整体气化联合循环全套设备的最小含硫气体排放的制作方法

专利名称：整体气化联合循环全套设备的最小含硫气体排放的制作方法
整体气化联合循环全套设备的最小含硫气体排放
背景技术：
本申请要求2008年7月30日提交的美国临时专利申请系列号61/084，774的权 益，所述临时专利申请在此以其全文引为参考。本发明涉及气化反应器与整体气化联合循环(“IGCC”)全套设备的起动、运行和 关闭的系统和方法。气化首先被用于生产“城市煤气”，用来照明和加热。此外，在过去，煤和其他烃类 被气化以用于生产各种化学品和合成燃料。更近些时候，气化技术已被用于在IGCC全套设 备中产生电力，其中使用氧气或空气通过部分氧化将煤或其他烃类气化得到合成气。典型 情况下，然后将这种合成气脱去颗粒物、硫化合物和氮化合物例如NOx化合物，并随后通入 燃气轮机，合成气在那里燃烧。此外，得自燃起轮机的热废气通常被通入热回收蒸汽发生 器，在那里产生蒸汽以驱动汽轮机。然后从燃气轮机和汽轮机产生电能。这些IGCC全套设 备也可被设计用于生产氢气并捕获CO2，从而减少温室气体排放。因为在燃烧前已从合成气 中除去造成温室气体排放的组分，因此IGCC全套设备产生非常低水平的空气污染物，例如 NOx, SO2、颗粒物质和挥发性汞。正如上面提到的，任何烃类都可以被气化，即部分燃烧，其与燃烧的区别在于使用 了少于燃烧固体所需的化学计算量的氧气。一般来说，氧气供应量被限制在完全燃烧所需 氧气的约20%到70%。含烃原料与受限量的氧气的反应导致形成氢气、一氧化碳以及一些 水和二氧化碳。固体例如煤、生物质、炼油厂残渣、消化池污泥和其他含碳材料，可用作气化 器的原料。最近，石油焦已被用作IGCC的固体烃类原料。典型的气化器在非常高的温度下运行，例如约1000°C到约1400°C范围内以及超 过1600°C的温度。在如此高的温度下，原料中的任何惰性物质都被熔化并流到气化容器的 底部，在那里形成惰性熔渣。以空气或氧气供料的气化器有三种基本类型。具体来说，气 化器根据性质可以分成移动床、夹带床或流化床。移动床气化器一般以逆流的方式与燃料 接触。简单来说，含碳燃料被进料到反应器的顶部，其在那里以逆流的方式与氧气、蒸汽和 /或空气接触，直到发生反应形成合成气。在夹带床气化器中，燃料或含烃原料以并流方式 与氧化性气体接触，直到产生合成气，合成气存在于反应器顶部，同时熔渣流到反应器的底 部。最后，在流化床气化器中，含烃燃料或原料随着蒸汽/氧气向上通过，其在那里悬浮直 到发生气化反应。IGCC全套设备中的气化器与空气分离装置(“ASU”)、气体纯化或净化系统例如酸 性气体脱除(“AGR”)过程以及联合循环电厂或作为燃气轮机装置的“电力组块”整体化。 ASU被用于分离空气，以便可以将纯氧气物流送至气化器。为了将由气化器产生的合成气转化成氢气燃料用于发电和/或氢气销售两者，得 自气化组块或气化器的合成气必须被变换，以将合成气中的CO和水转化成(X)2和氢气。水 煤气变换反应是CCHH2O — C02+H2CO变换技术通常使用在常规的氢气和氨工厂中。当通过气化产生合成气时，CO变换装置典型地位于硫脱除装置的上游，因此使用“酸性”变换催化剂。变换催化剂可以是基 于钴-钼的催化剂，其可以从许多供应商处直接商购。催化剂的寿命典型为三年。对于高 等级的CO2捕获来说，可能需要附加的变换阶段。得自高度放热的变换反应的热能可以通 过产生蒸汽用于工厂内部消费来有效利用。正如上面提出的，这种“变换反应”广泛应用于精炼和石油化学工业中。利用酸 性变换技术的气化工厂的实例包括路易斯安那州的ConventHydrogen工厂、北达科他州的 Dakota Hydrogen工厂和堪萨斯州卡非威里石油焦气化工厂。卡非威里的工厂利用气化技 术生产氨和CO2。当使用IGCC全套设备捕获(X)2时，捕获的(X)2如果要注射到油田中用于强化采油， CO2必须满足压缩和注射的纯度标准。通过将原始含硫合成气体中的几乎所有CO变换成二 氧化碳和氢气，然后在下游AGR装置中回收得到的合成气中的几乎所有C02，可以实现极高 程度的碳捕获。在本文所考虑的IGCC全套设备中，得自变换反应器的变换后的合成气流出物被 通到酸性气体脱除装置。适合的酸性气体脱除装置可以是由Lurgi AG或Linde AG专卖 的甲醇吸收法脱酸性气过程(Rectisol Process) 0甲醇吸收法脱酸性气过程使用物理溶 剂，与基于胺的除酸溶剂不同，后者依赖于与酸性气体的化学反应。尽管可以使用任何酸 性气体脱除过程，但由于以下原因，优选使用甲醇吸收法脱酸性气过程(1)合成气的高压 力，以及( 工艺已得到证明的下述能力(i)在处理过的燃料气体流出物中获得非常低 (< 2ppmv)的硫水平，(ii)同时产生适合于克劳斯法硫回收装置(“SRU”)的酸性气体， 以及(iii)适合用于强化采油(“E0R”)应用的CO2物流。为了使用催化剂降低燃气轮机 (“GT”)废气中的CO和N0X，需要在GT中具有超低的硫含量，这是因为硫化合物与选择性 催化还原(SCR)过程中使用的氨反应，形成附着于催化剂和热回收蒸汽发生器(“HRSG”) 管表面上的粘性颗粒物。