CN102112585B

CN102112585B - 用于sng生产的三列催化气化系统

Info

Publication number: CN102112585B
Application number: CN2009801250478A
Authority: CN
Inventors: E·T·罗宾逊; F·S·刘; D·多德森
Original assignee: Greatpoint Energy Inc
Current assignee: Shunguan Investment Co., Ltd
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2029-06-26
Also published as: CN102112585A; US20090324459A1; WO2009158579A2; WO2009158579A3

Abstract

本发明描述用于使碳质原料转化成多种气体产物的系统。除了其他装置以外，系统包括用于在碱金属催化剂存在下使碳质原料气化成至少包含甲烷的多种气体产物的三个单独气化反应器。可用来自单一或单独催化剂装载和/或原料制备装置操作的原料向各气化反应器供料。类似地，可在热交换器、酸性气体去除或甲烷去除装置操作通过组合纯化来自各气化反应器的热气流。产物纯化可包括微量污染物去除装置、氨去除和回收装置和酸性物质转换装置。

Description

用于SNG生产的三列催化气化系统

发明领域

本发明涉及具有三个催化气化反应器(即，三列)的系统结构，所述系统结构用于在蒸汽存在下，通过碳质原料催化气化制备气体产物，特别是甲烷。

发明背景

鉴于例如较高能源价格和环境问题的许多因素，从较低燃料值碳质原料(如生物质、煤和石油焦)制备增值气体产物正得到更新的关注。此类物质生产甲烷和其他增值气体的催化气化公开于例如US3828474、US3998607、US4057512、US4092125、US4094650、US4204843、US4468231、US4500323、US4541841、US4551155、US4558027、US4606105、US4617027、US4609456、US5017282、US5055181、US6187465、US6790430、US6894183、US6955695、US2003/0167961A1、US2006/0265953A1、US2007/000177A1、US2007/083072A1、US2007/0277437A1和GB1599932。

通常，在碱金属催化剂源和蒸汽存在下，在升高温度和压力下通过物质的气化，可使碳质物质(如煤或石油焦)转化成多种气体，包括增值的气体，如甲烷。未反应的碳质物质细粉从气化器产生的粗气体去除，使气体冷却并在多个过程中洗涤，以去除不需要的污染物和其他副产物，包括一氧化碳、氢气、二氧化碳和硫化氢。

为了提高碳质物质到气体产物(包括甲烷)的产量，可同时运行多个平行气化列，各列具有指定原料处理和气体纯化和分离系统。在如此进行时，由于故障或维修，在任何列中的单一部件损耗可能需要关闭整个气化列，导致生产能力损失。原料处理和气体纯化和分离系统中的各装置可具有不同的生产能力，导致整个系统内具体装置超负荷或负荷不足、效率损失和增加的生产成本。因此，仍然需要改进的气化系统，该气化系统具有提高的效率和组分利用率，并且使总生产能力损失减小到最低限度。

发明概述

一方面，本发明提供一种用于从经催化碳质原料产生多种气体产物的气化系统，所述系统包括：

(a)第一、第二和第三气化反应器装置，其中各气化反应器装置独立包括：

(A1)反应室，其中使经催化的碳质原料和蒸汽转化成(i)多种气体产物，所述气体产物包含甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢和未反应的蒸汽；(ii)未反应的碳质细粉；和(iii)包含夹带催化剂的固体焦产物；

(A2)进料入口，所述进料入口用于将经催化的碳质原料提供到反应室中；

(A3)蒸汽入口，所述蒸汽入口用于将蒸汽提供到反应室；

(A4)热气体出口，所述热气体出口用于从反应室排出热的第一气流，该热的第一气流包含多种气体产物；

(A5)焦出口，所述焦出口用于从反应室回收固体焦产物；和

(A6)细粉去除器装置，所述细粉去除器装置用于去除可在热的第一气流中夹带的至少基本上部分未反应碳质细粉；

(b)(1)单一催化剂装载装置，所述催化剂装载装置用于将经催化碳质原料提供到第一、第二和第三气化反应器装置的进料入口，或

(2)第一催化剂装载装置和第二催化剂装载装置，它们用于将经催化碳质原料提供到第一、第二和第三气化反应器装置的进料入口，或

(3)第一、第二和第三催化剂装载装置，这些催化剂装载装置用于将经催化碳质原料提供到第一、第二和第三气化反应器装置的进料入口，

其中各催化剂装载装置独立包括：

(B1)装载罐，所述装载罐用于接受碳质颗粒并使催化剂装载于碳质颗粒上，以形成经催化的碳质原料；和

(B2)干燥器，所述干燥器用于热处理经催化的碳质原料，以降低水分含量；

(c)(1)当只存在单一催化剂装载装置时，单一碳质物质处理装置，所述碳质物质处理装置用于将碳质颗粒提供到单一催化剂装载装置的装载罐，或

(2)当只存在第一和第二催化剂装载装置时，(i)单一碳质物质处理装置，所述碳质物质处理装置用于将碳质颗粒提供到第一和第二催化剂装载装置的装载罐；或(ii)第一和第二碳质物质处理装置，这些碳质物质处理装置用于将碳质颗粒提供到第一和第二催化剂装载装置的装载罐，或

(3)当存在第一、第二和第三催化剂装载装置时，(i)单一碳质物质处理装置，所述碳质物质处理装置用于将碳质颗粒提供到第一、第二和第三催化剂装载装置的装载罐；或(ii)第一和第二碳质物质处理装置，这些碳质物质处理装置用于将碳质颗粒提供到第一、第二和第三催化剂装载装置的装载罐；或(iii)第一、第二和第三碳质物质处理装置，这些碳质物质处理装置用于将碳质颗粒提供到第一、第二和第三催化剂装载装置的装载罐，

其中各碳质物质处理装置独立包括：

(C1)接受器，所述接受器用于接受和储存碳质物质；和

(C2)研磨器，所述研磨器与接受器连通，以将碳质物质研磨成碳质颗粒；

(d)(1)单一热交换器装置，所述热交换器装置用于从来自第一、第二和第三气化反应器装置的热的第一气流去除热能，以产生蒸汽，并产生单一经冷却的第一气流，或

(2)第一和第二热交换器装置，这些热交换器装置用于从来自第一、第二和第三气化反应器装置的热的第一气流去除热能，以产生蒸汽，并产生第一经冷却的第一气流和第二经冷却的第一气流，或

(3)第一、第二和第三热交换器装置，这些热交换器装置用于从来自第一、第二和第三气化反应器装置的热的第一气流去除热能，以产生蒸汽，并产生第一经冷却的第一气流、第二经冷却的第一气流和第三经冷却的第一气流；

(e)(1)当只存在单一热交换器装置时，单一酸性气体去除器装置，所述酸性气体去除器装置用于从单一经冷却的第一气流去除至少基本上部分二氧化碳和至少基本上部分硫化氢，以从单一经冷却的第一气流产生单一酸性气体贫化气流，所述酸性气体贫化气流包含至少基本上部分甲烷、至少基本上部分氢气和任选的至少一部分一氧化碳，或

(2)当只存在第一和第二热交换器装置时，(i)单一酸性气体去除器装置，所述酸性气体去除器装置用于从第一和第二经冷却的第一气流去除至少基本上部分二氧化碳和至少基本上部分硫化氢，以从第一和第二经冷却的气流产生单一酸性气体贫化气流，所述酸性气体贫化气流包含至少基本上部分甲烷、至少基本上部分氢气和任选的至少一部分一氧化碳；或(ii)第一和第二酸性气体去除器装置，这些酸性气体去除器装置用于从第一和第二经冷却的第一气流去除至少基本上部分二氧化碳和至少基本上部分硫化氢，以从第一和第二经冷却的气流产生第一酸性气体贫化气流和第二酸性气体贫化气流，所述酸性气体贫化气流包含至少基本上部分甲烷、至少基本上部分氢气和任选的至少一部分一氧化碳，或

(3)当存在第一、第二和第三热交换器装置时，(i)单一酸性气体去除器装置，所述酸性气体去除器装置用于从第一、第二和第三经冷却的气流去除至少基本上部分二氧化碳和至少基本上部分硫化氢，以从第一、第二和第三经冷却的气流产生单一酸性气体贫化气流，所述酸性气体贫化气流包含至少基本上部分甲烷、至少基本上部分氢气和任选的至少一部分一氧化碳；或(ii)第一和第二酸性气体去除器装置，这些酸性气体去除器装置用于从第一、第二和第三经冷却的第一气流去除至少基本上部分二氧化碳和至少基本上部分硫化氢，以从第一、第二和第三经冷却的第一气流产生第一酸性气体贫化气流和第二酸性气体贫化气流，其中第一和第二酸性气体贫化气流共同包含至少基本上部分甲烷、至少基本上部分氢气和任选的至少一部分一氧化碳；或(iii)第一、第二和第三酸性气体去除器装置，这些酸性气体去除器装置用于从第一、第二和第三经冷却的第一气流去除至少基本上部分二氧化碳和至少基本上部分硫化氢，以从第一、第二和第三经冷却的第一气流产生第一酸性气体贫化气流、第二酸性气体贫化气流和第三酸性气体贫化气流，其中第一、第二和第三酸性气体贫化气流共同包含至少基本上部分甲烷、至少基本上部分氢气和任选的至少一部分一氧化碳；

