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CN101274746A - 联合循环电厂使用的俘获部分二氧化碳的重整系统 - Google Patents

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CN101274746A
CN101274746A CNA2007103051683A CN200710305168A CN101274746A CN 101274746 A CN101274746 A CN 101274746A CN A2007103051683 A CNA2007103051683 A CN A2007103051683A CN 200710305168 A CN200710305168 A CN 200710305168A CN 101274746 A CN101274746 A CN 101274746A
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fuel
heat
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gas
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CNA2007103051683A
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刘科
M·J·鲍曼
S·D·桑博恩
A·T·埃武莱特
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Abstract

一种减少NOX排放的系统，包括被设定为接收燃料和产生富含氢气流体的重整装置，被设定为燃烧富含氢气流体和产生电力及废气流的燃烧系统，以及被设定为回收废气流中的热量回收装置，其中回收的热量被循环送回至重整装置中。

Description

联合循环电厂使用的俘获部分二氧化碳的重整系统
背景技术
二氧化碳(CO2)，一种所谓的温室气体，是熔炉以及发电厂中的化石燃料燃烧而产生的。近来的科学研究表明，二氧化碳以及其他温室气体的排放，例如甲烷(CH4)和氧化氮(N2O)，可对气候的变化产生重要的影响。由二氧化碳以及其他温室气体的排放所导致的、至少部分导致的气候的变化趋势已经引起了国际关注，并产生了与此相关的国际条约，例如京都条约。
由于本国和国际上的关注，能量制造者一直在尝试降低从发电厂排放的二氧化碳含量。许多新建的发电厂是天然气联合循环发电厂，或者“NGCC”发电厂。尽管与煤发电厂相比，这类发电厂排放的二氧化碳显著减少，但在满足不断提高的排放标准方面仍然存在着困难。近来，欧洲的政策制定者提议给规定的发电厂每年可排放的二氧化碳量，设定一个最大限额。他们提议，二氧化碳的排放量超过该限额就需要为超出的量缴纳“碳税”。事实上，在瑞典当地已经存在这样的碳税。同样的，挪威、芬兰和荷兰最近也制定了碳税。类似的有关碳税的提议也已经在加利福尼亚和打算提高空气质量标准的美国其他州进行了讨论。
现有的发电厂可以利用甲烷水蒸气重整(SMR)、自热重整(ATR)以及催化部分氧化(CPO)，将天然气(NG)转化为合成气或包括氢气及一氧化碳的重整物，将其应用于气轮机发生器中，也可以是氢气，用于氨的生产和精炼。虽然重整物的使用可以有利的减少NOX的排放，但天然气(NG)的重整反应以及发电需要的燃烧反应可能会生成大量二氧化碳。为了使全部的天然气进行重整，所使用的重整装置必须非常大且昂贵。而且，如果使用的是甲烷水蒸气重整装置，该重整装置的炉子一侧的操作温度需要高达2600华氏度(℉)。在这样的温度下，使用的甲烷水蒸气重整装置需要由昂贵的高温合金制成。要捕获所述重整装置产生的大量二氧化碳可能是更困难的事情。俘获如此大量的二氧化碳是昂贵的，并且降低了发电厂的整体效率，这是因为更多的燃料需要被用来俘获过量排放的二氧化碳。因此，需要进行大量的资产投资，使现有的发电厂具备符合越来越严格的二氧化碳排放标准的能力。
