用於氣體處理的系統及方法
2023-06-25 17:12:01 2
用於氣體處理的系統及方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於氣體處理的系統及方法。系統包括構造成從未處理合成氣除去酸性氣體以生成處理的合成氣的酸性氣體脫除(AGR)系統、構造成接收處理的合成氣以生成非滲透物和滲透物的氫分離系統，以及構造成使非滲透物膨脹以生成冷卻的非滲透物的膨脹器。AGR系統包括構造成經由與冷卻的非滲透物的熱交換冷卻溶劑的溶劑冷凍機。
【專利說明】用於氣體處理的系統及方法
【技術領域】
[0001]本文中公開的主題涉及氣體處理系統，並且更特別地，涉及氣體處理系統中的熱交換。
【背景技術】
[0002]氣體處理可在精煉廠、石油化工廠、天然氣處理廠或其它行業中使用。例如，氣體處理可在整體煤氣化聯合循環(IGCC)發電廠中用於處理合成氣體，即，合成氣。具體地，溶劑可用於在氣體處理單元中從合成氣吸收氣體，諸如硫化氫(H2S)或二氧化碳(CO2)。氣體處理單元典型地可包括一個或更多個蒸餾塔。這些塔中的一個或更多個可包括用以使用冷卻劑從溶劑除去熱的熱交換器，該冷卻劑可由製冷系統冷卻。遺憾的是，使用製冷系統可降低發電廠的效率並且/或者增大與發電廠相關的資本支出。
【發明內容】
[0003]在下面概括在範圍上與最初要求權利的本發明相稱的某些實施例。這些實施例不意圖限制要求權利的本發明的範圍，而是相反地，這些實施例僅意圖提供本發明的可能形式的簡要概括。實際上，本發明可包含可與在下面提出的實施例相似或不同的各種形式。
[0004]在第一實施例中，一種系統包括構造成從未處理合成氣除去酸性氣體以生成處理的合成氣的酸性氣體脫除(AGR)系統、構造成接收處理的合成氣以生成非滲透物和滲透物的氫分離系統，以及構造成使非滲透物膨脹以生成冷卻的非滲透物的膨脹器。AGR系統包括構造成經由與冷卻的非滲透物的熱交換冷卻溶劑的溶劑冷凍機。
[0005]在第二實施例中，一種系統包括氣體處理系統和氣體處理控制器。氣體處理系統包括構造成生成非滲透物的氫分離系統、構造成使非滲透物膨脹以生成冷卻的非滲透物的膨脹器，以及構造成經由與冷卻的非滲透物的熱交換冷卻溶劑的溶劑冷凍機。氣體處理控制器構造成控制氣體處理系統以保持溶劑的溫度低於閾值。
[0006]在第三實施例中，一種方法包括在氫分離系統中生成非滲透物、使非滲透物在膨脹器中膨脹以生成冷卻的非滲透物、在溶劑冷凍機中經由與冷卻的非滲透物的熱交換冷卻溶劑，以及在氣體處理單元中使用溶劑處理氣體。
[0007]—種系統，其包括:酸性氣體脫除(AGR)系統，其構造成從未處理合成氣除去酸性氣體以生成處理的合成氣，氫分離系統，其構造成接收處理的合成氣以生成非滲透物和滲透物；以及膨脹器，其構造成使非滲透物膨脹以生成冷卻的非滲透物，其中，AGR系統包括溶劑冷凍機，其構造成經由與冷卻的非滲透物的熱交換冷卻溶劑。
[0008]優選地，氫分離系統包括構造成生成非滲透物和滲透物的膜分離系統，其中，非滲透物的第一氫濃度小於滲透物的第二氫濃度。
[0009]優選地，僅溶劑冷凍機在AGR系統中用於冷卻溶劑。
[0010]優選地，AGR系統包括未處理合成氣冷卻器，其構造成經由與來自溶劑冷凍機的冷卻的非滲透物的熱交換冷卻未處理的合成氣。[0011]優選地，系統包括變壓吸附(PSA)系統，其構造成接收滲透物以生成尾氣和富氫流。
[0012]優選地，系統包括構造成壓縮尾氣以生成壓縮的尾氣的壓縮機。
[0013]優選地，膨脹器和壓縮機聯接在一起，使得膨脹器生成功率以驅動壓縮機。
[0014]優選地，系統包括燃氣渦輪發動機，其構造成接收壓縮的尾氣和加熱的非滲透物的混合物。
[0015]優選地，系統包括餘熱回收蒸汽發生器(HRSG)的管道焚燒器，其中，管道焚燒器構造成燃燒壓縮的尾氣，或壓縮的尾氣和加熱的非滲透物的混合物。
