用于处理瞬态过程气体的系统和方法

专利名称：用于处理瞬态过程气体的系统和方法
技术领域：
本发明主要涉及气化系统，并且更具体而言，涉及一种用于处理瞬态过程气体的 系统和方法。
背景技术：
至少一些已知的气化系统，例如用于发电装备中的那些气化系统，包括与至少一 个发电涡轮系统相结合的气化系统，从而形成整体气化联合循环(igcc)发电系统。例如， 已知的气化系统将燃料、空气或氧气、蒸汽和/或C02的混合物转化成合成气体，或“合成 气”。合成气经引导通向燃气涡轮发动机的燃烧器，该燃气涡轮发动机为向电网供应电力的 发电机提供动力。来自至少一些已知的燃气涡轮发动机的排气供应到产生用于驱动蒸汽涡 轮的热回收蒸汽发生器(hrsg)。由蒸汽涡轮产生的动力还驱动向电网提供电力的发电机。至少一些已知的与IGCC系统相关联的气化系统最初产生“粗(raw) ”合成气燃料， 该粗合成气燃料包括一氧化碳(CO)、氢气(h2)、硫化氢(h2s)和二氧化碳(co2)。硫化氢一 般称为酸性气体。通常，将酸性气体从粗合成气燃料中去除，以产生用于在燃气涡轮发动机 内燃烧的“洁净”合成气燃料。至少一些已知的酸性气体去除是利用酸性气体去除子系统 执行的，该酸性气体去除子系统典型地包括至少一个用以去除大部分H2s的主吸收器。至少一些已知的系统可能未能够在所有运转状态期间都满足目前的排放物要求。 例如，高含硫起动燃料可产生大量的排放物。尽管产生的大部分这种排放物可在酸性气体 去除过程期间捕获，但这种排放物中的至少一些可在瞬态运转时段如系统起动、停机和设 备跳闸(trip)期间释放到大气中。

发明内容
在一方面，提供了一种用于减少硫排放物的方法。该方法包括将未经处理的气体 的至少一部分传送到低压吸收器；从未经处理的气体去除至少一部分硫，以产生低压吸收 器塔顶气体(overhead gas)；以及进一步处理低压吸收器塔顶气体。在另一方面，提供了一种用于从瞬态过程气体脱硫的方法。该方法包括将未经处 理的气体的第一部分与未经处理的气体的第二部分隔离；将未经处理的气体的第一部分传 送到低压吸收器；从未经处理的气体的第一部分去除至少一部分硫，以产生低压吸收器塔 顶气体；进一步处理低压吸收器塔顶气体；以及再循环未经处理的气体的第二部分。在另一方面，一种用于瞬态过程气体的处理系统，包括至少一个脱硫单元；尾气 单元，其在该至少一个脱硫单元的下游与其成流动连通地联接；至少一个鼓风机，其在该尾 气单元的下游与其成流动连通地联接；至少一个低压压缩机，其在该至少一个鼓风机的下 游与其成流动连通地联接；低压吸收器，其在该至少一个低压压缩机的下游与其成流动连 通地联接；酸性气体汽提器，其在该低压吸收器的下游与其成流动连通地联接；以及至少 一个高压压缩机，其在该至少一个低压压缩机的下游与其成流动连通地联接。该处理系统 构造成用以在系统停机程序期间通过将粗合成气传送到低压吸收器而绕开主吸收器。该处
5理系统还构造成用以通过如下步骤处理瞬态过程气体，即将未经处理的尾气的至少一部 分与酸性气体的一部分结合；将结合的气体传送到低压吸收器；从结合的气体去除至少一 部分硫，以产生低压吸收器塔顶气体；以及进一步处理低压吸收器塔顶气体。


图1是示例性整体气化联合循环(IGCC)发电系统的示意图；以及图2是可结合图1所示IGCC发电系统使用的示例性瞬态过程处理子系统的示意 图。
具体实施例方式如文中所用，用语“稀”用来描述基本上无排放物的溶剂，以及用语“浓”用来描述 含有排放物的溶剂。图1是例如用于发电装备中的示例性整体气化联合循环(IGCC)发电系统100的 示意图。在示例性实施例中，IGCC系统包括燃气涡轮发动机110。涡轮114通过第一转子 120可旋转地联接在第一发电机118上。涡轮114与至少一个燃料源和至少一个空气源(下 文更详细地描述了这两者)成流动连通地联接并且构造成用以分别从燃料源和空气源接 收燃料和空气。涡轮114产生通过转子120传输到发电机118的转动能，其中，发电机118 将转动能转化成电能以便传输到至少一个负载，包括但不限于电网(未示出)。IGCC系统100还包括蒸汽涡轮发动机130。在该示例性实施例中，发动机130包 括通过第二转子136可旋转地联接在第二发电机134上的蒸汽涡轮132。IGCC系统100还包括蒸汽发生系统140。在示例性实施例中，系统140包括至少 一个热回收蒸汽发生器(HRSG) 142，其通过至少一个加热锅炉给水管道146与至少一个热 传递装置144成流动连通地联接。HRSG 142构造成用以通过管道146从装置144接收锅炉 给水(未示出)，以将锅炉给水加热成蒸汽。HRSG 142还通过排气管道(未示出)从涡轮 114接收排气(未示出)，以进一步将锅炉给水加热成蒸汽。HRSG 142通过蒸汽管道150与 涡轮132成流动连通地联接。过剩的气体和蒸汽通过烟道气管道152从HRSG 142排出到 大气。蒸汽管道150将蒸汽从HRSG 142引导到涡轮132。涡轮132从HRSG 142接收蒸 汽并将蒸汽中的热能转化成转动能。转动能通过转子136传输到发电机134，其中，发电机 134将转动能转化成电能以传输到至少一个负载，包括但不限于电网。