[发明专利]一种采用固体氧化物脱碳的IGCC系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种采用固体氧化物脱碳的IGCC系统及其工作方法，气化炉的合成气输出端与废热锅炉的进气口连接，废热锅炉的出气口与碳化反应器的进气口连接，碳化反应器的蒸汽输入端用于输入水蒸气，碳化反应器的物料输出端与再生反应器的物料输入端连接，再生反应器的物料输出端与碳化反应器的物料输入端连接，再生反应器的出气口与第一余热锅炉的进气口连接，第一余热锅炉的出气口与压缩机连接。本发明将脱碳过程与水煤气变换过程相结合，实现边变换边吸收，打破了常规水煤气变换反应温度限制的同时，可提高IGCC系统整体脱碳率，且避免了合成气先降温后升温引起的能量损失；产生的高浓度COsubgt;2/subgt;带压，减少COsubgt;2/subgt;压缩过程耗功。

技术领域

本发明属于电力发电技术领域，具体涉及一种采用固体氧化物脱碳的IGCC系统及其工作方法。

背景技术

全球气候变暖日益显著，已成为各国政府和公众关注的焦点问题。人类活动导致的温室气体浓度上升是导致全球平均气温升高的主要原因。CO₂作为主要的温室气体，其温室效应占所有温室气体的77％。减少CO₂排放，对于应对全球气候变化十分必要，非常迫切。我国是世界上少数几个以煤为主的国家之一，煤的主要应用是发电。在我国，燃煤电站的CO₂排放在总CO₂排放量中占约50％的份额。近年来，随着中国经济的发展，对电力的需求逐年增加。中国的能源结构，决定了在以后相当长的一段时期内，电力行业以煤为主的格局不会改变。煤电带来的CO₂排放问题至关重要。因此，重视和研究煤基电站CCS问题，对于我国电力行业的可持续发展具有重要意义。

对常规煤粉电站排放的CO₂进行捕集，通常采用燃烧后捕集的方式。其主要优点是工艺成熟，原理简单，对现有电站的继承性好。缺点是，由于燃烧后烟气体积流量大，CO₂的分压小，脱碳过程的能耗大，设备的投资和运行成本较高，捕集成本较高。

燃烧前捕集是指在燃料燃烧前将其中的含碳组分分离和捕集出来，主要用于整体煤气化联合循环IGCC电站。捕集过程为：气化炉产生的煤制气经净化后进入水煤气变换单元，其中的CO和水蒸气发生水煤气变换反应生成CO₂和H₂，提高气体中CO₂的含量，而后对其中的CO₂进行分离。与燃烧后捕集相比，燃烧前捕集所需处理的气体体积大幅度减少，CO₂浓度显著增大，从而大大降低了分离过程的能耗和设备投资。在目前的技术水平下，燃烧前脱碳被普遍视为未来最有前景的脱碳技术之一。但是目前燃烧前脱碳存在如下缺陷：1、采用低温湿法脱碳的IGCC系统，合成气需先进行水煤气变换，而后进入CO₂分离单元脱除CO₂，工艺流程长，CO₂再生能耗高；2、采用低温湿法脱碳的IGCC系统，合成气进入CO₂分离单元前需先降温，脱碳后再吸收热量升温后进入燃气轮机燃烧室，此先降温后升温的过程，造成了较大的能量损失；3、常规合成气变换过程受热力学平衡限制，CO转化率有限，从而限制了IGCC系统整体脱碳率的提高；4、常压再生的CO₂压缩至封存所需压力，消耗的电能较大，对系统整体净效率的影响显著。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种采用固体氧化物脱碳的IGCC系统及其工作方法，利用固体吸收剂干法脱碳，将脱碳过程与水煤气变换过程相结合，实现边变换边吸收，打破了常规水煤气变换反应温度限制的同时，可提高IGCC系统整体脱碳率，且干法脱碳避免了合成气先降温后升温引起的能量损失；产生的高浓度CO₂带压，减少CO₂压缩过程耗功，有利于IGCC系统整体净效率的提高。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：