[0016]優選地，系統包括低溫氣體冷卻(LTGC)系統的非滲透物熱交換器，其中，非滲透物熱交換器構造成經由與來自溶劑冷凍機的冷卻的非滲透物的熱交換冷卻未處理合成氣。
[0017]優選地，系統包括配置在氫分離系統與膨脹器之間的非滲透物冷卻器，其中，非滲透物冷卻器構造成經由與冷卻劑的熱交換冷卻非滲透物。
[0018]一種系統，其包括:氣體處理系統，其包括:構造成生成非滲透物的氫分離系統；構造成使非滲透物膨脹以生成冷卻的非滲透物的膨脹器；以及構造成經由與冷卻的非滲透物的熱交換冷卻溶劑的溶劑冷凍機；以及氣體處理控制器，其構造成控制氣體處理系統以保持溶劑的溫度低於閾值。
[0019]優選地，系統包括流量控制閥，其構造成調整用於經由熱交換冷卻非滲透物的冷卻劑流。
[0020]優選地，系統包括構造成調整圍繞膨脹器的非滲透物的旁通流的旁通閥。
[0021]一種方法，其包括:在氫分離系統中生成非滲透物；在膨脹器中使非滲透物膨脹以生成冷卻的非滲透物；在溶劑冷凍機中經由與冷卻的非滲透物的熱交換冷卻溶劑；以及在氣體處理單元中使用溶劑處理氣體。
[0022]優選地，該方法包括:在氫分離系統中生成滲透物；在變壓吸附(PSA)系統中接收滲透物；在PSA系統中生成尾氣和富氫流；以及在壓縮機中壓縮尾氣以生成壓縮的尾氣。
[0023]優選地，該方法包括使用混合器來使壓縮的尾氣與冷卻的非滲透物混合以生成燃料混合物。
[0024]優選地，該方法包括利用以膨脹器生成的功率驅動壓縮機。
[0025]優選地，該方法包括在非滲透物熱交換器中經由與冷卻的非滲透物的熱交換冷卻未處理合成氣。
[0026]優選地，該方法包括在於膨脹器中使非滲透物膨脹之前使用非滲透物冷卻器冷卻非滲透物。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]當參考附圖閱讀下列詳細描述時，將更好地理解本發明的這些和其它的特徵、方面和優點，其中，同樣的標記在所有附圖中表示同樣的部件，其中:
圖1為根據實施例的併入氣體處理單元的IGGC發電廠的方框圖；以及 圖2為根據實施例的圖1的酸性氣體脫除系統的方框圖。
[0028]部件列表
10整體煤氣化聯合循環(IGCC)發電廠12燃料
14含氧流
15氣化器
16合成氣
18氣體處理單元
20水煤氣變換反應器
22低溫氣體冷卻(LTGC)系統
24酸性氣體脫除(AGR)系統
26氫分離系統
28變壓吸附(PSA)系統
30變換的未處理合成氣
32非滲透物熱交換器
34非滲透物
36加熱的非滲透物
38未處理合成氣排氣
40鍋爐給水熱交換器
42鍋爐給水
44蒸汽
46冷卻的未處理合成氣
48氣液分離罐
50冷凝物
52未處理合成氣
54冷卻水熱交換器
56冷卻水供應源
58冷卻水回流
60冷卻的未處理合成氣蒸氣
62供給產物熱交換器
64處理的合成氣
66加熱的處理的合成氣
68未處理合成氣蒸氣排氣
70吸收器
72溶劑冷凍機
74溶劑
76冷卻的溶劑
78冷卻的非滲透物
79非滲透物
80非滲透物冷卻器
82非滲透物排氣
84膨脹器 85軸
86葉片
88發電機
80滲透物
92富氫流
93馬達
94尾氣
95軸
96壓縮機
97葉片
98壓縮的尾氣
99混合器
100燃氣渦輪發動機
101燃料混合物
102排出氣體
103管道焚燒器
104餘熱回收蒸汽發生器(HRSG)
105控制器 106傳感器 107流量控制閥 108信號 109旁通閥
120未處理合成氣冷卻器 122未處理合成氣蒸氣 124非滲透物流 126富溶劑流。
【具體實施方式】
