用于气体处理的系统及方法

申请号 CN201310285886.4 申请日 2013-07-09 公开(公告)号 CN103537163B 公开(公告)日 2017-08-15
申请人 通用电气公司; 发明人 P.S.萨克; S.S.纳法; R.S.贝尼帕尔;
摘要 本 发明 涉及一种用于气体处理的系统及方法。系统包括构造成从未处理 合成气 除去 酸性气体 以生成处理的合成气的酸性气体脱除(AGR)系统、构造成接收处理的合成气以生成非渗透物和渗透物的氢分离系统,以及构造成使非渗透物膨胀以生成冷却的非渗透物的膨胀器。AGR系统包括构造成经由与冷却的非渗透物的热交换冷却 溶剂 的溶剂冷冻机。
权利要求

1.一种系统,其包括:
酸性气体脱除(AGR)系统,其构造成从未处理合成气除去酸性气体以生成处理的合成气;
氢分离系统,其构造成接收所述处理的合成气以生成非渗透物和渗透物;
非渗透物冷却器,其构造成通过与冷却剂进行热交换来冷却所述非渗透物从而产生非渗透物排气;以及
膨胀器,其构造成使所述非渗透物排气膨胀以生成冷却的非渗透物;
其中,所述AGR系统包括溶剂冷冻机,其构造成通过与所述冷却的非渗透物进行热交换来冷却溶剂从而产生加热的非渗透物。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述氢分离系统包括构造成生成所述非渗透物和所述渗透物的膜分离系统,其中,所述非渗透物的第一氢浓度小于所述渗透物的第二氢浓度。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,仅所述溶剂冷冻机在所述AGR系统中用于冷却所述溶剂。
4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述AGR系统包括未处理合成气冷却器,其构造成经由与来自所述溶剂冷冻机的所述冷却的非渗透物的热交换冷却所述未处理的合成气。
5.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,包括变压吸附(PSA)系统,其构造成接收所述渗透物以生成尾气和富氢流。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,包括构造成压缩所述尾气以生成压缩的尾气的压缩机
7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述膨胀器和所述压缩机联接在一起,使得所述膨胀器生成功率以驱动所述压缩机。
8.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,包括燃气涡轮发动机,其构造成接收所述压缩的尾气和加热的非渗透物的混合物。
9.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,包括余热回收蒸汽发生器(HRSG)的管道焚烧器,其中,所述管道焚烧器构造成燃烧所述压缩的尾气,或所述压缩的尾气和所述加热的非渗透物的混合物。
10.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,包括低温气体冷却(LTGC)系统的非渗透物热交换器,其中,所述非渗透物热交换器构造成经由与来自所述溶剂冷冻机的所述冷却的非渗透物的热交换冷却所述未处理合成气。
11.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,包括配置在所述氢分离系统与所述膨胀器之间的非渗透物冷却器,其中,所述非渗透物冷却器构造成经由与冷却剂的热交换冷却所述非渗透物。
12.一种系统,其包括:
气体处理系统,其包括:
构造成生成非渗透物的氢分离系统;
非渗透物冷却器,其构造成通过与冷却剂进行热交换来冷却所述非渗透物从而产生非渗透物排气;
