CN101153557A - Igcc系统中的气化反应器和燃气轮机循环 - Google Patents

Igcc系统中的气化反应器和燃气轮机循环 Download PDF

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Abstract

本发明涉及IGCC中的气化反应器和燃气轮机循环。燃气轮机与气化反应器连接，驱动气化反应。气化反应器包括还原反应室，用于将原料引入还原反应室的原料进口，用于将燃气轮机产生的排放气体引入还原反应室的气体进口，和用于释放还原反应室中原料和排放气体进行还原反应产生的合成气的气体出口。还原反应室的温度保持在1200℃以上和原料中包含的非含碳组分(例如煤渣)的不流点以下。

Description

IGCC系统中的气化反应器和燃气轮机循环
相关申请的交叉引用
该申请要求于2006年9月11日提交的韩国申请序列第10-2006-0087447号和于2007年3月26日提交的美国申请序列第11/691401号的优先权。
技术领域
本发明涉及一种整体气化联合循环系统，更具体涉及其中涡轮发动机驱动气化反应的整体气化联合循环系统。
发明背景
现有技术中常规整体气化联合循环(“IGCC”)发电设备是众所周知的。为了说明的目的，图1显示了常规IGCC发电设备的一个例子的一部分。一般来说，在IGCC中，煤自常规气化器10中气化，所得合成气在冷却和清洗后，驱动燃烧涡轮16，产生电力。特别地，随着合成气在涡轮16中燃烧，燃烧产物、蒸汽和二氧化碳气体的温度达到约2000℃，随着排放气体的冷却，热能通过涡轮16转化为功，产生电力。燃烧涡轮16的排放气体还可以用于加热锅炉18，使蒸汽机20运行，进一步产生电力。将排放蒸汽和系统剩余的废热收集在热水槽中，用于空间加热，以最高效率地利用煤气化产生的能量。
目前已知的常规煤气化技术起源于1934的Lurgi煤气化器。在该气化器中，发生以下煤气体反应(也分别称为蒸汽和干燥重整反应)：
C+H2O→CO+H2
C+CO2→2CO
其中，碳(C)被重整为包含一氧化碳(CO)和氢气(H2)的合成气。这些反应是化学还原性且吸热的。因此，对于这些要进行的重整反应，必须吸收相当于碳燃烧反应(即C+O2→CO2)的热能。
按照以下方式提供这种必需的热量。气化器中一部分原料煤与空气或氧气燃烧，燃烧产生的热量用于将气化器保持在足够发生重整反应的温度。粉末形式的煤与空气或氧气(O2)燃烧，气化器的温度升高到约1000℃，然后停止提供空气或O2气体，向气化器中注入超热蒸汽。但是，随着一些重整反应的进行，气化器的温度下降。必须重新供应空气或氧气，以使温度重新升高到初始水平。该过程必须重复，以维持所需的温度。尽管该体系已经在煤重整为合成气方面取得了一些成绩，并且随时间推移进行了一些细微的调整，但是该体系更确切的说是一个笨重的系统，存在Lurgi气化器固有的缺陷。
首先，气化器中达到的温度受煤燃烧反应限制，即当煤与空气燃烧时限制在900℃以内，在使用O2气体时，限制在略低于1200℃。但是，申请人观察到，直到如下文所述温度超过1200℃时才会发生大部分碳重整反应。
其次，商品煤含有大量矿渣，由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CuO等的各种混合物组成。这些混合物在室温下为固体形式，但是在接近1000℃时变软，在大约1300-1400℃成为流体。但是，根据煤的性质和煤的开采点，流点(fluid point)、不流点(non-fluid point)的差别非常大。在超过煤流体温度的温度时，流体煤渣集中在气化器内。流体矿渣(fluid slag)迅速腐蚀构成气化器内壁的铸块，这样经常需要对铸块进行除垢操作，结果导致气化器的停工时间较长。另外，铸块受到点状腐蚀的内壁增加了气化器内温度的不均匀分布。
