整体煤气化联合循环

整体煤气化联合循环 (IGCC) 是一种使用高压气化器将煤和其他碳基燃料转化为加压气体——合成气（合成气）的技术。 然后它可以在发电循环之前从合成气中去除杂质。 其中一些污染物，例如硫，可以通过克劳斯工艺转化为可重复使用的副产品。 这导致二氧化硫、微粒、汞以及在某些情况下二氧化碳的排放量降低。 使用额外的工艺设备，水煤气变换反应可以提高气化效率，并通过将一氧化碳转化为二氧化碳来减少一氧化碳的排放。 变换反应产生的二氧化碳可以通过封存分离、压缩和储存。 来自初级燃烧和合成气燃烧发电的余热随后被传递到蒸汽循环，类似于联合循环燃气轮机。 与传统的煤粉燃烧相比，该过程提高了热力学效率。

在美国和许多其他国家可以找到丰富的煤炭，其价格近年来保持相对稳定。 在传统的碳氢化合物燃料（石油、煤炭和天然气）中，煤炭用作全球 40% 发电量的原料。 由于《巴黎协定》，化石燃料消耗及其对大规模 CO_{2 排放的贡献正成为一个紧迫的问题。 具体而言，煤炭每 BTU 中的二氧化碳含量高于石油或天然气，占燃料燃烧产生的二氧化碳排放量的 43%。 因此，讨论了 IGCC 技术通过气化和燃烧前碳捕获实现的较低排放，以此作为解决上述问题的一种方式。}

以下是 IGCC 设备的示意流程图：

气化过程可以从多种含碳原料中生产合成气，例如高硫煤、重质石油渣油和生物质。

该工厂之所以称为一体化工厂，是因为 (1) 气化段中产生的合成气用作联合循环中燃气轮机的燃料，以及 (2) 气化段中合成气冷却器产生的蒸汽用于汽轮机中 联合循环。在这个例子中，产生的合成气用作产生电力的燃气轮机的燃料。 在正常的联合循环中，来自燃气轮机排气的所谓废热被用于热回收蒸汽发生器 (HRSG) 中，为蒸汽轮机循环制造蒸汽。 IGCC 工厂通过将气化过程产生的高温蒸汽添加到汽轮机循环中来提高整体过程效率。 然后，这些蒸汽用于蒸汽轮机以产生额外的电力。

IGCC 电厂与传统燃煤电厂相比具有优势，因为它们具有高热效率、低非碳温室气体排放量以及处理劣质煤的能力。 缺点包括较高的资本和维护成本，以及在未进行燃烧前捕获的情况下释放的 CO_{2 量。}

• 固体煤被气化以产生合成气或合成气体。 合成气是通过在缺氧的封闭加压反应器中将煤气化合成的。 缺氧确保煤被热量和压力分解，而不是完全燃烧。 煤和氧之间的化学反应产生一种产物，即碳和氢的混合物，即合成气。 CxHy + (x/2)O2 → (x)CO2 + (y/2)H2
• 生产合成气产生的热量用于通过冷却水生产蒸汽，然后用于蒸汽轮机发电。
• 合成气必须经过燃烧前分离过程以去除 CO2 和其他杂质，从而生产出更纯净的燃料。 杂质分离需要三个步骤：
• 水煤气变换反应。 在水煤气变换反应器中发生的反应是 CO + H2O ⇌ {displaystyle rightleftharpoons } CO2 + H2。 这会产生一种含有更高成分的氢燃料的合成气，这种燃料在燃烧后期燃烧效率更高。
• 物理分离过程。 这可以通过各种机制完成，例如吸收、吸附或膜分离。

• 干燥、压缩和存储/运输。

• 由此产生的合成气为发电的燃气轮机提供燃料。 在此阶段，合成气是相当纯的 H2。

使用煤作为燃料来源的一个主要缺点是会排放二氧化碳和污染物，包括二氧化硫、氮氧化物、汞和微粒。 几乎所有的燃煤发电厂都使用煤粉燃烧，将煤磨碎以增加表面积，燃烧产生蒸汽，并使蒸汽通过涡轮机发电。