甲醇吸收法脱酸性气过程也能从合成气中除去几乎所有C0S，从而 消除了对上游水解反应器的需要，不然的话将需要所述水解反应器将合成气中的COS转化 成H2S。通过用于富吐合成气的甲醇吸收法脱酸性气装置并联合使用CO氧化催化剂与SCR 所获得的深度硫脱除，使电力组块能够实现与燃烧天然气的联合循环电厂相当的N0x、C0和 SO2排放水平，并且(X)2排放低得多。正如上面提到的，甲醇吸收法脱酸性气过程是纯粹的物理吸附过程，其在低温下 进行，并且高操作压力对其有利。吸附介质是甲醇。从气体向甲醇溶剂的传质由相应成分在 气体与溶剂表面之间的浓度梯度所驱动，浓度梯度由溶剂对该成分的吸附平衡所支配。被 吸附的化合物通过闪蒸(解吸附)和附加的热再生从溶剂中被脱除，以便溶剂可用于新的 吸附。将(X)2从高压合成气体中除去与将其从大气压力下的氮气稀释烟道气中除去相比的 相对容易性，已被广泛认识到是气化与燃烧技术相比的重要好处之一。取决于工艺装置整体性，通过这种IGCC全套设备产生的(X)2的纯度在97到99% +之间，仅含有其他存在的少量痕迹的化合物。需要这种纯度水平是出于几个原因。首先， 产物必须具有非常低的水含量，以最小化或减少对压缩设备、管线、注射/再注射设备和实 际钻井本身中使用的钢具有非常高腐蚀性的碳酸的形成(水+(D2 =碳酸)。其次，总硫含 量被限制在30ppmv或更低，以进一步将腐蚀问题降到最小，并减轻在机械故障或排放的情 况下对工人或公众的任何健康影响。第三，产物中的氮气被限制到低于约2体积％，因为过量的氮气可能显著抑制EOR并永久螯合C02。甲醇吸收法脱酸性气装置可用于在两种压力水平——大气压力和约3个大气压 下，产生高纯度C02。EOR运行需要2，OOOpsig (13. 79MPa)的CO2压力，所以需要高于该水平 的CD2压缩。CD2在约1，IOOpsig (7. 58MPa)下进入浓集的超临界相，因此其在整个(X)2管线 中保持在单一相中。甲醇吸收法脱酸性气过程的酸性气体脱除装置还产生含有吐3的酸性 气体物流。在本文考虑的IGCC全套设备中使用硫回收装置(“SRU”)可以是常规的用于将 H2S转化成液体元素硫的吹氧克劳斯技术。得自克劳斯装置的尾气可以重新循环到AGR装 置以避免任何含硫化合物向大气的排放，或通到常规的尾气处理装置(TGTU)。尽管在本发明的IGCC全套设备中产生的氢气一般用于发电，但在非高峰需求期 间，一部分这样的氢气可以在使用例如常规可获得的压力转换吸附技术进行适当纯化后， 导向炼油厂。燃烧氢燃料产生电力可以通过任何常规的燃气轮机来进行。这些燃气轮机可以各 自排气到热回收和蒸汽发生器(“HRSG”)中。可以产生三种压力水平的蒸汽，所述蒸汽可 用于在汽轮机中产生额外的电能。常规的选择性催化还原过程(“SCR”)可用于流出物气体的燃烧后处理，以将NOx 含量降低到可接受的水平。在部分氧化气体产生过程的常规起动中，气体发生器在预热到至少950°C后在 大气压力下起动。在气化器被加压并将下游工序投入运行之前，产生的含有合成气的流 出物典型地在骤燃装置中燃烧。正如本技术领域的专业人员所公知的，这导致污染物 例如硫的高于正常的排放。参见例如美国专利No. 4, 385, 906 (Estabrook)和美国专利 No. 3，816，332 (Marion)。因此，部分氧化气体发生器的起动存在特殊的挑战，包括应对污染物排放。例如美 国专利No. 4，378，974 (Petit等)公开了用于煤气化工厂、特别是耐火材料衬里的回转窑的 起动方法。Petit等的方法集中于由具有高的氯含量的煤所引起的问题。Petit等公开了 一种反应器，其中衬里由在氧存在下对由氯诱导的开裂敏感的材料制成。Petit等讲述了在 将反应器中的氧含量维持在足够低水平的阶段中起动反应器，以防止耐火材料衬里发生由 氯诱导的开裂。此外，美国专利No. 4，385，906 (Estabrook)公开了包含气体发生器和气体纯化组 列的气化系统的起动方法。在^^!虹001^所公开的方法中，气体纯化组列是孤立的，并被预 加压到其正常运行压力的50 %。然后起动气体发生器，升高其压力，然后在发生器与纯化器 之间建立相通。然后可以将得自纯化器的经纯化的气体在骤燃装置中燃烧，直到过程的所 有部分达到适合的温度和压力。美国专利No. 6，033，447 (Moock等)公开了使用无硫有机液体例如丙烷起动气化 系统的方法。该参考文献宣称，通过用无硫液体有机燃料起动气化器，可以消除起动所特有 的空气污染物例如硫。在气化器使用无硫液体有机燃料起动并达到适合的温度和压力条件 后，将燃烧器转变到含碳矿物燃浆。只有无硫气体发生骤燃。本发明使用无含硫气体骤燃应对气化器或IGCC全套设备的起动。骤燃是可燃气 体在骤燃装置顶端处不受控制的燃烧。骤燃的火焰可以在很远的距离看见。燃烧使骤燃装置顶端的外部达到可燃气体的绝热火焰温度，典型高达3，000° F(1649°C )。发明简述本发明涉及在起动、关闭和正常运行过程中，收集与构成IGCC全套设备的加工装 置相连的泄料管线中所有潜在的污染物或污染物质并处理含有这些污染物或污染物质的 物流的方法，使得IGCC全套设备不骤燃任何含有这些污染物的物流或不将污染物排放到 大气中。