第一个缺陷导致倾向于使用热容量大的气化器，第二个缺陷要求气化器较大，这样大量矿渣可以在两次除垢操作之间累积，减少除垢操作的次数和所需的停工时间。因此，近年来，常规煤气化器的尺寸变得越来越大。目前，由石油巨头出售的煤气化器的高度与三层楼的高度相同。最近，对一些常规煤气化器进行了改装，使其具有高压喷射的加热油和压缩氧气，从而能够将运行温度升高到1450℃。但是，在该系统中难以实现均匀的温度分布和温度控制。在这样非均匀的温度分布情况下，两种竞争反应，即燃烧和重整，在相同的空间中同时进行。因此，任何最大程度地提高重整效率的努力都是非常艰巨的任务。
因为这些原因，在IGCC中使用的常规Lurgi气化反应器中，煤在气化反应器中的部分燃烧不足以将反应器温度提高到进行重整反应所需的水平。需要加入其它燃料(例如加热油)来提高运行温度。但是，如上所述，在这类反应器内难以控制和保持均匀的温度分布。
本发明解决了这些和其它缺陷。
发明内容
一方面，本发明涉及一种整体气化联合循环系统，该系统包括气化反应器和与气化反应器连接的燃气轮机。该气化反应器包括还原反应室，用于将原料引入还原反应室的原料进口，用于将燃气轮机产生的排放气体引入还原反应室的气体进口，用于释放还原反应室中原料和排放气体反应产生的合成气的气体出口。例如，用于释放排放气体的燃气轮机的排放管可与还原反应室的下部连接。
如果提供给燃气轮机的是氢气和氧气，则由燃气轮机产生的排放气体是蒸汽。如果提供给燃气轮机的是合成气和氧气，则由燃气轮机产生的排放气体是蒸汽和二氧化碳。排放气体提供足以使还原反应室内的温度至少保持在1200℃的热能。
在一个实施方式中，气化反应器还包括氧化反应室。在氧化反应室中，氢气和氧气可以反应生成蒸汽。或者，氧化反应室可以是合成气燃烧器，其中合成气和氧气反应生成蒸汽和二氧化碳。由氧化反应室(例如合成气燃烧器)产生的蒸汽或蒸汽和二氧化碳提供足以使还原反应室内的温度至少保持在1200℃的热能。在一个优选的实施方式中，来自燃气轮机的蒸汽或蒸汽和二氧化碳是用于还原反应室的热能的主要来源，来自合成气燃烧器的蒸汽或蒸汽和二氧化碳是用于还原反应室的热能的次要来源。
在一个实施方式中，氧化反应室或合成气燃烧器基本与还原反应室垂直设置，以最大程度地减少未反应的氧气进入还原反应室。
在一个实施方式中，氧化反应室(例如，合成气燃烧器)设置在足够接近原料进口的位置，使原料迅速接触蒸汽或蒸汽和二氧化碳，从而在还原反应室中迅速达到至少1200℃的温度。
另一方面，本发明涉及一种气化的方法。依据该方法，提供气化反应器和与气化反应器连接的燃气轮机。将包含含碳材料的原料引入到气化反应器的还原反应室中。在一个实施方式中，将氧气和氢气引入到燃气轮机中，由燃气轮机产生的蒸汽进入还原反应室中，与含碳材料反应，产生合成气。在另一个实施方式中，将氧气和合成气引入燃气轮机中，由燃气轮机产生的蒸汽和二氧化碳进入还原反应室中，与含碳材料反应，产生合成气。由燃气轮机产生的蒸汽或蒸汽和二氧化碳可以进入温度约在1500℃至1700℃之间的还原反应室中。由燃气轮机产生的蒸汽或蒸汽和二氧化碳提供足以使还原反应室内的温度保持在至少1200℃的热能。
在一个实施方式中，气化反应器还包括氧化反应室。氧气和氢气在氧化反应室中反应，产生蒸汽，蒸汽进入还原反应室，提供足以使还原反应室内的温度保持在至少1200℃的热能，蒸汽与含碳材料反应，产生合成气。在另一个实施方式中，氧化反应室是合成气燃烧器，在此氧气和合成气反应产生蒸汽和二氧化碳，蒸汽和二氧化碳进入还原反应室，提供足以使还原反应室内的温度保持在至少1200℃所需的热能，并且与含碳材料反应，产生合成气。
在一个优选的实施方式中，氧气在氧化反应室(例如合成气燃烧器)中基本完全消耗，氧气在燃气轮机中基本完全消耗。
在另一个实施方式中，通过原料进口引入的原料迅速与氧化反应室(例如合成气燃烧器)产生的蒸汽或蒸汽和二氧化碳接触，使原料迅速达到还原反应室内至少1200℃的温度。