构造成使所述非渗透物排气膨胀以生成冷却的非渗透物的膨胀器;以及
构造成通过与所述冷却的非渗透物进行热交换来冷却溶剂的溶剂冷冻机;以及气体处理控制器,其构造成控制所述气体处理系统以保持所述溶剂的温度低于阈值
13.根据权利要求12所述的系统,其特征在于,包括流量控制,其构造成调整用于经由热交换冷却所述非渗透物的冷却剂流。
14.根据权利要求12所述的系统,其特征在于,包括构造成调整围绕所述膨胀器的所述非渗透物的旁通流的旁通阀
15.一种方法,其包括:
在氢分离系统中生成非渗透物;
在溶剂冷却器中通过与溶剂进行热交换来冷却所述非渗透物从而产生非渗透物排气;
在膨胀器中使所述非渗透物排气膨胀以生成冷却的非渗透物;
在溶剂冷冻机中通过与所述冷却的非渗透物进行热交换来冷却溶剂从而产生加热的非渗透物;以及
在气体处理单元中使用所述溶剂处理气体。
16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,包括:
在所述氢分离系统中生成渗透物;
在变压吸附(PSA)系统中接收所述渗透物;
在所述PSA系统中生成尾气和富氢流;以及
在压缩机中压缩所述尾气以生成压缩的尾气。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,包括使用混合器来使所述压缩的尾气与所述冷却的非渗透物混合以生成燃料混合物。
18.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,包括利用以所述膨胀器生成的功率驱动所述压缩机。
19.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,包括在非渗透物热交换器中经由与所述冷却的非渗透物的热交换冷却未处理合成气。
20.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,包括在于所述膨胀器中使所述非渗透物膨胀之前使用非渗透物冷却器冷却所述非渗透物。

说明书全文

用于气体处理的系统及方法

技术领域

[0001] 本文中公开的主题涉及气体处理系统,并且更特别地,涉及气体处理系统中的热交换。

背景技术

[0002] 气体处理可在精炼厂、石油化工厂、天然气处理厂或其它行业中使用。例如,气体处理可在整体气化联合循环(IGCC)发电厂中用于处理合成气体,即,合成气。具体地,溶剂可用于在气体处理单元中从合成气吸收气体,诸如硫化氢(H2S)或二(CO2)。气体处理单元典型地可包括一个或更多个蒸馏塔。这些塔中的一个或更多个可包括用以使用冷却剂从溶剂除去热的热交换器,该冷却剂可由制冷系统冷却。遗憾的是,使用制冷系统可降低发电厂的效率并且/或者增大与发电厂相关的资本支出。发明内容
[0003] 在下面概括在范围上与最初要求权利的本发明相称的某些实施例。这些实施例不意图限制要求权利的本发明的范围,而是相反地,这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概括。实际上,本发明可包含可与在下面提出的实施例相似或不同的各种形式。
[0004] 在第一实施例中,一种系统包括构造成从未处理合成气除去酸性气体以生成处理的合成气的酸性气体脱除(AGR)系统、构造成接收处理的合成气以生成非渗透物和渗透物的氢分离系统,以及构造成使非渗透物膨胀以生成冷却的非渗透物的膨胀器。AGR系统包括构造成经由与冷却的非渗透物的热交换冷却溶剂的溶剂冷冻机。
[0005] 在第二实施例中,一种系统包括气体处理系统和气体处理控制器。气体处理系统包括构造成生成非渗透物的氢分离系统、构造成使非渗透物膨胀以生成冷却的非渗透物的膨胀器,以及构造成经由与冷却的非渗透物的热交换冷却溶剂的溶剂冷冻机。气体处理控制器构造成控制气体处理系统以保持溶剂的温度低于阈值