IGCC系统100还包括气化系统200。在示例性实施例中，系统200包括至少一个 空气分离单元202，其通过空气管道204与空气源成流动连通地联接。在示例性实施例中， 这种空气源包括但不限于专用的空气压缩机和/或压缩空气储存单元(均未示出)。空气 分离单元202将空气分离成氧气(02)、氮气(N2)和通过排气口(未示出)释放的其它成分。 氮气经引导通向燃气涡轮114以有助于燃烧。系统200包括气化反应器208，其与空气分离单元202成流动连通地联接并通过管 道210接收从单元202引导而来的02。系统200还包括煤磨碎和成浆单元211。单元211 分别通过供煤管道212和供水管道213与煤源和水源(均未示出)成流动连通地联接。单 元211构造成用以将煤和水混合在一起以形成煤浆流(未示出)，该煤浆流通过煤浆管道214引导到气化反应器208。气化反应器208分别通过管道214和210接收煤浆流和氧气流。气化反应器208 有助于产生热的粗合成气体(合成气)流。此外，气化反应器208还产生作为合成气生产 的副产品的热渣流。渣流通过热渣管道216引导到渣处理单元215。渣处理单元215使渣 猝冷并使其碎解成更小的碎片，该更小的碎片形成可通过渣管道217去除和引导的流。气化反应器208通过热合成气管道218与热传递装置144成流动连通地联接。 热传递装置144接收热的粗合成气流并通过管道146将其热量的至少一部分传递到HRSG 142。随后，热传递装置144产生通过合成气管道219引导到洗涤器和低温气体冷却(LTGC) 单元221的冷却的粗合成气流。LTGC 221去除夹带在粗合成气流内的颗粒物质并且有助于 通过飞尘管道222除去被去除的物质。LTGC 221还提供对粗合成气流的冷却。气化系统200还包括酸性气体去除子系统300，其通过粗合成气管道220与接收 冷却的粗合成气流的LTGC 221成流动连通地联接。酸性气体去除子系统300有助于如以 下更详细描述地那样从粗合成气流去除至少一部分的酸性成分。在示例性实施例中，这种 酸性气体成分包括但不限于H2S和C02。酸性气体去除子系统300还有助于将酸性气体成 分中的至少一些分离成其它成分，例如但不限于H2S和C02。而且，酸性气体去除子系统300 通过管道223与瞬态气体处理子系统400成流动连通地联接。瞬态气体处理子系统400还 接收至少一些酸性气体成分并将其分离成其它成分，例如但不限于H2S和C02。此外，瞬态 气体处理子系统400通过酸性气体去除子系统300和最终综合气流管道224将最终综合气 流引导到气化反应器208。最终综合气流包括如下所述由之前的综合气流所形成的预定浓 度的H2S和C02。酸性气体去除子系统300通过管道224与气化反应器208成流动连通地联接。管 道224将最终综合气流引导到气化反应器208的预定部分。通过酸性气体去除子系统300 和瞬态气体处理子系统400分离和去除这种H2S和C02产生通过洁净合成气管道228引导 到燃气涡轮114的洁净合成气流。 在正常运转期间，空气分离单元202通过管道204接收空气。空气分离成02、N2和 通过排气口排出的其它成分。氮气通过管道206弓丨导到涡轮114，而氧气通过管道210引导 到气化反应器208。同样，在运转中，煤磨碎和成浆单元211分别通过管道212和213接收 煤和水，其中，所得到的煤浆流通过管道214引导到气化反应器208。气化反应器208通过管道210接收氧气，通过管道214接收煤，并通过管道224接 收来自于酸性气体去除子系统300的最终综合气流。反应器208产生通过管道218引导 到装置144的热的粗合成气流。形成在反应器208中的任何渣副产品通过渣处理单元215 及管道216和217去除。装置144冷却粗的合成气流以产生通过管道219引导到洗涤器和 LTGC单元221的冷却的粗合成气流。在洗涤器和LTGC 221内，颗粒物质通过管道222从 合成气去除，并且进一步冷却合成气。冷却的粗合成气流经引导通向酸性气体去除子系统 300，在其中，酸性气体成分基本上被去除而形成可通过管道228引导到燃气涡轮114的洁 净合成气流。此外，在正常运转期间，涡轮114分别通过管道206和228接收氮气和洁净合成 气。涡轮114燃烧合成气燃料，产生热燃烧气体，并且弓I导热燃烧气体而导致涡轮114旋转。通过热传递装置144从热合成气去除的至少一部分热量通过管道146引导到HRSG142，在HRSG 142中该热量有助于形成蒸汽。蒸汽通过管道150引导到蒸汽涡轮132并且 使其旋转。涡轮132通过第二转子136使第二发电机134旋转。图2是可与IGCC发电系统如装备100 (在图1中示出)一起使用的示例性酸性气 体去除子系统300和瞬态气体处理子系统400的示意图。酸性气体去除子系统300通过 管道220接收粗流。并且，酸性气体去除子系统300通过管道228引导洁净合成气流。另 外，酸性气体去除子系统300通过管道224将综合气流弓|导到气化反应器，例如气化反应器 208(在图1中示出)。管道220与至少一个高压吸收器302成流动连通地联接。