在一个实施方式中，当原料还包括非含碳组分时，还原反应室的温度保持在约1200℃和非含碳组分的不流点之间。例如，如果原料是煤，非含碳组分是矿渣，矿渣的不流点在约1300℃至1400℃之间。因此，还原反应室的温度应该保持在1200℃和1300℃之间。
在另一个实施方式中，原料是煤粉，煤粉被喷入还原反应室中。例如，可以使用在约900℃的压缩二氧化碳将煤粉喷入到还原反应室中。
在另一个实施方式中，通过接近还原反应室下部的非流体矿渣收集器收集煤中的矿渣。
在另一个实施方式中，至少一部分的、由还原反应室产生的合成气再循环到燃气轮机和/或氧化反应室(例如，合成气燃烧器)中。
附图说明
为了更完整地理解本发明以及本发明的目的和优点，结合附图进行以下说明，其中：
图1显示了常规整体气化联合循环的一部分。
图2是表示合成气输出速率与气化反应器温度的关系的图。
图3显示依据本发明的实施方式改进了的整体气化联合循环。
图4显示依据本发明另一个实施方式的气化反应器。
具体实施方式
以下描述旨在说明本发明的某些实施方式，不用于限制本发明的范围。
申请人已经观察到煤与空气部分燃烧得到900℃的温度，或者煤与氧气燃烧得到略低于1200℃的温度，足够用于煤重整。如图2所示，申请人测量的合成气输出与反应器温度的关系，得出碳重整在超过1200℃的温度下发生，在低于1200℃的温度几乎不发生重整。常规Lurgi气化器不能达到1200℃的温度，即使在使用氧气燃烧煤粉时也是如此。少数点的温度可以达到1200℃，但是气化器的整体温度不能达到1200℃。本发明涉及一种IGCC系统中的气化反应器和燃气轮机循环，它们在超过1200℃的温度下运行。
参考图3，本发明涉及一种用于IGCC中的气化反应器100和与气化反应器100连接的燃气轮机106。
气化反应器100包括一个还原反应室102，一个用于将原料引入到还原反应室102中的原料进口114，一个用于将燃气轮机106产生的排放气体引入到还原反应室102中的气体进口103，和用于释放还原反应室102中原料与排放气体反应产生的合成气的气体出口116。
在本发明的一个具体实施方式中，气化反应器100包括内衬108和外壳112。内衬108可由任何在超过1200℃的温度基本保持物理和化学稳定的材料制成。例如，内衬108可以是陶瓷。在一个更具体的实施方式中，内衬108可由氧化铝制成。外壳112可由金属或任何具有相似强度和耐热性质的其它材料制成。在一个具体实施方式中，外壳112由低碳钢制成。气化反应器100还包括设置在内衬108和外壳112之间的绝缘层110。绝缘层110可由铸块(castables)制成。在一个具体实施方式中，绝缘层110由铸块和矿毛绝缘纤维复合物制成。在另一个实施方式中，绝缘层110的厚度足以使反应器100的外壁温度保持在约100℃以下。例如，绝缘层110的厚度约为100毫米至150毫米。尽管以上提供了例子，但是本领域技术人员应该意识到可以修改气化反应器100的具体构造，包括材料选择和特定的尺寸。
原料进口114位于接近还原反应室102上部的位置，这样引入到还原反应室102的原料在其在室102中下落的过程中有足够的时间进行重整。在一个实施方式中，原料进口114是能够将原料喷入到还原反应室102中的喷射器。例如，经过预热的压缩CO2可用于将煤粉喷入到还原反应室102中。气体出口116位于接近还原反应室102上端的位置，这样在还原反应室102中产生的合成气可以最佳地从还原反应室102中释放。