如果需要，首先对这些潜在污染物或污染物质进行硫脱除处理。然后将无硫的潜 在污染物或含污染物的物流在骤燃集管系统中分离成氧化性物流或还原性物流。然后将这 些物流通过具有数级燃烧器的骤燃装置，使得氧化性物流和还原性物流不互相混合。骤燃 集管系统还可以装备有气相回收装置(VRU)，在那里可以回收任何有用的气体产物例如H2、 CO2、硫化合物。图6中给出了本发明的使用无含硫气体骤燃方案的IGCC工厂的简化工艺 框图。首先，将气化器起动过程中产生的含有硫的含硫还原性物流，通过含有吸收H2S的 溶剂例如基于胺的溶剂或基于苛性碱的溶剂的低压涤气器，然后将这些物流骤燃。在正常 运行期间，得自含硫还原性物流的气体产物可以在尾气处理装置和/或酸性气体脱除装置 中通过气相回收装置回收。含硫氧化性物流典型地只含有痕量可燃烧气体，并可以含有高于约1. 0体积％的 氧气含量。该含硫氧化性物流被通到硫回收装置的尾气处理装置中主反应器炉燃烧器下游 的位点处。脱硫还原性物流典型地含有具有可以高于约50BTU/SCF (1869千焦耳/平方厘米) 的高热值的可燃烧气体和低于约1.0体积％的氧气含量，然后将其通到气相回收装置，在 那里物流随后被送往酸性气体回收装置的进料物流。脱硫氧化性物流典型地只含有痕量的可燃烧气体，并可以含有高于约1. 0体积％ 的氧气含量。该脱硫氧化性物流被通到骤燃装置燃烧器顶端下游的位点处。富含酸性气体或含有高H2S酸性气体的物流典型地含有高于约10%的H2S。在起 动过程中，将该物流从AGR通到SRU。在SRU计划外关闭的情况下，该物流可以被送往紧急 苛性碱涤气器，以在骤燃之前除去H2S。在结合附图研究说明书和权利要求书后，本发明的其他目的、特点和优点将变得 显而易见。


图1是本发明的一个实施方案的IGCC全套设备流程图的示意图，其中合成气生产 区、变换和低温气体冷却区、酸性气体脱除区和洁净氢气膨胀器/加热区存在至少一个泄 料导管。图2是本发明的一个实施方案的泄料系统的另一个示意图。图2显示了得自气化 区、变换区和低温气体冷却区、酸性气体回收区、燃气轮机泄料系统和其他短时排放源例如 固体操纵系统的泄料系统的泄料气体。图2显示了这些气体根据或氧气含量的不同而 异的路径。图3是适合用于本发明的骤燃系统的示意图。图3还显示了被整合在骤燃集管系 统的各种物流中的骤燃装置的气相回收装置。
图4是本发明的一个实施方案的IGCC全套设备流程图的示意图，其中变换和低温 气体冷却区和酸性气体脱除区存在至少一个泄料导管，并且其中合成气生产区没有泄料导管。图5是本发明的一个实施方案的IGCC全套设备流程图的示意图，其中酸性气体脱 除区存在至少一个泄料导管，并且其中合成气生产区以及变换和低温气体冷却区没有泄料导管。图6是本发明的实施方案的IGCC全套设备流程图的示意图，其中LP (低压)胺涤 气器用于气化起动气体(含硫还原性气体)，LLP (低低压)苛性碱涤气器用于SRU (硫回收 装置)起动并用于紧急酸性气体释放。发明详述概括来说，根据本发明，IGCC全套设备中的合成气生产区或气化器使用洁净的、无 硫的、含有低于IOppmv硫的含烃原料例如天然气或轻质液体烃类例如甲醇进行起动。然后 将气化器中产生的无硫合成气，即脱硫还原性气体，送往骤燃装置。当下游酸性气体脱除装 置和硫回收装置以及尾气处理装置投入运行后，将洁净燃料切换成高硫固体燃料。在AGR 完全投入运行后，将酸性气体(H2S和其他污染物)浓缩并送往硫回收装置例如克劳斯装置 以制造元素硫。如果在起动过程中酸性气体含有浓度低于25体积％的&S，将这样的酸性 气体送往含硫气体涤气器例如紧急苛性碱涤气器。一旦SRU投入运行，在SRU的流出物物 流中的少量未转化的H2S被送往尾气处理装置(“TGTU”)，在那里除去少量的硫，并将洁净 尾气重新循环回到AGR，或通到从ARG装置回收的(X)2产物流用于输出。无硫合成气在骤燃装置中被燃烧。当气化器关闭时，含硫气体(含有硫的气体)被捕集在气化器中。该含硫气体可 以以受控方式减压通过低低压(LLP)涤气器以除去硫污染物。然后将基本上不含硫的减压 气体送往骤燃装置。—般来说，在起动和关闭期间，以及如果需要在IGCC全套设备运行期间，所有排 放物包含的污染物，由喷射器或压缩机类型的收集系统、也称为气相回收装置(VRU)收集 在四个不同的集管中。气体被洗去硫、然后被送往骤燃装置，或者可以重新循环回上游装置 例如AGR或SRU，用于进一步的产物(H2、CO2和S)回收。在本发明的使用石油焦作为含烃原料的一个实施方案中，额定设计获得500兆瓦 电力的IGCC全套设备，可以具有三个焦炭研磨组列、三个运行加一个附加备用气化器组 列、两个变换/低温气体冷却组列、两个AGR/SRU组列、一个TGTU组列、一个合成气膨胀器 和任选的用于氢气装置外输出的变压吸收装置，以及两个联合循环电力组块组列。本发明的污染物或污染物质排放物可以具有下述特征1)脱硫还原性气体物流——具有低于约1体积％的氧气含量和低于约50ppmv的 H2S含量，这些物流一般在使用无硫烃类原料起动期间从所有装置产生；2)含硫还原性气体物流——除了 含量高于约50ppmv之外，与第1)项中描述 的物流相同，这些物流一般在起动期间合成气生产区的进料被切换成含硫进料后或关闭过 程中切换成无硫进料后，从合成气生产区和变换/低温气体冷却区装置产生；3)含硫氧化性气体物流，例如具有高于约1体积％的可能氧气含量和高于约 IOppmv的H2S含量；这些物流一般在正常运行期间从与已接触空气的SRU相连的设备例如