在示例性 实施例中，酸性气体去除子系统300包括与管道220成流动连通地联接的两个高压吸收器 302。作为备选，酸性气体去除子系统300可包括如文中所述有助于子系统300运转的任意 数量的高压吸收器302。在示例性实施例中，主吸收器302使用溶剂来有助于从转移的粗合成气流去除酸 性气体。粗合成气流接触至少一部分的酸性气体稀溶剂(未示出)，该酸性气体稀溶剂从粗 合成气流去除至少一部分选定的酸性气体成分，以产生洁净合成气流。去除的酸性气体成 分保留在溶剂内，从而形成第一酸性气体浓(或较浓)溶剂流。在示例性实施例中，这种酸 性气体成分包括但不限于仅包括H2s和C02。作为备选，去除如文中所述有助于IGCC系统 100运转的任何成分。在示例性实施例中，高压吸收器302通过第一浓溶剂流管道306与闪蒸鼓308成 流动连通地联接。作为备选，高压吸收器302可与如文中所述有助于酸性气体去除子系统 300运转的任意数量的闪蒸鼓308成流动连通地联接。闪蒸鼓308形成第二浓溶剂流，其包括至少一些剩下的未由上述闪蒸机构去除的 C02和H2S气态成分。由此，在示例性实施例中，闪蒸鼓308还通过将第二浓溶剂流引导到 酸性气体汽提器312的第二浓溶剂管道310而与至少一个酸性气体汽提器312成流动连通 地联接。作为备选，多个闪蒸鼓308可采用串联或并联构造彼此成流动连通地联接，其中， 该多个闪蒸鼓308通过如文中所述有助于酸性气体去除子系统300运转的任何数量的管道 与酸性气体汽提器312成流动连通地联接。酸性气体汽提器312接收通过管道310引导的浓溶剂流。酸性气体汽提器312通 过去除降低浓溶剂内任何酸性气体成分的浓度而将所接收的浓溶剂再生成稀溶剂，从而形 成基本上没有C02和H2S的稀溶剂流。酸性气体汽提器312通过管道316与重沸器314成 流动连通地联接，其中，稀溶剂流经引导通向重沸器314。重沸器314加热稀溶剂并且与酸 性气体汽提器312成流动连通地联接。一部分加热的稀溶剂通过管道318引导到酸性气体 汽提器312，以有助于酸性气体汽提器312内的蒸汽沸腾，从而有助于提高汽提器性能。重沸器314还通过泵320及管道322和324与至少一个热传递装置304成流动连 通地联接。泵320及管道322和324引导热的稀溶剂流经过热传递装置304。热传递装置 304有助于将热量从热的稀溶剂流传递到第一浓溶剂流。热传递装置304通过管道364与 高压吸收器302成流动连通地联接。管道364从热传递装置304引导温热的稀溶剂流并且 有助于去除温热稀溶剂流内的至少一些热量以形成较冷的稀溶剂流。作为如上所述再生溶剂的功能，酸性气体汽提器312产生第一 C02/H2S酸性气体 流。酸性气体汽提器312通过管道328与相分离器326成流动连通地联接。第一 C02/H2S 酸性气体流可包含溶剂。相分离器326有助于从第一 C02/H2S酸性气体流去除溶剂，且之后通过管道330引导溶剂回到酸性气体汽提器312。更具体而言，相分离器326形成第二 C02/ H2S酸性气体流。酸性气体去除子系统300还包括多个化学转变单元(或脱硫单元(SRU))332，其对 于各SRU 332而言通过至少一个管道334和至少一个进口隔断阀336与相分离器326成流 动连通地联接。各SRU 332接收第二 0)2/吐3酸性气体流，并形成二氧化硫(S02)和元素硫 (S)。具体而言，第二 C02/H2S酸性气体流内的一部分H2S与02反应而形成S02。S02还与剩 下的H2S反应而形成元素S和H20。SRU 332内未转化的C02、S02和N2形成SRU尾气流。所 形成的任何硫(S)通过管道338从各SRU 332去除。在示例性实施例中，SRU 332与通过管道338接收SRU尾气流的至少一个化学转 变单元或尾气单元CTCU) 340成流动连通地联接。TCU340还通过用氢气(H2)氢化未转化的 S02来形成H2S。第二 C02/H2S酸性气体流和SRU尾气流内的二氧化碳基本上是化学方面无 变化的。因此，TCU 340形成第二综合气流。在该流中，0)2对吐3的比率远远大于在第二 C02/H2S酸性气体流中C02对H2S的比率。酸性气体去除子系统300还包括至少一个鼓风机348，该鼓风机348通过管道 342、至少一个隔断阀344和至少一个管道346与TCU340成流动连通地联接。此外，在示例 性实施例中，酸性气体去除子系统300包括至少一个低压(LP)压缩机354，该低压(LP)压 缩机354通过至少一个管道350和至少一个隔断阀352与鼓风机348成流动连通地联接。 而且，酸性气体去除子系统300包括至少一个高压(HP)压缩机362，该高压(HP)压缩机362 通过管道356和360及阀358与LP压缩机354成流动连通地联接。HP压缩机362还与管 道224成流动连通地联接。在示例性实施例中，阀336、344、352和358是远程和自动运转的，并且与控制系统 (未示出)数据通信地联接。作为备选，阀336、344、352和358可采取如文中所述有助于酸 性气体去除子系统300的运转的任何方式进行操作。