[0029]將在下面描述本發明的一個或更多個特定實施例。為了提供這些實施例的簡明描述，可不在說明書中描述實際實施的所有特徵。應當理解，在任何這種實際實施的開發中，如在任何工程或設計項目中，必須作出許多特定實施決定以實現開發者的特定目的，諸如符合系統相關且商業相關的約束，這可從一個實施變化到另一個實施。此外，應當理解，這種開發努力可為複雜且耗時的，但是對於受益於本公開的技術人員而言，仍將是設計、製作和製造的日常工作。
[0030]當介紹本發明的各種實施例的元件時，冠詞「一」、「一個」、「該」和「所述」意圖表示存在元件中的一個或更多個。用語「包括」、「包含」和「具有」意圖是包含的，並且表示可存在除了列出的元件之外的附加元件。
[0031]氣體處理在石油化工廠、精煉廠、天然氣處理廠和其它行業中進行。雖然在下面按照IGCC發電廠討論，但是公開的實施例可在以上列出的工廠中的任何一個中使用，或者在執行氣體處理的任何地方使用。特別地，IGCC發電廠可包括用以處理由氣化器產生的合成氣的氣體處理單元。氣體處理單元可包括但不受限於下列單元中的一個或更多個:水煤氣變換反應器、酸性氣體脫除(AGR)系統、氫分離系統或變壓吸附(PSA)系統。這些單元中的每一個可從來自氣化器的未處理合成氣除去氣體和/或其它成分。例如，酸性氣體脫除系統可從未處理合成氣除去H2S、CO2和/或其它酸性氣體。
[0032]如在下面詳細討論的，某些實施例提供系統(例如，氣體處理單元)，其包括用以從未處理合成氣除去酸性氣體(例如，H2S)以生成處理的合成氣的AGR系統。另外，系統可包括用以從AGR系統接收處理的合成氣以生成非滲透物和滲透物的氫分離系統。具體地，滲透物可為富氫流，而非滲透物可為貧氫流。在另外的實施例中，滲透物流可在PSA系統中處理以生成尾氣和另外的提純的富氫流。系統還可包括膨脹器(諸如渦輪)，其構造成使非滲透物膨脹以生成冷卻的非滲透物。膨脹器或渦輪可包括旋轉組件(諸如具有附接的葉片的軸)，以及環繞旋轉組件的靜止組件。接著，冷卻的非滲透物可在IGCC發電廠的別處使用用於冷卻的目的。
[0033]例如，在某些實施例中，來自膨脹器的冷卻的非滲透物可用於在AGR系統中冷卻。具體地，AGR系統可包括用以經由與冷卻的非滲透物的熱交換冷卻溶劑的溶劑冷凍機。溶劑可在AGR系統中用於從未處理合成氣除去酸性氣體，並且AGR系統可在溶劑被冷卻時更有效地操作。例如，製冷系統可用於使AGR系統中的溶劑製冷。遺憾的是，使用這種製冷系統可增加AGR系統的複雜性，降低AGR系統的效率並且/或者增大AGR系統的資本支出。通過使非滲透物在膨脹器中膨脹以生成冷卻的非滲透物，如在下列實施例中描述的，製冷系統可省略或減小容量。因此，在下列實施例中，使用冷卻的非滲透物來冷卻溶劑可提高AGR系統的效率並且/或者減小與AGR系統相關的資本支出。
[0034]在另外的實施例中，冷卻的非滲透物還可在氣體處理單元或IGCC發電廠的其它區域中用於低位熱回收。例如，冷卻的非滲透物可用於低溫氣體冷卻(LTGC)系統中的低位熱回收。在又一些實施例中，膨脹器可聯接於其它旋轉設備(諸如壓縮機)，以使用由膨脹器生成的功來驅動旋轉設備。例如，在某些實施例中，PSA系統可包括用以壓縮尾氣的尾氣壓縮機，並且膨脹器可用於驅動壓縮機。在這種實施例中，系統可排除用以驅動壓縮機的單獨的馬達。可選地，膨脹器可聯接於發電機以產生電功率。因此，在下列實施例中，使用膨脹器可提高IGCC發電廠的效率並且/或者減小與IGCC發電廠相關的資本支出。