[0006] 在第三实施例中,一种方法包括在氢分离系统中生成非渗透物、使非渗透物在膨胀器中膨胀以生成冷却的非渗透物、在溶剂冷冻机中经由与冷却的非渗透物的热交换冷却溶剂,以及在气体处理单元中使用溶剂处理气体。
[0007] 一种系统,其包括:酸性气体脱除(AGR)系统,其构造成从未处理合成气除去酸性气体以生成处理的合成气,氢分离系统,其构造成接收处理的合成气以生成非渗透物和渗透物;以及膨胀器,其构造成使非渗透物膨胀以生成冷却的非渗透物,其中,AGR系统包括溶剂冷冻机,其构造成经由与冷却的非渗透物的热交换冷却溶剂。
[0008] 优选地,氢分离系统包括构造成生成非渗透物和渗透物的膜分离系统,其中,非渗透物的第一氢浓度小于渗透物的第二氢浓度。
[0009] 优选地,仅溶剂冷冻机在AGR系统中用于冷却溶剂。
[0010] 优选地,AGR系统包括未处理合成气冷却器,其构造成经由与来自溶剂冷冻机的冷却的非渗透物的热交换冷却未处理的合成气。
[0011] 优选地,系统包括变压吸附(PSA)系统,其构造成接收渗透物以生成尾气和富氢流。
[0012] 优选地,系统包括构造成压缩尾气以生成压缩的尾气的压缩机
[0013] 优选地,膨胀器和压缩机联接在一起,使得膨胀器生成功率以驱动压缩机。
[0014] 优选地,系统包括燃气涡轮发动机,其构造成接收压缩的尾气和加热的非渗透物的混合物。
[0015] 优选地,系统包括余热回收蒸汽发生器(HRSG)的管道焚烧器,其中,管道焚烧器构造成燃烧压缩的尾气,或压缩的尾气和加热的非渗透物的混合物。
[0016] 优选地,系统包括低温气体冷却(LTGC)系统的非渗透物热交换器,其中,非渗透物热交换器构造成经由与来自溶剂冷冻机的冷却的非渗透物的热交换冷却未处理合成气。
[0017] 优选地,系统包括配置在氢分离系统与膨胀器之间的非渗透物冷却器,其中,非渗透物冷却器构造成经由与冷却剂的热交换冷却非渗透物。
[0018] 一种系统,其包括:气体处理系统,其包括:构造成生成非渗透物的氢分离系统;构造成使非渗透物膨胀以生成冷却的非渗透物的膨胀器;以及构造成经由与冷却的非渗透物的热交换冷却溶剂的溶剂冷冻机;以及气体处理控制器,其构造成控制气体处理系统以保持溶剂的温度低于阈值。
[0019] 优选地,系统包括流量控制,其构造成调整用于经由热交换冷却非渗透物的冷却剂流。
[0020] 优选地,系统包括构造成调整围绕膨胀器的非渗透物的旁通流的旁通阀
[0021] 一种方法,其包括:在氢分离系统中生成非渗透物;在膨胀器中使非渗透物膨胀以生成冷却的非渗透物;在溶剂冷冻机中经由与冷却的非渗透物的热交换冷却溶剂;以及在气体处理单元中使用溶剂处理气体。
[0022] 优选地,该方法包括:在氢分离系统中生成渗透物;在变压吸附(PSA)系统中接收渗透物;在PSA系统中生成尾气和富氢流;以及在压缩机中压缩尾气以生成压缩的尾气。
[0023] 优选地,该方法包括使用混合器来使压缩的尾气与冷却的非渗透物混合以生成燃料混合物。
[0024] 优选地,该方法包括利用以膨胀器生成的功率驱动压缩机。
[0025] 优选地,该方法包括在非渗透物热交换器中经由与冷却的非渗透物的热交换冷却未处理合成气。
[0026] 优选地,该方法包括在于膨胀器中使非渗透物膨胀之前使用非渗透物冷却器冷却非渗透物。附图说明
[0027] 当参考附图阅读下列详细描述时,将更好地理解本发明的这些和其它的特征、方面和优点,其中,同样的标记在所有附图中表示同样的部件,其中:
[0028] 图1为根据实施例的并入气体处理单元的IGGC发电厂的方框图;以及
[0029] 图2为根据实施例的图1的酸性气体脱除系统的方框图。
[0030] 部件列表
[0031] 10 整体煤气化联合循环(IGCC)发电厂
[0032] 12 燃料
[0033] 14 含氧流
