后的POX产物可冷却至约100℃或更低的温度。
·通过在PPS燃烧器中燃烧产物与加压的再循环流混合并且将全部流通过至少一个适于发电的PPS涡轮机，可限定PPS。
·通过在约0.1MPa或更大，或者在其它实施方式中，约1MPa或更大的最终排放压力下操作一个或多个涡轮机，可限定PPS。
·通过依靠至少全部涡轮机排出流或多个流，通过使用一个或多个同流换热器加热先前压缩的高压再循环流，可限定PPS。
·通过与O2、液体H2O、NO2和NO反应，通过将SO2和SO3转化为H2SO4，可限定PPS。
·通过将NO、NO2和液体H2O转化为HNO3，可限定PPS。
·PPS酸转化可在相应于水冷凝的点的操作温度下进行，低至在同流换热器的冷端，水和酸与冷却的涡轮机排出气体分离的温度。
·可除去酸加上可溶性无机组分，用于进一步处理，该可溶性无机组分是通过与所述酸反应形成的并且任选用来自PPS燃烧器的冷凝的水稀释。
·在灰分去除后，一根或多股高压CO2再循环流体流可用于冷却骤冷的POX产物气体。
·高压CO2再循环流体流可任选包含在多于一个温度水平下从PPS取出的多于一股的流体流。
·可将多于一股的高压CO2再循环流体流在多于一个温度水平下返回至PPS。
·可从PPS取出一股流体流并且返回至PPS，作为在多于一种温度水平下的多于一股的流。
·可可从PPS取出多于一股的流体流并且返回至PPS，作为单股加热的流。
·在冷却和分离POX骤冷再循环流体后，将经冷却的净POX燃料气体产物从其离开POX系统的压力压缩至与PPS燃烧器的入口压力基本上相同的压力。
·用于冷却骤冷的POX产物气体的从PPS取出的流体流可为来自PPS的一部分加压的再循环流。
·用于POX系统的氧可具有大于90％摩尔，优选大于95％摩尔的纯度。
·部分氧化的气体可用水骤冷，生产含有至少H2、CO、CO2、一种或多种硫化合物(例如，H2S)和H2O的气体混合物。
·可使用来自PPS的两股加压的再循环气体流进行骤冷的POX燃料气体的冷却；进入POX换热器的第一再循环流的入口温度可在PPS再循环CO2压缩机的排放温度；和进入POX换热器的第二再循环CO2流的入口温度可在PPS涡轮机排出流中水露点的±20℃以内。
·包含燃料气体的POX流可用水骤冷，以生产被水蒸气饱和的POX气体，该水蒸气具有存在的过量的液体水；和在POX气体露点温度的±20℃以内的温度下，来自PPS的加压的再循环气体的两个入口流可离开POX换热器作为单股流。
·POX流可用水骤冷，以生产超过其露点温度并且低于400℃的骤冷的POX流；可加热进入POX换热器的两个入口流，并且在相应于第二入口流温度的点的温度下合并；在POX流露点温度的±20℃以内的温度下，可除去第一出口加热的流体流，而剩余的流可进一步加热，并且在约380℃-399℃的温度下离开POX换热器。
·在骤冷冷却后，可除去一部分POX燃料气体，并且通过催化转化反应器，以将CO和H2O转化为H2和CO2。
·依靠从PPS取出并且返回至PPS的再循环气体，可在骤冷的POX换热器中冷却来自转化反应器的出口气体。
·经转化的气体可与一部分未经转化的气体混合，并且进一步处理，以分离水、CO2、硫化合物、汞和其它挥发性无机组分，留下包含0.8:1-2.5:1比率的H2和CO的混合物。
·经转化的气体单独可进一步处理，以产生大于99％摩尔的纯H2流。
·在H2或H2和CO流中，硫化合物、NH3、HCN和水的含量可各自低于1ppm摩尔。
·分离装置可限定为多床变压吸附(PSA)系统。
·包含来自PSA系统的吸附的产物的来自PSA的低压废气可压缩至PPS燃烧器所需的压力，并且混合到至PPS燃烧器的全部POX燃料气体流中。
·用于主要燃料的POX的氧可在POX换热器中加热至高达350℃的温度。
·在PPS燃烧器中使用的氧可在POX换热器中加热至高达350℃的温度。
在一些实施方式中，本公开可涉及一种使用POX系统和PPS的组合用于生产电力的方法，所述方法可包括步骤：
在足以部分氧化燃料并且形成包含燃料气体的POX流的条件下，在POX反应器中合并固体或液体燃料和氧；
在约400℃或更低的温度下，在足以形成骤冷的POX流并且固化至少一部分存在于POX流中的任何熔融的固体的条件下，通过与骤冷流体合并，骤冷POX流；
处理骤冷的POX流，以除去至少一部分其中存在的任何固体；
将骤冷的POX流引向POX换热器，并且依靠冷却流，通过将骤冷的POX流冷却至约100℃或更低的温度，从骤冷的POX流取出一定量的热量，并且形成POX燃料气体流；
使POX燃料气体流通过分离器容器，并且分离至少一部分存在于POX燃料气体流中的任何水；
将POX燃料气体流压缩至约12MPa或更大的压力；
在至少约10MPa的压力和至少约800℃的温度下，在PPS燃烧器中燃烧POX燃料气体，以形成燃烧产物流(任选具有一部分过量的氧)；和
横过PPS涡轮机膨胀燃烧产物流，以产生电力和形成膨胀的PPS燃烧产物流。
在具体的实施方式中，用于生产电力的方法可通过可独立地施用于上述方法的多种特性进一步限定。例如，固体或液体燃料可为碳质燃料。在POX反应器中合并的燃料可为粉末状固体燃料的夹带流。碳质燃料尤其可为煤。煤可用水或CO2浆化。骤冷的POX流可包含灰分、熔渣或它们的组合，并且除去固体的步骤可包括使骤冷的POX流通过水洗涤器装置。除去固体的步骤可包括过滤骤冷的POX流，以将灰尘载荷降低至约4mg或更低/立方米在骤冷的POX流中的燃料气体。POX反应器可在POX温度下操作，并且POX温度与骤冷的POX流的温度的比率可为约2:1或更大。POX温度可为约1300℃-约1600℃。POX反应器可在约2MPa或更大的压力下操作。骤冷可包括使POX流与以下混合：离开换热器的经冷却的POX燃料气体流的再循环部分；从经冷却的POX燃料气体流分离的一部分水；从PPS再循环的CO2、水或它们的组合。在换热器中的冷却流可包含从PPS取出并且返回至PPS的高压再循环流体流。高压再循环流体流可为再循环CO2流体流。再循环CO2流体流可包括在PPS燃烧器中在燃烧POX燃料气体时形成的CO2。POX反应器可包含内部传热元件。内部传热元件可适于在约250℃或更大的温度下将辐射热转移至从PPS的元件取出的一部分高压再循环流。内部传热元件可适于将高压再循环流返回至PPS的元件。PPS涡轮机可具有约10MPa或更大的入口压力。PPS涡轮机可具有通过涡轮机入口与涡轮机出口的比率限定的出口压力。在一种示例性实施方式中，该比率可为约10或更低。
在其它实施方式中，使用POX系统和PPS的组合用于生产电力的方法还可包括：
使膨胀的PPS燃烧产物流通过PPS同流换热器，从而从PPS燃烧产物流取出热量并且形成冷却的PPS燃烧产物流；
任选使经冷却的PPS燃烧产物流通过水冷却器；
在PPS洗涤器中处理经冷却的PPS燃烧产物流，分离至少一种H2SO4、HNO3或水-溶解的Hg盐，并且形成再循环CO2流；和
在PPS压缩机中使再循环CO2流加压，并且形成压缩的再循环CO2流。
在具体的实施方式中，分离步骤可包括分离通过SO2、SO3、NO、NO2、H2O和O2加上冷凝的水和溶解的Hg盐的反应形成的转化产物H2SO4和HNO3。使膨胀的PPS燃烧产物流通过PPS同流换热器可将PPS燃烧产物流冷却至低于水露点的温度。进入PPS燃烧器的在POX燃料气体流中的燃料气体可包含至少一种选自H2、CO和CH4的燃料气体组分。进入PPS燃烧器的POX燃料气体流可包含与燃料气体分离并且源自固体或液体燃料、其部分氧化物，和氧的一种或多种杂质。该一种或多种杂质可包含硫化合物、NH3和HCN中的至少一种。一种或多种杂质清楚地可排除N2和氩气。基本上所有的杂质仍可存在于POX燃料气体流中并且可在PPS燃烧器中燃烧。存在于POX燃料气体流中的所有可氧化的杂质可通过在PPS燃烧器中燃烧而被氧化。来自PPS燃烧器的燃烧产物流可包含燃烧产物和至少一部分压缩的再循环CO2流的混合物。从PPS燃烧产物流取出的热量可加热至少一部分压缩的再循环CO2流。POX流可用水骤冷。水骤冷的POX流可包含至少H2、CO、CO2、H2S和H2O。在POX换热器中的冷却流可包含两股压缩的再循环CO2流。进入POX换热器的第一压缩的再循环CO2流的入口温度可基本上与从PPS压缩机排放的压缩的再循环CO2流的温度相同。进入POX换热器的第二压缩的再循环CO2流的入口温度可在膨胀的PPS燃烧产物流中的水露点的±20℃内。水骤冷的POX流可用水蒸气饱和，由此包含过量的液体水。两股压缩的再循环CO2流可在POX换热器中合并，以形成单股流。离开POX换热器的单股压塑的再循环CO2流可在POX燃料气体露点温度的约±20℃内的温度下。水骤冷的POX流可具有超过其露点温度并且低于约400℃的温度。可加热两股压缩的再循环CO2流，并且其中将两股压缩的再循环CO2流合并以形成单股流的点可在基本上相应于第二压缩的再循环CO2流的入口温度的温度。单股流可分开成为以下：第一离开的经加热和压缩的再循环CO2流，其在POX流露点温度的约±20℃内的温度下离开POX换热器；和第二离开的经加热和压缩的再循环CO2流，其在约380℃-约399℃的温度下离开POX换热器。
