[发明专利]一种煤层气联合循环发电及CO2

权利要求书

1.一种煤层气联合循环发电及CO₂捕集系统，其特征在于，包括煤层气制氢单元、脱碳单元及联合循环发电单元；

所述煤层气制氢单元包括部分氧化反应器(1)和透氧膜反应器(2)；所述透氧膜反应器(2)包括氧化区和产氢区；所述氧化区的进料口与所述部分氧化反应器(1)的出料口相连；中低浓度煤层气(101)及过热水蒸气能够进入煤层气制氢单元经过反应得到燃料气及转化尾气；燃料气输入联合循环发电单元；转化尾气进入脱碳单元以分离CO₂；所述煤层气制氢单元还包括尾气余热回收单元(3)和燃料气余热回收单元(5)；

所述氧化区的出料口与尾气余热回收单元(3)的第一进料口相连；所述尾气余热回收单元(3)的第一出料口与产氢区的进料口相连，所述尾气余热回收单元(3)能够为产氢区提供制氢用过热水蒸气(110)；产氢区的出料口与燃料气余热回收单元(5)的第一进料口相连；

所述联合循环发电单元包括动力输出单元(8)、蒸汽轮机(9)及余热锅炉(10)；

所述动力输出单元(8)与燃料气余热回收单元(5)的第二出料口相连；动力输出单元(8)的出料口与余热锅炉(10)相连；蒸汽轮机(9)与余热锅炉(10)相连，所述尾气余热回收单元(3)和燃料气余热回收单元(5)均与余热锅炉(10)相连；

尾气余热回收单元(3)的第二出料口、第二进料口和第三进料口均与余热锅炉(10)相连；燃料气余热回收单元(5)的第二进料口和第一出料口均与余热锅炉(10)相连，通过尾气余热回收单元(3)、燃料气余热回收单元(5)和余热锅炉(10)通过水和水蒸气的集成实现热量的循环；

进入煤层气制氢单元的过热水蒸气由尾气余热回收单元(3)或燃料气余热回收单元(5)提供；

实施过程中，产氢区产生的高温富氢燃料气(111)经燃料气余热回收单元(5)冷却后进入动力输出单元(8)，高温富氢燃料气(111)与空气(113)反应，产生的动力输出单元尾气(114)经余热锅炉(10)进行余热回收；制氢用过热水蒸气(110)来自余热锅炉，余热锅炉补水(116)通过给水泵(11)增压后进入余热锅炉(10)，余热锅炉补水(116)在余热锅炉(10)内经过动力输出单元尾气(114)的余热加热后成为热水或水蒸气，余热锅炉(10)中的一部分中压热水(118)、抽自余热锅炉的热水或蒸汽(121)经过燃料气余热回收单元(5)、尾气余热回收单元(3)的余热加热后形成制氢用过热水蒸气(110)、中压过热蒸汽(119)、返回余热锅炉的蒸汽(122)，制氢用过热水蒸气(110)进入透氧膜反应器(2)的产氢区，中压过热蒸汽(119)、返回余热锅炉的蒸汽(122)返回余热锅炉(10)；余热锅炉(10)中产生的做功蒸汽(123)，循环推动蒸汽轮机(9)做功；

所述脱碳单元包括CO₂分离单元(6)和CO₂压缩单元(7)。

2.根据权利要求1所述的煤层气联合循环发电及CO₂捕集系统，其特征在于，所述煤层气制氢单元还包括冷却脱水单元(4)，冷却脱水单元(4)的进料口与尾气余热回收单元(3)相连。

3.根据权利要求1所述的煤层气联合循环发电及CO₂捕集系统，其特征在于，所述联合循环发电单元还包括水源和给水泵(11)，水源提供的余热锅炉补水(116)通过给水泵(11)提供至余热锅炉(10)。

4.根据权利要求2所述的煤层气联合循环发电及CO₂捕集系统，其特征在于，冷却脱水单元(4)的第一出料口与CO₂分离单元(6)的进料口相连；CO₂分离单元(6)的第一出料口与CO₂压缩单元(7)的进料口相连。