在一个实施方式中，还原反应室102还包括氧化反应室或合成气燃烧器104。合成气燃烧器104包括一个或多个供氧进入的进口122和124，以及供氢气或含氢气和一氧化碳的合成气进入的进口120。如下文中详细描述的，合成气燃烧器104产生蒸气或蒸气和CO2，产生的这些气体足以携带使还原反应室102的温度维持在至少1200℃所需的热能。在本发明的一个优选实施方式中，在合成气进口120的每一侧提供氧气进口122和124。在另一个实施方式中，相对于合成气进口120呈一角度设置氧气进口122和124，这样以相对于通过合成气进口120引入的氢或合成气呈一角度的方式向合成气燃烧器104中引入氧气。这样可以使氧气和氢气或合成气会聚在一起，更有效地反应。将点火焰或火花塞通过点火孔126引入，点燃合成气燃烧器104内的氧气和氢气或合成气，产生超热蒸汽和二氧化碳(CO2)气体，这些气体充满还原反应室102。
在一个优选的实施方式中，合成气燃烧器104与还原反应室102基本成直角设置，以防止未反应的氧气进入还原反应室，在下文中将进一步讨论。在一个优选的实施方式中，还以足够接近原料进口114，特别是正好位于原料进口114下方的方式设置合成气燃烧器104。合成气燃烧器104相对于原料进口114的此位置能够使合成气燃烧器104的排放气体将喷入的原料立即加热到所需的1200℃反应温度。在此温度，新喷入的原料迅速与排放气体在还原反应室102中反应，以保持较高的反应效率。合成气燃烧器104相对于原料进口114的确切位置根据气化反应器100中使用的原料的具体类型和合成气燃烧器104的运行温度而变化。一般来说，优选合成气燃烧器104尽可能地接近原料进口114，这样含碳材料的还原可以实现最佳化。
还原反应室103还包括位于还原反应室102底部的非流体矿渣收集器118。非流体矿渣收集器118收集在气化过程中在还原反应室102中累积的、原料中包含的非流体形式的非含碳组分。如下文详细讨论的，该气化反应器100在低于非含碳组分的流点的温度下运行，以提高对非流体形式的这类组分的收集。
还原反应室102与燃气轮机106连接，以将包含蒸汽或蒸汽和CO2的排放气体引入到还原反应室102中。燃气轮机的结构和部件，特别是用于IGCC的燃气轮机的结构和部件是本领域技术人员熟知的。可通过例如使燃气轮机106的排放气体出口与还原反应室100的气体进口连接来使燃气轮机106与还原反应室102的下部连接。
本发明的IGCC按照以下方式运行。
提供氧气和氢气或其它包含氢气的气体混合物如合成气，使燃气轮机106运行，燃气轮机106的运行是本领域技术人员熟知的。当使用合成气时，可通过使至少一部分从气化反应器100输出的合成气循环来得到合成气。燃气轮机106接受通过氧气进口128进入的氧气，接受通过合成气进口130进入的氢气或氢气混合物如合成气。如下所示，氧气与氢气反应产生蒸汽，或者氧气与合成气反应产生蒸汽和二氧化碳：
H2+1/2O2→H2O
CO+1/2O2→CO2
这些反应是放热反应，产生温度约为1800℃-2000℃的包含蒸汽或蒸汽和二氧化碳的超热气体。随着气体冷却，热能通过涡轮转化为功，产生电力，但是一些排放气体被引入到还原反应室102中。引入到还原反应室102的排放气体的温度约为1500℃至1700℃。该引入到还原反应室102的排放气体传输使还原反应室的温度保持在1200℃所需的热能，以使还原反应进行。这是用于还原反应室102的热能的主要来源。该排放气体还使原料中的含碳材料气化。引入到还原反应室的排放气体的温度与通过燃气轮机16实现的功和产生的电力的数量成比例，产生的功和电力越多，排放气体的温度越低。在本发明的实施方式中，重要的是平衡产生最大电力所需的条件和使还原反应室的温度保持在进行气化反应足够的高温所需的条件。同样重要的是通过控制引入到燃气轮机106中的氧气与氢气或合成气的比例来防止任何未反应的氧气进入还原反应室102。
合成气燃烧器104还提供超热蒸汽或蒸汽和二氧化碳，以提供足以使还原反应室102内温度至少保持在1200℃所需的热能。这通常是用于还原反应室102的热能的次要来源。