(f)(1)当只存在单一酸性气体贫化气流时，单一甲烷去除装置，所述甲烷去除装置用于从单一酸性气体贫化气流分离和回收甲烷，以从单一酸性气体贫化气流产生单一甲烷贫化气流和单一甲烷产物流，所述单一甲烷产物流包含至少基本上部分甲烷，或

(2)当只存在第一和第二酸性气体贫化气流时，(i)单一甲烷去除装置，所述甲烷去除装置用于从第一和第二酸性气体贫化气流分离和回收甲烷，以从第一和第二酸性气体贫化气流产生单一甲烷贫化气流和单一甲烷产物流，所述单一甲烷产物流包含至少基本上部分甲烷；或(ii)第一和第二甲烷去除装置，这些甲烷去除装置用于从第一和第二酸性气体贫化气流分离和回收甲烷，以从第一和第二酸性气体贫化流产生第一甲烷贫化气流和第一甲烷产物流和第二甲烷贫化气流和第二甲烷产物流，所述第一和第二甲烷产物流共同包含至少基本上部分甲烷，或

(3)当存在第一、第二和第三酸性气体贫化气流时，(i)单一甲烷去除装置，所述甲烷去除装置用于从第一、第二和第三酸性气体贫化气流分离和回收甲烷，以从第一、第二和第三酸性气体贫化流产生单一甲烷贫化气流和单一甲烷产物流，所述单一甲烷产物流包含至少基本上部分甲烷；或(ii)第一和第二甲烷去除装置，所述甲烷去除装置用于从第一、第二和第三酸性气体贫化气流分离和回收甲烷，以从第一、第二和第三酸性气体贫化流产生第一甲烷贫化气流和第一甲烷产物流、第二甲烷贫化气流和第二甲烷产物流，所述第一和第二甲烷产物流共同包含至少基本上部分甲烷；或(iii)第一、第二和第三甲烷去除装置，所述甲烷去除装置用于从第一、第二和第三酸性气体贫化气流分离和回收甲烷，以从第一、第二和第三酸性气体贫化流产生第一甲烷贫化气流和第一甲烷产物流、第二甲烷贫化气流和第二甲烷产物流和第三甲烷贫化气流和第三甲烷产物流，所述第一、第二和第三甲烷产物流共同包含至少基本上部分甲烷；和

(g)(1)单一蒸汽源，所述蒸汽源用于将蒸汽提供到第一、第二和第三气化反应器装置，或

(2)第一和第二蒸汽源，所述蒸汽源用于将蒸汽提供到第一、第二和第三气化反应器装置；或

(3)第一、第二和第三蒸汽源，所述蒸汽源用于将蒸汽提供到第一、第二和第三气化反应器装置。

在某些实施方案中，气化系统可还包括以下装置中的一个或多个：

(h)在热交换器装置和酸性气体去除器装置之间的微量污染物去除装置，所述微量污染物去除装置用于从单一经冷却的第一气流，或者当存在时第一、第二和第三经冷却的第一气流中的一个或多个气流去除至少基本上部分一种或多种微量污染物，其中单一经冷却的第一气流或第一、第二和第三经冷却的第一气流中的一个或多个气流还包含一种或多种微量污染物，所述微量污染物包含COS、Hg和HCN中的一种或多种；

(i)重整器装置，所述重整器装置用于使一部分单一甲烷产物流，或者当存在时第一、第二和第三甲烷产物流中一个或多个的至少一部分转化成合成气；

(j)甲烷压缩机装置，所述甲烷压缩机装置用于压缩至少一部分单一甲烷产物流，或者当存在时第一、第二和第三甲烷产物流中的一个或多个；

(k)二氧化碳回收装置，所述二氧化碳回收装置用于分离和回收通过单一酸性气体去除器装置，或者当存在时第一、第二和第三酸性气体去除器装置中一个或多个去除的二氧化碳；

(l)硫回收装置，所述硫回收装置用于从单一酸性气体去除器装置，或者当存在时第一、第二和第三酸性气体去除器装置中一个或多个去除的硫化氢提取和回收硫；

(m)催化剂回收装置，所述催化剂回收装置用于从至少一部分固体焦产物提取和回收至少一部分夹带的催化剂，并使至少一部分回收的催化剂循环到单一催化剂装载装置，或者当存在时第一、第二和第三催化剂装载装置中一个或多个；

(n)气体循环回路，所述气体循环回路用于使至少一部分单一甲烷贫化气流，或者当存在时第一甲烷贫化气流、第二甲烷贫化气流和第三甲烷贫化气流中一个或多个的至少一部分循环到第一、第二和第三气化反应器装置中至少一个或多个；

(o)废水处理装置，所述废水处理装置用于处理系统产生的废水；

(p)过热器，所述过热器用于使在或自单一蒸汽源，或者当存在时第一蒸汽源和/或第二蒸汽源的蒸汽过热；

(q)蒸汽涡轮机，所述蒸汽涡轮机用于从单一蒸汽源，或者当存在时第一蒸汽源和/或第二蒸汽源提供的至少一部分蒸汽发电；和

(r)在热交换器装置和酸性气体去除器装置之间的酸性物质转换装置，所述酸性物质转换装置用于使经冷却的第一气流与含水介质在适合使经冷却第一气流中至少一部分一氧化碳转化成二氧化碳的条件下接触。

在多种气体产物包含氨的情况下，系统可还任选包含在热交换器装置和酸性气体去除装置之间的氨去除器装置，所述氨去除器装置用于从经冷却的第一气流去除至少基本上部分氨，以产生氨贫化的经冷却第一气流，最终送到酸性气体去除器装置。

本发明的系统可用于例如从各种碳质原料制备甲烷。优选的系统为产生“管道品质天然气”的产物流的系统，如以下更详细描述。

附图简述

图1为本发明的气化系统的一个实施方案的示意图，所述气化系统具有单一原料处理装置、三个催化剂装载装置、三个热交换器装置、单一酸性气体去除装置和单一甲烷去除装置。

图2为本发明的气化系统的一个实施方案的示意图，所述气化系统具有单一原料处理装置、单一催化剂装载装置、三个热交换器装置、单一酸性气体去除装置和单一甲烷去除装置。

图3为本发明的气化系统的一个实施方案的示意图，所述气化系统具有单一原料处理装置、三个催化剂装载装置、三个热交换器装置、两个酸性气体去除装置和单一甲烷去除装置。

图4为本发明的气化系统的一个实施方案的示意图，所述气化系统具有单一原料处理装置、三个单一催化剂装载装置、三个热交换器装置、两个酸性气体去除装置和两个甲烷去除装置。

图5为本发明的气化系统的一个实施方案的示意图，所述气化系统具有单一原料处理装置、单一催化剂装载装置、三个热交换器装置、三个酸性气体去除装置和单一甲烷去除装置。

图6为本发明的气化系统的一个实施方案的示意图，所述气化系统具有单一原料处理装置、单一催化剂装载装置、三个热交换器装置、三个酸性气体去除装置、两个甲烷去除装置和单一蒸汽源。

图7为本发明的气化系统的一个实施方案的示意图，所述气化系统具有单一原料处理装置、单一催化剂装载装置、三个热交换器、两个酸性气体去除装置和两个甲烷去除装置，并且包括各任选的装置操作。

发明详述

本公开涉及用于使碳质原料转化成包含至少甲烷的多种气体产物的系统，除了其他装置以外，所述系统包括用于在碱金属催化剂存在下使碳质原料转化成多种气体产物的三个单独气化反应器。特别是，本系统提供具有至少三个气化反应器的改进气化系统，所述至少三个气化反应器共用一个或多个装置操作，以有利于例如常规维修或修理，同时保持系统操作，并具有改善的操作效率和总体系统控制。

可用来自单一或单独催化剂装载和/或原料制备装置操作的碳质原料向各气化反应器供料。类似地，可在热交换器、酸性气体去除或甲烷去除装置操作通过组合纯化来自各气化反应器的热气流。产物纯化可包括任选的微量污染物去除装置、氨去除和回收装置和酸性物质转换装置。根据系统结构，可以有一个、二个或三个各类型装置，如以下更详细讨论。

例如，可用共同拥有US2007/0000177A1、US2007/0083072A1、US2007/0277437A1、US2009/0048476A1、US2009/0090056A1和US2009/0090055A1中公开的对催化气化技术的任何开发实施本发明。

另外，可结合分别提交于2008年12月23日的共同拥有美国专利申请顺序号12/342,554、12/342,565、12/342,578、12/342,596、12/342,608、12/342,628、12/342,663、12/342,715、12/342,736、12/343,143、12/343,149和12/343,159、分别提交于2009年2月27日的12/395,293、12/395,309、12/395,320、12/395,330、12/395,344、12/395,348、12/395,353、12/395,372、12/395,381、12/395,385、12/395,429、12/395,433和12/395,447和分别提交于2009年3月31日的12/415,042和12/415,050公开的主题内容实施本发明。

还另外，可结合以下先前结合至本文的美国专利申请序号12/492,467，代理人档案号FN-0034 US NP1，标题“双列催化气化系统”(Two-Train Catalytic Gasification Systems)；序号12/492,484，代理人档案号FN-0036 US NP1，标题“四列催化气化系统”(Four-Train Catalytic Gasification Systems)；序号12/492,489，代理人档案号FN-0037 US NP1，标题“四列催化气化系统”(Four-Train Catalytic Gasification Systems)；和序号12/492,497，代理人档案号FN-0038US NP1，标题“四列催化气化系统”(Four-Train Catalytic Gasification Systems)中所述的研究实施本发明。