10酸性水罐、硫池等产生；4)脱硫氧化性气体物流——除了 H2S含量低于约IOppmv之外，与第3)项中描述 的物流相同，所述物流一般在正常运行期间从已接触空气的装置例如固体操纵或固体制备 装置、贮槽、罐、设备通风口和风口拉杆(bridals)以及安全阀产生；以及5)高H2S酸性气体物流——含有高于约10% H2S,例如供应到SRU或AGR区的进 料。在本发明的一个实施方案中，不含污染物例如含硫化合物、即硫含量低于约 IOppmv的原料，被用于实施整体气化联合循环全套设备的起动。将无硫原料、其可以是烃类 原料，通到合成气生产区，然后产生脱硫还原性合成气流出物物流。因为气化或合成气生产 区正处于起动阶段，该脱硫还原性合成气物流被通到泄料导管。然后将脱硫还原性合成气流出物物经由泄料导管通到骤燃装置。当合成气生产区的进料速率达到在包括预定的压力和温度在内的预定条件下的 预定速率时，将合成气区脱硫还原性流出物从泄料导管转向变换区，所述变换区典型地具 有位于其下游的低温气体冷却区。气体通过变换区和低温气体冷却区并从低温气体冷却区 流出，并被表征为脱硫还原性物流流出物。然后将该脱硫还原性物流流出物经由泄料导管 通到骤燃装置。在气化器起动之前、之后或同时，使用氮气或任何其他惰性气体来起动酸性气体 脱除区。当酸性气体脱除区达到包括温度和压力在内的预定的运行条件时，将得自与低温 气体冷却区相连的泄料导管的脱硫还原性气体转向酸性气体脱除区。得自酸性气体脱除区 的流出物也被表征为脱硫还原性流出物物流。然后将该脱硫还原性物流以与上述相同的方 式经由泄料导管通到骤燃装置并燃烧。在上游各区起动之前、之后或同时，使用起动气体例如天然气来起动硫回收区，使 得当硫回收区达到运行条件时进行起动。然后将得自酸性气体脱除区的脱硫还原性流出物 物流从泄料导管转向硫回收区，以产生另一个脱硫还原性流出物物流。然后将该硫回收区 脱硫还原性流出物物流通到尾气处理装置以产生尾气处理装置脱硫还原性流出物。然后将 得自尾气处理装置的流出物以与上述相同的方式经由泄料导管通到骤燃装置并燃烧。随后减少通到合成气生产区的不含硫原料的量，并增加通到合成气生产区的含硫 烃类原料的量。将酸性气体脱除区脱硫还原性流出物物流从硫回收区转向并通到含硫气体 涤气器。然后将得自含硫气体涤气器的流出物通到骤燃装置。当通到含硫气体涤气器的酸性气体脱除区流出物物流的硫浓度达到约25体积百 分比H2S的预定值时，将该物流转回到硫回收区，同时减少通到硫回收区的起动气体并将含 硫烃类原料增加到所需的运行进料速率。最后，将目前流向骤燃装置的尾气处理装置流出物转向酸性气体脱除区上游或下 游的位点，用于额外的CO2回收。此外，根据本发明，从与IGCC全套设备的各个区相连的贮槽、罐、设备通风口、风 口拉杆以及压力安全阀收集到的各种脱硫氧化性气体，可以被通到骤燃装置或热氧化炉或 焚烧炉，例如在一些常规尾气处理装置中通常看到的那些。按照上述本发明的起动步骤，可以在IGCC全套设备起动时减少所有有害污染物 的释放。
上述本发明的起动步骤的另一个实施方案涉及将无硫起动原料通过合成气生产 区和包括低温气体冷却区的变换区，然后将其送往泄料导管用于骤燃。图4描述了允许这 种类型的起动的示意工艺流程图。在起动步骤的另一个实施方案中，将无硫起动原料通过 合成气生产区、变换区、低温气体冷却区和酸性气体脱除区，然后将其送往泄料导管用于骤 燃。图5描述了允许这种类型的起动的示意工艺流程图。本发明的另一个实施方案提供了用于在整体气化联合循环全套设备关闭时减少 有害污染物例如硫的排放的方法。更具体来说，在关闭步骤中，将通到合成气生产区的原料 切换成无硫的、即硫含量低于约IOppmv的原料。在使用含硫烃类原料的合成气物流被使用 无硫原料的合成气代替后，将得自合成气生产区的现在是脱硫还原性气体的流出物从变换 区转向并减压通到与合成气生产区相连的泄料导管。然后将得自合成气生产区的流出物通 到骤燃装置。随后，将得自与变换区相连的低温气体冷却区的流出物从酸性气体脱除区转向并 减压通到与变换区相连的泄料导管。然后将该流出物物流通到骤燃装置。然后将得自酸性气体还原区的流出物减压。具体来说，将富氢合成气通到骤燃装 置。酸性气体被减压通到硫回收区。得自硫回收区的气态流出物被减压通到尾气处理装置。将得自尾气处理装置的流出物从其再循环转向酸性气体脱除区，并减压通到本发 明的骤燃装置。最后，将通到电力组块区中的涡轮机的燃料从氢气切换成天然气。在另一个实施方案中，气化器和变换区二者都可以通过将脱硫还原性流出物物流 从低温冷却区转向骤燃装置来减压，同时IGCC全套设备的其余部分按照上面所述进行关 闭。在本发明的另一个实施方案中，提供了以不使用如上所述的无硫原料的方式在整 体气化联合循环全套设备关闭时减少有害污染物例如硫的释放的方法。将得自合成气生产 区的现在是含硫还原性气体的流出物从变换区转向并减压通到与合成气生产区相连的泄 料导管。