因此，需要建立一种发电厂，它可以利用更便宜的、更低温度的重整装置来转化天然气，并且俘获由此产生的一部分二氧化碳。这样的系统由于是在较低温度下运行，可以降低资产成本和运作成本，使用循环流来提高效率，并且只俘获超出发电厂年限额的二氧化碳排放量，因此避免了昂贵的碳税。而且，如果该系统可以改进现有NGCC发电厂，将是有利的。
发明内容
这里公开的是能够俘获部分二氧化碳的天然气联合循环系统，以及该系统的操作方法。在一种实施方式中，一个联合循环系统包括，包括预甲烷水蒸气重整装置的重整装置单元，其中预甲烷水蒸气重整装置被设定为在低于约800℃的温度下运行，并将混合燃料流重整为第一重整流，其中所述混合燃料流包括第一燃料和蒸汽；含水-气转换反应器的转换反应单元，其中水-气转换反应器被设定为将第一重整流中的一氧化碳转化成二氧化碳，并形成第二重整流；二氧化碳去除单元，被设定为将第二重整流中的二氧化碳除去，并形成二氧化碳流和第三重整流，其中小于约50％的存在于混合燃料流中的碳以二氧化碳的形式被二氧化碳去除单元回收；气轮机单元，被设定为接收第三重整流和第二燃料的混合物，并生成能量和废气流，其中所述废气流提供热量来完成混合燃料流的重整；以及蒸汽发生器单元，被设定为接收废气流，其中所述废气流的热量被转化为水流，从而生成冷却的废气流和用于蒸汽轮机及混合燃料流的蒸汽。
一种发电并且俘获部分二氧化碳的方法，包括：在预甲烷水蒸气重整装置中对包含第一燃料和蒸汽的混合燃料流进行重整，生成包括氢气、一氧化碳、蒸汽的第一重整流，在水-气转换反应器中将第一重整流中的蒸汽和一氧化碳转化成包括二氧化碳和氢气的第二重整流，在二氧化碳去除单元中除去第二重整流中的二氧化碳，生成二氧化碳流和第三重整流，其中少于约50％的存在于混合燃料流中的碳以二氧化碳的形式被二氧化碳去除单元回收，在气轮机单元中燃烧第三重整流和第二燃料流的混合物，生成废气流，并且在热回收蒸汽发生器中利用废气流的热量产生蒸汽，所述蒸汽被用来发电并且与第一燃料混合形成混合燃料流。
在另外一种实施方式中，一种联合循环系统包括：包括热回收蒸汽发生器的混合单元，所述热回收蒸汽发生器包括至少两级，其中第一级包括预甲烷水蒸气重整装置，该甲烷水蒸气重整装置被设定为在低于约800℃的温度下运行，利用气轮机的热废气流中的热量对混合燃料流进行重整，生成第一重整流，其中第二级利用废气流的热量生成蒸汽；包括水-气转换反应器的转换反应单元，所述水-气转换反应器被设定为将第一重整流中的一氧化碳转化成二氧化碳并生成第二重整流；二氧化碳去除单元，被设定为除去第二重整流中的二氧化碳并生成二氧化碳流和第三重整流，其中少于约50％的存在于混合燃料流中的碳以二氧化碳的形式被二氧化碳去除单元回收；气轮机单元，被设定为接收第二燃料和第三重整流，并生成能量和废气流。
附图说明
对照附图，其中相同的元件以相同的编号出现：
附图1描述了一种能够俘获部分二氧化碳的联合循环发电系统的试验性范例，以及
附图2描述了另外一种能够俘获部分二氧化碳的联合循环发电系统的试验性范例。
部件列表
10：NGCC发电系统
12：重整装置单元
14：预甲烷水蒸气重整装置
16：热交换器
18：第一燃料
20：蒸汽
22：混合燃料流
24：第一重整流
26：冷却的第一重整流
28：加热的混合燃料流
30：转换反应单元
32：水-气转换反应器
34：第二重整流
36：热交换器
38：冷却的第二重整流
40：二氧化碳去除单元
42：胺吸收器
44：再生塔
46：二氧化碳流
48：第三重整流
50：第二燃料
52：富含氢的燃料流
54：气轮机单元
58：部分
60：氢化脱硫单元
62：压缩机
64：燃烧器
66：气轮机
68：发生器
70：氧化剂
72：压缩的氧化剂
74：废气混合物
76：气轮机废气流
77：部分
78：蒸汽发生器单元
80：热回收蒸汽发生器
81：第一级
82：第二级
83：第三级