在另外的实施方式中，一部分骤冷的POX流可通过POX催化转化反应器引导。POX催化转化反应器可适于将CO和H2O的混合物转化为包含H2和CO2的混合物的转化反应器出口气体。依靠从PPS取出并且返回至PPS的再循环气体，转化反应器出口气体可在POX换热器中冷却。转化反应器出口气体可与一部分骤冷的POX流混合，并且可进一步处理，以分离水、CO2、硫化合物、Hg和挥发性无机化合物，以形成包含约0.8:1-约2.5:1比率的H2和CO的混合物。转化反应器出口气体可进一步处理，以形成纯度为99％或更大摩尔的纯H2流。POX流处理器可为多床变压吸附(PSA)系统。可将包含来自PSA系统的吸附的产物的来自PSA系统的低压废气压缩至PPS燃烧器压力，并且混合在进入PPS燃烧器的总燃料气体流中。用于POX反应器的氧可在POX换热器中加热至高达约350℃的温度。在PPS燃烧器中使用的氧可在POX换热器中加热至约350℃的温度。
在其它实施方式中，本公开可提供组合的POX系统和PPS，并且组合系统可用于从非气态的起始燃料生产电力(例如电)。在一些实施方式中，POX系统和PPS可包括以下元件：
POX反应器，其适于在氧存在下部分氧化液体或固体燃料，以形成包含燃料气体的POX流；
一个或多个元件，其适于使POX流与骤冷流体接触；
任选的POX洗涤器，其适于将存在于骤冷的POX流中的任何固体与POX燃料气体分离；
POX换热器，其适于依靠一部分压缩的再循环CO2流从POX燃料气体取出热量和输出冷却的POX燃料气体；
任选的分离器，其适于将任何液体水与POX燃料气体分离；
压缩机，其适于将经冷却的POX燃料气体压缩至约12MPa或更大的压力；
PPS燃烧器，其适于在约12MPa或更大的压力下，在氧和一部分压缩的再循环CO2流存在下燃烧POX燃料气体，并且形成PPS燃烧产物流；
涡轮机，其适于膨胀PPS燃烧产物流和在连接的发电机中产生电力；
同流换热器，其适于从膨胀的PPS燃烧产物流取出热量，并且将热量加入到压缩的再循环CO2流；
PPS洗涤塔，其适于将任何氧化的杂质与膨胀的PPS燃烧产物流分离，并且输出再循环CO2流；
PPS压缩机，其适于将再循环CO2流压缩至约12MPa或更大的压力，并且形成压缩的再循环CO2流；
流动元件，其适于将一部分压缩的再循环CO2流引向POX换热器；
流动元件，其适于将一部分压缩的再循环CO2流引向PPS同流换热器；和
流动元件，其适于将压缩的再循环CO2流从POX换热器引向PPS同流换热器。
附图说明
采用通用术语已这样描述了本发明，现在参考附图，附图不必然按比例绘制，其中：
图1为说明根据本公开的组合的POX系统和PPS的一个示例性实施方式的流程图，其中在POX系统中使用源自液体或固体烃或碳质燃料的部分氧化的燃料气体，PPS产生电力；
图2为说明来自图1的一部分组合系统的流程图，其中示出的部分特别显示可用于生产输出H2或H2+CO混合物的组合系统的元件；
图3为对于根据本公开的一个示例性实施方式的系统，温度相对在燃料气体换热器中转移的热量的图，该系统使用CO2煤浆料，其中用过量的水操作骤冷的POX反应，使得骤冷的POX燃料气体处于水露点温度；
图4为对于根据本公开的一个示例性实施方式的系统，温度相对在POX换热器中转移的热量的图，该系统使用CO2煤浆料，其中水骤冷的POX反应在400℃的骤冷温度下操作；
图5显示根据本公开的一个示例性实施方式，来自组合的POX系统和PPS的电力系统的ASPEN模拟的质量和热量平衡，其中模拟包括在POX反应器中使用煤/CO2浆料和利用水作为骤冷流体；和
图6显示根据本公开的一个示例性实施方式，来自组合的POX系统和PPS的电力系统的ASPEN模拟的质量和热量平衡，其中模拟包括在POX反应器中使用煤/CO2浆料和利用CO2作为骤冷流体。
具体实施方式
本发明具体实施方式如下：
第1项.使用部分氧化(POX)系统和电力生产系统(PPS)的组合生产电力的方法，所述方法包括：
在足以部分氧化燃料并且形成包含燃料气体的POX流的条件下，在POX反应器中合并固体或液体燃料和氧；
在足以在约400℃或更低的温度下形成骤冷的POX流并且固化至少一部分存在于POX流中的任何熔融的固体的条件下，通过与骤冷流体合并，骤冷POX流；
处理所述骤冷的POX流，从而除去至少一部分其中存在的任何固体；
将所述骤冷的POX流引向POX换热器，并且通过依靠冷却流将骤冷的POX流冷却至约100℃或更低的温度，从所述骤冷的POX流取出一定量的热量，和形成POX燃料气体流；
使所述POX燃料气体流通过分离器容器，并且分离至少一部分存在于POX燃料气体流中的任何水；
将所述POX燃料气体流压缩至约12MPa或更大的压力；
在至少约10MPa的压力和至少约800℃的温度下，在PPS燃烧器中燃烧POX燃料气体，从而形成燃烧产物流；和
横过PPS涡轮机膨胀所述燃烧产物流，从而产生电力和形成膨胀的PPS燃烧产物流。
第2项.第1项的方法，其中所述固体或液体燃料为碳质燃料。
第3项.第2项的方法，其中在所述POX反应器中合并的所述燃料为粉末状固体燃料的夹带流。
第4项.第2项的方法，其中所述碳质燃料为煤。
第5项.第4项的方法，其中所述煤用水或CO2浆化。
第6项.第4项的方法，其中所述骤冷的POX流包含灰分、熔渣或它们的组合，并且其中所述除去固体的步骤包括使所述骤冷的POX流通过水洗涤器装置。
第7项.第4项的方法，其中所述除去固体的步骤包括过滤所述骤冷的POX流，从而降低灰尘载荷至约4mg或更低/立方米在所述骤冷的POX流中的燃料气体。
第8项.第1项的方法，其中所述POX反应器在POX温度下操作，并且其中所述POX温度与所述骤冷的POX流的温度的比率为约3.25或更大。
第9项.第8项的方法，其中所述POX温度为约1300℃-约1600℃。
第10项.第1项的方法，其中所述POX反应器在约2MPa或更大的压力下操作。
第11项.第1项的方法，其中骤冷包括使所述POX流与以下物质混合：离开所述换热器的经冷却的POX燃料气体流的再循环部分；从所述经冷却的POX燃料气体流分离的一部分水；来自PPS的一部分CO2再循环流；或它们的组合。
第12项.第1项的方法，其中在所述换热器中的冷却流包含从PPS取出并且返回至PPS的高压再循环流体流。
第13项.第12项的方法，其中所述高压再循环流体流为再循环CO2流体流。
第14项.第13项的方法，其中所述再循环CO2流体流包含在PPS燃烧器中在燃烧POX燃料气体时形成的CO2。
第15项.第1项的方法，其中所述POX反应器包括内部传热元件。
第16项.第15项的方法，其中所述内部传热元件适于在约250℃或更大的温度下将辐射热转移至从PPS的元件取出的一部分高压再循环流。
第17项.第16项的方法，其中所述内部传热元件适于将所述高压再循环流返回至PPS的元件。
第18项.第1项的方法，其中所述涡轮机的入口压力为约10MPa或更大。
第19项.第18项的方法，其中所述涡轮机具有限定为涡轮机入口与涡轮机出口的比率的出口压力，所述比率为约12或更低。