在瞬态运转期间，从合成气流去除的至少一部分酸性成分通过管道223引导到瞬 态气体处理子系统400。在瞬态气体处理子系统400内，去除和分离酸性成分，使得最终综 合气流可通过酸性气体去除子系统300和管道224引导到反应器208。在示例性实施例中，瞬态气体处理子系统400与酸性气体去除子系统300成流动 连通地联接。瞬态气体处理子系统400包括至少一个低压(LP)吸收器402。LP吸收器402 类似于HP吸收器302，因为吸收器302和402两者都使用溶剂来从流体流分离和去除预定 成分。然而，LP吸收器402不同于HP吸收器302，因为LP吸收器402相比于HP吸收器302 以更低的压力运转，并从保留在瞬态运转时段如起动、停机或设备跳闸时段期间产生的气 体中的H2S有选择地分离C02。瞬态气体处理子系统400还包括与管道324成流动连通地联接的热稀溶剂管道 426。管道426将热的稀溶剂从重沸器314和泵320引导到稀溶剂储罐404。稀溶剂储罐 404还通过第一泵406和热传递装置428与LP吸收器402成流动连通地联接。在示例性实施例中，LP吸收器402还通过第二泵410、热传递装置412和管道430 与浓溶剂储罐414成流动连通地联接。泵410、热传递装置412和管道430有助于将浓溶剂 引导到浓溶剂储罐414。浓溶剂储罐414通过第三热传递装置416和管道432与酸性气体 汽提器312成流动连通地联接。
LP吸收器402还通过至少一个HP压缩机旁通管道444和至少一个HP压缩机旁通 阀448与管道356成流动连通地联接。另外，LP吸收器402与至少一个排出-至-放空燃 烧装置(flare)管道450和至少一个排出-至-放空燃烧装置阀452成流动连通地联接。 而且，LP吸收器402通过至少一个管道446和至少一个阀424与HP压缩机362成流动连 通地联接。瞬态气体处理子系统400还包括将相分离器326与鼓风机348成流动连通地联接 的至少一个SRU旁通管道440和至少一个SRU旁通阀454。另外，SRU 332与至少一个管 道434和至少一个阀456成流动连通地联接，这有助于再循环未经处理的SRU尾气以在SRU 332中进行处理。SRU 332还通过管道438和阀422与热氧化器420成流动连通地联接。 而且，SRU 332通过TCU旁通管道436和TCU旁通阀458与鼓风机348成流动连通地联接。 TCU旁通管道436和TCU旁通阀458在TCU跳闸期间将SRU尾气引导到鼓风机348。此外， 瞬态气体处理子系统400包括至少一个鼓风机旁通管道442，且其能使SRU 332和/或TCU 340绕开鼓风机348并将未经处理的SRU尾气和/或未经处理的TGU尾气引导到低压压缩 机 354。在示例性实施例中，阀422、424、448、452、454、456和458是与控制系统(未示出) 数据通信地联接的远程和自动控制的阀。作为备选，阀422、424、448、452、454、456和458 可采取如文中所述有助于瞬态气体子系统400的运转的任何方式进行操作。在非瞬态运转期间，酸性气体去除子系统300用以从粗合成气流去除至少一部分 的酸性成分。这种酸性气体成分包括但不限于H2s和C02。子系统300还构造成用以有助 于将至少一些酸性气体成分分离成包括但不限于H2S和C02的成分。然而，上述装置可能经 历设备故障和停机操作。在装备起动、装备停机或设备故障(也称为“跳闸”)期间，酸性气 体去除系统300可释放更多的排放物到大气中。瞬态气体处理子系统400确保通过放空燃 烧装置418或热氧化器420释放到大气的所有过程流能基本上不含硫。在示例性实施例中，在一个或多个SRU 332的跳闸期间，来自酸性气体汽提器312 的酸性气体通过SRU旁通管道440和SRU旁通阀454绕开SRU 332并被引导到鼓风机348。 在一个备选实施例中，来自酸性气体汽提器312的酸性气体通过鼓风机旁通管道442和SRU 旁通阀454绕开SRU 332并被引导到低压压缩机354。在示例性实施例中，未经处理的气体通过管道350和阀352从鼓风机348引导到 LP压缩机354。在一个备选实施例中，未经处理的气体绕开鼓风机348并且通过鼓风机旁通 管道442和SRU旁通阀454引导到LP压缩机354。HP旁通阀448然后关闭并且加压的、未 经处理的尾气和酸性气体通过HP旁通管道444引导到LP吸收器402。LP吸收器402 (如 上所述)构造成用以从流体流分离并去除预定成分。通过HP旁通管道444引导到LP吸收 器402的流使用通过第一泵406和第一热传递装置428从稀溶剂储罐404引导到LP吸收 器402的稀溶剂进行处理。在LP吸收器402内，从未经处理的气体去除来自二氧化硫、硫 化氢和硫化羰成分的至少一部分的硫，从而产生浓溶剂。在示例性实施例中，气体中硫的量 减少到大约百万分之几(PPM)的水平。在备选实施例中，所去除的硫的量可以变化。浓溶 剂通过管道430、第二泵410和第二热传递装置412引导到浓溶剂储罐414。在一个实施例 中，浓溶剂然后通过第三热传递装置416和管道432引导到酸性气体汽提器312以进行再 生。