84：蒸汽轮机
86：蒸汽发生器
88：冷凝器
90：蒸汽轮机流出流
92：水流
94：冷却排放流
96：预甲烷水蒸气重整装置
98：联合单元
100：联合循环发电系统
具体实施方式
这里公开了利用预甲烷水蒸气重整装置(SMR)和部分二氧化碳俘获单元的联合循环能量系统和方法。所述联合循环系统通过热回收俘获气轮机排放的废气中的能量来产生蒸汽，从而进行了Rankine(蒸汽轮机)和Brayton(气轮机)热力学循环的联合。与现有技术中使用传统重整装置的联合循环电厂相反，这里公开的系统和方法有利的使用低温预甲烷水蒸气重整装置来重整仅仅一部分天然气(NG)，用于俘获超出指定允许范围的二氧化碳的排放。在传统的预甲烷水蒸气重整装置中，反应必须在高温下进行，例如高于1000℃，以便将甲烷完全转化成氢气。然而在这里公开的预甲烷水蒸气重整装置中，反应温度为大约550℃至大约800℃，具体的是为大约600℃至大约750℃，更具体的为大约650℃。由于期望俘获燃料流中少于约50％的碳，预甲烷水蒸气重整装置的所要求的转化效率仅仅需要达到将小于或者等于约70％的甲烷转化成氢气和一氧化碳即可。而且，这里公开的系统使用蓄热式热交换器来回收从预甲烷水蒸气重整装置和水-气转换(WGS)反应器中排出的重整物的热量，用来对供给预甲烷水蒸气重整装置的天然气和蒸汽进行预热，因而提高了整个系统的效率。所述预甲烷水蒸气重整装置还可以改进现有的热回收蒸汽发生器(HRSG)，使其具备这里公开的系统的优点，而无需进行额外的资产花费，也不需要为单独的甲烷水蒸气重整装置单元提供空间。
这里使用术语的目的是为了描述而非限制。这里公开的具体结构和功能的细节不被认为是限制的意思，仅仅是作为权利要求的基础和，用于教导本领域熟练技术人员对本发明进行不同的应用的代表性资料。而且，这里使用的术语“第一”、“第二”以及类似用语不表示任何顺序或者重要性，仅仅是用来将一种元件区别于另一种，术语“该”、“一个”、以及“一种”不表示对数量的限制，仅仅表示存在所引用的术语中的至少一种。用于连接数量词的修饰语“大约”包含所述数量定值，并且具有上下文规定的意义(例如，包括特定数量测定值的误差度)。此外，涉及给定成分的相同含量或测量值的所有范围包括端点并且可独立结合。
附图1描述了一种范例性NGCC发电系统10，用来发电和俘获排放的二氧化碳。所述系统10包括含有预甲烷水蒸气重整装置14和热交换器16的重整装置单元12。所述重整装置单元12被设定为接收第一燃料18和蒸汽20，将二者混合形成混合燃料流22，并且生成包括一氧化碳、氢气、未转化的燃料和蒸汽的第一重整流24。所述热交换器16将来自于第一重整流24的热量转移到混合燃料流22中，生成冷却的第一重整流26和加热的混合燃料流28。发电系统10进一步包括转换反应单元30。将冷却的第一重整流26送至转换反应单元30，在WGS反应器32中重整流26中的一氧化碳(CO)和蒸汽被转化成二氧化碳和氢气。从WGS反应器中排出的第二重整流34被送至热交换器36。热交换器36将第二重整流34的热量转移至第一燃料18中，生成冷却的第二重整流38和加热的第一燃料18。将冷却的第二重整流38送至二氧化碳去除单元40。所述二氧化碳去除单元40包括胺吸收器42和再生塔44，被设定为将冷却的第二重整流28中的二氧化碳除去，生成二氧化碳流46和第三重整流48，其中第三重整流48包括氢气、一氧化碳和未转化的燃料。
将第三重整流48与第二燃料50进行混合，生成富含氢的燃料流52，并将其送至气轮机单元54。任选的，可以将第三重整流48的一部分58送至氢化脱硫(HDS)单元60，为第一燃料18的氢化脱硫反应提供所需的氢气。气轮机单元54包括压缩机62，燃烧器64，气轮机66，以及发生器68。用压缩机62对氧化剂70进行压缩，然后与富含氢的燃料流52进行混合。经过压缩的氧化剂72与富含氢的燃料流52在燃烧器64中进行燃烧，生成热量和热的压缩燃烧废气混合物74，并将其送至气轮机66中。所述压缩燃烧废气混合物74发生膨胀来驱动轮机，随后以废气流76的形式排入蒸汽发生器单元78。气轮机废气流76的一部分(77)被转移到预甲烷水蒸气重整装置18中，提供热量完成对混合燃料流28的重整。由膨胀的高压混合气驱动的轮机旋转，以本领域熟练技术人员公知的方式，通过锅炉68的方式转化成能量。