除非另外指明，本文提到的所有公布、专利申请、专利和其他参考文献均明确出于所有目的全文通过引用结合到本文中，如同完全阐述一样。

除非另外定义，本文所用的所有技术和科学术语均具有本公开所属领域的技术人员普遍理解的相同含义。如果发生冲突，应以本说明书(包括定义)为准。

除非明确说明，商标以大写字母显示。

适合的方法和物质在本文中描述，尽管可在本公开的实施或试验中使用类似或等同于本文所述那些的方法和物质。

除非另外指明，所有百分数、份数、比例等均以重量计。

在作为范围或一列上限值和下限值给出量、浓度或其他数值或参数时，应将其理解为明确公开了由任何一对范围上限和范围下限形成的所有范围，而不考虑是否单独公开这些范围。在本文中列举数值范围时，除非另外说明，此范围旨在包括其端点和此范围内的所有整数和分数。本公开的范围不限于在限定范围时叙述的具体值。

在描述范围的数值或端点中使用术语“约”时，应将此公开理解为包括涉及的具体值或端点。

本文所用术语“包含”、“含有”、“包括”、“含”、“具有”、“具”或任何其他变型旨在涵盖非排他性包含。例如，包含一列元素的过程、方法、制品或装置不一定只限于那些元素，而是可包括未明确列举或这些过程、方法、制品或装置固有的其他元素。另外，除非明确说明是相反情况，“或”指包含性或，而不是排他性或。例如，可由任何下列之一满足条件A或B：A为真(或存在)，并且B为假(或不存在)；A为假(或不存在)，并且B为真(或存在)；以及A和B两者均为真(或存在)。

在本文中用“一”或“此”描述不同的元素和组分只是为了方便，并且是要给予本公开的一般意义。此描述应理解为包括一个或至少一个，并且单数也包括复数，除非明显是指另外情况。

除非本文另外规定，本文所用术语“基本上部分”是指大于约90％所引用物质，优选大于95％所引用物质，更优选大于97％所引用物质。在涉及分子(如甲烷、二氧化碳、一氧化碳和硫化氢)时，百分数基于摩尔计，在其他方面则基于重量(例如，对于夹带的碳质细粉)。

术语“装置”指装置操作。在描述存在多于一个“装置”，时，那些装置以并联方式操作(如图中所绘)。然而，单一“装置”可包括多于一个的串联装置。例如，酸性气体去除装置可包括硫化氢去除装置与后面串联的二氧化碳去除装置。作为另一个实例，微量污染物去除装置可包括用于第一微量污染物的第一去除装置与后面串联的用于第二微量污染物的第二去除装置。作为还另一个实例，甲烷压缩机装置可包括将甲烷产物流压缩到第一压力的第一甲烷压缩机与后面串联的进一步将甲烷产物流压缩到第二(较高)压力的第二甲烷压缩机。

本文中的物质、方法和实施例仅为说明性，除非明确说明，不为限制性。

多列结构

在不同的实施方案中，本发明提供一些系统，这些系统用于在蒸汽存在下使经催化的碳质原料气化成气体产物，随后处理，以分离和回收甲烷。此类系统基于并联操作的三个气化反应器(三个气化列)。

应注意，本发明也包括多组三列系统，使得总设备结构可例如包括两个独立但平行的三列系统(本发明的相同或不同结构)，安排总共6个气化反应器。本发明的三列系统也可与其他独立的多列系统组合，例如公开于以前结合至本文的美国专利申请序号12/492,467，代理人档案号FN-0034 US NP1，标题为“双列催化气化系统”(Two-Train Catalytic Gasification Systems)；序号12/492,484，代理人档案号FN-0036 US NP1，标题为“四列催化气化系统”(Four-Train Catalytic Gasification Systems)；序号12/492,489，代理人档案号FN-0037 US NP1，标题为“四列催化气化系统”(Four-Train Catalytic Gasification Systems)；和序号12/492,497，代理人档案号FN-0038 US NP1，标题为“四列催化气化系统”(Four-Train Catalytic Gasification Systems)。

在指示为“系统A”的一个具体实施方案中，系统包括：(a)第一、第二和第三气化反应器装置；(b)第一、第二和第三催化剂装载装置；(c)单一碳质物质处理装置；(d)第一、第二和第三热交换器装置；(e)单一酸性气体去除器装置；(f)单一甲烷去除装置；和(g)单一蒸汽源。

在系统A的具体实施方案中，系统还包括以下装置中的一个或多个：

(h)(1)在第一、第二和第三热交换器装置和单一酸性气体去除器装置之间的单一微量污染物去除装置，所述微量污染物去除装置用于从第一、第二和第三经冷却的第一气流去除至少基本上部分一种或多种微量污染物；或

(2)在第一、第二和第三热交换器装置和单一酸性气体去除器装置之间的第一和第二微量污染物去除装置，所述微量污染物去除装置用于从第一、第二和第三经冷却的第一气流去除至少基本上部分一种或多种微量污染物；或

(3)在第一、第二和第三热交换器装置和单一酸性气体去除器装置之间的第一、第二和第三微量污染物去除装置，所述微量污染物去除装置用于从第一、第二和第三经冷却的第一气流去除至少基本上部分一种或多种微量污染物；

(i)单一重整器装置，所述重整器装置用于使一部分单一甲烷产物流转化成合成气；

(j)单一甲烷压缩机装置，所述甲烷压缩机装置用于压缩至少一部分单一甲烷产物流；

(k)单一二氧化碳回收装置，所述二氧化碳回收装置用于分离和回收通过单一酸性气体去除器装置去除的二氧化碳；

(l)单一硫回收装置，所述硫回收装置用于从单一酸性气体去除器装置去除的硫化氢提取和回收硫；

(m)(1)单一催化剂回收装置，所述催化剂回收装置用于从来自第一、第二和第三气化装置的至少一部分固体焦产物提取和回收至少一部分夹带的催化剂，并使至少一部分回收的催化剂循环到第一、第二和第三催化剂装载装置中的一个或多个；或

(2)第一和第二催化剂回收装置，所述催化剂回收装置用于从来自第一、第二和第三气化装置的至少一部分固体焦产物提取和回收至少一部分夹带的催化剂，并使至少一部分回收的催化剂循环到第一、第二和第三催化剂装载装置中的一个或多个；或

(3)第一、第二和第三催化剂回收装置，所述催化剂回收装置用于从来自第一、第二和第三气化反应器装置的至少一部分固体焦产物提取和回收至少一部分夹带的催化剂，并使至少一部分回收的催化剂循环到第一、第二和第三催化剂装载装置中的一个或多个；

(n)气体循环回路，所述气体循环回路用于使至少一部分单一甲烷贫化气流循环到第一、第二和第三气化反应器装置；

(p)过热器，所述过热器用于使在或自单一蒸汽源的蒸汽过热；

(q)蒸汽涡轮机，所述蒸汽涡轮机用于从单一蒸汽源提供的一部分蒸汽发电；和

(r)(1)在第一、第二和第三热交换器装置和单一酸性气体去除器装置之间的单一酸性物质转换装置，所述酸性物质转换装置用于使第一、第二和第三经冷却第一气流中的至少一部分一氧化碳转化成二氧化碳；或

(2)在第一、第二和第三热交换器装置和单一酸性气体去除器装置之间的第一和第二酸性物质转换装置，所述酸性物质转换装置用于使第一、第二和第三经冷却第一气流中的至少一部分一氧化碳转化成二氧化碳；或

(3)在第一、第二和第三热交换器装置和单一酸性气体去除器装置之间的第一、第二和第三酸性物质转换装置，所述酸性物质转换装置用于使第一、第二和第三经冷却第一气流中的至少基本上部分一氧化碳转化成二氧化碳。

在指示为“系统B”的另一个具体实施方案中，系统包括：(a)第一、第二和第三气化反应器装置；(b)第一、第二和第三催化剂装载装置；(c)单一碳质物质处理装置；(d)第一、第二和第三热交换器装置；(e)第一和第二酸性气体去除器装置；(f)第一和第二甲烷去除装置；和(g)单一蒸汽源。

在系统B的具体实施方案中，系统还包括以下装置中的一个或多个：

(h)(1)在第一、第二和第三热交换器装置和第一和第二酸性气体去除器装置之间的第一和第二微量污染物去除装置，所述微量污染物去除装置用于从第一、第二和第三经冷却的第一气流去除基本上部分一种或多种微量污染物；或

(2)在第一、第二和第三热交换器装置和第一和第二酸性气体去除器装置之间的第一、第二和第三微量污染物去除装置，所述微量污染物去除装置用于从第一、第二和第三经冷却的第一气流去除基本上部分一种或多种微量污染物；