一开始，合成气燃烧器104不需要任何预热。将氢气或合成气通过合成气进口120引入到合成气燃烧器104中。合成气中氢气和一氧化碳的混合比例为1.0-0。该混合比例是合成气液化为甲醇或二甲醚(DME)的过程的关键因素。在还原反应中，返回到合成气燃烧器104和燃气轮机106的合成气中氢气/一氧化碳气体的浓度之比有较小的变化，在还原反应室102中产生的合成气的组成也会有较小的变化。一开始，氢气或合成气可来自储槽。或者，合成气可通过使至少一部分由气化反应器100产生的合成气再循环来得到。在煤气化的一些实施方式中，由气化反应器100产生的合成气中大约30％可以通过合成气燃烧器104再循环，以维持气化反应器100的温度和连续运行。氧气通过一个或多个氧气进口122和124引入合成气燃烧器104。通过点火孔126引入点火焰来点燃合成气。随着合成气的点燃，气化反应器100的温度急剧升高。通过调节氧气的进入量同时监控合成气出口116处的氧检测器以确保在该阶段检测不到过量的氧，来控制气化反应器100的温度。蒸汽和CO2的温度可以为1800℃至2000℃。在10-15分钟内使还原反应室102的温度升高到约1000℃。在此方法中，当气化反应器100的温度达到1200℃时，气化反应器100中充满由合成气与氧气反应产生的CO2和蒸汽。在加热结束后，首先停止供应氧气，然后停止供应合成气，使温度下降。
因为合成气燃烧器104基本与还原反应室202垂直，并且是高效的，而且因为引入到合成气燃烧器104中的O2的量是可控制的，因此所有引入到合成气燃烧器104中的O2可以在合成气燃烧器104中完全消耗。因此，在一些实施方式中，基本没有O2进入还原反应室102中。
依据本发明的一些实施方式，与氧气直接进入还原反应室的常规气化反应器相比，通过调节进入合成气燃烧器204和燃气轮机106的氧气的量来控制气化反应器100的温度具有几个额外的优点。第一，因为燃烧是氧化反应，在还原反应室中引入和消耗O2直接与碳气化/重整的还原反应竞争。因此，碳气化/重整被抑制。通过在合成气燃烧器104和燃气轮机106中而不是在还原反应室中点燃O2可以避免该问题。此外，当O2在标准还原反应室102中反应时，产生主要的氧化污染物。通过O2在合成气燃烧器104和燃气轮机106中完全反应可以消除这些污染物。最后，当将O2引入合成气燃烧器104和燃气轮机106中并且在其中完全消耗而不是在还原反应室中进行这些操作时，可以消除常规气化反应器中常见的含碳材料燃烧的零星爆炸以及由此引起的反应器温度的不均匀。
在还原反应室102的温度保持在1200℃以上时，将包含含碳材料的原料通过原料进口114引入还原反应室102中。文中所用的“含碳材料”指在高于1200℃的温度能够重整为合成气的、含有碳元素或原子的材料。在一些情况中，含碳材料由含碳组分和非含碳组分组成。例如，原料可以是煤，非含碳组分是矿渣，包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、CuO等的各种混合物。或者。原料可包含其它类型的材料，诸如油、油乳液、油沙混合物，以及废产物，诸如轮胎、塑料、医疗废品和有毒工业废品。因此，可以煤粉作为原料来描述本发明的方法。但是，本发明可应用于其它类型的含碳材料的重整。
使用压缩且预热的CO2气体通过原料进口114将煤粉喷入还原反应室102中。在一个实施方式中，在喷射煤粉之前，将CO2气体预热到大于900℃。在一个优选的实施方式中，合成气燃烧器104正好位于原料进口114的下方，这样原料能够迅速接触由合成气燃烧器104产生的超热蒸汽或蒸汽和CO2，使得含碳材料的温度也迅速升高到1200℃。
但是，一开始在还原反应室102的温度达到1200℃之前，观察到大量黑烟(游离碳)。最后，合成气燃烧器104和燃气轮机106提供蒸汽和CO2，它们传递足以使还原反应室102的温度保持在至少1200℃的热能。当温度达到1200℃时，黑烟突然消失，在气体出口119处开始检测到一氧化碳。
煤或含碳材料(例如，化石燃料(-CH2-))中的碳原子在还原反应室102中经历以下气化反应：