第20项.第1项的方法，其中所述用于POX反应器的氧的纯度为约90％摩尔或更大。
第21项.第20项的方法，其中所述用于POX反应器的氧的纯度为约95％摩尔或更大。
第22项.第1项的方法，所述方法还包括：
使膨胀的PPS燃烧产物流通过PPS同流换热器，从而从PPS燃烧产物流取出热量并且形成冷却的PPS燃烧产物流；
任选使经冷却的PPS燃烧产物流通过水冷却器；
在PPS洗涤器中处理所述经冷却的PPS燃烧产物流，至少分离H2SO4、HNO3或Hg，并且形成再循环CO2流；和
在PPS压缩机中使所述再循环CO2流加压，并且形成压缩的再循环CO2流。
第23项.第22项的方法，其中使膨胀的PPS燃烧产物流通过PPS同流换热器将PPS燃烧产物流冷却至低于水露点的温度。
第24项.第22项的方法，其中进入所述PPS燃烧器的在所述POX燃料气体流中的所述燃料气体包含至少一种选自H2、CO和CH4的燃料气体组分。
第25项.第24项的方法，其中进入所述PPS燃烧器的所述POX燃料气体流包含与燃料气体分离并且源自所述固体或液体燃料的一种或多种杂质、其部分氧化物，和氧。
第26项.第24项的方法，其中所述一种或多种杂质包含硫化合物、NH3和HCN中的至少一种。
第27项.第25项的方法，其中基本上所有的杂质仍存在于POX燃料气体流中，并且在PPS燃烧器中燃烧。
第28项.第26项的方法，其中存在于所述POX燃料气体流中的所有可氧化的杂质通过在PPS燃烧器中燃烧而被氧化。
第29项.第22项的方法，其中所述来自PPS燃烧器的燃烧产物流包含燃烧产物和至少一部分所述压缩的再循环CO2流的混合物。
第30项.第22项的方法，其中所述来自PPS燃烧产物流的取出的热量加热至少一部分所述压缩的再循环CO2流。
第31项.第22项的方法，其中所述POX流用水骤冷。
第32项.第31项的方法，其中所述水骤冷的POX流包含至少H2、CO、CO2、H2S和H2O。
第33项.第32项的方法，其中所述在POX换热器中的冷却流包含两股所述压缩的再循环CO2的流。
第34项.第33项的方法，其中进入所述POX换热器的第一压缩的再循环CO2流的入口温度与从所述PPS压缩机排放的压缩的再循环CO2流的温度基本相同。
第35项.第33项的方法，其中进入所述POX换热器的第二压缩的再循环CO2流的入口温度在所述经膨胀的PPS燃烧过程流的水露点的±20℃范围内。
第36项.第35项的方法，其中所述水骤冷的POX流被水蒸气饱和，从而包含过量的液体水。
第37项.第36项的方法，其中所述两股压缩的再循环CO2流在POX换热器中合并，从而形成单股流。
第38项.第37项的方法，其中离开所述POX换热器的单股压塑的再循环CO2流在POX燃料气体露点温度的约±20℃内的温度下。
第39项.第37项的方法，其中所述水骤冷的POX流的温度超过其露点温度并且低于约400℃。
第40项.第39项的方法，其中将所述两股压缩的再循环CO2流加热，并且其中将所述两股压缩的再循环CO2流合并以形成单股流的点处于基本上相应于第二压缩的再循环CO2流的入口温度的温度。
第41项.第40项的方法，其中将所述单股流分开成为：
第一离开的经加热和压缩的再循环CO2流，其在POX流露点温度的约±20℃内的温度下离开所述POX换热器；
和第二离开的经加热和压缩的再循环CO2流，其在约380℃-约399℃的温度下离开所述POX换热器。
第42项.第22项的方法，其中所述POX流被CO2和任选的一部分燃料气体骤冷。
第43项.第42项的方法，其中所述CO2骤冷的POX流包含至少H2、CO、CO2、H2S和H2O。
第44项.第43项的方法，其中在所述POX换热器中的冷却流包含一股压缩的再循环CO2流。
第45项.第44项的方法，其中进入所述POX换热器的压缩的再循环CO2流的入口温度与从所述PPS压缩机排放的压缩的再循环CO2流的温度基本相同，并且离开所述POX换热器的单股压缩的再循环CO2流在POX燃料气体露点温度的约±20℃内的温度下。
第46项.第22项的方法，其中至少一部分水骤冷的POX燃料气体进入催化转化反应器，该反应器适于将CO和H2O的混合物转化为包含H2和CO2的混合物的转化反应器出口气体。
第47项.第46项的方法，其中依靠从PPS取出并且返回至PPS的高压再循环CO2气体，在所述POX换热器中冷却所述转化反应器出口气体。
第48项.第47项的方法，其中在所述POX换热器中冷却所述转化反应器出口气体并且将其与已在所述换热器中冷却的一部分所述骤冷的POX流混合，并且进一步处理，以分离水、CO2、硫化合物、氮化合物和Hg，从而形成包含约0.8:1-约2.5:1比率的H2和CO的混合物。
第49项.第48项的方法，其中将所述冷却的转化反应器出口气体进一步处理，从而形成纯度为99摩尔％或更大的纯H2流。
第50项.第48项的方法，其中所述POX催化转化反应器为多床变压吸附(PSA)系统。
第51项.第50项的方法，其中包含来自PSA系统的吸附的产物的来自PSA系统的低压废气被压缩至PPS燃烧器压力，并且混合到进入PPS燃烧器的总燃料气体流中。
第52项.第22项的方法，其中用于所述POX反应器中的氧在所述POX换热器中被加热至高达约350℃的温度。
第53项.第22项的方法，其中在所述PPS燃烧器中使用的氧在所述POX换热器中被加热至约350℃的温度。
第54项.一种合并的部分氧化(POX)系统和电力生产系统(PPS)，其包括：
POX反应器，其适于在氧存在下部分氧化液体或固体燃料，从而形成包含燃料气体的POX流；
一个或多个元件，其适于使所述POX流与骤冷流体接触；
任选的POX洗涤器，其适于将存在于该骤冷的POX流中的任何固体与POX燃料气体分离；
任选的过滤装置，其适于将固化的灰分颗粒与单相骤冷的POX燃料气体流分离；
POX换热器，其适于依靠一部分压缩的再循环CO2流从POX燃料气体取出热量和输出冷却的POX燃料气体；
任选的分离器，其适于将任何液体水与所述POX燃料气体分离；
压缩机，其适于将所述经冷却的POX燃料气体压缩至约10MPa或更大的压力；
PPS燃烧器，其适于在约10MPa或更大的压力下，在氧和一部分压缩的再循环CO2流存在下燃烧POX燃料气体，并且形成PPS燃烧产物流；
涡轮机，其适于膨胀所述PPS燃烧产物流和在连接的发电机中产生电力；
同流换热器，其适于从膨胀的PPS燃烧产物流取出热量，并且将热量加入到所述压缩的再循环CO2流；
PPS洗涤塔，其适于将H2SO4、HNO3和水-溶解的Hg盐中的一种或多种与所述膨胀的PPS燃烧产物流分离，并且输出再循环CO2流；
PPS压缩机，其适于将再循环CO2流压缩至约10MPa或更大的压力，并且形成压缩的再循环CO2流；
流动元件，其适于将一部分所述压缩的再循环CO2流引向所述POX换热器；
流动元件，其适于将一部分所述述压缩的再循环CO2流引向所述PPS同流换热器；和
流动元件，其适于将所述压缩的再循环CO2流从所述POX换热器引向所述PPS同流换热器。
现通过参考各种实施方式在下文将更充分地描述本发明。提供这些实施方式，使得本公开充分和完整，并且向本领域技术人员充分表达本发明的范围。实际上，本发明可以许多不同的形式体现，并且不应看作是局限于本文陈述的实施方式；而是，提供这些实施方式，使得本公开满足适用的法律要求。除非另外明确指出，否则在说明书和在所附权利要求书中使用的单数形式“一个”、“一”、“该”包括复数对象。
本公开的系统和方法适于实现部分氧化(POX)碳质燃料，特别固体燃料和/或液体燃料。可根据本公开使用的燃料的非限制性实例包括煤、褐煤、石油焦炭、沥青、生物质、海藻、木材、分级的可燃烧固体废物垃圾、沥青、用过的轮胎、原油、含有液体燃料的其它灰分等。