在一个备选实施例中，浓溶剂仅使用管道432而引导到酸性气体汽提器312。此外，在另一备选实施例中，来自LP吸收器402的主要由二氧化碳组成的塔顶气体使用HP压缩机 362再循环到气化器。具体而言，塔顶气体通过至少一个管道446和至少一个阀424引导到 HP压缩机362。在又一备选实施例中，来自低压吸收器402的塔顶气体通过至少一个管道 450和至少一个阀452排出到放空燃烧装置418。在示例性实施例中，在TCU 340的跳闸期间，未经处理的SRU尾气通过TCU旁通管 道436和TCU旁通阀458绕开跳闸的TCU 340。在一个实施例中，未经处理的SRU尾气通过 至少一个阀344和至少一个管道346引导至鼓风机348，以及来自酸性气体汽提器312的 酸性气体的一部分通过SRU旁通管道440和SRU旁通阀454绕开SRU 332并引导到鼓风机 348。此外，来自酸性气体汽提器312的酸性气体的至少一部分通过鼓风机旁通管道442和 SRU旁通阀454绕开SRU 332并引导到低压压缩机354。在示例性实施例中，大约50%的酸 性气体绕开SRU 332。在备选实施例中，绕开SRU 332的酸性气体的比例可有所变化。剩下 的酸性气体通过至少一个管道434和至少一个阀456引导到SRU 332以有助于转化成元素 硫o在示例性实施例中，未经处理的气体通过管道350和阀352从鼓风机348引导到 LP压缩机354。在一个备选实施例中，未经处理的气体通过鼓风机旁通管道452和SRU旁 通阀454直接引导到LP压缩机354。HP旁通阀448然后关闭，并且加压的、未经处理的尾 气和酸性气体通过HP旁通管道444引导到LP吸收器402。LP吸收器402如上所述构造成 用以从流体流分离并去除预定成分。通过HP旁通管道444引导到LP吸收器402的流使用 通过第一泵406和第一热传递装置428从稀溶剂储罐404引导到LP吸收器402的稀溶剂 进行处理。在LP吸收器402内，从未经处理的气体去除来自二氧化硫、硫化氢和硫化羰的 硫的至少一部分，从而产生浓溶剂。在示例性实施例中，气体中硫的量被减少到大约百万分 之几(PPM)的水平。在备选实施例中，所去除的硫的量可有所变化。浓溶剂通过管道430、 第二泵410和第二热传递装置412引导到浓溶剂储罐414。在一个实施例中，浓溶剂然后 通过第三热传递装置416和管道432引导到酸性气体汽提器312以进行再生。在一个备选 实施例中，仅使用管道432将浓溶剂引导到酸性气体汽提器312。此外，在另一备选实施例 中，主要由二氧化碳组成的来自LP吸收器402的塔顶气体通过使用HP压缩机362而再循 环至气化器。具体而言，塔顶气体通过至少一个管道446和至少一个阀424引导到HP压缩 机362。在又一备选实施例中，来自低压吸收器402的塔顶气体通过至少一个管道450和至 少一个阀452排放到放空燃烧装置418。未经处理的SRU尾气通过管道434和阀456部分 地再循环回到SRU 332，而剩下的气体则通过管道438和阀422排放到热氧化器420。在示例性实施例中，在一个或多个鼓风机348的跳闸期间，与跳闸的鼓风机348相 关联的阀344关闭，以有助于将酸性气体的一部分从SRU 332引导到剩下的未跳闸的鼓风 机348。在示例性实施例中，大约50%的酸性气体绕开跳闸的鼓风机348。在备选实施例 中，绕开跳间的鼓风机348的酸性气体的比例可有所变化。剩下的酸性气体通过至少一个 管道434和至少一个阀456引导到SRU 332以有助于转化为元素硫。在一个备选实施例中， 阀344关闭并且来自SRU 332的酸性气体的一部分通过鼓风机旁通管道442引导到低压压 缩机354。在示例性实施例中，未经处理的气体通过管道350和阀352从未跳间的鼓风机348 引导到LP压缩机354。在一个备选实施例中，未经处理的气体通过鼓风机旁通管道442和旁通阀454绕开鼓风机348并被引导至低压压缩机354。HP旁通阀448然后关闭，并且加 压的、未经处理的尾气和酸性气体通过HP旁通管道444引导到LP吸收器402。LP吸收器 402如上所述从流体流分离并去除预定成分。通过HP旁通管道444引导到LP吸收器402 的流使用通过第一泵406和第一热传递装置428从稀溶剂储罐404引导到LP吸收器402 的稀溶剂进行处理。在LP吸收器402内，从未经处理的气体去除来自二氧化硫、硫化氢和 硫化羰的硫的至少一部分，从而产生浓溶剂。在示例性实施例中，气体中硫的量减少到大约 百万分之几(PPM)的水平。在备选实施例中，所去除的硫的量可有所变化。浓溶剂通过管 道430、第二泵410和第二热传递装置412弓|导到浓溶剂储罐414。在示例性实施例中，浓溶 剂然后通过第三热传递装置416和管道432引导到酸性气体汽提器312以进行再生。在一 个备选实施例中，仅使用管道432将浓溶剂引导到酸性气体汽提器312。此外，在示例性实 施例中，主要由二氧化碳组成的来自LP吸收器402的塔顶气体通过使用HP压缩机362而 再循环至气化器。具体而言，塔顶气体通过至少一个管道446和至少一个阀424引导到HP 压缩机362。