[0034] 15 气化器
[0035] 16 合成气
[0036] 18 气体处理单元
[0037] 20 煤气变换反应器
[0038] 22 低温气体冷却(LTGC)系统
[0039] 24 酸性气体脱除(AGR)系统
[0040] 26 氢分离系统
[0041] 28 变压吸附(PSA)系统
[0042] 30 变换的未处理合成气
[0043] 32 非渗透物热交换器
[0044] 34 非渗透物
[0045] 36 加热的非渗透物
[0046] 38 未处理合成气排气
[0047] 40 锅炉给水热交换器
[0048] 42 锅炉给水
[0049] 44 蒸汽
[0050] 46 冷却的未处理合成气
[0051] 48 气液分离罐
[0052] 50 冷凝物
[0053] 52 未处理合成气
[0054] 54 冷却水热交换器
[0055] 56 冷却水供应源
[0056] 58 冷却水回流
[0057] 60 冷却的未处理合成气蒸气
[0058] 62 供给产物热交换器
[0059] 64 处理的合成气
[0060] 66 加热的处理的合成气
[0061] 68 未处理合成气蒸气排气
[0062] 70 吸收器
[0063] 72 溶剂冷冻机
[0064] 74 溶剂
[0065] 76 冷却的溶剂
[0066] 78 冷却的非渗透物
[0067] 79 非渗透物
[0068] 80 非渗透物冷却器
[0069] 82 非渗透物排气
[0070] 84 膨胀器
[0071] 85 轴
[0072] 86 叶片
[0073] 88 发电机
[0074] 80 渗透物
[0075] 92 富氢流
[0076] 93 
[0077] 94 尾气
[0078] 95 轴
[0079] 96 压缩机
[0080] 97 叶片
[0081] 98 压缩的尾气
[0082] 99 混合器
[0084] 101 燃料混合物
[0085] 102 排出气体
[0086] 103 管道焚烧器
[0087] 104 余热回收蒸汽发生器(HRSG)
[0088] 105 控制器
[0089] 106 传感器
[0090] 107 流量控制阀
[0091] 108 信号
[0092] 109 旁通阀
[0093] 120 未处理合成气冷却器
[0094] 122 未处理合成气蒸气
[0095] 124 非渗透物流
[0096] 126 富溶剂流。

具体实施方式

[0097] 将在下面描述本发明的一个或更多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述,可不在说明书中描述实际实施的所有特征。应当理解,在任何这种实际实施的开发中,如在任何工程或设计项目中,必须作出许多特定实施决定以实现开发者的特定目的,诸如符合系统相关且商业相关的约束,这可从一个实施变化到另一个实施。此外,应当理解,这种开发努可为复杂且耗时的,但是对于受益于本公开的技术人员而言,仍将是设计、制作和制造的日常工作。
[0098] 当介绍本发明的各种实施例的元件时,冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意图表示存在元件中的一个或更多个。用语“包括”、“包含”和“具有”意图是包含的,并且表示可存在除了列出的元件之外的附加元件。
[0099] 气体处理在石油化工厂、精炼厂、天然气处理厂和其它行业中进行。虽然在下面按照IGCC发电厂讨论,但是公开的实施例可在以上列出的工厂中的任何一个中使用,或者在执行气体处理的任何地方使用。特别地,IGCC发电厂可包括用以处理由气化器产生的合成气的气体处理单元。气体处理单元可包括但不受限于下列单元中的一个或更多个:水煤气变换反应器、酸性气体脱除(AGR)系统、氢分离系统或变压吸附(PSA)系统。这些单元中的每一个可从来自气化器的未处理合成气除去气体和/或其它成分。例如,酸性气体脱除系统可从未处理合成气除去H2S、CO2和/或其它酸性气体。