在各种实施方式中，本公开的系统和方法适于使用氧(优选基本上纯的O2)部分氧化燃料，以产生可用作燃料气体的流。部分氧化可在POX反应器中进行。在具体的实施方式中，空气分离装置或其它氧设备可用于本公开的系统和方法。可将来自设备的氧引向POX反应器。在一些实施方式中，氧可首先通过换热器，以提高进入POX反应器的氧的温度。来自空气分离设备的氮也可掺入到所述系统和方法中。例如，干的N2可通过粒化固体燃料的破碎机并由此部分干燥粒状燃料。粒状燃料可在第二破碎机中进一步破碎至优选约500微米或更低，约250微米或更低，或约100微米或更低的粒径。可将小颗粒燃料引向混合机，以使用打浆介质形成浆料。浆料介质可包含CO2，优选其压力为约3.5MPa或更大，约5MPa或更大，或约8.5MPa或更大。CO2浆料介质中的CO2优选可在约5℃-约40℃，约10℃-约30℃，或约12℃-约25℃的温度下。CO2浆料介质中的CO2的密度可为约500kg/m3-约1000kg/m3，约600kg/m3-约900kg/m3，或约700kg/m3-约800kg/m3。浆料介质可替代性地包含水或CO2和水的组合。用于POX反应器的固体燃料浆料可包含约25％-约75％，约30％-约70％，或约40％-约60重量％固体燃料。粒状燃料浆料随后在POX反应器中与氧合并，其优选包含约90％摩尔或更大，约95％摩尔或更大，约97％摩尔或更大氧。POX反应器优选在约4.5-约8.5MPa的压力和约1450℃的温度下操作；然而，温度和压力可为温度和压力范围的任何组合，如关于离开POX反应器的POX流的性质本文另外公开的。
在POX反应器中部分氧化碳质燃料形成POX流，这可在其组分方面定义。特别是，POX流可包含燃料气体和一种或多种杂质(可氧化的杂质和非可氧化的杂质)。燃料气体可包含氢、一氧化碳或它们的组合。源自初始的POX燃料(固体或液体烃或碳质材料)或部分氧化反应的示例性杂质包括，例如，H2S、COS、CS2、HCN、NH3和Hg。源自其中生产POX流的POX反应器的流可用冷却流体骤冷。这可导致冷却流体部分气化，以生产燃料气体，该燃料气体包含与该燃料气体混合的气化的冷却流体。可使用过量的骤冷冷却流体，得到液体冷却流体和蒸气燃料气体加上气化的冷却流体的混合物作为得自POX反应器的产物。经冷却的POX流可经历分离，使得可除去固体(例如，固体灰分颗粒)。固体特别可在具有与燃料气体混合物分离的液体冷却流体的混合物中除去。任何剩余的细灰分颗粒可通过下游冷却流体洗涤塔接着通过烛式过滤器等除去。或者，骤冷可导致具有夹带的灰分颗粒的气相，其在旋风分离器和过滤器的组合中除去。在骤冷冷却之前，经冷却的POX流随后可在换热器中冷却，以回收至少一部分存在于POX流中的可用的热量。特别是，与燃料气体混合的大多数气化的冷却流体可冷凝，并且热量可主要转移至高压再循环流，以降低在电力生产系统中在同流换热器的热端的温差。这可特别有益于提高电力生产系统的总效率，该电力生产系统单独使用或与POX系统组合。可在小于或等于在燃烧器中进一步燃烧燃料气体用于电力生产所需的压力的压力下生产POX流(即，燃料气体流)。例如，燃烧器和可与本公开的系统和方法组合的相关的电力生产循环描述于美国申请公布2011/0179799中，其公开的内容通过引用而全文结合到本文中。这样的燃烧器和相关的电力生产循环在本文中可称为“净电力系统”。净电力系统的过程主要使用CO2作为工作流体实现发电。特别是，该方法使用高压/低压比率涡轮机，该涡轮机使得燃烧燃料产生的燃烧产物和高压再循环CO2流的混合物膨胀。在燃烧过程中纯氧可用作氧化剂。热的涡轮机排气用于部分预热高压再循环CO2流。还使用源自O2生产设备的空气进料的压缩能加热净电力系统的再循环CO2流。分离所有燃料和燃烧衍生的杂质，例如硫化合物、NO、NO2、CO2、H2O、Hg等，用于处置，而不排放至大气。
本公开的系统和方法特别具有的特征为POX系统和电力生产系统(PPS)的组合。净电力系统为可根据本公开使用的PPS的实例。特别是，可将POX燃料气体流引入到PPS燃烧器，作为用于燃烧器的一部分或全部的燃料流。在高压燃烧循环中，来自POX流的燃料气体通常必须压缩至在电力生产系统燃烧器中所需的高压。例如，POX燃料气体流可在压缩机中压缩至约10MPa或更大，约15MPa或更大，约20MPa或更大，或约25MPa或更大的压力。在其它实施方式中，该压力可为约8MPa-约50MPa，约15MPa-约45MPa，或约20MPa-约40Mpa。
起源于氧与固体或液体燃料的反应的POX燃料气体流可包含不同量的固体和熔融的固体，在将POX燃料气体流引入到PPS燃烧器中之前，必须除去这些固体。具体地，POX燃料气体流可按需骤冷和冷却至其中可除去灰分和其它固体材料的温度。这是有益的，以防止在POX系统和PPS中下游污染设备。在冷却POX燃料气体流期间释放的热量可转移至电力生产系统，使得电力生产系统的总效率最大化。特别是，在冷却燃烧产物流之后和在再循环CO2流体输入返回至电力生产系统的燃烧器之前，该热量可用于部分加热至少一部分在电力生产中循环的再循环CO2流体。特别是，在压缩再循环CO2流体之后，可将该热量加入到再循环CO2流体。依靠在相同或不同的换热器中冷却POX流，任选还可加热POX反应器和/或电力生产系统燃烧器所需的氧。
POX反应器可适于提供具有约1200℃或更高，约1300℃或更高，或约1400℃或更高温度的输出POX燃料气体流。更特别是，该温度可为约1000℃-约2000℃，约1200℃-约1800℃，或约1300℃-约1600℃。在各种实施方式中，一个或多个步骤可用于冷却POX流(因此，冷却用于输入至其它燃烧器的燃料气体)，优选冷却至约环境温度。
在一个步骤中，在如上所述的温度下刚刚离开POX反应器的POX流可骤冷至较低的温度。骤冷将温度降低至优选400℃或更低，这是BOUDOUARD反应的速度低到以至于不发生碳形成或金属尘化腐蚀的区域。骤冷至400℃或更低的温度用于冷凝挥发性金属盐，以便随后除去。骤冷的步骤可适于将POX流的温度降低至较低的温度，其可通过关于POX反应温度的比率来限定。在具体的实施方式中，POX反应温度与骤冷的POX流的温度的比率可为约3.25:1或更大，约3.5:1或更大，或约4:1或更大。更特别是，POX流与骤冷的POX流的温度比可为约3.25:1-约6:1，约3.75:1-约5.5:1，或约4:1-约5:1。在具体的实施方式中，骤冷的POX流的温度可为约400℃或更低，约350℃或更低，或约300℃或更低。在具体的实施方式中，该温度可为约200℃-约400℃，约225℃-约375℃，或约250℃-约350℃。骤冷可通过将POX流与一股或多股骤冷流体混合而进行。可根据本公开使用的骤冷流体的非限制性实例包括再循环的POX产物的流(即，已冷却至骤冷流体温度，随后在POX气体换热器中冷却，接着液体水分离的至少一部分POX产物)、在骤冷流体温度下的水、液体CO2、它们的混合物等。可用的骤冷流体温度可为约150℃或更低，约100℃或更低，约75℃或更低，或约60℃或更低。骤冷的流体温度特别可为约10℃-约150℃，约15℃-约100℃，或约20℃-约75℃。或者骤冷的流体可依靠冷却骤冷的POX气体或通过其它手段预热至接近低于POX骤冷温度通常约20℃的温度。在使用水骤冷的实施方式中，一部分水可气化，因此得到燃料气体、水蒸汽和液体水部分的混合物，这样洗涤出大部分灰分颗粒。全部液体和蒸气的温度由用于POX反应器的压力和用于骤冷的液体水的量决定。
可提供其它步骤，用于将任何液体水和大部分任何灰分颗粒或其它固体与骤冷的POX流蒸气分离。除去固体可使用任何常规的分离或过滤手段进行。合适的固体去除部件的非限制性实例包括旋风分离器过滤器、沉降池、烛式过滤器、袋式过滤器、液体洗涤塔等。在一些实施方式中，分离器可在POX反应器的较低部分中提供。分离的蒸气通常可引入到逆流水洗涤塔的基底，以除去其它痕量的粒状灰分。清洁的POX燃料气体加上蒸汽流可随后任选通过气体过滤器，例如烛式过滤器，以确保在用于冷却燃料气体的换热器中或在PPS的下游没有颗粒沉积。在一些实施方式中，液体CO2流可用作骤冷流体。在这种情况下，在骤冷后，全部流可由具有夹带的固体颗粒的单一蒸气相组成。用于骤冷的液体CO2的量可使得骤冷的流的温度为约200℃-约400℃。灰分可在一系列上述过滤器中除去。在其它实施方式中，在水分离后，经冷却的分离的燃料气体流可用作一部分或全部的骤冷流体。在各种实施方式中，优选的骤冷方法可使用水。该系统还可使用水和CO2的混合物，其中水的量足以在骤冷后生产足够的液体水，以洗涤出大部分灰分颗粒。