所述蒸汽发生器单元78包括HRSG80，蒸汽轮机84，以及蒸汽发生器86。所述HRSG80有三级81，82和83，用来利用废气76中的余热来产生蒸汽20。蒸汽20用来与第一燃料18混合形成混合燃料流22。蒸汽20还被用来驱动在预甲烷水蒸气重整装置14中发生的重整反应以及被用来经由蒸汽轮机84和蒸汽发生器86进行发电。蒸汽发生器78还可以进一步包括冷凝器88，将蒸汽轮机出口流出的蒸汽流90冷凝成水流92。水流92可以再循环至热回收蒸汽发生器80中用于生成蒸汽。冷却的废气流94可以被排放到环境中。
现在回到重整装置单元12，所述预甲烷水蒸气重整装置14被设定为进行第一燃料的重整，通过传统的蒸汽重整过程进行。然而，所述预甲烷水蒸气重整装置在低于现有甲烷水蒸气重整装置的温度下进行燃料的重整，因此，天然气中的甲烷仅有部分被转化成合成气(包括氢气和一氧化碳)，这将在下面进行更加详细的讨论。燃料18可以包括任何适合的气体或者液体。为了便于讨论，所述第一燃料18将会指代天然气。天然气指的是气体混合物，主要包括甲烷以及数量不等的乙烷、丙烷、丁烷以及其它气体。典型的，供给NGCC系统10的天然气给料中的大约5％-大约50％被送至预甲烷水蒸气重整装置14中。特别是，约10％-30％天然气被送至预甲烷水蒸气重整装置中转化，更具体的大约20％。天然气的主要构成是甲烷(CH4)，它在两步反应中与蒸汽进行反应生成氢气和二氧化碳。依照如附图1所示的本发明的技术，所述第一反应在预甲烷水蒸气重整装置14中发生，在那里甲烷与蒸汽反应生成氢气和一氧化碳，按照下述反应(1)
Figure A20071030516800101
所述蒸汽重整反应(1)是吸热的。因此，蒸汽重整反应需要消耗大量能量，在整个重整过程中需要大量的热量。如前所述，预甲烷水蒸气重整装置14在反应温度大约500℃-大约800℃下运行，具体的是在大约600℃-大约700℃下运行，更具体的是在大约650℃下运行。由于期望俘获第一燃料流18中少于约50％的碳，预甲烷水蒸气重整装置的所要求的转化效率仅仅是将小于或者等于约70％的甲烷转化成氢气和一氧化碳即可。同样的，预甲烷水蒸气重整装置可以有利的在较低温度下运行，从而降低了运行成本，通过消除了对昂贵的高温合金的需求进而降低了操作成本。预甲烷水蒸气重整装置可以包括许多管道，通过这些管道将气轮机的热废气流中的热量传递给甲烷水蒸气重整催化剂，用来进行吸热反应(1)。加热的混合燃料流28流经蒸汽重整催化剂，被转化为包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、未转化的燃料以及蒸汽混合物的第一重整流24。然后，将气轮机废气流中已经冷却的部分77送入烟囱准备排空。预甲烷水蒸气重整催化剂可以是本领域技术人员已知的任何传统甲烷水蒸气重整催化剂，例如镍基催化剂。任选的，所述重整单元12可以进一步包括适用于蒸汽20与第一燃料18混合的原料饱和电路。
在第一重整流24任选的被热交换器16进行冷却之后，所述冷却的第一重整流26进入转换反应单元30。蒸汽重整反应的第二反应发生在WGS反应器32中，在那里冷却的第一重整流26中的一氧化碳和蒸汽被转化为二氧化碳和氢气，按照下述反应(2)
Figure A20071030516800111
置换反应(2)是在变换催化剂存在的情况下发生的轻微吸热反应。因此，当反应进行的时候，第一重整流26穿过催化剂床而导致温度升高。所述置换催化剂可以包括高温置换催化剂(HTS)或者低温置换催化剂(LTS)或者HTS和LTS催化剂的组合物。在WGS32中，反应温度可以是大约200℃-大约600℃。然而，保持低温可以促使反应(2)向右进行，即产生更多的氢气和二氧化碳，产生更少的蒸汽和一氧化碳。因此，所述WGS可以在大约300℃-大约400℃的范围内运行，更具体的是在大约350℃下运行。第一重整流26向二氧化碳和氢气的转化形成了第二重整流34。而且，所述重整装置单元12和转换反应单元30可以是单独的设备(如附图1中所示)，或者可以是一台包括预甲烷水蒸气重整器14以及水-气转化反应器32的设备。