(i)(1)单一重整器装置，所述重整器装置用于使一部分第一和第二甲烷产物流之一或两者转化成合成气，或

(2)第一和第二重整器装置，所述重整器装置用于使一部分第一和第二甲烷产物流转化成合成气；

(j)(1)单一甲烷压缩机装置，所述甲烷压缩机装置用于压缩第一和第二甲烷产物流之一或两者中至少一部分，或

(2)第一和第二甲烷压缩机装置，所述甲烷压缩机装置用于压缩至少一部分第一和第二甲烷产物流；

(k)(1)单一二氧化碳回收装置，所述二氧化碳回收装置用于分离和回收通过第一和第二酸性气体去除器装置去除的二氧化碳，或

(2)第一和第二二氧化碳回收装置，所述二氧化碳回收装置用于分离和回收通过第一和第二酸性气体去除器装置去除的二氧化碳；

(l)(1)单一硫回收装置，所述硫回收装置用于从第一和第二酸性气体去除器装置去除的硫化氢提取和回收硫，或

(2)第一和第二硫回收装置，所述硫回收装置用于从第一和第二酸性气体去除器装置去除的硫化氢提取和回收硫；

(3)第一、第二和第三催化剂回收装置，所述催化剂回收装置用于从来自第一、第二和第三气化反应器装置的固体焦产物提取和回收至少一部分夹带的催化剂，并使至少一部分回收的催化剂循环到第一、第二和第三催化剂装载装置中的一个或多个；

(n)气体循环回路，所述气体循环回路用于使至少一部分第一和第二甲烷贫化气流循环到第一、第二和第三气化反应器装置；

(r)(1)在第一、第二和第三热交换器装置和第一和第二酸性气体去除器装置之间的第一和第二酸性物质转换装置，所述酸性物质转换装置用于使第一、第二和第三经冷却第一气流中的至少基本上部分一氧化碳转化成二氧化碳；或

(2)在第一、第二和第三热交换器装置和第一和第二酸性气体去除器装置之间的第一、第二和第三酸性物质转换装置，所述酸性物质转换装置用于使第一、第二和第三经冷却第一气流中的至少基本上部分一氧化碳转化成二氧化碳。

在指示为“系统C”的本发明的另一个具体实施方案中，系统包括：(a)第一、第二和第三气化反应器装置；(b)单一催化剂装载装置；(c)单一碳质物质处理装置；(d)第一、第二和第三热交换器装置；(e)单一酸性气体去除器装置；(f)单一甲烷去除装置；和(g)单一蒸汽源。

在系统C的具体实施方案中，系统还包括以下装置中的一个或多个：

(m)(1)单一催化剂回收装置，所述催化剂回收装置用于从来自第一、第二和第三气化反应器装置的至少一部分固体焦产物提取和回收至少一部分夹带的催化剂，并使至少一部分回收的催化剂循环到单一催化剂装载装置；或

(2)第一和第二催化剂回收装置，所述催化剂回收装置用于从来自第一、第二和第三气化反应器装置的至少一部分固体焦产物提取和回收至少一部分夹带的催化剂，并使至少一部分回收的催化剂循环到单一催化剂装载装置；或

(3)第一、第二和第三催化剂回收装置，所述催化剂回收装置用于从来自第一、第二和第三气化反应器装置的至少一部分固体焦产物提取和回收至少一部分夹带的催化剂，并使至少一部分回收的催化剂循环到单一催化剂装载装置；

(3)在第一、第二和第三热交换器装置和单一酸性气体去除器装置之间的第一、第二和第三酸性物质转换装置，所述酸性物质转换装置用于使第一、第二和第三经冷却第一气流中的至少一部分一氧化碳转化成二氧化碳。

在指示为“系统D”的本发明的另一个具体实施方案中，系统包括：(a)第一、第二和第三气化反应器装置；(b)第一、第二和第三催化剂装载装置；(c)单一碳质物质处理装置；(d)第一、第二和第三热交换器装置；(e)第一和第二酸性气体去除器装置；(f)单一甲烷去除装置或第一和第二甲烷去除装置；和(g)单一蒸汽源。

在系统D的具体实施方案中，系统还包括以下装置中的一个或多个：

(h)(1)在第一、第二和第三热交换器装置和第一和第二酸性气体去除器装置之间的第一和第二微量污染物去除装置，所述微量污染物去除装置用于从第一、第二和第三经冷却的第一气流去除至少基本上部分一种或多种微量污染物；或

(2)在第一、第二和第三热交换器装置和第一和第二酸性气体去除器装置之间的第一、第二和第三微量污染物去除装置，所述微量污染物去除装置用于从第一、第二和第三经冷却的第一气流去除至少基本上部分一种或多种微量污染物；

(i)(1)如果只存在单一甲烷去除装置，则为单一重整器装置，所述重整器装置用于使一部分单一甲烷产物流转化成合成气，或

(2)如果存在第一和第二甲烷去除装置，则为(i)单一重整器装置，所述重整器装置用于使一部分第一和第二甲烷产物流之一或两者转化成合成气；或(ii)第一和第二重整器装置，所述重整器装置用于使一部分第一和第二甲烷产物流转化成合成气；

(j)(1)如果只存在单一甲烷去除装置，则为单一甲烷压缩机装置，所述甲烷压缩机装置用于压缩至少一部分单一甲烷产物流，或

(2)如果存在第一和第二甲烷去除装置，则为(i)单一甲烷压缩机装置，所述甲烷压缩机装置用于压缩至少一部分第一和第二甲烷产物流；或(ii)第一和第二甲烷压缩机装置，所述甲烷压缩机装置用于压缩至少一部分第一和第二甲烷产物流；

(m)(1)单一催化剂回收装置，所述催化剂回收装置用于从来自第一、第二和第三气化反应器装置中一个或多个的至少一部分固体焦产物提取和回收至少一部分夹带的催化剂，并使至少一部分回收的催化剂循环到第一、第二和第三催化剂装载装置中的一个或多个，或

(2)第一和第二催化剂回收装置，所述催化剂回收装置用于从来自第一、第二和第三气化反应器装置中两个或更多个的至少一部分固体焦产物提取和回收至少一部分夹带的催化剂，并使至少一部分回收的催化剂循环到第一、第二和第三催化剂装载装置中的一个或多个，或

(3)第一、第二和第三催化剂回收装置，所述催化剂回收装置用于从来自第一、第二和第三气化反应器装置的至少一部分固体焦产物提取和回收至少一部分夹带的催化剂，并使至少一部分回收的催化剂循环到第一、第二和第三催化剂装载装置中一个或多个；

(n)气体循环回路，所述气体循环回路用于使至少一部分单一甲烷贫化气流或第一和第二甲烷贫化气流循环到第一、第二和第三气化反应器装置；

(r)(1)在第一、第二和第三热交换器装置和第一和第二酸性气体去除器装置之间的第一和第二单一酸性物质转换装置，所述酸性物质转换装置用于使第一、第二和第三经冷却第一气流中的至少一部分一氧化碳转化成二氧化碳，或

在指示为“系统E”的本发明的另一个具体实施方案中，系统包括：(a)第一、第二和第三气化反应器装置；(b)单一催化剂装载装置；(c)单一碳质物质处理装置；(d)第一、第二和第三热交换器装置；(e)第一、第二和第三酸性气体去除器装置；(f)单一甲烷去除装置或第一和第二甲烷去除装置；和(g)单一蒸汽源。

在系统E的具体实施方案中，系统还包括以下装置中的一个或多个：

(h)在第一、第二和第三热交换器装置和第一、第二和第三酸性气体去除器装置之间的第一、第二和第三微量污染物去除装置，所述微量污染物去除装置用于从第一、第二和第三经冷却的第一气流去除至少基本上部分一种或多种微量污染物；

(2)如果存在第一和第二甲烷去除装置，则为(i)单一甲烷压缩机装置，所述甲烷压缩机装置用于压缩第一和第二甲烷产物流之一或两者的至少一部分；或(ii)第一和第二甲烷压缩机装置，所述甲烷压缩机装置用于压缩至少一部分第一和第二甲烷产物流；

(k)(1)单一二氧化碳回收装置，所述二氧化碳回收装置用于分离和回收通过第一、第二和第三酸性气体去除器装置去除的二氧化碳，或

(2)第一和第二二氧化碳回收装置，所述二氧化碳回收装置用于分离和回收通过第一、第二和第三酸性气体去除器装置去除的二氧化碳，或

(3)第一、第二和第三二氧化碳回收装置，所述二氧化碳回收装置用于分离和回收通过第一、第二和第三酸性气体去除器装置去除的二氧化碳；

(l)(1)单一硫回收装置，所述硫回收装置用于从第一、第二和第三酸性气体去除器装置去除的硫化氢提取和回收硫，或

(2)第一和第二硫回收装置，所述硫回收装置用于从第一、第二和第三酸性气体去除器装置去除的硫化氢提取和回收硫，或

(3)第一、第二和第三硫回收装置，所述硫回收装置用于从第一、第二和第三酸性气体去除器装置去除的硫化氢提取和回收硫；

(m)(1)单一催化剂回收装置，所述催化剂回收装置用于从来自第一、第二和第三气化反应器装置中一个或多个的至少一部分固体焦产物提取和回收至少一部分夹带的催化剂，并使至少一部分回收的催化剂循环到单一催化剂装载装置，或

(2)第一和第二催化剂回收装置，所述催化剂回收装置用于从来自第一、第二和第三气化反应器装置中两个或更多个的至少一部分固体焦产物提取和回收至少一部分夹带的催化剂，并使至少一部分回收的催化剂循环到单一催化剂装载装置，或