C+H2O→CO+H2
C+CO2→2CO
(-CH2-)+H2O→CO+2H2
(-CH2-)+CO2→2CO+H2
还原反应室102的高温可以使这些反应在不使用催化剂的情况下进行。这些反应产生的合成气通过合成气出口116离开还原反应室102。如图2所示，合成气的输出加快并且再生。如上所述，合成气可以再进入燃气轮机106或合成气燃烧器104中。
在本发明中，同样重要的是确保还原反应室102的温度不超过原料中包含的非含碳物质的流动温度(fluid temperature)。对于煤，矿渣的流动温度在约1300℃至1400℃之间。因此，如果反应温度均匀地保持在1200℃以上和1300℃以下，则固体矿渣累积在还原反应室102底部的非流体矿渣收集器118中，而不是粘着在还原反应室102的内表面上。流动温度因材料而异，因此必须根据原料中存在的非含碳组分的类型调节反应的上限温度。但是，一般来说，煤气化反应器100的温度应该至少为1200℃，并且小于1300℃。
本发明提供一种用于IGCC的整体有效气化器，其中合成气涡轮发动机的排放气体驱动煤气化的还原反应。气化器内平稳且均匀的温度控制提供高效的碳重整和高品质的产物合成气。本发明的气化器的尺寸可以仅仅是常规气化器的1/10，构建和运行本发明气化器的成本也可以明显下降。例如，本发明的气化器的内径约为500毫米，高度约为2000毫米。本发明还可以获得1200℃时接近100％的碳转化效率。
图4显示了本发明气化反应器的另一个实施方式。气化反应器200与图3所示的气化反应器100相似，不同的是气化反应器100的燃气轮机106被另一个氧化反应室206(例如，合成气燃烧器)替代。该氧化反应室206使氧气和氢气或合成气在1800℃至2000℃的温度下反应，生成热蒸汽或蒸汽和二氧化碳。由合成气燃烧器206产生的蒸汽或蒸汽和二氧化碳是用于还原反应的热量的主要来源，由合成气燃烧器204产生的蒸汽或蒸汽和二氧化碳是用于还原反应的热量的次要来源。气化反应器200产生的合成气可以再循环，供应至合成气燃烧器204和206中。气化反应器200的其它特征与气化反应器100类似。
虽然依据专利法规，提供了不同实施方式和实施例的描述，但是本发明的范围不受限于此。在不背离本发明的范围和精神的情况下，对本发明的修改和变更对本领域技术人员来说是显而易见的。
因此，应理解本发明的范围受所附权利要求限制，而不受以例举的方式陈述的具体实施例限制。

Claims (36)

1.一种整体气化联合循环系统，其包括：
(i)气化反应器；以及
(ii)与所述气化反应器连接的燃气轮机，
其中，所述气化反应器包括还原反应室、用于将原料引入还原反应室的原料进口、用于将燃气轮机产生的排放气体引入还原反应室的气体进口、和用于释放还原反应室中原料和排放气体反应产生的合成气的气体出口。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述排放气体包括蒸汽或蒸汽及二氧化碳。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述排放气体提供足以使还原反应室内的温度保持在至少1200℃的热能。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气化反应器还包括氧化反应室，该氧化反应室使氢气转化为蒸汽或者使合成气转化为蒸汽和二氧化碳，以提供足以使还原反应室内的温度保持在至少1200℃的热能。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述氧化反应室包括合成气燃烧器，来自燃气轮机的蒸汽或蒸汽和二氧化碳是足以使还原反应室内的温度保持在至少1200℃的热能的主要来源，来自合成气燃烧器的蒸汽或蒸汽和二氧化碳是足以使还原反应室内的温度保持在至少1200℃的热能的次要来源。