[0100] 如在下面详细讨论的,某些实施例提供系统(例如,气体处理单元),其包括用以从未处理合成气除去酸性气体(例如,H2S)以生成处理的合成气的AGR系统。另外,系统可包括用以从AGR系统接收处理的合成气以生成非渗透物和渗透物的氢分离系统。具体地,渗透物可为富氢流,而非渗透物可为贫氢流。在另外的实施例中,渗透物流可在PSA系统中处理以生成尾气和另外的提纯的富氢流。系统还可包括膨胀器(诸如涡轮),其构造成使非渗透物膨胀以生成冷却的非渗透物。膨胀器或涡轮可包括旋转组件(诸如具有附接的叶片的轴),以及环绕旋转组件的静止组件。接着,冷却的非渗透物可在IGCC发电厂的别处使用用于冷却的目的。
[0101] 例如,在某些实施例中,来自膨胀器的冷却的非渗透物可用于在AGR系统中冷却。具体地,AGR系统可包括用以经由与冷却的非渗透物的热交换冷却溶剂的溶剂冷冻机。溶剂可在AGR系统中用于从未处理合成气除去酸性气体,并且AGR系统可在溶剂被冷却时更有效地操作。例如,制冷系统可用于使AGR系统中的溶剂制冷。遗憾的是,使用这种制冷系统可增加AGR系统的复杂性,降低AGR系统的效率并且/或者增大AGR系统的资本支出。通过使非渗透物在膨胀器中膨胀以生成冷却的非渗透物,如在下列实施例中描述的,制冷系统可省略或减小容量。因此,在下列实施例中,使用冷却的非渗透物来冷却溶剂可提高AGR系统的效率并且/或者减小与AGR系统相关的资本支出。
[0102] 在另外的实施例中,冷却的非渗透物还可在气体处理单元或IGCC发电厂的其它区域中用于低位热回收。例如,冷却的非渗透物可用于低温气体冷却(LTGC)系统中的低位热回收。在又一些实施例中,膨胀器可联接于其它旋转设备(诸如压缩机),以使用由膨胀器生成的功来驱动旋转设备。例如,在某些实施例中,PSA系统可包括用以压缩尾气的尾气压缩机,并且膨胀器可用于驱动压缩机。在这种实施例中,系统可排除用以驱动压缩机的单独的马达。可选地,膨胀器可联接于发电机以产生电功率。因此,在下列实施例中,使用膨胀器可提高IGCC发电厂的效率并且/或者减小与IGCC发电厂相关的资本支出。
[0103] 现在转向附图,图1为可产生和焚烧合成气的IGCC发电厂10的实施例的图。如在下面详细讨论的,IGCC发电厂10可包括使用来自膨胀器的冷却的非渗透物来冷却AGR系统中的溶剂的实施例。IGCC发电厂10的其它实施例可包括可为固体或液体的燃料12,燃料12可用作用于IGCC系统的能量源。燃料12可包括煤、石油焦、油、生物质、基于木材的材料、农业废物、焦油、焦炉煤气和沥青,或其它含碳物品。燃料12和含氧流14可传递至气化器15,以将燃料12转换成合成气16,例如,一氧化碳(CO)和氢的组合。该产生的气体可包括近似百分之85的比例相等的CO和氢,以及CH4、HCl、HF、COS、NH3、HCN和H2S(基于燃料12的硫含量)。该产生的气体可被称为未处理合成气16,这是因为其包括例如H2S。为了清洁未处理合成气16,可利用气体处理单元18。在一个实施例中,气体处理单元18可包括水煤气变换反应器20、酸性气体脱除(AGR)系统24、氢分离系统26、变压吸附(PSA)系统28或它们的任何组合。在下面更详细地讨论这些系统中的每一个。一般而言,气体处理单元18可洗涤未处理合成气16以从未处理合成气16除去HCl、HF、COS、HCN和H2S。在其它实施例中,气体处理单元18可用于除去附加的残余气体成分,诸如和甲烷。
[0104] 在所示的实施例中,气体处理单元18包括水煤气变换反应器20,其接收来自气化器15的未处理合成气16。水变换反应器20可构造成执行水煤气变换反应,其中,未处理合成气16中的CO与水(例如,蒸汽)反应以形成包括CO2和氢的变换的未处理合成气30。具体地,水煤气变换反应可执行成将未处理合成气16中的氢与CO2的比率从近似1比1调整至变换的未处理合成气30中的近似3比1。