在一个备选实施例中，来自低压吸收器402的塔顶气体通过至少一个管道450 和至少一个阀452排放到放空燃烧装置418。未经处理的SRU尾气通过管道434和阀456 部分地再循环回到SRU 332，而剩下的尾气则通过管道438和阀422排放到热氧化器420。在示例性实施例中，在一个或多个LP压缩机354的跳闸期间，与跳闸的LP压缩机 354相关联的阀352关闭，以有助于将酸性气体的一部分从鼓风机348引导到剩下的未跳闸 的LP压缩机354。在示例性实施例中，大约50%的酸性气体绕开跳闸的LP压缩机354。在 备选实施例中，绕开跳间的LP压缩机354的酸性气体的比例可有所变化。剩下的酸性气体 通过至少一个管道434和至少一个阀456引导到SRU 332以有助于转化为元素硫。在一个 备选实施例中，阀344关闭，并且来自SRU 332的酸性气体的一部分通过鼓风机旁通阀460 和鼓风机旁通管道442引导到低压压缩机354。HP旁通阀448然后关闭，并且加压的、未经处理的尾气和酸性气体通过HP旁通管 道444引导到LP吸收器402。LP吸收器402如上所述从流体流分离并去除预定成分。通 过HP旁通管道444引导到LP吸收器402的流使用通过第一泵406和第一热传递装置428 从稀溶剂储罐404引导到LP吸收器402的稀溶剂进行处理。在LP吸收器402内，粗合成 气流接触从粗合成气流至少一部分的酸性气体稀溶剂，该酸性气体稀溶剂去除选定的酸性 气体成分的至少一部分，以产生洁净合成气流和浓溶剂。在示例性实施例中，气体中硫的量 减少到大约百万分之几(PPM)的水平。在备选实施例中，所去除的硫的量可有所变化。浓 溶剂通过管道430、第二泵410和第二热传递装置412引导到浓溶剂储罐414。在示例性实 施例中，浓溶剂然后通过第三热传递装置416和管道432引导到酸性气体汽提器312以进 行再生。在一个备选实施例中，仅使用管道432将浓溶剂引导到酸性气体汽提器312。在示 例性实施例中，主要由二氧化碳组成的来自LP吸收器402的塔顶气体通过使用HP压缩机 362而再循环至气化器。具体而言，塔顶气体通过至少一个管道446和至少一个阀424引导 到HP压缩机362。在一个备选实施例中，来自低压吸收器402的塔顶气体通过至少一个管 道450和至少一个阀452排放到放空燃烧装置418。未经处理的SRU尾气通过管道434和 阀456部分地再循环回到SRU 332，而剩下的尾气则通过管道438和阀422排出到热氧化器 420。在示例性实施例中，在一个或多个HP压缩机362的跳闸期间，尾气通过管道350和阀352从鼓风机348引导到LP压缩机354。此外，在示例性实施例中，来自闪蒸鼓308的 气体的至少一部分被引导到LP压缩机354。HP旁通阀448然后关闭，并且加压的、未经处 理的尾气和酸性气体通过HP旁通管道444引导到LP吸收器402。LP吸收器402如上所述 构造成用以从流体流分离并去除预定成分。通过HP旁通管道444引导到LP吸收器402的 流使用通过第一泵406和第一热传递装置428从稀溶剂储罐404引导到LP吸收器402的 稀溶剂进行处理。在LP吸收器402内，从未经处理的气体去除来自二氧化硫、硫化氢和硫 化羰成分的硫至少一部分，从而产生浓溶剂。在示例性实施例中，气体中硫的量减少到大约 百万分之几(PPM)的水平。在备选实施例中，所去除的硫的量可有所变化。浓溶剂通过管 道430、第二泵410和第二热传递装置412引导到浓溶剂储罐414。在示例性实施例中，浓 溶剂然后通过第三热传递装置416和管道432引导到酸性气体汽提器312以进行再生。在 一个备选实施例中，仅使用管道432将浓溶剂引导到酸性气体汽提器312。主要由二氧化碳 组成的来自LP吸收器402的塔顶气体通过至少一个管道450和至少一个阀452排放到放 空燃烧装置418。在示例性实施例中，在整个系统停机期间，主吸收器302可能在可处理的粗合成 气的量方面受到限制。因此，在停机程序期间，通过管道220引导到主吸收器302中的粗合 成气通过吸收器旁通管道460和吸收器旁通阀462绕开主吸收器302。LP吸收器402如上 所述构造成用以从流体流分离并去除预定成分。通过主吸收器旁通管道460引导到LP吸收 器402的流使用通过第一泵406和第一热传递装置428从稀溶剂储罐404引导到LP吸收 器402的稀溶剂进行处理。在LP吸收器402内，从未经处理的气体去除来自二氧化硫、硫 化氢和硫化羰成分的硫的至少一部分，从而产生浓溶剂。在示例性实施例中，气体中硫的量 减少到大约百万分之几(PPM)的水平。在备选实施例中，所去除的硫的量可有所变化。浓 溶剂通过管道430、第二泵410和第二热传递装置412引导到浓溶剂储罐414。在示例性实 施例中，浓溶剂然后通过第三热传递装置416和管道432引导到酸性气体汽提器312以进 行再生。在一个备选实施例中，仅使用管道432将浓溶剂引导到酸性气体汽提器312。此 外，在示例性实施例中，主要由二氧化碳组成的来自LP吸收器402的塔顶气体通过使用HP 压缩机362而再循环到气化器。具体而言，塔顶气体通过至少一个管道446和至少一个阀 424引导到HP压缩机362。