二氧化碳去除单元40可以包括胺吸收器42和再生塔44。所述第二重整流34可以在热交换器36中被冷却至适当的温度，以便更好的利用胺进行二氧化碳的化学吸收。这项技术要以烷醇胺溶剂为基础，所述烷醇胺溶剂要具有在相对低温的条件下吸收二氧化碳的能力，并且可以通过升高富溶剂温度的方式很容易的被回收。用于这项技术的溶剂可以包括，例如三乙醇胺，单乙醇胺，二乙醇胺，二异丙醇胺，二甘醇胺，甲基二乙醇胺，及其类似物。如上所述，俘获的二氧化碳可以少于第一燃料18中的碳的50％。俘获足够的二氧化碳，避免因为排放超过二氧化碳年排放限额而可能得到的碳税处罚。然而，与现有技术的完全俘获二氧化碳系统相比，本发明公开的系统具有减少的资金投资和运行成本以及提高的能量效率。由此生产并俘获的二氧化碳流46可以容易的被排放到期望的场所。例如，这些二氧化碳可以被方便的排放到某些场所中，在该场所中二氧化碳可以被注入到适合的用于储存(扣押)的地下结构中，或者注入到油田中用来提高采油率(EOR)，或者被用于加工过程中。
二氧化碳去除单元40中余下的流是第三重整流48，主要包括氢气，一氧化碳，未利用的燃料以及水。将该流送至气轮机单元54中用于燃烧。任选的，该流的一部分58可以被送至氢化脱硫单元60。在氢化脱硫单元60中，第一燃料18中含有的硫在氢化脱硫单元60中的直接脱硫柱中，通过氢化脱硫作用被转化成硫化氢。得到的氢化硫随后被硫吸收器吸收和除去，或者被氢化脱硫单元60中的脱硫柱下游的吸收单元所吸收除去。从第一燃料18中除去硫是有利的，因为硫可以毒化预蒸汽重整催化剂。通过转移第三重整流48的一部分58，氢化脱硫过程所需的氢气可以由闭合循环所提供，而不需要使用单独的氢气源流。所述氢化脱硫单元60可以在大约200℃-大约400℃下运行，具体的是在大约250℃-大约350℃下运行。氢化脱硫过程中使用的催化剂可以是现有的氢化脱硫催化剂，例如那些可商业购买的、由Sud Chemie或者Haldor Topsoe公司生产的，例如硫化钼钴或者硫化镍钼。
第三重整流48和第二燃料50进行混合，然后被送至气轮机单元54中，生成富含氢的燃料流52。所述第二燃料包括燃料的残余物，即被送至发电系统10的天然气。典型的，在被送至NGCC系统10的天然气中，大约50％-大约95％的天然气可以作为燃料在气轮机单元54中被消耗。具体的是，大约70％-大约90％的天然气被燃烧器64所消耗，更具体的是，大约80％的天然气被用来俘获联合循环电厂产生的二氧化碳总量的10％。将富含氢的燃料流52注入燃烧器64中，在压缩的氧化剂72存在下进行燃烧，生成热的压缩废气混合物74。与仅使用第二燃料50的燃烧器相比，富含氢的燃料在燃烧器64中扩大了火焰稳定性，因此燃烧器可以是较干净的，并且火焰的温度较低。结果是得到了NOX排放水平较低的燃烧废气，这是由于燃烧器64中较低的火焰温度导致的。与仅使用第二燃料50的燃烧器相比，该燃烧器还可以进一步具备翻料能力。而且，将氢气掺入天然气可以给燃烧器提供一个更大的可操作性，在发电的同时保持低水平的排放。然后将热的压缩混合气体74排出燃烧器64，并流经气轮机66，在那里，热的压缩混合气体74发生部分冷却和膨胀，从而产生机械动力。所述机械动力经由发生器68转化为能量。膨胀并部分冷却的废气76排出气轮机66并进入蒸汽发生器单元78。