[0035]現在轉向附圖，圖1為可產生和焚燒合成氣的IGCC發電廠10的實施例的圖。如在下面詳細討論的，IGCC發電廠10可包括使用來自膨脹器的冷卻的非滲透物來冷卻AGR系統中的溶劑的實施例。IGCC發電廠10的其它實施例可包括可為固體或液體的燃料12，燃料12可用作用於IGCC系統的能量源。燃料12可包括煤、石油焦、油、生物質、基於木材的材料、農業廢物、焦油、焦爐煤氣和浙青，或其它含碳物品。燃料12和含氧流14可傳遞至氣化器15，以將燃料12轉換成合成氣16，例如，一氧化碳(CO)和氫的組合。該產生的氣體可包括近似百分之85的比例相等的CO和氫，以及CH4、HCl、HF、COS、NH3> HCN和H2S (基於燃料12的硫含量)。該產生的氣體可被稱為未處理合成氣16，這是因為其包括例如H2S。為了清潔未處理合成氣16，可利用氣體處理單元18。在一個實施例中，氣體處理單元18可包括水煤氣變換反應器20、酸性氣體脫除(AGR)系統24、氫分離系統26、變壓吸附(PSA)系統28或它們的任何組合。在下面更詳細地討論這些系統中的每一個。一般而言，氣體處理單元18可洗滌未處理合成氣16以從未處理合成氣16除去HCl、HF、COS、HCN和H2S。在其它實施例中，氣體處理單元18可用於除去附加的殘餘氣體成分，諸如氨和甲烷。
[0036]在所示的實施例中，氣體處理單元18包括水煤氣變換反應器20，其接收來自氣化器15的未處理合成氣16。水變換反應器20可構造成執行水煤氣變換反應，其中，未處理合成氣16中的CO與水(例如，蒸汽)反應以形成包括CO2和氫的變換的未處理合成氣30。具體地，水煤氣變換反應可執行成將未處理合成氣16中的氫與CO2的比率從近似I比I調整至變換的未處理合成氣30中的近似3比I。
[0037]接下來，在圖1中示出的所示實施例中，來自水煤氣變換反應器20的變換的未處理合成氣30可傳遞至LTGC系統22。在其它實施例中，LTGC系統22可省略，並且來自水煤氣變換反應器20的變換的未處理合成氣30可直接傳遞至AGR系統24。在另外的實施例中，水變換反應器20可省略，並且來自氣化器15的未處理合成氣16可直接傳遞至LTGC系統22。如上所述，變換的未處理合成氣30可包括高於未處理合成氣16的氫與CO2的比率。在LTGC系統22中，變換的未處理合成氣30可在供給AGR系統24之前被冷卻。具體地，變換的未處理合成氣30可使用來自AGR系統24的非滲透物34在非滲透物熱交換器32中冷卻。非滲透物34比變換的未處理合成氣30更冷。因此，加熱的非滲透物36比進入非滲透物熱交換器32的非滲透物34更暖，並且未處理合成氣排氣38比進入非滲透物熱交換器32的變換的未處理合成氣30更冷。
[0038]在LTGC系統22的某些實施例中，未處理合成氣排氣38可在一個或更多個附加熱交換器中被冷卻。例如，鍋爐給水熱交換器40可用於使用鍋爐給水42來冷卻未處理合成氣排氣38，以產生蒸汽44和冷卻的未處理合成氣46。因此，冷卻的未處理合成氣46比進入鍋爐給水熱交換器40的未處理合成氣排氣38更冷。在某些實施例中，冷卻的未處理合成氣46可流至氣液分離罐(knockout pot) 48,以分離成液體成分和蒸氣成分，即分別為冷凝物50和未處理合成氣52。具體地，當未處理合成氣排氣38在鍋爐給水熱交換器40中被冷卻時，可形成冷凝物50，接著在氣液分離罐48中除去冷凝物50。在某些實施例中，未處理合成氣蒸氣52可使用冷卻水供應源56在冷卻水熱交換器54中進一步冷卻，以產生冷卻水回流58和冷卻的未處理合成氣蒸氣60。因此，冷卻的未處理合成氣蒸氣60比進入冷卻水熱交換器54的未處理合成氣蒸氣52更冷。另外，冷卻的未處理合成氣蒸氣60可基本上沒有液體，這是因為冷凝物50在氣液分離罐48中被除去。
[0039]在離開圖1中示出的LTGC系統22之後，冷卻的未處理合成氣蒸氣60可流至供給產物熱交換器62，以使用來自AGR系統24的處理的合成氣64冷卻，以產生加熱的處理合成氣66和未處理合成氣蒸氣排氣68。因此，如在下面詳細描述的，供給產物熱交換器62可用於使用來自AGR系統24的冷凍流來進一步冷卻所冷卻的未處理合成氣蒸氣60。