在又一步骤中，骤冷的POX流(优选在过滤固体后)可冷却至接近环境温度。因此，所公开的系统和方法可包括一个或多个适于热交换的元件。特别是，换热器可适于将热量从骤冷的POX流转移至用于电力生产系统的高压CO2再循环流的一个或多个部分。例如，热量可转移至从CO2再循环压缩机排放取出的高压CO2再循环流和/或转移至用于电力生产循环的同流换热器中的一个或多个适当的点。用于将热量注入PPS同流换热器的温度和从PPS同流换热器取出以在骤冷的燃料气体冷却器中加热的流的数量和入口温度的选择可通过改变热量回收过程来决定，以确保热量回收处于与经济的换热器尺寸一致的最大温度水平。
用于POX反应器的固体燃料可采用多种形式提供。在以上提到的实施方式中，固体燃料可以粒状形式提供，优选细粉末状态并且可用浆料介质浆化。在优选的实施方式中，浆料介质可包含，例如，水、液体CO2和它们的组合。液体CO2可至少部分由来自电力生产系统的再循环的CO2形成。与使用不同的浆料介质例如水(例如，冷凝并且从电力生产系统分离的水)相比，使用CO2作为打浆流体特别可用于降低使通向POX反应器范围的POX燃料进料的温度升高所需的热量。虽然CO2可为优选的打浆介质，在本公开的某些实施方式中，视需要仍可使用其它材料，包括水，并且可导致可接受的效率损失。用于POX反应器的碳质燃料可为液体，例如加热的沥青，在这种情况下，不需要打浆流体。
当使用CO2或水作为打浆介质时，离开POX反应器的POX流的组成可具有高的一氧化碳(CO)浓度和分压。在这样的实施方式中，可特别期望确保POX流的骤冷适于冷却所述流并由此形成具有小于400℃的温度的骤冷的POX流。提供这样的温度降可特别限制BOUDOUARD反应电力学至足够低的状态，使得在POX流换热器中碳不沉积，并且使得在下游设备中不能发生金属尘化腐蚀。
与特定的实施方式相关，本公开的系统和方法可包括至少与POX燃料进料和POX热交换的组合相关的以下四组操作条件：CO2燃料浆料与CO2骤冷；CO2燃料浆料与水骤冷；水燃料浆料与水骤冷；以及水燃料浆料与CO2骤冷。然而，应理解的是，基于利用其它打浆介质和/或其它骤冷流体，可产生其它组合。此外，燃料浆料介质可为水和CO2的组合。同样，骤冷流体可为水和冷却的POX流的组合。
在灰分去除后，通过在换热器中冷却骤冷的POX流释放的热量可转移至从电力生产系统取出的高压CO2再循环流的一个或多个部分。骤冷流体可为在液体水分离之后离开POX换热器的冷却端的再循环的POX燃料气体，或者其可为经冷凝和分离的水。其还可为燃料气体和水的组合。更进一步，其可为再循环的CO2，或燃料气体或水或二者与CO2的组合。在一些实施方式中，骤冷流体的来源可特别相关。利用CO2打浆介质的实施方式可导致源自氢的水和存在于固体燃料进料(例如，煤)中的水的净产生。因此可处理经分离的液体水，以分离溶解于水中的易燃组分。这些经分离的易燃物质可压缩并且返回至电力生产系统燃烧器。清洁的水流随后可再循环至固体燃料打浆系统或POX骤冷系统，并且任何过剩的水可送至电力生产系统，其中其可用于稀释在电力生产系统中在水分离阶段处产生的任何H2SO4/HNO3酸，如在美国专利申请公布2011/0179799中描述的。在其中用水使固体燃料浆化的实施方式中，存在于高温POX流中的水可与通过在固体燃料中碳的部分氧化生产的CO反应，以生产氢气和一氧化碳。这些可以约1:1H2和CO体积的比率存在。
在转化反应中水的这种消耗可指示水缺乏，并且在电力生产系统中生产的水随后可返回至POX系统，以生产固体燃料煤浆料，因此补充该消耗。净冷却的POX流(即，燃料气体流)随后可压缩至用于在电力生产燃烧器中燃烧所需的压力。在各种实施方式中，本公开的系统和方法可适于生产内部骤冷流体，以便与离开POX反应器的高温POX流一起使用。这可由POX反应、固体去除、热交换冷却和水分离的序贯步骤引起。来自POX流的净燃料气体量可压缩并且递送至具有相对高浓度的易燃气体(例如，H2和CO)并且具有确保在电力生产系统燃烧器中可用的燃烧条件的电力生产系统燃烧器。
在一些实施方式中，本公开的POX反应器可适于在高于在电力生产系统燃烧器中的压力的压力下操作。电力生产系统燃烧器特别可使用CO2作为在系统中连续再循环的工作流体。优选，如本文描述的，POX流可使用冷却的POX流或水作为骤冷介质经由热交换而骤冷和冷却，并且经冷却的POX流(即，燃料气体)可用于电力生产系统，而无需进一步压缩。POX反应器可包含适于燃烧碳质燃料的任何反应器，特别是其中燃料仅部分氧化，特别是其中反应器适于在大于电力生产系统燃烧器的操作压力的压力下起作用，如本文所描述的。在示例性、非限制性实施方式中，POX燃烧器可利用蒸发冷却，其中冷却流体(例如CO2)通过围绕POX燃烧室的多孔蒸发层，这特别可用于防止灰分碰撞和附聚。可与本公开的POX反应器一起使用的蒸发冷却的示例性实施方式描述于Palmer等人的美国专利申请公布2010/0300063、Palmer等人的美国专利申请公布2011/0083435和Palmer等人的美国专利申请公布2012/0073261，它们通过引用而全文结合到本文中。
在其它实施方式中，本公开的POX反应器可适于在低于电力生产系统燃烧器的压力的压力下操作。在这样的实施方式中，在电力生产系统燃烧器中用作燃料的POX流可在进入电力生产系统燃烧器之前被压缩。POX反应器可包含任何市售可得的系统。根据本公开可用的市售可得的系统的非限制性实例包括Shell干粉末状煤进料夹带流动反应器、GE/Texaco骤冷反应器、Siemens冷却筛骤冷反应器或类似的系统。可用的POX反应器可包括从POX燃烧器吸收辐射热的内部传热部分。在这样的实施方式中，可加热来自电力生产系统的一部分高压再循环的CO2流，并且在较高的温度下返回至PPS系统。例如，在约400℃或更高的温度下再循环的CO2可在POX反应器内加热至约450℃-约600℃的温度，并且在电力生产系统中返回至同流换热器，在这里其可与另一部分高压再循环CO2流在类似的温度下再混合。
根据本公开的POX反应器与电力生产系统的组合可提供多个可用的方面。作为一个实例，组合可定义为杂质(例如来自煤或其它固体燃料和来自燃料的部分氧化)可保留在进入电力生产系统燃烧器的冷却的高压POX流中。这样的杂质可包含H2S、COS、CS2、HCN、NH3、Hg。这些杂质和其它杂质可在电力生产系统燃烧器中氧化，以形成例如SO2、CO2、N2、NO和Hg，随后可从电力生产系统除去。例如，从电力生产系统燃烧器出口流冷凝的水流可为包含HNO3、H2SO4和溶解的无机盐中的一种或多种的酸性流，例如在美国专利申请公布2011/0179799中描述的。
鉴于能除去可能的污损反应产物，通过POX反应器而不是直接通过电力生产系统燃烧器处理固体燃料可特别可用。例如，离开POX反应器的POX流可骤冷至约400℃或更低的温度或可用于确保可除去源自煤(或由煤或其它固体燃料引起的其它熔融的杂质)的灰分为固体形式的其它温度。优选，固体杂质可除去至非常低的浓度和足够低的粒度，以基本上防止堵塞和/或腐蚀电力生产系统的部件，例如换热器、涡轮机、压缩机等。
除了前述以外，骤冷来自POX反应器的POX流可适于提供骤冷的POX流低于本文限定的温度，并且足够低，以确保在固体燃料中任何无机组分的蒸气相浓度同样足够低，以基本上防止在电力生产系统的一个或多个部件沉积。例如，煤的部分氧化可生产一种或多种碱金属盐，包括NaCl、CaSO4和KCl，其可如本文讨论的除去。骤冷的POX流的温度上限还可适于确保BOUDOUARD反应足够缓慢，以基本上防止在电力生产系统中在任何换热器或其它部件中碳沉积和/或金属尘化腐蚀。