蒸汽发生器单元78包括HRSG80，它回收排放废气76的余热并生成蒸汽20。所述热回收蒸汽发生器80具有三级81，82和83，用于冷却废气76并生成蒸汽20。将蒸汽20的一部分送至蒸汽轮机84，在那里蒸汽20发生膨胀并冷却，从而产生机械动力。随后由发生器86将机械动力转化成能量。所述膨胀并冷却的蒸汽排出轮机84，并且在冷凝器88中进一步被冷却和压缩，生成水流92并注入热回收蒸汽发生器80中。将已经冷却的废气94送至烟囱排空。如上所述，蒸汽20的剩余物与第一燃料18混合后生成混合燃料流22，随后将混合燃料流22送至预甲烷水蒸气重整装置14中。通过将蒸汽20的剩余物送至预甲烷水蒸气重整装置14，系统10有利的无需使用额外的蒸汽发生器来提供用于驱动重整反应的蒸汽。
附图2描述了另外一种范例性发电系统100。注意的是，与附图1中的第一实施方式相同的组件的描述在这里被省略了。
在附图2中，热回收蒸汽发生器80的第一级81(如附图1中所示)是预甲烷水蒸气重整装置96。附图2中的发电系统100将蒸汽发生器单元78(附图1中)与重整装置单元12(附图1中)进行联合，形成联合单元98。热回收蒸汽发生器80的第一级96被改进作为预甲烷水蒸气重整装置。所述热回收蒸汽发生器80可以是一种管壳式热交换器。同样的，预甲烷水蒸气重整催化剂可以被塞进HRSG80的第一级96的管程处(即冷端)。废气76可以流经热回收蒸汽发生器80的第一级96的壳程(即热端)。第一级96被设定为在大约600℃-大约900℃的范围内运行。将预热的混合燃料流28流经第一部分96的管道中的催化剂，以便使燃料发生重整，生成第一重整流24，如第一种实施方式中所述。热的气轮机废气76流经第一部分96的壳程，为驱动前述吸热蒸汽重整反应(1)提供了所需的热量。HRSG80剩下的部分82和83将废气76中的余热传递到水92中，生成蒸汽20。任选的，热交换器16可以作为一部分被包括在联合单元98中，用来将第一重整流24中的热量传递给混合燃料流22。
通过将HRSG80的第一部分96改进成为一个预甲烷水蒸气重整装置，使得建成本发明公开的具有部分二氧化碳俘获能力的NGCC发电系统的资产成本得以降低。可以节省建立一个单独的预甲烷水蒸气重整装置的资金，也可以节省建立这样一个单元需要的空间。而且，对于大多数含有热回收蒸汽发生器的发电厂来说，可以将这些单元改进成包括预HRSG的部分，从而节省了改进现有发电厂所需的资金和空间，使现有NGCC电厂具有与本发明公开的部分俘获二氧化碳系统具有相同的低成本的优点。
如上所述，本发明公开的系统中使用的燃料优选的包括天然气。然而，该系统可以被设定为使用任何适合的气体或液体作为燃料，例如生物气(主要包括甲烷)，液化石油气(LPG)，石脑油，丁烷，丙烷，柴油，煤油，乙醇，甲醇，航空燃料，来自于煤的燃料，生物燃料，氧化烃原料，以及它们的混合物。值得注意的是，第一燃料18和第二燃料50中的每一种都可以选自上述燃料的例子中。在一种实施方式中，第一燃料18和第二燃料50是相同的。本发明公开的系统中使用的氧化剂70可以包括任何含有氧气的适当气体，例如空气，富氧空气，氧气耗尽的空气，或者来自于空气分离单元(ASU)中的氧气。
这里描述的NGCC发电系统具有很多优点。与使用完整的甲烷水蒸气重整装置单元对甲烷进行完全转化的系统相比，这里描述的系统通过引入低温、低成本的预甲烷水蒸气重整装置单元对甲烷进行部分转化，来降低燃料成本、资产成本以及能源成本。类似的，与俘获燃料流中的全部碳成分相比，仅俘获一部分的二氧化碳(为避免碳税处罚而需要捕获的量)会降低资产和能源的消耗。同样的，放置于有利位置的热交换器和系统中形成的循环回路提高了整体效率。而且，这里公开的部分俘获二氧化碳的NGCC系统可以有利的改进现有的NGCC发电厂，用来减少排放，避免可能产生的排放处罚或碳税。这里公开的系统具有的低温运行及占用空间小的特性，意味着它们可以以最少的资产被引入到现有发电厂中，无需进行大规模的资产投资。
尽管本发明依照范例性实施方式进行了描述，本领域技术人员能够理解，可以对组件进行各种改变并且可以使用等价物对其进行替换，而不会背离本发明的范围。此外，根据本发明的教导，可以进行很多改进来适应特殊的情形或者材料，不会背离本发明的实质上的范围。因此，这里公开的特定实施方式只是预期的能够实现本发明的最佳模式，并不构成对发明的限制，本发明将包括落入附后的权利要求的范围之内的全部实施方式。