在一个备选实施例中，来自低压吸收器402的塔顶气体通过至 少一个管道450和至少一个阀452排放到放空燃烧装置418。瞬态气体处理子系统400有助于通过充分地减小引导到气化反应器208的气流中 的H2S的浓度来减小洁净的粗合成气流中的含硫物(例如但不限于吐幻的浓度。LP吸收 器402在瞬态时段期间处于运行状态，由此LP吸收器402如上所述充分地去除H2S。这种 H2S浓度的减小有助于在瞬态时段期间更少的排放物，从而提高了 IGCC系统100的运转灵活性。上述方法和装置容许例如用于发电装备中的整体气化联合循环(IGCC)系统的瞬 态过程气体处理具有最少的硫排放物。具体而言，在瞬态过程期间产生的排放物通过在其 中排放物与稀溶剂相混合的低压吸收器进行传送，以有助于减少所产生的排放物的量。所 得到的浓溶剂传送到酸性气体汽提器以进一步去除排放物，并且将来自低压吸收器的塔顶 气体再循环到气化器中。如文中所用，以单数叙述并带有用词“一”或“一个”的元件或步骤应当理解为不排除复数个所述元件或步骤，除非明确地述及这种排除。此外，提及本发明的“一个实施例” 不应当解释为排除同样结合了所述特征的其它实施例的存在。尽管以用于整体气化联合循环(IGCC)发电系统的瞬态过程气体处理系统为背景 描述了本文所述的装置和方法，但应该理解的是，该装置和方法并不局限于瞬态过程气体 处理系统或IGCC。同样，所示系统构件并不局限于文中的特定实施例，相反而言，系统的构 件可与文中所述的其它构件单独和分开地使用。虽然已根据各种特定实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该认识到，本 发明可使用在权利要求的精神和范围内的改型而予以实施。
权利要求
一种用于减少硫排放物的方法，所述方法包括将未经处理的气体的至少一部分传送到低压吸收器；从所述未经处理的气体去除至少一部分硫，从而产生低压吸收器塔顶气体；以及进一步处理所述低压吸收器塔顶气体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，传送未经处理的气体的至少一部分还包括识别瞬态系统状态；以及 调节用于所述未经处理的气体的流动通路。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，调节用于所述未经处理的气体的流动通 路包括如果所述瞬态系统状态为至少一个脱硫单元、尾气单元和至少一个高压压缩机的其中 之一的跳闸所致，则将所述未经处理的气体传送到至少一个鼓风机和至少一个低压压缩机的其中之一； 如果所述瞬态系统状态为至少一个鼓风机的跳闸所致，则将所述未经处理的气体传送到至少一个未跳间的鼓风机和至少一个低压压缩机的其 中之一；如果所述瞬态系统状态为低压压缩机的跳闸所致，则将所述未经处理的气体传送到至少一个鼓风机和至少一个未跳间的低压压缩机的其 中之一；以及如果所述瞬态系统状态为系统停机所致，则 将所述未经处理的气体传送到所述低压吸收器。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述未经处理的气体去除硫还包括 将所述未经处理的气体与排放物稀溶剂相混合；以及在酸性气体汽提器中再生所得到的排放物浓溶剂。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步处理所述低压吸收器塔顶气体还 包括将所述低压吸收器塔顶气体传送到至少一个高压压缩机和至少一个放空燃烧装置的其中之一。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 将所述未经处理的气体传送到脱硫单元；以及将所述未经处理的气体传送到热氧化器。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述跳闸的构件为高压压缩机，且其中， 进一步处理所述低压吸收器塔顶气体还包括将所述低压吸收器塔顶气体传送到至少一个 放空燃烧装置。
8.一种用于从瞬态过程气体脱硫的方法，所述方法包括将未经处理的气体的第一部分与所述未经处理的气体的第二部分隔离； 将所述未经处理的气体的所述第一部分传送到低压吸收器；从所述未经处理的气体的所述第一部分去除至少一部分硫，从而产生低压吸收器塔顶 气体；进一步处理所述低压吸收器塔顶气体；以及再循环所述未经处理的气体的所述第二部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述未经处理的气体的所述第一部分 传送到低压吸收器还包括识别瞬态系统状态；以及调节用于所述未经处理的气体的所述第一部分的流动通路。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，调节用于结合的气体的流动通路包括 如果所述瞬态系统状态为至少一个脱硫单元、尾气单元和至少一个高压压缩机的其中之一的跳闸所致，则将所述未经处理的气体的所述第一部分传送到至少一个鼓风机和至少一个低压压缩 机的其中之一；如果所述瞬态系统状态为至少一个鼓风机的跳闸所致，则将所述结合的气体传送到至少一个未跳间的鼓风机和至少一个低压压缩机的其中之 如果所述瞬态系统状态为低压压缩机的跳闸所致，则将所述结合的气体传送到至少一个鼓风机和至少一个未跳间的低压压缩机的其中之 一；以及如果所述瞬态系统状态为系统停机所致，则 将所述未经处理的气体传送到所述低压吸收器。