[0040]接下來轉向圖1中不出的AGR系統24,各種系統和技術可用於從未處理合成氣蒸氣排氣68除去H2S。例如，AGR系統24可使用用於除去H2S的蒸餾技術。在這種實施例中，未處理合成氣蒸氣排氣68可引導至吸收器70。吸收器70可為裝填料或裝盤的蒸餾塔，或能夠分離液體和/或氣體的混合物的任何其它裝置。吸收器70可構造成提供未處理合成氣蒸氣排氣68和溶劑的逆流。具體地，如在下面更詳細地描述的，溶劑冷凍機72可用於使用冷卻的非滲透物78來冷卻溶劑74以產生冷卻的溶劑76。冷卻的溶劑76可沿吸收器70向下流動，從而接觸沿吸收器70向上流動的未處理合成氣蒸氣排氣68。因此，處理的合成氣64(例如，貧H2S氣體)離開吸收器70的頂部，以用於冷卻供給產物熱交換器62中的冷卻的未處理合成氣蒸氣60。在某一實施例中，AGR系統24可包括附加的蒸餾塔(諸如汽提塔)，以再生吸收器70中使用的冷卻的溶劑76。在另外的實施例中，其它技術可用於從未處理合成氣蒸氣排氣68除去H2S。
[0041]在於圖1中示出的供給產物熱交換器62中使用之後，來自供給產物熱交換器62的加熱的處理合成氣66可流至氫分離系統26,其可使用用於從加熱的處理合成氣66除去氫的各種技術。例如，氫分離系統26可使用膜技術(例如,基於聚合物的膜)，以使氫從加熱的處理合成氣66優先滲透。具體地，氫分離系統26可生成非滲透物79 (例如，貧氫流)。在某些實施例中，非滲透物79可使用冷卻劑(諸如冷卻水供應源56)在非滲透物冷卻器80中冷卻，以從非滲透物冷卻器80產生冷卻水回流58和非滲透物排氣82。接著，非滲透物排氣82可引導至膨脹器84，其膨脹並冷卻非滲透物排氣82，以產生AGR系統24的溶劑冷凍機72中使用的冷卻的非滲透物78。具體地，膨脹器84可為軸流式渦輪，該軸流式渦輪包括具有附接於其的葉片86的軸85。非滲透物排氣82在膨脹器84中膨脹以產生功，該功可用於使軸85旋轉並驅動聯接於軸85的發電機88。因此，發電機88可用於生成電功率。當非滲透物排氣82在膨脹器84中膨脹(這可近似於等熵過程)時，非滲透物排氣82的壓力和溫度可減小以產生冷卻的非滲透物78。在某些實施例中，非滲透物排氣82的溫度可在近似35攝氏度至95攝氏度之間，而冷卻的非滲透物78的溫度可小於-15攝氏度。換言之，膨脹器84可使非滲透物排氣82的溫度減小近似25攝氏度、50攝氏度、75攝氏度、100攝氏度或更大攝氏度。因此，低溫冷卻非滲透物78可用於在AGR系統24中冷卻。在某些實施例中，僅使用冷卻的非滲透物78的溶劑冷凍機72用於冷卻溶劑74，而沒有任何其它冷卻系統(例如，製冷系統)。在其它實施例中，溶劑冷凍機72可用於補充單獨的製冷系統。
[0042]回到圖1中示出的氫分離系統26，系統26還可生成滲透物90。非滲透物79的第一氫濃度可小於滲透物90的第二氫濃度。換言之，滲透物90為富氫流，其接著可傳遞至PSA系統28用於進一步提純。具體地，PSA系統28可根據分子特徵和氫對吸附材料的親和力在壓力下使氫與滲透物90分離。氫可在高壓下吸附在吸附材料上，並且PSA系統28可過渡或變動至低壓，以使氫與吸附材料解吸。因此，PSA系統28可產生富氫蒸汽92和尾氣94，尾氣94可主要包括CO2、一些CO和少量氫。因此，尾氣94可具有可在IGCC發電廠10的別處使用的一些熱值。例如，尾氣94可被壓縮機96壓縮以產生壓縮的尾氣98。具體地，壓縮機96可為軸流式壓縮機，該軸流式壓縮機包括具有附接於其的葉片97的軸95。在某些實施例中，發電機88可聯接於壓縮機96，並且用於使軸95旋轉並驅動壓縮機96。在其它實施例中，與發電機86分離的馬達93可用於驅動壓縮機96。在另外的實施例中，膨脹器84的軸85可直接聯接於壓縮機96的軸95，使得由膨脹器84生成的使軸85旋轉的功用於使軸95旋轉並驅動壓縮機96。在又一些實施例中，膨脹器84和壓縮機96可聯接於彼此，但是馬達93也可聯接於壓縮機96，以在膨脹器84未運行或未產生足夠的功來驅動壓縮機96時驅動壓縮機96。