[0105] 接下来,在图1中示出的所示实施例中,来自水煤气变换反应器20的变换的未处理合成气30可传递至LTGC系统22。在其它实施例中,LTGC系统22可省略,并且来自水煤气变换反应器20的变换的未处理合成气30可直接传递至AGR系统24。在另外的实施例中,水变换反应器20可省略,并且来自气化器15的未处理合成气16可直接传递至LTGC系统22。如上所述,变换的未处理合成气30可包括高于未处理合成气16的氢与CO2的比率。在LTGC系统22中,变换的未处理合成气30可在供给AGR系统24之前被冷却。具体地,变换的未处理合成气30可使用来自AGR系统24的非渗透物34在非渗透物热交换器32中冷却。非渗透物34比变换的未处理合成气30更冷。因此,加热的非渗透物36比进入非渗透物热交换器32的非渗透物34更暖,并且未处理合成气排气38比进入非渗透物热交换器32的变换的未处理合成气30更冷。
[0106] 在LTGC系统22的某些实施例中,未处理合成气排气38可在一个或更多个附加热交换器中被冷却。例如,锅炉给水热交换器40可用于使用锅炉给水42来冷却未处理合成气排气38,以产生蒸汽44和冷却的未处理合成气46。因此,冷却的未处理合成气46比进入锅炉给水热交换器40的未处理合成气排气38更冷。在某些实施例中,冷却的未处理合成气46可流至气液分离罐(knockout pot)48,以分离成液体成分和蒸气成分,即分别为冷凝物50和未处理合成气52。具体地,当未处理合成气排气38在锅炉给水热交换器40中被冷却时,可形成冷凝物50,接着在气液分离罐48中除去冷凝物50。在某些实施例中,未处理合成气蒸气52可使用冷却水供应源56在冷却水热交换器54中进一步冷却,以产生冷却水回流58和冷却的未处理合成气蒸气60。因此,冷却的未处理合成气蒸气60比进入冷却水热交换器54的未处理合成气蒸气52更冷。另外,冷却的未处理合成气蒸气60可基本上没有液体,这是因为冷凝物50在气液分离罐48中被除去。
[0107] 在离开图1中示出的LTGC系统22之后,冷却的未处理合成气蒸气60可流至供给产物热交换器62,以使用来自AGR系统24的处理的合成气64冷却,以产生加热的处理合成气66和未处理合成气蒸气排气68。因此,如在下面详细描述的,供给产物热交换器62可用于使用来自AGR系统24的冷冻流来进一步冷却所冷却的未处理合成气蒸气60。
[0108] 接下来转向图1中示出的AGR系统24,各种系统和技术可用于从未处理合成气蒸气排气68除去H2S。例如,AGR系统24可使用用于除去H2S的蒸馏技术。在这种实施例中,未处理合成气蒸气排气68可引导至吸收器70。吸收器70可为装填料或装盘的蒸馏塔,或能够分离液体和/或气体的混合物的任何其它装置。吸收器70可构造成提供未处理合成气蒸气排气68和溶剂的逆流。具体地,如在下面更详细地描述的,溶剂冷冻机72可用于使用冷却的非渗透物78来冷却溶剂74以产生冷却的溶剂76。冷却的溶剂76可沿吸收器70向下流动,从而接触沿吸收器70向上流动的未处理合成气蒸气排气68。因此,处理的合成气64(例如,贫H2S气体)离开吸收器70的顶部,以用于冷却供给产物热交换器62中的冷却的未处理合成气蒸气
60。在某一实施例中,AGR系统24可包括附加的蒸馏塔(诸如汽提塔),以再生吸收器70中使用的冷却的溶剂76。在另外的实施例中,其它技术可用于从未处理合成气蒸气排气68除去H2S。