(r)在第一、第二和第三热交换器装置和第一、第二和第三酸性气体去除器装置之间的第一、第二和第三酸性物质转换装置，所述酸性物质转换装置用于使第一、第二和第三经冷却第一气流中的至少一部分一氧化碳转化成二氧化碳。

在系统A-E的任一系统的具体实施方案中，各系统至少包括(k)、(l)和(m)。

在前述系统的任一系统及其实施方案的具体实施方案中，当系统包括(k)时，系统可还包括用于压缩经回收二氧化碳的二氧化碳压缩机装置。

在前述系统的任一系统的另一个具体实施方案中，系统包括(r)和在酸性气体去除器装置和甲烷去除装置之间的整理(trim)甲烷转化器(用于处理酸性气体贫化气流)。

在前述系统的任一系统及其实施方案的另一个具体实施方案中，当多种气体产物还包含氨时，系统可还包括：

(1)当只存在单一热交换器装置和单一酸性气体去除器装置时，单一氨去除器装置，所述氨去除器装置用于从单一经冷却的第一气流去除基本上部分氨，以产生单一氨贫化的经冷却第一气流，以送到单一酸性气体去除器装置，或

(2)当只存在第一和第二热交换器装置和单一酸性气体去除器装置时，(i)在第一和第二热交换器装置和单一酸性气体去除器装置之间的单一氨去除器装置，所述氨去除器装置用于从第一和第二经冷却的第一气流去除基本上部分氨，以产生单一氨贫化的经冷却第一气流，用于送到单一酸性气体去除器装置；或(ii)在第一和第二热交换器装置和单一酸性气体去除器装置之间的第一和第二氨去除器装置，所述氨去除器装置用于从第一和第二经冷却的第一气流去除基本上部分氨，以产生第一和第二氨贫化的经冷却第一气流，以送到单一酸性气体去除器装置，或

(3)当只存在第一和第二热交换器装置和第一和第二酸性气体去除器装置时，在第一和第二热交换器装置和第一和第二酸性气体去除器装置之间的第一和第二氨去除器装置，所述氨去除器装置用于从第一和第二经冷却的第一气流去除基本上部分氨，以产生第一和第二氨贫化的经冷却第一气流，以送到第一和第二酸性气体去除器装置；或

(4)当存在第一、第二和第三热交换器装置和只单一酸性气体去除器装置时，(i)在第一、第二和第三热交换器装置和单一酸性气体去除器装置之间的单一氨去除器装置，所述氨去除器装置用于从第一、第二和第三经冷却的第一气流去除基本上部分氨，以产生单一氨贫化的经冷却第一气流，以送到单一酸性气体去除器装置；或(ii)在第一、第二和第三热交换器装置和单一酸性气体去除器装置之间的第一和第二氨去除器装置，所述氨去除器装置用于从第一、第二和第三经冷却的第一气流去除基本上部分氨，以产生第一和第二氨贫化的经冷却第一气流，以送到单一酸性气体去除器装置；或(iii)在第一、第二和第三热交换器装置和单一酸性气体去除器装置之间的第一、第二和第三氨去除装置，所述氨去除装置用于从第一、第二和第三经冷却的第一气流去除基本上部分氨，以产生第一、第二和第三氨贫化的经冷却第一气流，以送到单一酸性气体去除器装置，或

(5)当存在第一、第二和第三热交换器装置和只第一和第二酸性气体去除器装置时，(i)在第一、第二和第三热交换器装置和第一和第二酸性气体去除器装置之间的第一和第二氨去除器装置，所述氨去除器装置用于从第一、第二和第三经冷却的第一气流去除基本上部分氨，以产生第一和第二氨贫化的经冷却第一气流，以送到第一和第二酸性气体去除器装置；或(ii)在第一、第二和第三热交换器装置和第一和第二酸性气体去除器装置之间的第一、第二和第三氨去除器装置，所述氨去除器装置用于从第一、第二和第三经冷却的第一气流去除基本上部分氨，以产生第一、第二和第三氨贫化的经冷却第一气流，以送到第一和第二酸性气体去除器装置，或

(6)当存在第一、第二和第三热交换器装置和第一、第二和第三酸性气体去除器装置时，在第一、第二和第三热交换器装置和第一、第二和第三酸性气体去除器装置之间的第一、第二和第三氨去除器装置，所述氨去除器装置用于从第一、第二和第三经冷却的第一气流去除基本上部分氨，以产生第一、第二和第三氨贫化的经冷却第一气流，以送到第一、第二和第三酸性气体去除器装置。

以下更详细描述各装置。

原料和处理

碳质物质处理装置

可将碳质物质提供到碳质物质处理装置，以使碳质物质转化成适用于与一种或多种气化催化剂缔合(association)和/或适用于引入催化气化反应器的形式。碳质物质可以为例如生物质和非生物质物质，如以下定义。

本文所用术语“生物质”是指衍生自最近(例如，在过去的100年内)活生物体的碳质物质，包括基于植物的生物质和基于动物的生物质。为了清楚的目的，生物质不包括基于化石的碳质物质，例如煤。例如参见以前结合到本文的美国专利申请序号12/395,429、12/395,433和12/395,447。

本文所用术语“基于植物的生物质”是指衍生自绿色植物、农作物、藻类和树木的材料，例如但不限于甜高粱、甘蔗渣、糖甘蔗、竹、杂交杨、杂交柳、合欢树、桉树、苜蓿、三叶草、油棕、柳枝稷、苏丹草、稷黍、麻风树和芒属植物(例如，Miscanthus x giganteus)。生物质还包括来自农业耕种、处理和/或降解的废物，如玉米穗轴和玉米壳、玉米秸秆、稻草、坚果壳、植物油、低芥酸菜子油、菜子油、生物柴油、树皮、木片、锯末和庭院垃圾。

本文所用术语“基于动物的生物质”是指从动物养殖和/或利用产生的废物。例如，生物质包括但不限于来自禽畜养殖和处理的废物，如动物粪肥、海鸟粪、家禽粪、动物脂肪和城市固体垃圾(例如，污物)。

本文所用术语“非生物质”是指本文定义术语“生物质”不包括的那些碳质物质。例如，非生物质包括但不限于无烟煤、烟煤、次烟煤、褐煤、石油焦、沥青质、液体石油残渣或其混合物。例如参见以前结合到本文的美国专利申请序号12/342,565、12/342,578、12/342,608、12/342,663、12/395,348和12/395,353。

本文所用术语“石油焦炭(petroleum coke)”和“石油焦(petcoke)”包括(i)在石油处理中得到的高沸点烃馏分的固体热分解产物(重残渣-“残石油焦”)；和(ii)处理焦油砂的固体热分解产物(沥青砂或石油砂-“焦油砂石油焦”)两者。此类碳化产物包括例如生、煅烧、针和流化床石油焦。

残石油焦也可衍生自原油，例如通过提高重质残余原油质量使用的焦化过程，这种石油焦包含灰分作为次要组分，一般基于焦重量约1.0％重量或更少，更一般约0.5％重量或更少。一般这种较低灰分焦中的灰分包括金属，如镍和钒。

焦油砂石油焦可从石油砂得到，例如，通过提高石油砂质量使用的焦化过程。焦油砂石油焦包含灰分作为次要组分，一般基于焦油砂石油焦总重量约2％重量或约12％重量，更一般约4％重量至约12％重量。一般这种较高灰分焦中的灰分包括例如二氧化硅和/或氧化铝的物质。

石油焦具有一般约0.2至约2％重量的固有低水分含量(基于石油焦总重量)，一般也具有很低的水浸湿能力，以允许常规催化剂浸渍方法。所得颗粒状组合物包含例如较低平均水分含量，这相对于常规干燥操作提高下游干燥操作的效率。

石油焦可包含基于石油焦总重量至少约70％重量碳，至少约80％重量碳，或至少约90％重量碳。一般石油焦包含基于石油焦重量小于约20％重量无机化合物。

本文所用术语“沥青质”在室温为芳族碳质固体，并且可衍生自例如原油和原油焦油砂处理。

本文所用术语“煤”指泥炭、褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤或其混合物。在某些实施方案中，煤具有基于煤总重量小于约85％重量，或小于约80％重量，或小于约75％重量，或小于约70％重量，或小于约65％重量，或小于约60％重量，或小于约55％重量，或小于约50％重量的碳含量。在其他实施方案中，煤具有基于煤总重量最高达约85％重量或最高达约80％重量或最高达约75％重量碳含量。可用煤的实例包括但不限于Illinois #6、Pittsburgh #8、Beulah(ND)、Utah Blind Canyon和粉河盆地(PRB)煤。无烟煤、烟煤、次烟煤和褐煤可分别包含基于干基煤总重量约10％重量、约5至约7％重量、约4至约8％重量和约9至约11％重量灰分。然而，任何具体煤源的灰分含量取决于煤的等级和来源，这为本领域的技术人员所熟悉。参见例如“煤数据：参考”(Coal Data：A Reference)，美国能源部，煤、核、电和替代燃料能源情报部门(Energy Information Administration，Office of Coal，Nuclear，Electric and Alternate Fuels，U.S.Department of Energy)，DOE/EIA-0064(93)，1995年2月。