本公开的系统和方法可适于提供回收在冷却POX流期间释放的基本上所有的热量，优选冷却至接近环境温度，并且在电力生产系统中在再循环的高压CO2流中回收热量。该另外的加热特别可在较低的温度水平下在电力生产系统的同流换热器中提供。采用这种方式输入另外的热量可对电力生产系统的总效率提供显著的积极效果。该效果是由于与400℃-800℃的较高的温度范围和在电力生产系统的同流换热器中冷却的涡轮机排出流的较低的比热相比，在50℃-400℃的较低的温度范围，高压再循环CO2流高得多的比热。该显著的差异意味着在50℃-400℃温度范围内，在同流换热器中需要显著的另外的额外的热量，以加热再循环CO2流。得自在POX流换热器中的骤冷的POX流的另外的热量提供有效量的另外的热量用于电力生产系统燃烧器，这基本上等同于当燃烧燃料气体本身时释放的热量。
在其中使用再循环水流将POX反应器骤冷至饱和的各种实施方式中，用于将骤冷的POX流冷却至接近环境温度的温度-热量释放曲线显示当源自骤冷水的气化的水蒸汽开始冷凝时，大的初始热量释放。当POX流冷却时，每单位温度降的该热量释放逐步降低。所述效果需要两股单独的从电力生产系统高压再循环流取出的高压再循环CO2流，用于从冷却骤冷的POX流回收热量。在一些实施方式中，第一高压再循环CO2流可在约45℃-约70℃温度下从CO2再循环压缩机排放中取出。第二高压再循环CO2流可在同流换热器中与涡轮机排出冷却流的露点接近的低温度点处从高压再循环流中取出。当其水内含物开始冷凝时，这两股流共同可提供来自冷却骤冷的POX流的大的初始热量释放，使得在最高可能的温度水平下可有效转移返回至高压CO2再循环流(参见图3)。在其中POX流一开始骤冷至约400℃的实施方式中，存在在约400℃至骤冷的POX流的水露点之间的冷却范围，并且与低于POX流的水露点的温度范围相比，该范围可需要较低流量的再循环高压CO2以有效除去可得自骤冷的POX流的这部分热量。这可通过在接近和/或低于骤冷的POX流的水露点温度的点处除去一部分加热高压再循环CO2流而完成，而剩余的部分在接近和/或低于骤冷温度的温度(例如，约400℃)下除去(参见图4)。在与同流换热器中高压再循环CO2的主体流相应的温度点处，加热的高压再循环CO2流随后可返回至同流换热器。在各种实施方式中，可提供两股流的选项，以在POX冷却换热器中与单股返回流合并。在一些实施方式中，可使用多于两股的高压再循环流体的流。
在一些实施方式中，在骤冷和灰分去除后，在约250℃-约400℃的温度下，从POX反应器取出的燃料气体可主要包含H2、CO、CO2和H2O。可取出该燃料气体流的一部分用于生产纯H2、CO或其具有不同H2与CO比率的组合。大规模H2生产的典型的应用可为例如在精炼厂中加氢-脱硫和加氢裂化，潜在地作为交通工具燃料。H2和CO混合物的典型的应用可为例如费-托烃液体生产(例如，具有约2.2H2:CO比率)和甲醇生产(例如，具有约2.0H2:CO比率)。在每一种情况下，H2:CO比率必须从在POX燃料气体流中约1或更低的比率提高，其中该比率取决于使用CO2或水作为用于固体燃料的打浆介质。在POX产物气体中具有更多水的基于水的浆料导致显著部分的CO转化为H2和CO2，得到恰好低于1的H2:CO比率。基于CO2的浆料具有低得多的H2:CO比率。其可用于使至少一部分经分离的骤冷的POX燃料气体流通过催化转化反应器，以通过与水蒸汽反应将CO转化为H2，如以下在公式(2)中显示的。
CO+H2O＝H2+CO2 (2)
这可在灰分去除后使用在约250℃-约400℃的温度下取出的一部分燃料气体和通过使用硫耐受的CO转化催化剂(例如在转化反应器中基于钴的催化剂)而完成。富含H2的一部分燃料气体可随后在单独的通道中通过POX换热器冷却。在放热转化反应中释放的热量可转移至PPS中。出口转化的气体随后可与一部分剩余的冷却的POX流混合，并且合并的流可通过多床变压吸附器，该吸附器设计用于以所需的H2:CO比率分离H2和CO作为单一的非吸附的组分，而吸附的组分可含有所有的硫化合物、HCN、NH3、Hg、CO2、H2O和大多数CH4。该非吸附的级分还可含有一些源自煤(或其它固体或液体燃料)的N2和Ar和用于POX反应器的氧。这些惰性组分优选低于总浓度的5％，这对于费-托和甲醇反应器二者的气体进料可接受的。如果需要纯H2生产，仅将经转化的冷却的气体进料至PSA。其中所有煤和POX衍生的杂质为还原形式的来自PSA的接近大气压的废气将被压缩并且返回至剩余的POX燃料气体，用于PPS燃烧。
参考图1描述其中采用部分氧化固体燃料的电力生产系统的一种实施方式，其中以煤进料流21形式提供固体燃料，以在POX反应器4中部分氧化。将煤流21破碎并且在大的颗粒破碎机1中部分干燥，该破碎机也进料包含在约82℃(180°F)的温度下从空气分离装置6取出的N2的干燥氮气流23，从空气进气流62生产氧气流32和60和氮气流23。优选，依靠在PPS中离开同流换热器的富含CO2的涡轮机排气的较高温度流，可加热干燥氮气流23。在小颗粒破碎机2中将流24中的煤进一步破碎至优选约250微米或更低的粒径，以提供颗粒状煤流25，将其引向浆料混合机3。在浆料混合机3中，将颗粒状煤与CO2浆料介质流29混合，该介质流优选压力为约8.5MPa或更大。在该实施方式中，在CO2浆料介质流29中的CO2在约17℃的温度下。在CO2浆料介质流29中的CO2的密度为约865kg/m3。在与CO2混合之前，在闭锁料斗系统中或通过其它手段将粉末状煤的压力提高至8.5MPa的压力。煤/CO2浆料流26离开浆料混合机3，并且优选包含约45重量％煤。或者，浆料介质可为水流。粉末状煤注射系统还可设置作为干燥进料系统，其中粉末状加压的煤夹带在氮气流中并且进料至POX燃烧器。随后将浆料流26泵送至POX反应器4，在这里其与氧气流56合并，该氧气流优选包含97％摩尔或更大氧浓度。POX反应器4优选在约8.5MPa的压力和约1400℃的温度下操作；然而，与离开POX反应器的POX流的性质相关，温度和压力可为本文另外公开的温度和压力范围的任何组合。因此可调节用于制备煤浆料的条件。
POX反应器4适于部分氧化煤并且形成POX流，其可离开POX反应器并且进入骤冷室(未说明)或者可在POX反应器本身内骤冷，如图1中所示。POX流可包含燃料气体，该燃料气体可包含一种或多种可燃烧(即，可氧化的)材料，包括但不限于H2、CO、CH4、H2S、COS、CS2、HCN、NH3。此外，POX流可包含Hg和源自煤(或其它固体燃料)的其它杂质以及惰性材料(例如，N2和Ar)，例如源自氧气流56，加上其它微量组分。POX流还可包含一种或多种非可燃的材料，例如灰分或熔渣，如所期望的，其可从POX流过滤。
通过与骤冷流体(在本实施方式中，液体水流57)混合，将POX流(在POX反应器内部或在单独的部件中)骤冷。如所说明的，在接近限制喷嘴的基底，液体水流57进入POX反应器。优选加入骤冷流将POX流组分冷却至低于约304℃的水饱和温度(但是也包括较高的温度)。骤冷温度优选还可为非可燃物质(例如灰分和熔渣)为固体形式的温度。在POX反应器容器的沉积池(或单独的骤冷容器)中收集过量的骤冷水，熔渣和大部分细灰分，在这里将其除去用于进一步处理。将骤冷的POX流58通向洗涤器装置5，该洗涤器装置包含水洗涤塔，接着是精细心盘过滤筒(cartridge filter)，其适于将灰尘载荷降低至约4mg/m3燃料气体或更低，约3mg/m3燃料气体或更低，或约2mg/m3燃料气体或更低。洗涤器装置5还可包括再循环洗涤水以及处理灰分流66所需用的所有设备和泵，用于处置。可用于POX反应器灰分处理和气体清洁的系统的一种示例性实施方式为具有煤/水浆料燃烧器的GE/Texaco POX系统，其或者可经改装以接受煤/CO2浆料。