然后将得自合成气生产区的流出物通过一个或多个压力控制阀的节流缓慢排入用 于硫脱除的低压含硫气体涤气器(例如胺涤气器)。将得自含硫气体涤气器的流出物通到 如上所述的骤燃装置用于燃烧。然后，将得自与变换区相连的低温气体冷却区的流出物从酸性气体脱除区转向并 减压通到与变换区相连的泄料导管。然后将该含硫还原性流出物物流通过一个或多个压力 控制阀的节流缓慢排入低压涤气器。将得自低压涤气器的流出物通到本发明的骤燃装置。然后对得自酸性气体还原区的流出物进行减压。具体来说，将富氢合成气通到骤 燃装置，按照本发明进行燃烧和处理。酸性气体流出物被减压通到硫回收区。得自硫回收区的气态流出物被减压通到尾气处理装置。将得自尾气处理装置的流出物从其再循环转向酸性气体脱除区，并减压通到本发 明的骤燃装置。最后，将通到电力组块区中的涡轮机的燃料从氢气切换成天然气。在另一个实施方案中，气化器和变换区二者都可以通过将含硫还原性流出物物流 从低温冷却区转向低压涤气器、然后通到骤燃装置来减压，同时IGCC全套设备的其余部分按照上面所述进行关闭。在另一个实施方案中，可以通过如上所述开始酸性气体脱除区的关闭，并且在酸 性气体脱除区如上所述进行减压之前不对气化器和变换区单独进行减压，来进行气化器、 变换和酸性气体脱除区的减压。出于本发明的目的，尾气处理装置包含下列部件并如下所述进行操作。在本发明中，尾气处理装置可以包含一个标准胺吸收器用于正常运行和气化器关 闭操作两者，或可以包含两个胺吸收器，一个专用于气化器关闭条件，另一个用于正常运行 条件。TGTU装置还包含几个交换器、泵、过滤器和解吸塔。TGTU胺吸收器被用于除去TGTU 进料中&H2S。H2S被吸收在胺中，并通过在解吸塔或再生器中用蒸汽吹脱富胺(载满H2S的 胺溶剂)，将富胺再生成基本上不含硫的胺。这种再生的胺在TGTU过程中重新使用，得自吹 脱过程的H2S重新循环回到硫回收装置，进行进一步的硫脱除。TGTU还含有热燃烧炉或焚 烧炉，用于燃烧尾气流出物、SRU起动气体、短时排放物以及得自硫贮槽、硫储存罐和硫装载 台的气体。为了本发明的目的，骤燃集管系统可以包含下列部件并如下所述进行操作。如图3中所示的骤燃集管系统根据H2S和/或氧气含量的不同而被分成几个物流。 这些物流被分成含硫还原性气体、含硫氧化性气体、脱硫还原性气体、含硫还原性气体和 高酸性或H2S气体物流。喷射器或压缩机类型的气相回收装置被用于从集管系统回收任何 可用或可销售的气体。在骤燃系统中包含紧急苛性碱涤气器，用于在紧急关闭情况下或硫 回收装置起动期间从高酸性气体物流中除去压5。需要独立的骤燃装置分离罐，用于在气体 在骤燃装置中燃烧之前从其中除去任何水。起动含烃原料或不含硫的燃料可以是天然气或轻质液体烃类例如甲醇。起动燃料 的速率可以小于一个气化器通量的正常运行条件(“N0C”)，或例如为NOC的约10%到50% 以上。当气化器压力增加时，将气化系统的其余部分投入运行。例如，当甲醇和氧气混合物首先在气化器中点燃时，在通过打开并调节压力控制 阀进行熄火以产生50-150pSig(345-1034kPa)的背压后几分钟内，压力快速增加到该压 力。放出的合成气被送往脱硫还原性气体集管，然后通到骤燃装置。在骤燃装置入口处需 要水分离罐，以在起动时从湿的合成气混合物中除去任何冷凝的水分。通过节流控制泄料 物流的压力控制阀，逐渐增加气化器压力。合成气中的水包括在气化器运行压力下的平衡 水，以及被合成气流物理夹带的任何水。正如在一个实施方案中提到的，泄料气体被送往骤 燃装置。为了在起动期间保持气化系统气体速度大约恒定，气化器起动的渐变程序表可以 如下■将压力保持在约150pSig(1034KPa)下约1小时以检查泄漏，并且如果气化器已 完成检修维护，拧紧法兰；■增加气化器通量并相应调整气化器的压力，例如在约400psig(2758KPa)下 约40% N0C，在约500psig下约50% NOC等。可能花费约30分钟达到约70% NOC和约 700psig(4826KPa)压力；■当气化器通量达到约700psig(4826KPa)下约70% NOC时，可以增加压力直到气 化器压力达到NOC运行压力(例如约IOOOpsig (6895KPa))；■作为选择，对于气化器/变换/低温气体冷却酸性气体脱除组列的第一次起动来说，如果AGR可以在减压和降低的通量下运行，对于AGR起动来说气化器压力和通量可以 逐渐增加到在约400pSig(2758KPa)下仅仅约40% NOC通量，以节省起动燃料和氧气。这种 40%的最低下降是基于典型的AGR塔设计所提供的限制条件；■当气化器压力增加时，将气化黑水闪蒸系统的其余部分投入运行(术语“黑水” 是指得自气/水涤气器的用于从气化器中除去颗粒物的水流，其在随后进行闪蒸以除去任 何溶解的气体)；以及■在 50-100% NOC 时将气化器压力增加到 100(689. 5KPa) -1300psig(8963KPa)， 并停用装置，在将气体导入变换区段之前只用很短时间就能在完全气化器运行压力下达到 指定NOC。将得自气化区的合成气导入变换部分和低温气体冷却(“LTGC”)部分。