由煤产生的灰分一般包括飞灰和底灰两者，这为本领域的技术人员所熟悉。来自烟煤的飞灰可包含基于飞灰总重量约20至约60％重量二氧化硅和约5至约35％重量氧化铝。来自次烟煤的飞灰可包含基于飞灰总重量约40至约60％重量二氧化硅和约20至约30％重量氧化铝。来自褐煤的飞灰可包含基于飞灰总重量约15至约45％重量二氧化硅和约20至约25％重量氧化铝。参见例如Meyers等人“飞灰，公路建造材料”(Fly Ash，A Highway Construction Material)，Federal Highway Administration，报告编号FHWA-IP-76-16，Washington，DC，1976。

来自烟煤的底灰可包含基于底灰总重量约40至约60％重量二氧化硅和约20至约30％重量氧化铝。来自次烟煤的底灰可包含基于底灰总重量约40至约50％重量二氧化硅和约15至约25％重量氧化铝。来自褐煤的底灰可包含基于底灰总重量约30至约80％重量二氧化硅和约10至约20％重量氧化铝。参见例如Moulton，Lyle K.“底灰和炉渣”(Bottom Ash and Boiler Slag)，Proceedings of the Third International Ash Utilization Symposium，美国矿务局，信息通报编号8640，Washington，DC，1973。

各碳质物质处理装置可独立包括一个或多个接受器，所述接受器用于接受和储存各碳质物质；和大小减小元件，如研磨机，所述大小减小元件用于将碳质物质研磨成碳质颗粒，大小减小元件如研磨机与接受器连通。

在使用多于一个碳质物质处理装置的情况下，各装置可具有处理大于提供的比例总体积碳质物质的生产能力，以在故障或维修的情况下提供后备生产能力。例如，在两个碳质物质处理装置的情况下，可分别设计以提供总生产能力三分之二或四分之三或全部的生产能力。在三个碳质物质处理装置的情况下，可分别设计以提供总生产能力一半或三分之二或四分之三的生产能力。

根据在本领域已知的任何方法，如冲击粉碎和湿或干研磨，可通过单独或一起粉碎和/或研磨制备碳质物质，如生物质和非生物质，以得到一种或多种碳质颗粒。根据碳质物质源粉碎和/或研磨所用的方法，可筛分所得碳质颗粒(即，根据大小分离)，以提供用于催化剂装载装置操作的经处理原料。

可用本领域的技术人员已知的任何方法筛分颗粒。例如，通过使颗粒过筛或通过一个筛或许多筛，可进行筛分。过筛设备可包括栅筛、棒条筛和线网筛。筛可以为静态，或者可结合摇动或振动筛的机制。或者，可用分级分离碳质颗粒。分级设备可包括选矿机、旋风分离器、旋液分离器、耙式选粒器、转筒筛或流化分级器。也可在研磨和/或粉碎前将碳质物质筛分或分级。

碳质颗粒可作为细颗粒提供，细颗粒的平均粒度为约25微米，或约45微米，最大约2500微米，或最大约500微米。本领域的技术人员可很容易地确定碳质颗粒的适合粒度。例如，当使用流化床气化反应器时，这种碳质颗粒可具有使碳质物质能够以流化床气化反应器所用气体速度初始流化的平均粒度。

另外，某些碳质物质，例如玉米秸秆和柳枝稷和工业垃圾(如锯末)可能不适应粉碎或研磨操作，或者可能不适用于催化气化反应器，例如，由于超细粒度。为了粉碎或直接用于例如流化床催化气化反应器，可使此类物质形成适合大小的粒料或团块。一般可通过压实一种或多种碳质物质制备粒料，参见例如前面结合到本文的美国专利申请序号12/395,381。在其他实例中，生物质物质和煤可形成团块，如US4249471、US4152119和US4225457所述。在以下讨论中，这些粒料或团块可与上述碳质颗粒互换使用。

根据碳质物质源的品质，另外的原料处理步骤可能是必要的。生物质可能包含高水分含量，如绿色植物和草，并且可能需要在粉碎前干燥。城市废物和垃圾也可包含高水分含量，可例如用压力机或辊磨降低水分含量(例如，US4436028)。同样，非生物质，如高水分煤，可能需要在粉碎前干燥。一些结块的煤可能需要部分氧化，以简化气化反应器操作。可预处理离子交换部位不足的非生物质原料，如无烟煤或石油焦，以产生另外的离子交换部位，从而促进催化剂装载和/或缔合。通过在本领域已知的能产生离子交换部位和/或提高原料孔隙率的任何方法，可完成此类预处理(参见，例如前面结合到本文的US4468231和GB1599932)。可用本领域已知的任何氧化剂实现氧化预处理。

可根据技术考虑、处理经济性、可利用性和非生物质和生物质源的接近性，选择碳质颗粒中碳质物质的比率。碳质物质源的可利用性和接近性可影响进料的价格，并因此影响催化气化过程的总生产成本。例如，根据处理条件，生物质和非生物质物质可以基于湿重或干重计约5∶95，约10∶90，约15∶85，约20∶80，约25∶75，约30∶70，约35∶65，约40∶60，约45∶55，约50∶50，约55∶45，约60∶40，约65∶35，约70∶20，约75∶25，约80∶20，约85∶15，约90∶10或约95∶5的比例共混。

有意义地是，可用碳质物质源和碳质颗粒(例如生物质颗粒和非生物质颗粒)各组分之比控制碳质颗粒的其他物质性质。非生物质物质(如煤)和某些生物质物质(如稻壳)一般包含显著量的无机物质，包括钙、氧化铝和二氧化硅，这些物质在气化反应器中生成无机氧化物(即，灰分)。在高于约500℃至约600℃温度，在灰分中，钾和其他碱金属可与氧化铝和二氧化硅反应，形成不溶性碱金属铝硅酸盐。以此形式，碱金属基本上为水不溶性，并且作为催化剂为惰性。为了防止残余物在气化反应器中积累，可常规回收包含灰分、未反应碳质物质和各种碱金属化合物(水溶性和水不溶性两者)的焦的固体清除物(purge)。

在制备碳质颗粒中，根据例如不同碳质物质和/或不同碳质物质中起始灰分之比，不同碳质物质的灰分含量可选择为例如约20％重量或更小，或约15％重量或更小，或约10％重量或更小，或约5％重量或更小。在其他实施方案中，所得碳质颗粒可包含基于碳质颗粒重量约5％重量或约10％重量至约20％重量或至约15％重量灰分内容物。在其他实施方案中，碳质颗粒的灰分内容物可包含基于灰分重量小于约20％重量或小于约15％重量或小于约10％重量或小于约8％重量或小于约6％重量氧化铝。在某些实施方案中，碳质颗粒可包含基于经处理原料重量小于约20％重量的灰分内容物，其中碳质颗粒的灰分内容物包含基于灰分重量小于约20％重量氧化铝，或小于约15％重量氧化铝。

碳质颗粒中的这种较低氧化铝值允许最终降低气化过程中碱金属催化剂的损失。如上所示，氧化铝可与碱金属源反应得到含例如碱金属铝酸盐或铝硅酸盐的不溶性焦。这种不溶性焦可导致降低的催化剂回收率(即，增加催化剂损失率)，因此需要总气化过程中另外的补充催化剂成本。

另外，所得碳质颗粒可具有显著更高的％碳，并因此具有更高的btu/lb值，和甲烷产物/单位重量碳质颗粒。在某些实施方案中，所得碳质颗粒可具有基于非生物质和生物质组合重量约75％重量或约80％重量或约85％重量或约90％重量，最高达约95％重量的碳含量。

在一个实例中，将非生物质和/或生物质湿研磨并筛分(例如，达到约25至约2500μm粒度分布)，然后排掉自由水(即，脱水)，达到湿饼稠度。用于湿研磨、筛分和脱水的适合方法的实例为本领域的技术人员已知，例如参见以前结合到本文的US2009/0048476A1。根据本公开的一个实施方案，由湿研磨形成的非生物质和/或生物质颗粒的滤饼可具有约40％至约60％或约40％至约55％或低于50％的水分含量。本领域的技术人员应理解，经脱水湿研磨碳质物质的水分含量取决于碳质物质的具体类型、粒度分布和所用具体脱水设备。这种滤饼可如本文所述热处理，以产生转到催化剂装载装置操作的一种或多种降低水分的碳质颗粒。

转到催化剂装载装置操作的一种或多种碳质颗粒各自可具有上述独特组成。例如，两种碳质颗粒可转到催化剂装载装置操作，其中第一种碳质颗粒包含一种或多种生物质物质，第二种碳质颗粒包含一种或多种非生物质物质。或者，包含一种或多种碳质物质的单一碳质颗粒可转到催化剂装载装置操作。

催化剂装载装置

一种或多种碳质颗粒进一步在一个或多个催化剂装载装置中处理，以使至少一种气化催化剂(一般包括至少一种碱金属源)与至少一种碳质颗粒缔合，以形成至少一个经催化剂处理的原料流。

用于各气化反应器的经催化碳质原料可通过单一催化剂装载装置提供到第一、第二和第三气化反应器装置的进料入口，或者，可用来自第一、第二和第三催化剂装载装置的经催化碳质原料分别向各第一、第二和第三气化反应器装置供料。当利用两个或更多个催化剂装载装置时，它们应并联操作。