清洁的燃料气体加上蒸汽流55在换热器7中冷却。在换热器9中，依靠冷却水，进一步冷却出口流59。液体水46在分离容器8中与入口流61分离，并且在泵11中泵送返回至POX反应器骤冷，并且一些添加补充来自流38的水，以生产骤冷水流57。净燃料气体流47在多级离心压缩机10中压缩至适合作为流48输入至电力生产系统燃烧器14的压力。作为一个实例，可将燃料气体流47压缩至约30.5MPa的压力。在同流换热器12中将压缩的燃料气体流48加热至适合输入至电力生产系统燃烧器14的温度。作为一个实例，可将压缩的燃料气体流48加热至约746℃的温度。加热的燃料气体流64在电力生产系统燃烧器14中燃烧，在这里其与氧和CO2合并。在说明的实施方式中，合并的O2/CO2流51包含30％O2和70％CO2，基于摩尔。合并的O2/CO2流51优选已加热至适合输入至电力生产系统燃烧器14的温度。作为一个实例，在同流换热器12中合并的O2/CO2流51可加热至约746℃的温度。热的再循环CO2流52从同流换热器12导出并且在适合输入至电力生产系统燃烧器14的温度。作为一个实例，可将热的再循环CO2流52加热至约746℃的温度。
在电力生产系统燃烧器中，来自燃料气体的燃烧的燃烧气体用热的再循环CO2流52冷却，在说明的实施方式中，在约1150℃的温度和约30MPa的压力下，产生合并的燃烧产物流50。在与发电机65偶联的涡轮机13中，膨胀至约3MPa的压力，产生输出电力63。在说明的实施方式中，涡轮机出口流49在同流换热器12中冷却，在约64℃的温度下，作为冷却的产物流53离开。将流53在水冷却器16中冷却至约17℃的温度。进一步冷却的涡轮机出口流54进入洗涤塔17，其具有出口流40，该出口流主要经由循环泵18再循环至洗涤塔液体入口41，该入口在接收所述进一步冷却的涡轮机出口流54的塔的填充部分以上。分出一部分流40作为流39用于进一步处理。当涡轮机排出气体冷却到低于在同流换热器12中的水露点时，发生以下反应。
NO+1/2O2＝NO (3)
NO2+SO2＝SO3+NO (4)
SO3+H2O＝H2SO4 (5)
以上反应在液体水、氮氧化物、SO2/SO3和过量的氧存在下进行。SO2/SO3浓度降低至非常低的水平，因为在公式(3)中显示的限制反应在3Mpa快速进行，并且公式(4)和公式(5)的反应非常快。当所有的硫氧化物已转化为硫酸时，氮氧化物以约95％转化率每次经过(per pass)转化为硝酸，具有以下反应顺序。
2NO2+H2O＝HNO2+HNO3 (6)
3HNO2＝HNO3+2NO+H2O (7)
NO+1/2O2＝NO2 (8)
在图1中，存在于净液体酸性产物流39中的硝酸将存在的任何汞转化为氯化汞。洗涤塔17优选装配有另外的水洗涤和酸雾去除部分，其可用作有效的稀酸去除装置，因为实际上所有的以上反应将在洗涤塔17的上游发生。混合酸用石灰石浆料流36(或其它合适的碱)在混合机15中处理，以生产石膏和硝酸钙流37。还可分离其它微量金属盐。在硝酸钙和溶解的盐去除之后的残余的水流38可用作冷却塔或POX骤冷系统的补充或在洗涤塔17中用作洗涤水。
在约2.9MPa的压力下离开洗涤塔17的主要CO2流42在多级中间冷却的压缩机19，接着在致密流体多级泵中压缩至适合输入至电力生产系统燃烧器的压力，例如约30.5MPa。压缩的CO2排放流35在约54℃的温度下离开泵19的最后阶段，并且一部分该流(流70)在同流换热器12中加热至约746℃的温度，作为CO2流52离开。
在该实施方式中，空气分离设备6在约8.6MPa的压力下生产99.5％摩尔氧纯度的产物流，其分成为两股单独的流。氧气流60在换热器7中加热至约294℃的温度，作为流56离开，用于POX反应器4以便部分氧化煤。剩余的氧气流32在约8.6MPa的压力下与CO2混合。具体地，CO2从压缩机19的中间阶段作为流30取出，并且一部分流31与氧气流32混合，得到约30％O2和70％CO2摩尔的组成。该稀释的O2流33在多级中间冷却的压缩机20中压缩至约30.5MPa的压力，并且排放流34在同流换热器12中加热至约746℃的温度，并且作为流51进入电力生产系统燃烧器14。稀释纯O2流32是有益的，以允许将在电力生产系统燃烧器14中用于燃烧所需的氧加热至高温，而无需耐氧化材料。这样确保电力生产系统的安全操作。30％O2流可用于使电力生产系统14中的绝热燃烧温度调节至约2400℃的值。剩余部分的CO2流30为CO2流29，其提供用于使粉末状煤浆化的CO2并且引向浆料混合机3。
在换热器7中冷却骤冷的POX气体可用于将最大量的热量转移至电力生产系统，以使总效率最大化。电力生产系统需要显著量的来自外部来源的热量，其温度范围从接近环境至高达约400℃。这可通过在空气分离设备6中使用绝热空气压缩机和将压缩热转移至一部分高压再循环CO2流而提供。在本实施方式中，所需的外部加热载荷通过在换热器7中冷却骤冷的POX气体和加热两股高压再循环流而提供。将在同流换热器12中从中间温度点取出的在约54℃的温度下的高压再循环CO2流28和在约120℃的温度下的高压再循环CO2流43加热，以提供在约294℃温度下的合并的加热出口流44，将其返回，在同流换热器12中在相应的温度点处与主要的再循环CO2流混合。任选地，出口流67还可在相应的温度点处返回至同流换热器，以便同样与主要的再循环CO2流混合。
在图3中示出的是针对在图1的同流换热器7中释放的百分比热量(图示)的温度图，以显示高压再循环CO2的两股单独的入口流确保有效操作组合的系统的益处。流43入口的120℃温度水平相应于接近在同流换热器12中涡轮机排出流的水露点的温度。骤冷的POX燃料气体在304℃的水饱和温度下进入换热器，并且全部加热的高压再循环流在294℃的温度下离开。
图4示出的是一种备选的操作方法，其中骤冷水流将POX气体温度降低至约400℃。存在换热器的另外的部分，其中骤冷的POX燃料气体温度降至其约300℃的露点。通过使在换热器7中的温差最小化，以使全部电力生产系统的效率最大化，从换热器以两股单独的流除去高压加热的CO2流。流44在约290℃的温度，而流67在约390℃的温度。这些流单独返回至同流换热器12，在这里在适当的相应的温度下，它们与主要的高压再循环CO2流再结合。
在示例性实施方式中，换热器7可为高压铜焊的或扩散结合的多通道装置。构成材料优选在存在于POX气体中的杂质加上液体水存在下耐腐蚀。同流换热器12优选为扩散结合的多通道装置。该装置优选适于在高达约800℃的温度下操作，并且在低于约200℃的温度下耐酸腐蚀。一种示例性合适的材料为专用金属合金740。在一些实施方式中，在换热器12的热端的平均温度可降低至低于750℃，在这种情况下，合金617可为合适的。任选200℃-540℃的中间部分可由不锈钢制造。可构造低于200℃经历潜在的酸腐蚀的部分，以允许以一定的间隔更换。
在其它实施方式中，可使用用于处理POX流的元件的交替排列。在示例性实施方式中，图2显示其中POX产物用于生产用于电力生产系统的燃料气体和用于生产H2和CO的分离的和纯化的混合物二者的任选的布置。在灰分去除后，侧流66从骤冷的POX气体流55取出并且通过催化转化器67，该转化器具有耐硫的基于钴的转化催化剂(或其它合适的材料)。较高温度出口气体流70在换热器7中冷却至约60℃的温度，作为流73离开，并且通过冷却水在换热器74中进一步冷却至约20℃的温度作为流75。冷凝的水在分离器77中分离，而冷却的气体流76进入多床变压吸附装置79。将在分离器77中分离的水通过流78加入到液体水流46中。变压吸附装置(PSA)79设计用于将入口气体流76分离成为在约8MPa的压力下离开该装置的纯H2或纯H2和CO流80和含有所有杂质(例如，H2S、COS、CS2、HCN、NH3、Hg和其它微量组分)以及H2、CO、CO2、CH4和H2O的一些组合的废气体流71。分离杂质使得这些组分在H2或H2和CO产物流80中的浓度低于1ppm。该布置使用含有高浓度的CO的冷却的POX气体的流83，以与经转化的冷却的气体流76共混产生流72，当其通过PSA装置79时，在8MPa产物流80中得到所需的流量和所需的H2:CO比率。如果需要纯H2，则流83为零。在0.12MPa压力下得自PSA79的废气流71在多级中间冷却的压缩机81中压缩至约8MPa的压力，并且将排放流82加入到电力生产系统燃料气体流47中。将总燃料气体流在压缩机10中压缩至约30.5MPa的压力，将所得到的高压燃料气体流48经由同流换热器12(参考图1)送至电力生产系统燃烧器14。该布置确保将所有煤和POX衍生的杂质转移至电力生产系统，在这里它们在电力生产系统燃烧器14中氧化。在各种实施方式中，在转化反应中另外的水的消耗可根据公式(9)进行，并且需要少量的另外的补充流。