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述合成气燃烧器基本与还原反应室垂直。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述合成气燃烧器设置在足够接近原料进口的位置，以使原料与蒸汽或蒸汽和二氧化碳迅速接触，从而迅速达到还原反应室内至少1200℃的温度。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述原料进口包括煤粉进口。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述还原反应室还包括位于还原反应室底端的非流体矿渣收集器。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃气轮机包括用于释放排放气体的排放气体出口，所述排放气体出口与还原反应室的下部连接。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述原料进口和氧化反应室位于接近还原反应室上部的位置。
12.一种气化方法，其包括以下步骤：
(i)提供一气化反应器和一与气化反应器连接的燃气轮机；
(ii)将包含含碳材料的原料引入气化反应器的还原反应室中；
(iii)将氧气和氢气或合成气引入燃气轮机中；
(iv)使燃气轮机产生的蒸汽或蒸汽和二氧化碳进入还原反应室中，与含碳材料反应，产生合成气。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，由燃气轮机产生的蒸汽或蒸汽和二氧化碳进入温度约1500℃至1700℃的还原反应室中。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述由燃气轮机产生的蒸汽或蒸汽和二氧化碳进入还原反应室中，提供足以使还原反应室内的温度保持在至少1200℃的热能，与含碳材料反应，产生合成气。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述气化反应器包括氧化反应室，还包括：
(v)氧气和氢气在氧化反应室中反应，产生蒸汽；
(vi)使由氧化反应室产生的蒸汽进入还原反应室，提供足以使还原反应室内的温度保持在至少1200℃的热能，与含碳材料反应，产生合成气。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述氧化反应室包括合成气燃烧器，步骤(v)包括氧气和合成气在氧化反应室中反应，产生蒸汽和二氧化碳，步骤(vi)包括使由氧化反应室产生的蒸汽和二氧化碳进入还原反应室，提供足以使还原反应室内的温度保持在至少1200℃的热能，与含碳材料反应，产生合成气。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，氧气在步骤(v)中基本完全消耗。
18.如权利要求12所述的方法，其特征在于，氧气在步骤(iii)中基本完全消耗。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述合成气燃烧器设置在足够接近气化反应器原料进口的位置，还包括使通过原料进口引入的原料迅速与合成气燃烧器产生的蒸汽或蒸汽和二氧化碳接触，使原料能够迅速达到还原反应室内至少1200℃的温度。
20.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述原料还包括非含碳组分，还包括使还原反应室的温度保持在约1200℃至非含碳组分的非流点之间。
21.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述原料包括煤，其中非含碳组分是矿渣，所述矿渣的不流点在约1300℃至1400℃之间。