当利用单一催化剂装载装置时，那个装置将经催化的碳质原料提供到第一、第二和第三气化反应器装置的进料入口。

在另一种变型中，第一和第二催化剂装载装置可将经催化的碳质原料提供到第一、第二和第三气化反应器装置的进料入口。例如，第一催化剂装载装置可将经催化的碳质原料提供到第一、第二和第三气化反应器装置中一个或两个的进料入口，第二催化剂装载装置可将经催化的碳质原料提供到第一催化剂装载装置不供料的第一、第二和第三气化反应器装置中那些(一个或两个)的进料入口。

在使用多于一个催化剂装载装置的情况下，各自可具有处理大于提供的比例总体积原料的生产能力，以在故障或维修的情况下提供后备生产能力。例如，在两个催化剂装载装置的情况下，各装置可设计提供总生产能力三分之二或四分之三的生产能力。在三个催化剂装载装置的情况下，各装置可设计提供总生产能力一半或三分之二的生产能力。

当碳质颗粒提供到催化剂装载装置操作时，可经处理，以形成转到各气化反应器的单一经催化碳质原料，或者可分成一个或多个处理流，其中至少一个处理流与气化催化剂缔合，以形成至少一个经催化剂处理的原料流。可例如处理其余处理流，以与第二种组分缔合。另外，可第二次处理经催化剂处理的原料流，以与第二种组分缔合。第二种组分可以为例如第二气化催化剂、助催化剂或其他添加剂。

在一个实例中，可将主气化催化剂提供到单一碳质颗粒(例如，钾和/或钠源)，随后单独处理，以将钙源提供到相同的单一碳质颗粒，以得到经催化的碳质原料。例如参见以前结合到本文的美国专利申请序号12/395,372。气化催化剂和第二种组分也可作为混合物在单一处理中提供到单一碳质颗粒，以得到经催化的碳质原料。

当一种或多种碳质颗粒提供到催化剂装载装置操作时，至少一种碳质颗粒与气化催化剂缔合，以形成至少一个经催化剂处理的原料流。另外，任何碳质颗粒可分成如上详述的一个或多个处理流，用于与第二种组分缔合。所得流可以任何组合共混，以提供经催化的碳质原料，其条件为用至少一个经催化剂处理的原料流形成经催化的原料流。

在一个实施方案中，至少一种碳质颗粒与气化催化剂和任选的第二种组分缔合。在另一个实施方案中，各碳质颗粒与气化催化剂和任选的第二种组分缔合。

可用本领域的技术人员已知的任何方法使一种或多种气化催化剂与任何碳质颗粒和/或处理流缔合。这些方法包括但不限于与固体催化剂源混合，并使催化剂浸渍于经处理的碳质物质上。可用本领域的技术人员已知的数种浸渍方法掺入气化催化剂。这些方法包括但不限于初始湿润浸渍、蒸发浸渍、真空浸渍、浸入浸渍、离子交换和这些方法的组合。

在一个实施方案中，通过在装载罐中用催化剂的溶液(例如，水溶液)成浆，可使碱金属气化催化剂浸入一种或多种碳质颗粒和/或处理流。在用催化剂和/或助催化剂的溶液成浆时，可使所得浆料脱水，以提供经催化剂处理的原料流，一般再一次作为湿饼。在本发明方法中，可从任何催化剂源制备催化剂溶液，包括新鲜或补充催化剂和循环催化剂或催化剂溶液。使浆料脱水以提供经催化剂处理原料流湿饼的方法包括过滤(重力或真空)、离心和液压。

适用于煤颗粒和/或含煤的处理流与气化催化剂组合以提供经催化剂处理的原料流的一种具体方法是通过离子交换，如以前结合到本文的US2009/0048476A1所述。通过离子交换机制的催化剂装载可基于具体为煤研发的吸附等温线最大化，如结合到本文的参考文献中讨论。此装载作为湿饼提供经催化剂处理的原料流。可控制在离子交换颗粒湿饼上保留的另外的催化剂(包括孔内)，以便能够以控制方式得到总催化剂目标值。经催化剂装载和脱水的湿饼可包含例如约50％重量水分。通过控制溶液中催化剂组分的浓度和接触时间、温度和方法，可控制装载的催化剂的总量，相关领域的技术人员可很容易地根据原料煤的性质决定。

在另一个实例中，可用气化催化剂处理碳质颗粒和/或处理流之一，并且可用第二种组分处理第二处理流(参见以前结合到本文的US2007/0000177A1)。

由前述得到的碳质颗粒、处理流和/或经催化剂处理的原料流可以任何组合共混，以提供经催化的碳质原料，其条件为用至少一个经催化剂处理的原料流形成经催化的碳质原料。最后，使经催化的碳质原料转到气化反应器上。

一般各催化剂装载装置包括至少一个装载罐，以使一种或多种碳质颗粒和/或处理流与含至少一种气化催化剂的溶液接触，以形成一个或多个经催化剂处理的原料流。或者，催化组分可作为固体颗粒共混入一种或多种碳质颗粒和/或处理流，以形成一个或多个经催化剂处理的原料流。

一般，气化催化剂以足以提供颗粒组合物中碱金属原子与碳原子约0.01，或约0.02，或约0.03，或约0.04至约0.10，或至约0.08，或至约0.07，或至约0.06的比率的量，存在于经催化的碳质原料中。

利用一些原料，也可在经催化的碳质原料内提供碱金属组分，以达到基于质量超过经催化碳质原料中碳质物质的组合灰分含量约3至约10倍的碱金属含量。

适合的碱金属为锂、钠、钾、铷、铯及其混合物。特别有用的是钾源。适合的碱金属化合物包括碱金属碳酸盐、碳酸氢盐、甲酸盐、草酸盐、氨基化物(amide)、氢氧化物、乙酸盐或类似化合物。例如，催化剂可包括以下物质中的一种或多种：碳酸钠、碳酸钾、碳酸铷、碳酸锂、碳酸铯、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷或氢氧化铯，尤其为碳酸钾和/或氢氧化钾。

可利用任选的助催化剂或其他催化剂添加剂，如以前结合到本文的参考文献所公开的那些。

组合成经催化碳质原料的一个或多个经催化剂处理的原料流一般占与经催化碳质原料缔合的装载催化剂总量的大于约50％，大于约70％，或大于约85％，或大于约90％。与各种经催化剂处理的原料流缔合的全部装载催化剂的百分数可根据本领域的技术人员已知的方法测定。

单独的碳质颗粒、经催化剂处理的原料流和处理流可适当共混，以控制例如总催化剂装载或经催化碳质原料的其他品质，如前讨论。组合的不同流的适合比取决于包含各流的碳质物质的品质和经催化碳质原料的所需性质。例如，生物质颗粒流和经催化非生物质颗粒流可以得到具有预定灰分含量的经催化碳质原料的此类比率混合，如前面讨论。

任何前述经催化剂处理的原料流、处理流和经处理原料流，作为一种或多种干燥颗粒和/或一种或多种湿饼，可通过本领域的技术人员已知的任何方法混合，包括但不限于捏合和垂直或水平混合机，例如单或双螺杆混合机、螺条混合机或鼓式混合机。所得经催化碳质原料可储存供将来使用，或转移到一个或多个进料操作，用于引入气化反应器。可根据本领域的技术人员已知的任何方法，将经催化碳质原料输送到储存或进料操作，例如螺旋输送机或气动输送。

另外，各催化剂装载装置包括干燥器，所述干燥器用于从经催化碳质原料去除过量水分。例如，经催化碳质原料可用流化床浆料干燥器干燥(即，用过热蒸汽处理，以使液体蒸发)，或者在真空下或在惰性气流下热蒸发或去除溶液，以提供具有例如约10％重量或更小或约8％重量或更小或约6％重量或更小或约5％重量或更小或约4％重量或更小的残余水分含量的经催化碳质原料。

气化

气化反应器

在本发明系统中，在适用于使经催化碳质原料中的碳质物质转化成所需产物气体(如甲烷)的条件下，将经催化碳质原料提供到三个气化反应器。

各气化反应器分别包括(A1)反应室，其中使经催化的碳质原料和蒸汽转化成(i)多种气体产物，所述气体产物包含甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢和未反应蒸汽，(ii)未反应的碳质细粉，和(iii)固体焦产物；(A2)进料入口，所述进料入口用于将经催化的碳质原料提供到反应室；(A3)蒸汽入口，所述蒸汽入口用于将蒸汽提供到反应室；(A4)热气体出口，所述热气体出口用于从反应室排出热的第一气流，热的第一气流包含多种气体产物；(A5)焦出口，所述焦出口用于从反应室回收固体焦产物；和(A6)细粉去除器装置，所述细粉去除器装置用于去除可在热的第一气流中夹带的至少基本上部分未反应碳质细粉。

用于这些处理的气化反应器一般在适度高压和高温下操作，这需要将经催化的碳质原料引入气化反应器的反应室，同时保持所需的原料温度、压力和流速。

本领域的技术人员熟悉进料入口，所述进料入口用于将经催化的碳质原料提供到具有高压和/或高温环境的反应室，包括星状加料器、螺杆加料器、旋转活塞和闭锁式料斗。应理解，进料入口可包括将备选使用的两个或更多个压力平衡元件，如闭锁式料斗。在一些情况下，经催化的碳质原料可在高于气化反应器操作压力的压力条件制备。因此，颗粒组合物可直接进入气化反应器，不用进一步加压。