H2O+CO＝CO2+H2 (9)
在结合本文描述的系统和方法的各种实施方式中，所公开的系统和方法的总效率大于50％(基于低热值(LHV)，具有代表性涡轮机和压缩机效率和换热器温差和压降)。此外，CCS同时提供基本上完全去除所有其它燃料、POX和燃烧衍生的杂质。在30.5MPa下，源自在燃料流21中的碳的过量的CO2作为流71从循环CO2系统除去。在约15MPa或更大，约20MPa或更大，约25MPa或更大，或约30MPa或更大的压力下，这可促进所述系统和方法可适于提供基本上所有的燃料衍生的CO2。该高效率有益地可使用低成本系统实现，例如使用市售可得的POX反应器系统和高压CO2工作流体动力循环，例如在美国专利申请公布2011/0179799中描述的，该专利通过引用而全文结合到本文中。作为对比实例，现有的商业上的具有CO2捕获和压缩至管线压力的基于煤的集成气化联合循环(IGCC)电力生产系统显示了基于可比基础仅34％-39％的效率并且具有高得多的资金成本。
实验
当前公开的方法和系统的上述优点经由在多种条件下广泛的ASPEN模拟和对于工业设备性能的实际评估得到证实。使用Illinois#6煤作为引入到POX燃烧器的固体燃料，进行两组模拟。在每一种情况下，数据基于使用CO2作为煤浆料介质。模拟的不同之处在于，第一模拟(参见图5)基于使用水作为骤冷流体，而第二模拟(参见图6)基于使用CO2作为骤冷流体。
在示于图5的表中提供得自第一模拟的质量和热量平衡的细节。在所示的条件下，通常使用0.41:1的H2:CO比率生产燃料气体。基于低热值(LHV)，该实施方式的计算的效率为51.44％。
在示于图6的表中提供得自第二模拟的质量和热量平衡的细节。在所示的条件下，通常使用0.17:1的H2:CO比率生产燃料气体。在每一种情况下，使用水转化的实施方式可提高氢比率。基于LHV，该实施方式的计算的效率为51.43％。
受益于在前述说明和相关的附图中呈现的教导，本主题所属领域技术人员可以想到目前公开的主题的许多修改和其它实施方式。因此，应理解的是，本公开不局限于本文描述的具体实施方式，并且这些修改和其它实施方式旨在包括在所附权利要求的范围内。虽然本文采用具体的术语，它们仅用于一般性和描述性含义，而不是限制的目的。

Claims (19)

1.使用部分氧化(POX)系统和电力生产系统(PPS)的组合生产电力的方法，所述方法包括：
在足以部分氧化固体或液体碳质燃料并且在第一温度形成包含燃料气体的POX流的条件下，在POX反应器中合并固体或液体碳质燃料和氧；
冷却POX流至小于该第一温度的第二温度并且因此形成经冷却的POX流；
除去至少一部分存在于经冷却的POX流中的固体；
分离至少一部分存在于经冷却的POX流中的水；
在PPS燃烧器中，将所述经冷却的POX流压缩至适合燃烧的压力，从而形成压缩的POX流；
在PPS燃烧器中燃烧压缩的POX流中的燃料气体，从而形成PPS燃烧产物流；
横过PPS涡轮机膨胀所述PPS燃烧产物流，从而产生电力和形成膨胀的PPS燃烧产物流；
使膨胀的PPS燃烧产物流通过PPS同流换热器，从而从PPS燃烧产物流取出热量并且形成冷却的PPS燃烧产物流；
从经冷却的PPS燃烧产物流除去至少一部分的一种或多种杂质从而形成再循环CO2流；和
在PPS压缩机中使所述再循环CO2流加压，从而形成压缩的再循环CO2流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷却POX流包括通过与骤冷流体合并，骤冷POX流。
3.根据权利要求2所述的方法，其中骤冷包括使所述POX流与以下物质混合：经冷却的POX流的再循环部分；从POX流分离的一部分水；来自PPS的一部分再循环CO2流；或它们的组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷却POX流包括在POX热交换器中依靠冷却流冷却所述POX流。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述PPS涡轮机具有这样的入口压力与出口压力，使得PPS涡轮机入口压力与PPS涡轮机出口压力的比率为12或更低。
6.根据权利要求1所述的方法，其中使膨胀的PPS燃烧产物流通过PPS同流换热器将PPS燃烧产物流冷却至低于所述PPS燃烧产物流的水露点的温度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中进入所述PPS燃烧器的所述压缩的POX流中的所述燃料气体包含至少一种选自H2、CO和CH4的燃料气体组分。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在压缩所述经冷却的POX流之前，所述方法进一步包括进行至少一个转化反应，由此所述经冷却的POX流变得富含至少一种燃料气体组分。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述至少一种转化反应包括在CO和H2O的混合物和单独的H2和CO2的混合物之间的转化。
10.一种合并的部分氧化(POX)系统和电力生产系统(PPS)，其包括：
POX反应器，其适于在氧存在下部分氧化液体或固体碳质燃料，从而形成包含POX燃料气体的POX流；
一个或多个元件，其适于使所述POX流冷却；
压缩机，其适于将所述经冷却的POX流压缩至适合燃烧的压力，并且因此形成压缩的POX流；
PPS燃烧器，其适于在压缩的POX流中在压缩的再循环的CO2的存在下用氧气燃烧POX燃料气体，并且形成压缩的PPS燃烧产物流；
涡轮机，其适于膨胀所述PPS燃烧产物流，从而形成膨胀的PPS燃烧产物流并且在连接的发电机中产生电力；
PPS同流换热器，其适于从膨胀的PPS燃烧产物流传热；
PPS压缩机，其适于将来自膨胀的PPS燃烧产物流的再循环的CO2压缩，并且形成压缩的再循环的CO2；和
流动元件，其适于将一部分所述压缩的再循环的CO2引向所述PPS同流换热器，从而与所述膨胀的PPS燃烧产物流为热交换的关系。
11.根据权利要求10所述的合并的POX系统和PPS系统，其中所述一种或多种适于使所述POX流冷却的元件包括进入所述POX反应器的骤冷流。
12.根据权利要求10所述的合并的POX系统和PPS系统，其中所述一种或多种适于使所述POX流冷却的元件包括在所述POX反应器下游且在所述适于压缩所述经冷却的POX流的压缩机上游的热交换器。
13.根据权利要求10所述的合并的POX系统和PPS系统，其进一步包括在所述POX反应器下游且在适于压缩所述POX流的所述压缩机上游的POX洗涤器，且所述POX洗涤器适于将存在于所述POX流中的固体分离。
14.根据权利要求10所述的合并的POX系统和PPS系统，其进一步包括过滤装置，其适于将固化的灰分颗粒与单相骤冷的POX燃料气体流分离。
15.根据权利要求10所述的合并的POX系统和PPS系统，其进一步包括转化反应器。
16.根据权利要求10所述的合并的POX系统和PPS系统，其进一步包括分离器，其适于将液体水与所述POX燃料气体分离。
17.根据权利要求10所述的合并的POX系统和PPS系统，其进一步包括PPS洗涤塔，其适于将H2SO4、HNO3和水-溶解的Hg盐中的一种或多种与所述膨胀的PPS燃烧产物流分离，并且输出再循环CO2流。
18.根据权利要求10所述的合并的POX系统和PPS系统，其进一步包括流动元件，其适于将一部分所述压缩的再循环的CO2引向所述一个或多个适于冷却所述POX流的元件。
19.根据权利要求18所述的合并的POX系统和PPS系统，其进一步包括流动元件，其适于将一部分来自一个或多个适于冷却所述POX流的元件的所述压缩的再循环的CO2引向PPS同流换热器。
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