通过首先 打开变换区入口处的小平衡阀以逐渐平衡上游和下游压力，将得自气化区合成气涤气器顶 部的合成气从骤燃装置转向并导入变换区和LTGC区。在压力平衡后，可以将控制阀逐渐打 开，将更多的合成气导入变换区和下游。同时，当更多合成气被导入下游部分时，可以逐渐 关闭控制脱硫合成气排向通到骤燃装置的泄料导管的压力控制阀。合成气向酸性气体脱除区的导入与合成气向变换/LTGC区的导入类似地进行。通 过AGR区的、经洗净和变换的合成气将在位于AGR中富H2合成气出口处的泄料导管处通入 骤燃装置。得自AGR装置的任何CO2物流可以使用CO2排气竖管排向大气。然后将AGR脱 硫酸性气体送往硫回收装置(“SRU”)。SRU可以使用天然气进行补充点火来起动，因为脱 硫酸性气体实际上不含H2S。SRU耐火材料变热估计将花费至少约16到约24小时来完成。 SRU将达到稳态运行，使其准备好接收含硫酸性气体。得自TGTU低压胺涤气器的流出物主 要包含CO2,并在该起动期间排向骤燃装置燃烧器燃烧炉的下游位置。无硫起动燃料向焦炭浆进料的切换可以在AGR/SRU已达到稳态运行后进行。在 AGR处排出的合成气的组成在燃料切换后将稍有改变。但是，通到SRU的脱硫向含硫酸性气 体的切换可以在约30分钟到约1小时的时间段内进行。得自AGR的含硫酸性还原性气体 首先被通到低低压(“LLP”)涤气器，然后通到骤燃装置，然后逐渐切换到SRU燃烧炉。在 进行这种通到SRU燃烧炉的流量切换的同时，减少通到SRU的起动天然气供应。在将燃料从洁净无硫天然气或液体烃类切换成焦炭浆进料后，AGR酸性气体的H2S 浓度将稳步增加。然后通过将得自AGR的H2S酸性气体和得自含硫水分离器的NH3进料到 SRU，将SRU运行调整到正常运行条件。SRU的尾气被送往TGTU胺涤气器。将TGTU胺涤气 器塔顶馏出物首先送往热燃烧炉或骤燃装置。当经过洗净的TGTU塔顶气体中H2S的含量被 证实是可接受、即低于IOppmv时，可以起动尾气压缩机以便将尾气通到产物CO2物流，或可 替代地，如果H2S含量过高，它可以通到AGR上游的点。得自AGR的CO2物流被通到CO2管 线用于销售或E0R。在气化器熄火后，富集H2的洁净合成气也可以使用膨胀器旁路管线通到下游，排 入燃气轮机入口。膨胀器旁路上的压力控制阀可用于自动控制膨胀器上游压力，并且位于 通到骤燃装置的泄料导管上的压力控制阀可用于自动控制膨胀器下游通到涡轮机的压力。对于按计划关闭来说，关闭行动一般可以通过逆转起动程序的步骤来进行。降低 气化器的通量，例如从其正常运行压力的约100%降低到约70%，并可以将燃料从焦炭浆 切换成无硫原料例如甲醇。燃气轮机可以相应地退出。在切换通到气化器的燃料后，可以逐渐关闭合成气涤气器塔顶馏出物控制阀，并逐渐打开压力控制阀以向通到骤燃装置的脱 硫还原性气体放气集管排气。当合成气被排气时，同时降低气化器通量以将排气降到最低。 当合成气涤气器塔顶馏出物控制阀完全关闭时，洁净的合成气100%通到骤燃装置。可以 逐渐降低使用洁净燃料运行的气化器的压力和通量，直到获得任意低通量并建立起降低的 气化器压力(例如在500pSig(3447KPa)气化器压力下50% N0C)。然后起动气化器关闭序 列，以受控方式将气化器关闭。当起动气化器关闭序列以受控方式关闭气化器时，合成气系统被封锁在运行压力 下。气化器将通过通到骤燃装置的气化器泄料导管逐渐减压。因此，由减压产生的合成气 流向骤燃装置的流速可以通过存量的减少来计算。在合成气减压后，系统可以用氮气吹扫。 关闭的氮气吹扫气体也同样通过气化器泄料导管送往骤燃装置。污染控制设备包括图2和3中显示的所有设备和流程。例如，如上所述，释放或泄 料气体根据气体是否含有H2S和氧气而被分离到各个释放集管中。包含了回收系统以回收 任何可用气体例如H2、CO2或硫用于销售。使用底面或高空骤燃装置用于紧急安全释放、关 闭和起动操作。使用含硫气体涤气器在起动/关闭情况下和紧急酸性气体释放中除去H2S。 下面是在实施本发明的实施方案的IGCC全套设备中使用的污染控制设备的非排他性的实 例名单 热燃烧炉或焚烧炉，辅助锅炉，使用HRSG管道点火(在这些装置下游一般具有 SCR) 紧急含硫气体涤气器(胺或苛性碱)· LLP含硫气体涤气器(TGTU MDEA吸收器) 骤燃装置气相回收系统(含硫气体回收压缩机)· TGTU尾气压缩机 骤燃装置分离罐 氧化性含硫气体短时排放收集器(喷射器)系统 还原性含硫气体短时排放收集器(喷射器或压缩机)系统 氧化性脱硫气体短时排放收集器(喷射器或抽气器)系统 还原性脱硫气体短时排放收集器(喷射器或压缩机)系统 燃气轮机/HRSG污染控制系统当污染控制设备都正确运行时，得自SRU尾气中的含硫气体被洗净，并且洁净的 TGTU尾气重新循环回到CO2压缩机的上游。尽管已经根据优选实施方案对本发明进行了描述，但应该理解本发明当然不限于 此，因为本技术领域的专业人员特别是根据前面的讲述可以对其做出修改。
权利要求