[0043]由圖1中示出的壓縮機96生成的壓縮尾氣98可在混合器99中與來自LTGC系統22的加熱的非滲透物36組合以產生燃料混合物101。在某些實施例中，混合器99可為混合裝置，或簡單地為兩個管的T形連接件。燃氣渦輪發動機100可接收燃料混合物101以及壓縮空氣和/或氮以產生熱燃燒氣體，其驅動一個或更多個渦輪級，並且最終作為排出氣體102排放。燃氣渦輪發動機100可用於使負載(諸如發電機)旋轉，用於例如在IGCC發電廠10中產生電功率。實際上,燃氣渦輪發動機100可用於使用燃氣渦輪發動機100的旋轉輸出來向任何適合的裝置供能。
[0044]在某些實施例中，IGCC發電廠10可包括餘熱回收蒸汽發生器(HRSG) 104，其使用來自燃氣渦輪發動機100的排出氣體102來加熱水，以產生用於向其它設備(諸如蒸汽渦輪發動機)供能的蒸汽。HRSG104可包括產生火焰的管道焚燒器103，該火焰使材料(諸如壓縮尾氣98或燃料混合物101)與氧反應以在燃燒反應中產生CO2和水。如圖1所示，壓縮尾氣98或燃料混合物101的一部分可流至管道焚燒器103來燃燒。通過燃燒壓縮尾氣98或燃料混合物101，管道焚燒器103可用於控制HRSG104的內部溫度。在某些實施例中，管道焚燒器103可省略，或者可燃燒除了壓縮尾氣98和燃料混合物101之外的材料。
[0045]如圖1所示，控制器105可用於控制IGCC發電廠10的某些方面。例如，一個或更多個傳感器106可配置在IGCC發電廠10中(諸如在AGR系統24中)，並且將信號108傳輸至控制器105。例如,傳感器106可將關於冷卻的溶劑76的溫度的信息傳輸至控制器105。基於該信息,控制器105可將一個或更多個信號108發送至IGCC發電廠10的各種構件，諸如用於冷卻水供應源56至非滲透物冷卻器80的流量控制閥107。例如，如果冷卻的溶劑76的溫度高於閾值，則控制器105可指示流量控制閥107開啟以增加非滲透物冷卻器80中的非滲透物79的冷卻，由此減小產生冷卻的溶劑76的溶劑冷凍機72中使用的冷卻的非滲透物78的溫度。在其它實施例中，控制器105可用於控制旁通閥109，以調整圍繞膨脹器84的非滲透物排氣82的旁通部分，由此控制冷卻的溶劑76的溫度。因此，控制器105可用於將冷卻的溶劑76的溫度保持在閾值以下。
[0046]圖2示出了 AGR系統24的實施例。在所示的實施例中，AGR系統24中的熱交換器的布置用於實現冷卻的未處理合成氣蒸氣60的冷卻。首先，如上所述，冷卻的未處理合成氣蒸氣60在供給產物熱交換器62中使用處理的合成氣64冷卻。第二，未處理的合成氣蒸氣排氣68在圖2中流至未處理合成氣冷卻器120，而不是直接流至如圖1所示的吸收器70。未處理合成氣冷卻器120使用來自溶劑冷凍機72的非滲透物流124來進一步冷卻未處理合成氣蒸氣排氣68，以產生引導至吸收器70的未處理合成氣蒸氣122。接著，來自未處理合成氣冷卻器120的非滲透物34可在如圖1所示的LTGC系統22中流至非滲透物熱交換器32。因此，圖2中示出的所示實施例與圖1中所示的實施例相比可向未處理合成氣蒸氣排氣68提供比變換的未處理合成氣30更多的冷卻。如圖2所示，富溶劑流126 (例如，富H2S流)離開吸收器70的底部。接著，富溶劑流126可引導至汽提塔以通過除去H2S而再生溶劑。
[0047]如上所述，IGCC發電廠10的某些實施例可包括AGR系統24、氫分離系統26和膨脹器84。如上所述，AGR系統24可從未處理合成氣16除去酸性氣體以生成處理的合成氣64。氫分離系統26可接收處理的合成氣66以生成非滲透物79和滲透物90。膨脹器84可通過使來自氫分離系統26的非滲透物排氣82膨脹而生成冷卻的滲透物78。AGR系統24可包括溶劑冷凍機72，其經由與冷卻的非滲透物78的熱交換冷卻溶劑74。在某些實施例中，控制器105可用於通過控制IGCC發電廠10的某些構件(諸如膨脹器84)而保持溶劑76的溫度。通過使用冷卻的非滲透物78來冷卻AGR系統24中使用的溶劑74，用於冷卻溶劑74的單獨的製冷系統可省略或減小容量。因此，使用冷卻的非滲透物78來在AGR系統24中冷卻可提高AGR系統24的效率並且/或者減小與AGR系統24相關的資本支出。