[0109] 在于图1中示出的供给产物热交换器62中使用之后,来自供给产物热交换器62的加热的处理合成气66可流至氢分离系统26,其可使用用于从加热的处理合成气66除去氢的各种技术。例如,氢分离系统26可使用膜技术(例如,基于聚合物的膜),以使氢从加热的处理合成气66优先渗透。具体地,氢分离系统26可生成非渗透物79(例如,贫氢流)。在某些实施例中,非渗透物79可使用冷却剂(诸如冷却水供应源56)在非渗透物冷却器80中冷却,以从非渗透物冷却器80产生冷却水回流58和非渗透物排气82。接着,非渗透物排气82可引导至膨胀器84,其膨胀并冷却非渗透物排气82,以产生AGR系统24的溶剂冷冻机72中使用的冷却的非渗透物78。具体地,膨胀器84可为轴流式涡轮,该轴流式涡轮包括具有附接于其的叶片86的轴85。非渗透物排气82在膨胀器84中膨胀以产生功,该功可用于使轴85旋转并驱动联接于轴85的发电机88。因此,发电机88可用于生成电功率。当非渗透物排气82在膨胀器84中膨胀(这可近似于等熵过程)时,非渗透物排气82的压力和温度可减小以产生冷却的非渗透物78。在某些实施例中,非渗透物排气82的温度可在近似35摄氏度至95摄氏度之间,而冷却的非渗透物78的温度可小于-15摄氏度。换言之,膨胀器84可使非渗透物排气82的温度减小近似25摄氏度、50摄氏度、75摄氏度、100摄氏度或更大摄氏度。因此,低温冷却非渗透物78可用于在AGR系统24中冷却。在某些实施例中,仅使用冷却的非渗透物78的溶剂冷冻机72用于冷却溶剂74,而没有任何其它冷却系统(例如,制冷系统)。在其它实施例中,溶剂冷冻机72可用于补充单独的制冷系统。
[0110] 回到图1中示出的氢分离系统26,系统26还可生成渗透物90。非渗透物79的第一氢浓度可小于渗透物90的第二氢浓度。换言之,渗透物90为富氢流,其接着可传递至PSA系统28用于进一步提纯。具体地,PSA系统28可根据分子特征和氢对吸附材料的亲和力在压力下使氢与渗透物90分离。氢可在高压下吸附在吸附材料上,并且PSA系统28可过渡或变动至低压,以使氢与吸附材料解吸。因此,PSA系统28可产生富氢蒸汽92和尾气94,尾气94可主要包括CO2、一些CO和少量氢。因此,尾气94可具有可在IGCC发电厂10的别处使用的一些热值。例如,尾气94可被压缩机96压缩以产生压缩的尾气98。具体地,压缩机96可为轴流式压缩机,该轴流式压缩机包括具有附接于其的叶片97的轴95。在某些实施例中,发电机88可联接于压缩机96,并且用于使轴95旋转并驱动压缩机96。在其它实施例中,与发电机86分离的马达
93可用于驱动压缩机96。在另外的实施例中,膨胀器84的轴85可直接联接于压缩机96的轴
95,使得由膨胀器84生成的使轴85旋转的功用于使轴95旋转并驱动压缩机96。在又一些实施例中,膨胀器84和压缩机96可联接于彼此,但是马达93也可联接于压缩机96,以在膨胀器
84未运行或未产生足够的功来驱动压缩机96时驱动压缩机96。
[0111] 由图1中示出的压缩机96生成的压缩尾气98可在混合器99中与来自LTGC系统22的加热的非渗透物36组合以产生燃料混合物101。在某些实施例中,混合器99可为混合装置,或简单地为两个管的T形连接件。燃气涡轮发动机100可接收燃料混合物101以及压缩空气和/或氮以产生热燃烧气体,其驱动一个或更多个涡轮级,并且最终作为排出气体102排放。燃气涡轮发动机100可用于使负载(诸如发电机)旋转,用于例如在IGCC发电厂10中产生电功率。实际上,燃气涡轮发动机100可用于使用燃气涡轮发动机100的旋转输出来向任何适合的装置供能。
[0112] 在某些实施例中,IGCC发电厂10可包括余热回收蒸汽发生器(HRSG)104,其使用来自燃气涡轮发动机100的排出气体102来加热水,以产生用于向其它设备(诸如蒸汽涡轮发动机)供能的蒸汽。HRSG104可包括产生火焰的管道焚烧器103,该火焰使材料(诸如压缩尾气98或燃料混合物101)与氧反应以在燃烧反应中产生CO2和水。如图1所示,压缩尾气98或燃料混合物101的一部分可流至管道焚烧器103来燃烧。通过燃烧压缩尾气98或燃料混合物101,管道焚烧器103可用于控制HRSG104的内部温度。在某些实施例中,管道焚烧器103可省略,或者可燃烧除了压缩尾气98和燃料混合物101之外的材料。