1.用于起动和关闭整体气化联合循环全套设备的方法，其中整体气化联合循环全套设 备包含合成气生产区、变换/低温气体冷却区、酸性气体脱除区、硫回收区和联合循环电力 组块区，其中每个区具有至少一个与其相连的泄料导管，其中整体气化联合循环全套设备 使用不含污染物例如含硫化合物的含烃原料起动，并且其中所述起动或关闭使用无硫或低 硫骤燃来进行，所述方法包括下列步骤(a)从正在起动或关闭的适用区回收任何含硫流出物物流；(b)在排放这些含硫气体或使其骤燃之前洗涤这些含硫气体，以减少在起动或关闭期 间含硫污染物的含量；(c)从整体气化联合循环全套设备中正在起动的适用区回收脱硫还原性流出物物流；(d)将得自正在起动的适用区的脱硫还原性流出物物流通过适用区下游的至少一个泄 料导管；(e)将从步骤(c)中的泄料导管回收的脱硫还原性物流通到骤燃装置或排气口。
2.权利要求1的方法，其中氧化性物流从与整体气化联合循环全套设备中的各个区相 连的贮槽、罐、设备通风口、风口拉杆以及压力安全阀收集，并且这些氧化性物流被通到硫 回收区。
3.权利要求1的方法，所述方法还包括下列步骤(a)将无硫烃类原料通到合成气生产区以生产脱硫还原性合成气流出物物流；(b)将脱硫还原性合成气流出物物流通到泄料导管；(c)将得自步骤(b)中的泄料导管的脱硫还原性物流通到骤燃装置；(e)当通到合成气生产区的进料速率达到在包括预定的压力和温度在内的预定条件下 的预定速率时，将合成气生产区的脱硫还原性流出物物流从步骤(b)中的泄料导管转向在 下游具有低温气体冷却区的变换区，以从低温气体冷却区产生脱硫还原性物流流出物；(f)将得自低温气体冷却区的脱硫还原性物流流出物通到低温气体冷却区下游的泄料 导管；(g)将得自步骤(f)中的泄料导管的脱硫还原性物流通到骤燃装置；(h)使用氮气或任何其他惰性气体来起动酸性气体脱除区，使得当酸性气体脱除区已 达到包括温度和压力在内的预定的运行条件时，将得自步骤(f)中与低温气体冷却区相连 的泄料导管的脱硫还原性物流流出物转向酸性气体脱除区，以产生脱硫还原性流出物物 流；(i)将得自步骤(h)中的酸性气体脱除区的脱硫还原性流出物物流通到酸性气体脱除 区下游的泄料导管；(j)将得自步骤(i)中的泄料导管的脱硫还原性物流通到骤燃装置；(k)使用起动气体例如天然气来起动硫回收区，使得当硫回收区已达到运行条件时，将 得自酸性气体脱除区的脱硫还原性流出物物流从步骤(j)中的泄料导管导向硫回收区，以 产生脱硫还原性流出物物流；(1)将硫回收区脱硫还原性流出物通到尾气处理装置，以产生尾气处理装置脱硫还原 性流出物；(m)将尾气处理装置脱硫还原性流出物通到热氧化炉或骤燃装置；(η)减少通到合成气生产区的不含硫原料的量，并将含硫烃类原料通到合成气生产区；(ο)将酸性气体脱除区脱硫还原性流出物物流从硫回收区转向含硫气体涤气器； (P)将得自含硫气体涤气器的流出物通到骤燃装置；(q)当通到含硫气体涤气器的酸性气体脱除区流出物物流的硫浓度达到预定值时，将 物流转回到硫回收区，同时减少通到硫回收区的起动气体；(r)将步骤(m)中目前流向热氧化炉或骤燃装置的尾气处理装置流出物转向酸性气体 回收区上游或下游的位点。
4.权利要求1的方法，所述方法还包括下列步骤(a)将无硫烃类原料通到合成气生产区以产生脱硫还原性合成气流出物物流；(b)将脱硫还原性合成气流出物物流通到在下游具有低温气体冷却区的变换区，以从 低温气体冷却区产生脱硫还原性物流流出物；(c)将得自低温气体冷却区的变换区流出物脱硫还原性物流通到低温气体冷却区下游 的泄料导管；(d)将得自步骤(c)中的泄料导管的脱硫还原性物流通到骤燃装置；(e)使用氮气或任何其他惰性气体来起动酸性气体脱除区，使得当酸性气体脱除区达 到包括适合的温度和压力在内的预定运行条件时，将得自与低温气体冷却区相连的泄料导 管的脱硫还原性物流流出物转向酸性气体脱除区，以产生脱硫还原性流出物物流；(f)将得自酸性气体脱除区的脱硫还原性流出物物流通到酸性气体脱除区下游的泄料 导管；(g)将得自步骤(f)中的泄料导管的脱硫还原性物流通到骤燃装置；(h)使用起动气体例如天然气来起动硫回收区，使得当硫回收区已达到运行条件时，将 得自酸性气体脱除区的脱硫还原性流出物物流从步骤(f)中的泄料导管转向硫回收区，以 产生脱硫还原性流出物物流；(i)将硫回收区脱硫还原性流出物通到尾气处理装置，以产生尾气处理装置脱硫还原 性流出物；(j)将尾气处理装置还原性气体流出物通到热燃烧炉或骤燃装置；(k)减少通到合成气生产区的不含硫原料的量，并将含硫烃类原料通到合成气生产区；(1)将酸性气体脱除区还原性流出物物流从硫回收区转向含硫气体涤气器； (m)将得自含硫气体涤气器的流出物通到骤燃装置；(η)当通到含硫气体涤气器的酸性气体脱除区流出物物流的硫浓度达到预定值时，将 物流转回到硫回收区，同时减少通到硫回收区的起动气体；以及(ο)将步骤(j)中目前流向热氧化炉或骤燃装置的、得自尾气处理装置的尾气转向酸 性气体回收区上游或下游的位点。