[0048]該書面的描述使用實例以公開本發明(包括最佳模式)，並且還使本領域技術人員能夠實踐本發明(包括製造和使用任何裝置或系統並且執行任何併入的方法)。本發明的可專利範圍由權利要求限定，並且可包括本領域技術人員想到的其他實例。如果這些其他實例具有不與權利要求的字面語言不同的結構元件，或者如果這些其他實例包括與權利要求的字面語言無顯著差別的等同結構元件，則這些其他實例意圖在權利要求的範圍內。
【權利要求】
1.一種系統，其包括: 酸性氣體脫除(AGR)系統，其構造成從未處理合成氣除去酸性氣體以生成處理的合成氣， 氫分離系統，其構造成接收所述處理的合成氣以生成非滲透物和滲透物；以及 膨脹器，其構造成使所述非滲透物膨脹以生成冷卻的非滲透物，其中，所述AGR系統包括溶劑冷凍機，其構造成經由與所述冷卻的非滲透物的熱交換冷卻溶劑。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述氫分離系統包括構造成生成所述非滲透物和所述滲透物的膜分離系統，其中，所述非滲透物的第一氫濃度小於所述滲透物的第二氫濃度。
3.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，僅所述溶劑冷凍機在所述AGR系統中用於冷卻所述溶劑。
4.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述AGR系統包括未處理合成氣冷卻器，其構造成經由與來自所述溶劑冷凍機的所述冷卻的非滲透物的熱交換冷卻所述未處理的合成氣。
5.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，包括變壓吸附(PSA)系統，其構造成接收所述滲透物以生成尾氣和富氫流。
6.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於，包括構造成壓縮所述尾氣以生成壓縮的尾氣的壓縮機。
7.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述膨脹器和所述壓縮機聯接在一起，使得所述膨脹器生成功率以驅動所述壓縮機。
8.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，包括燃氣渦輪發動機，其構造成接收所述壓縮的尾氣和加熱的非滲透物的混合物。
9.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，包括餘熱回收蒸汽發生器(HRSG)的管道焚燒器，其中，所述管道焚燒器構造成燃燒所述壓縮的尾氣，或所述壓縮的尾氣和所述加熱的非滲透物的混合物。
10.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，包括低溫氣體冷卻(LTGC)系統的非滲透物熱交換器，其中，所述非滲透物熱交換器構造成經由與來自所述溶劑冷凍機的所述冷卻的非滲透物的熱交換冷卻所述未處理合成氣。
【文檔編號】C10L3/10GK103537163SQ201310285886
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月9日 優先權日:2012年7月9日
【發明者】P.S.薩克, S.S.納法, R.S.貝尼帕爾 申請人:通用電氣公司