Claims (10)

1.一种联合循环系统(10，100)，包括：
包括预甲烷水蒸气重整装置(14，96)的重整装置单元(12)，被设定为在低于约800℃的温度下运行，并将混合燃料流(22)重整为第一重整流(24)，其中所述的混合燃料流包括第一燃料(18)和蒸汽(20)；
包括水-气转换反应器(32)的转换反应单元(30)，被设定为将第一重整流中的一氧化碳转化成二氧化碳，并形成第二重整流(34)；
二氧化碳去除单元(40)，被设定为将第二重整流中的二氧化碳除去，并形成二氧化碳流(46)和第三重整流(48)，其中小于约50％的存在于第一燃料中的碳以二氧化碳的形式被二氧化碳去除单元回收；
气轮机单元(54)，被设定为接收第三重整流和第二燃料(50)的混合物，并生成能量和废气流(74)，其中所述的废气流提供热量来完成混合燃料流的重整；以及
蒸汽发生器单元(78)，被设定为接收废气流，其中废气流的热量被转化为水流(92)，从而生成冷却的废气流(94)和用于蒸汽轮机(84)及混合燃料流的蒸汽。
2.权利要求1所述的联合循环系统，其中蒸汽发生器单元(78)进一步包括热回收蒸汽发生器(80)，所述热回收蒸汽发生器包括至少两级(81，82)，其中一级(81)包括预甲烷水蒸气重整装置(96)，所述预甲烷水蒸气重整装置利用废气流中的热量进行混合燃料流的重整。
3.权利要求1所述的联合循环系统，其中重整装置单元进一步包括热交换器(16)，其被设定为接收第一重整流和混合燃料流，其中来自于第一重整流的热量被传递到混合流中，形成冷却的第一重整流(26)和加热的混合燃料流(28)，其中加热的混合燃料流被送至预甲烷水蒸气重整装置中。
4.权利要求1所述的联合循环系统，其中转换反应单元(30)进一步包括热交换器(36)，其被设定为接收第二重整流和第一燃料，其中来自于第二重整流的热量被传递到第一燃料中，形成冷却的第二重整流(38)和加热的第一燃料。
5.权利要求4所述的联合循环系统，进一步包括氢化脱硫单元(60)，其被设定为接收第一燃料(18)，其中第三重整流(48)的一部分与第一燃料(18)进行混合，并被送至氢化脱硫单元(60)。
6.权利要求1所述的联合循环系统，其中重整单元(12)具有的甲烷转化率小于或者等于约70％。
7.一种产生能量并且俘获部分二氧化碳的方法，包括：
在预甲烷水蒸气重整装置(14，96)中对包含第一燃料(18)和蒸汽(20)的混合燃料流(22)进行重整，在低于大约800℃下进行，生成包括氢气、一氧化碳、蒸汽的第一重整流(24)；
在水-气转换反应器(32)中将第一重整流中的蒸汽和一氧化碳转化成包括二氧化碳和氢气的第二重整流(34)；
在二氧化碳去除单元(40)中除去第二重整流中的二氧化碳，生成二氧化碳流(46)和第三重整流(48)，其中少于约50％的存在于第一燃料中的碳以二氧化碳的形式被二氧化碳去除单元回收；
在气轮机单元(54)中燃烧第三重整流和第二燃料流(50)的混合物，生成能量和产生废气流(76)；以及
在热回收蒸汽发生器(80)中利用废气流的热量产生蒸汽，所述蒸汽被用来发电并且与第一燃料(18)混合形成混合燃料流(22)。
8.权利要求7的方法，其中重整反应也发生在热回收蒸汽发生器(80)中，所述热回收蒸汽发生器具有至少两级(81，82)，在第一级(81)中包括预甲烷水蒸气重整装置(96)，所述预甲烷水蒸气重整装置也利用来自于废气流的热量进行混合燃料流(22)的重整，生成第一重整流(24)。
9.权利要求7的方法，进一步包括在热交换器中将第一重整流的热量传递到混合燃料流中，生成冷却的第一重整流和预热的混合燃料流，其中所述加热的混合燃料流被送至预甲烷水蒸气重整装置中。
10.权利要求7的方法，进一步包括在热交换器中将第二重整流的热量传递到第一燃料中，生成冷却的第二重整流和加热的第一燃料。
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