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，从所述未经处理的气体的所述第一部分 去除硫包括将所述结合的气体与排放物稀溶剂混合；以及 在酸性气体汽提器中再生所得到的排放物浓溶剂。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步处理所述低压吸收器塔顶气体还 包括将所述低压吸收器塔顶气体传送到至少一个高压压缩机和至少一个放空燃烧装置的其中之一。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，再循环所述未经处理的气体的所述第二 部分包括将所述未经处理的气体的所述第二部分传送到脱硫单元；以及 将所述未经处理的气体的所述第二部分传送到热氧化器。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述跳闸的构件为高压压缩机，且其 中，进一步处理所述低压吸收器塔顶气体还包括将所述低压吸收器塔顶气体传送到所述至 少一个放空燃烧装置。
15.一种用于瞬态过程气体的处理系统，包括 至少一个脱硫单元；尾气单元，其在下游与所述至少一个脱硫单元成流动连通地联接； 至少一个鼓风机，其在下游与所述尾气单元成流动连通地联接； 至少一个低压压缩机，其在下游与所述至少一个鼓风机成流动连通地联接； 低压吸收器，其在下游与所述至少一个低压压缩机成流动连通地联接； 酸性气体汽提器，其在下游与所述低压吸收器成流动连通地联接；以及至少一个高压压缩机，其在下游与所述至少一个低压压缩机成流动连通地联接，所述 处理系统构造成用以在系统停机程序期间通过将粗合成气传送到所述低压吸收器而绕开 主吸收器，所述处理系统还构造成用以通过如下步骤处理瞬态过程气体，即 结合至少一部分的未经处理的尾气和一部分的酸性气体； 将所述结合的气体传送到所述低压吸收器；从所述结合的气体去除至少一部分硫，从而产生低压吸收器塔顶气体；以及 进一步处理所述低压吸收器塔顶气体。
16.根据权利要求15所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还构造成用以基于 以下步骤将所述结合的气体传送到低压吸收器，即识别瞬态系统状态；以及 调节用于所述结合的气体的流动通路。
17.根据权利要求16所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还构造成用以基于 如下步骤调节用于所述结合的气体的流动通路，即如果所述瞬态系统状态为所述至少一个脱硫单元、所述尾气单元和所述至少一个高压 压缩机的其中之一的跳闸所致，则将所述结合的气体传送到所述至少一个鼓风机和所述至少一个低压压缩机的其中之一。如果所述瞬态系统状态为所述至少一个鼓风机的跳闸所致，则 将所述结合的气体传送到至少一个未跳间的鼓风机和所述至少一个低压压缩机的其 中之一；以及如果所述瞬态系统状态为所述至少一个低压压缩机的跳闸所致，则 将所述结合的气体传送到所述至少一个鼓风机和至少一个未跳间的低压压缩机的其 中之一。
18.根据权利要求17所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还构造成用以基于 以下步骤调节用于所述结合的气体的流动通路，即识别所述尾气单元为所述跳闸的构件；将所述一部分的酸性气体传送到所述至少一个鼓风机和所述至少一个低压压缩机的其中之一。
19.根据权利要求15所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还构造成用以基于 以下步骤进一步处理所述未经处理的尾气的所述第二部分，将所述未经处理的尾气传送到脱硫单元；以及 将所述未经处理的尾气传送到热氧化器。
20.根据权利要求17所述的处理系统，其特征在于，所述至少一个高压压缩机处于跳 闸状态，所述系统还构造成用以通过将所述低压吸收器塔顶气体传送到至少一个放空燃烧 装置来处理所述低压吸收器塔顶气体，其中，所述至少一个放空燃烧装置在下游与所述低 压吸收器成流动连通地联接。
全文摘要
提供了一种用于减少硫排放物的系统和方法。在一个实施例中，提供了一种用于减少硫排放物的方法。该方法包括将未经处理的气体的至少一部分传送到低压吸收器；从未经处理的气体去除至少一部分硫以产生低压吸收器塔顶气体；以及进一步处理低压吸收器塔顶气体。该系统配备有辅助处理单元，其在设备起动、设备停机或设备故障期间确保释放到大气的所有过程流基本上无硫。
文档编号F01K23/06GK101855003SQ200880115719
公开日2010年10月6日 申请日期2008年9月2日 优先权日2007年11月9日
发明者P·萨克, S·纳法 申请人:通用电气公司