22.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述原料包括煤粉，步骤(ii)包括将煤粉喷入还原反应室中。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，使用温度约为900℃的压缩二氧化碳将煤粉喷入还原反应室中。
24.如权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括通过位于接近还原反应室下部位置的非流体矿渣收集器收集矿渣。
25.如权利要求12所述的方法，其特征在于，由还原反应室生产的合成气的至少一部分再循环到燃气轮机中。
26.如权利要求16所述的方法，其特征在于，由还原反应室生产的合成气的至少一部分再循环到合成气燃烧器中。
27.一种气化含碳材料的方法，所述含碳材料包括含碳组分和固体非含碳组分，所述方法包括以下步骤：
(i)将所述含碳材料引入到气化反应器的还原反应室中，所述还原反应室保持在自约1200℃至低于所述固体非含碳组分的流点之间的温度；
(ii)氧气和氢气或合成气在所述气化反应器的氧化反应室中反应，产生蒸汽或蒸汽和二氧化碳；和
(iii)使所述蒸汽或蒸汽和二氧化碳进入所述还原反应室中，提供足以使还原反应室内的温度保持在至少1200℃的热能，并与所述含碳组分反应，产生合成气。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述含碳材料是煤，所述固体非含碳组分是煤渣。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述固体非含碳组分的流点高于约1300℃。
30.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述矿渣作为非流体收集在非流体矿渣收集器中。
31.一种气化反应器，其包括：
(i)具有上部和下部的还原反应室；
(ii)原料进口，位于接近上部的位置，用于将原料引入还原反应室；
(iii)第一氧化反应室和第二氧化室，都用来将氢气转化为蒸汽或者将合成气转化为蒸汽和二氧化碳，将蒸汽或蒸汽和二氧化碳提供给还原反应室；和
(iv)气体出口，用于释放还原反应室中原料与蒸汽或蒸汽和二氧化碳反应产生的合成气。
32.如权利要求31所述的气化反应器，其特征在于，第一氧化反应室相对于还原反应室按照以下方式设置：由第一氧化反应室提供的蒸汽或蒸汽和二氧化碳能够提供足以使还原反应室内的温度保持在至少1200℃的热能；其中第二氧化反应室位于足够接近原料进口的位置，使原料迅速与第二氧化反应室提供的蒸汽或蒸汽和二氧化碳接触，从而迅速达到还原反应室内至少1200℃的温度。
33.如权利要求31所述的气化反应器，其特征在于，原料是煤，还包括位于接近所述还原反应室下部的位置的非流体矿渣收集器。
34.如权利要求31所述的气化反应器，其特征在于，所述第一氧化反应室是第一合成气燃烧器，所述第二氧化反应室是第二合成气燃烧器。
35.如权利要求31所述的气化反应器，其特征在于，所述第一氧化反应室和所述第二氧化反应室基本与所述还原反应室垂直。
36.一种气化反应器，其包括：
(i)还原反应室；
(ii)原料进口，用于将原料引入到还原反应室内；
(iii)氧化反应室，用于将氢气转化为蒸汽或者将合成气转化为蒸汽和二氧化碳，并将蒸汽或蒸汽和二氧化碳供应至还原反应室；和
(iv)气体出口，用于释放还原反应室中原料与蒸汽或蒸汽和二氧化碳反应产生的合成气，
其中，氧化反应室位于足够接近原料进口的位置，使原料迅速与在氧化反应室内转化的蒸汽或蒸汽和二氧化碳接触，从而迅速达到还原反应室内至少1200℃的温度。
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