5.权利要求1的方法，所述方法还包括下列步骤(a)将无硫烃类原料通到合成气生产区以产生脱硫还原性合成气流出物物流；(b)将脱硫还原性合成气流出物物流通到在下游具有低温气体冷却区的变换区，以产 生脱硫还原性流出物物流；(c)将得自低温气体冷却区的脱硫还原性物流流出物通到酸性气体区，以产生脱硫还原性气体流出物物流；(d)将得自酸性气体脱除区的脱硫还原性气体流出物通到酸性气体脱除区下游的泄料导管；(e)将得自泄料导管的脱硫还原性物流通到骤燃装置；(f)使用起动气体例如天然气来起动硫回收区，使得当硫回收区已达到运行条件时，将 得自酸性气体脱除区的脱硫还原性流出物物流从步骤(d)中的泄料导管转向硫回收区，以 产生脱硫还原性流出物物流；(g)将硫回收区脱硫还原性流出物物流通到尾气处理装置，以产生尾气处理装置脱硫 还原性流出物；(h)将尾气处理装置还原性气体流出物通到骤燃装置或热燃烧炉；(i)减少通到合成气生产区的不含硫原料的量，并将含硫烃类原料通到合成气生产区；(j)将酸性气体脱除再生器脱硫还原性流出物物流从硫回收区转向含硫气体涤气器； (k)将得自含硫气体涤气器的流出物通到骤燃装置；(1)当通到含硫气体涤气器的酸性气体脱除区流出物物流的硫浓度达到预定值时，将 物流转回到硫回收区，同时减少通到硫回收区的起动气体；以及(m)将步骤(h)中目前流向骤燃装置或热氧化炉的、得自尾气处理装置的尾气转向酸 性气体脱除区上游或下游的位点。
6.用于关闭整体气化联合循环全套设备的合成气生产区的方法，其中整体气化联合循 环全套设备包含合成气生产区、变换反应/低温气体冷却区、酸性气体脱除区、硫回收区和 联合循环电力组块区，其中每个区具有至少一个与其相连的泄料导管，其中全套设备被进 料含烃原料，所述原料含有污染物例如硫，其中所述方法包括下列步骤(a)将通到合成气生产区的原料切换成含有无硫烃类的原料，使得在得自无硫原料的 合成气代替含硫原料后，产生脱硫还原性物流流出物；以及(b)将得自合成气生产区的脱硫还原性物流流出物转向并减压通到与合成气生产区相 连的泄料导管。
7.权利要求6的方法，其牵涉关闭附加区，并包括下列步骤(a)在合成气生产区中得自无硫原料的无硫合成气代替得自含硫原料的合成气后，将 得自低温气体冷却区的脱硫还原性物流流出物转向并减压通到与该低温气体冷却区相连 的泄料导管；(b)将得自步骤(a)中的低温气体冷却区的流出物通到骤燃装置；(c)将得自酸性气体脱除区的流出物如下转向并减压 (i)将富氢合成气通到骤燃装置；( )将酸性气体通到硫回收区；(d)将硫回收区减压到尾气处理装置(“TGTU”)吸收器；(e)将得自低压尾气处理装置吸收器的流出物通到热燃烧炉或骤燃装置；(f)将通到与电力组块区相连的涡轮机的燃料从氢气切换成天然气。
8.权利要求7的方法，所述方法还包括下列步骤(a)将得自酸性气体脱除区的脱硫还原性物流流出物如下转向并减压i)将富氢合成气通到骤燃装置；ii)将酸性气体通到硫回收区；(b)将硫回收区减压到尾气处理装置吸收器；(C)将得自低压尾气处理装置吸收器的流出物通到热燃烧炉或骤燃装置； (d)将通到与电力组块区相连的涡轮机的燃料从氢气切换成天然气。
9.用于关闭整体气化联合循环全套设备的合成气生产区的方法，其中整体气化联合循 环全套设备包含合成气生产区、变换反应/低温气体冷却区、酸性气体脱除区、硫回收区和 联合循环电力组块区，其中每个区具有至少一个与其相连的泄料导管，其中全套设备被进 料含烃原料，所述原料含有污染物例如硫，其中所述方法包括下列步骤(a)将得自合成气生产区的含硫还原性物流流出物转向并减压通到与合成气生产区相 连的泄料导管；(b)将得自步骤(a)中的合成气生产区的流出物通到低压涤气器例如胺或苛性碱涤气 器，以除去H2S气体；(c)将低压涤气器的流出物通到骤燃装置或热燃烧炉。
10.权利要求9的关闭IGCC的整个处理装置的方法，所述方法还包括下列步骤(a)将得自低温气体冷却区的含硫还原性物流流出物转向并减压通到与该低温气体冷 却区相连的泄料导管；(b)将得自低温气体冷却区的流出物通到低压涤气器例如胺或苛性碱涤气器，以除去H2S ；(c)将得自步骤(b)中的低压涤气器的流出物通到骤燃装置；(d)将得自酸性气体脱除区的流出物如下转向并减压 (i)将富氢合成气通到骤燃装置；( )将酸性气体通到硫回收区；(e)将硫回收区减压到尾气处理装置吸收器；(f)将得自低压尾气处理装置吸收器的流出物通到热燃烧炉或骤燃装置；(g)将通到与电力组块区相连的涡轮机的燃料从氢气切换成天然气。
11.权利要求10的方法，所述方法还包括下列步骤(a)将得自酸性气体脱除区的含硫还原性物流流出物如下转向并减压 (i)将富氢合成气通到骤燃装置；( )将酸性气体通到硫回收区；(b)将硫回收区减压到尾气处理装置吸收器；(c)将得自低压尾气处理装置吸收器的流出物通到热燃烧炉或骤燃装置；以及(d)将通到与电力组块区相连的涡轮机的燃料从氢气切换成天然气。
12.权利要求9、10和11的方法，其也可用于计划外紧急关闭。
全文摘要
本发明公开了具有极小含硫气体排放、此外同时减少污染物例如一氧化碳、硫化氢和氧化氮释放的汽化器与整体气化联合循环全套设备的起动、运行和关闭的方法。所述方法通过使用无硫原料起动并洗涤任何可排放的含硫气体使其不含硫污染物，然后将这种气体释放到大气中来完成。
文档编号C10J3/00GK102124082SQ200980130492
公开日2011年7月13日 申请日期2009年7月21日 优先权日2008年7月30日
发明者亨利·C·陈, 克雷格·斯金纳, 玛丽亚·巴尔马斯 申请人:氢能量国际有限公司