[0113] 如图1所示,控制器105可用于控制IGCC发电厂10的某些方面。例如,一个或更多个传感器106可配置在IGCC发电厂10中(诸如在AGR系统24中),并且将信号108传输至控制器105。例如,传感器106可将关于冷却的溶剂76的温度的信息传输至控制器105。基于该信息,控制器105可将一个或更多个信号108发送至IGCC发电厂10的各种构件,诸如用于冷却水供应源56至非渗透物冷却器80的流量控制阀107。例如,如果冷却的溶剂76的温度高于阈值,则控制器105可指示流量控制阀107开启以增加非渗透物冷却器80中的非渗透物79的冷却,由此减小产生冷却的溶剂76的溶剂冷冻机72中使用的冷却的非渗透物78的温度。在其它实施例中,控制器105可用于控制旁通阀109,以调整围绕膨胀器84的非渗透物排气82的旁通部分,由此控制冷却的溶剂76的温度。因此,控制器105可用于将冷却的溶剂76的温度保持在阈值以下。
[0114] 图2示出了AGR系统24的实施例。在所示的实施例中,AGR系统24中的热交换器的布置用于实现冷却的未处理合成气蒸气60的冷却。首先,如上所述,冷却的未处理合成气蒸气60在供给产物热交换器62中使用处理的合成气64冷却。第二,未处理的合成气蒸气排气68在图2中流至未处理合成气冷却器120,而不是直接流至如图1所示的吸收器70。未处理合成气冷却器120使用来自溶剂冷冻机72的非渗透物流124来进一步冷却未处理合成气蒸气排气68,以产生引导至吸收器70的未处理合成气蒸气122。接着,来自未处理合成气冷却器120的非渗透物34可在如图1所示的LTGC系统22中流至非渗透物热交换器32。因此,图2中示出的所示实施例与图1中所示的实施例相比可向未处理合成气蒸气排气68提供比变换的未处理合成气30更多的冷却。如图2所示,富溶剂流126(例如,富H2S流)离开吸收器70的底部。接着,富溶剂流126可引导至汽提塔以通过除去H2S而再生溶剂。
[0115] 如上所述,IGCC发电厂10的某些实施例可包括AGR系统24、氢分离系统26和膨胀器84。如上所述,AGR系统24可从未处理合成气16除去酸性气体以生成处理的合成气64。氢分离系统26可接收处理的合成气66以生成非渗透物79和渗透物90。膨胀器84可通过使来自氢分离系统26的非渗透物排气82膨胀而生成冷却的渗透物78。AGR系统24可包括溶剂冷冻机
72,其经由与冷却的非渗透物78的热交换冷却溶剂74。在某些实施例中,控制器105可用于通过控制IGCC发电厂10的某些构件(诸如膨胀器84)而保持溶剂76的温度。通过使用冷却的非渗透物78来冷却AGR系统24中使用的溶剂74,用于冷却溶剂74的单独的制冷系统可省略或减小容量。因此,使用冷却的非渗透物78来在AGR系统24中冷却可提高AGR系统24的效率并且/或者减小与AGR系统24相关的资本支出。
[0116] 该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式),并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定,并且可包括本领域技术人员想到的其他实例。如果这些其他实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件,或者如果这些其他实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件,则这些其他实例意图在权利要求的范围内。
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