可利用任何几个催化气化反应器。适合的气化反应器包括具有反应室的那些反应器，反应室为逆流固定床、并流固定床、流化床或拽流床(entrained flow bed)或移动床反应室。

气化一般在至少约450℃或至少约600℃或至少约650℃至约900℃或至约800℃或至约750℃的适度温度；和至少约50psig或至少约200psig或至少约400psig至约1000psig或至约700psig或至约600psig的压力下进行。

在气化反应器中使用的用于加压和颗粒组合物反应的气体一般包含蒸汽和任选的氧气或空气(或循环气体)，并根据本领域的技术人员已知的方法提供到反应器。可通过本领域的技术人员已知的任何方法提供用于催化气化反应的少量所需热量输入。例如，可将控制部分的纯化氧或空气引入各气化反应器，以使经催化碳质原料中的一部分碳质物质燃烧，从而提供热量输入。

经催化碳质原料在所述条件下反应提供来自各气化反应器的热的第一气体和固体焦产物。固体焦产物一般包含大量未反应的碳质物质和夹带催化剂，并且可通过焦出口从反应室移除，用于取样、清除和/或催化剂回收。

本文所用术语“夹带催化剂”指含碱金属组分的化合物。例如，“夹带催化剂”可包括但不限于可溶性碱金属化合物(如碱金属碳酸盐、碱金属氢氧化物和碱金属氧化物)和/或不溶性碱金属化合物(如碱金属铝硅酸盐)。与从催化气化反应器提取的焦相关的催化剂组分的性质及其回收方法在以下讨论，并详细讨论于以前结合到本文的US2007/0277437A1和美国专利申请序号12/342,554、12/342,715、12/342,736和12/343,143。

可从各气化反应器通过为闭锁式料斗系统的焦出口定期回收固体焦产物，虽然其他方法为本领域的技术人员已知。如下所述，这些焦可转到催化剂回收装置操作。移除固体焦产物的方法为本领域的技术人员所熟知。例如，可利用EP-A-0102828教授的这样一种方法。

离开各反应室的热的第一气体流出物可通过作为脱离区域的气化反应器的细粉去除器装置部分，其中重得不能由离开气化反应器的气体夹带的颗粒(即，细粉)返回到反应室(例如，流化床)。细粉去除器装置可包括用于从热的第一气体去除细粉和颗粒的一个或多个内部旋风分离器或类似装置。通过细粉去除器装置并由热气体出口离开气化反应器的热的第一气体流出物一般包含CH₄、CO₂、H₂、CO、H₂S、NH₃、未反应蒸汽、夹带的细粉和其他污染物，如COS、HCN和/或元素汞蒸气。

夹带的残余细粉基本上可通过任何适用装置去除，如外部旋风分离器，任选随后使用文丘里涤气器。可处理回收的细粉，以回收碱金属催化剂，或直接循环回到原料制备，如前面结合到本文的美国专利申请序号12/395,385所述。

去除“基本上部分”细粉意味从热的第一气流去除一定量细粉，以便下游处理不会被不利的影响，因此，应去除至少基本上部分细粉。一些较小水平超细物质可在不会显著不利影响下游处理的程度保留在热的第一气流中。一般去除至少约90％重量或至少约95％重量或至少约98％重量的大于约20μm，或大于约10μm或大于约5μm粒度的细粉。

催化剂回收装置

在某些实施方案中，可回收从各气化反应器反应室回收的固体焦产物中夹带催化剂中的碱金属，任何未回收的催化剂可由催化剂补充流补偿。原料中的氧化铝和二氧化硅越多，得到较高碱金属回收率代价越高。

在一个实施方案中，来自各气化反应器的一种或多种固体焦产物可用循环气体和水猝灭，以提取一部分夹带的催化剂。可将回收的催化剂引到催化剂装载操作，以重新利用碱金属催化剂。可将贫化焦例如引到任何一个或多个原料制备操作，重新用于制备经催化的原料，燃烧，以为一个或多个蒸汽发生器提供动力(如以前结合到本文的美国专利申请序号12/343,149和12/395,320所公开)，或者原样用于多种应用，例如，用作吸收剂(如以前结合到本文的美国专利申请序号12/395,293所公开)。

其他特别有用的回收和循环方法描述于US4459138和以前结合到本文的US2007/0277437A1及美国专利申请序号12/342,554、 12/342,715、12/342,736和12/343,143。关于更多方法细节，可参考那些文献。

在系统的操作中，一般回收至少一部分夹带的催化剂，因此，本发明的系统一般包括一个、二个或三个催化剂回收装置。当利用两个或更多个催化剂回收装置时，它们应并联操作。要回收和循环的催化剂的量一般为回收成本-补充催化剂成本的函数，本领域的技术人员可根据总系统经济性确定所需的催化剂回收率和循环水平。

催化剂的循环可以为催化剂装载装置之一或其组合。例如，所有的循环催化剂可提供到一个催化剂装载装置，同时另一个只利用补充催化剂。也可从催化剂装载装置到催化剂装载装置，分别控制循环催化剂与补充催化剂的水平。

在利用单一催化剂回收装置时，那个装置处理来自气化反应器的所需部分(或全部)固体焦产物，并使回收的催化剂循环到一个或多个催化剂装载装置。

在另一种变型中，可利用第一和第二催化剂回收装置。例如，可用第一催化剂回收装置处理来自第一、第二和第三气化反应器装置之一或两个的所需部分固体焦产物，可用第二催化剂回收装置处理来自第一催化剂回收装置未处理的第一、第二和第三气化反应器装置的那些的所需部分固体焦产物。同时，当存在单一催化剂装载装置时，第一和第二催化剂回收装置两者均可将循环的催化剂提供到单一催化剂装载装置。当存在多于一个催化剂装载装置时，各催化剂回收装置可将循环的催化剂提供到一个或多个催化剂装载装置。

在还另一种变型中，可利用第一、第二和第三催化剂回收装置。在此情况下，一般各催化剂回收装置处理来自相应气化反应器装置之一的所需部分固体焦产物。然而，催化剂循环可以为可存在的催化剂装载装置之一或其任何组合。

在使用多于一个催化剂回收装置的情况下，各装置可具有处理大于提供的比例总体积焦产物的生产能力，以在故障或维修的情况下提供后备生产能力。例如，在两个催化剂回收装置的情况下，各自可设计提供总生产能力三分之二或四分之三的生产能力。在三个催化剂回收装置的情况下，各自可设计提供总生产能力一半或三分之二的生产能力。

热交换器

碳质原料的气化产生分别离开第一、第二和第三气化反应器的第一、第二和第三热的第一气流。根据气化条件，热的第一气流一般分别独立地在约450℃至约900℃(更一般约650℃至约800℃)的温度、约50psig至约1000psig(更一般约400psig至约600psig)的压力和约0.5ft/sec至约2.0ft/sec(更一般约1.0ft/sec至约1.5ft/sec)的速度离开相应的气化反应器。

第一、第二和第三热的第一气流可提供到单一热交换器装置，以去除热能，产生单一经冷却的第一气流，或者，各第一、第二和第三热的第一气流可提供到两个或三个热交换器装置的任何组合。一般热交换器装置的数目大于或等于酸性气体去除装置的数目。

在一种变型中，第一、第二和第三热的第一气流的一个或多个部分可提供到第一热交换器装置，以产生第一经冷却的第一气流，而第一、第二和第三热的气流的其余部分可提供到第二热交换器装置，以产生第二经冷却的第一气流。例如，第一、第二和第三热的第一气流中一个或两个可提供到第一热交换器装置，未提供到第一热交换器装置的第一、第二和第三热的第一气流中那些(一个或两个)可提供到第二热交换器装置。在一个具体实例中，第一和第二热的第一气流可提供到第一热交换器装置，以产生第一经冷却的第一气流，而第三热的第一气流可提供到第二热交换器装置，以产生第二经冷却的第一气流。

在还另一种变型中，第一、第二和第三热的第一气流可分别提供到第一、第二和第三热交换器装置，以分别产生第一、第二和第三经冷却的第一气流。

在使用多于一个热交换器装置的情况下，各自可具有处理大于提供的比例总体积的热的第一气流的生产能力，以在故障或维修的情况下提供后备生产能力。例如，在两个热交换器装置的情况下，各自可设计提供总生产能力三分之二或四分之三或全部的生产能力。在三个热交换器装置的情况下，各自可设计提供总生产能力一半或三分之二或四分之三的生产能力。

当存在时，任何一个或多个热交换器装置提取的热能可例如用于产生蒸汽和/或预热循环气体。

所得经冷却的第一气流一般在约250℃至约600℃(更一般约300℃至约500℃)的温度、约50psig至约1000psig(更一般约400psig至约600psig)的压力和约0.5ft/sec至约2.5ft/sec(更一般约1.0ft/sec至约1.5ft/sec)的速度离开热交换器。

产物气体分离和纯化

然后，来自热交换器装置的一个或多个经冷却的第一气流转到一个或多个装置操作，以分离气体产物的不同组分。一个或多个经冷却的第一气流可直接提供到一个或多个酸性气体去除器装置，以去除二氧化碳和硫化氢(和任选的其他微量污染物)，或者，可在一个或多个任选的微量去除、酸性物质转换和/或氨去除装置中处理一个或多个气流。

微量污染物去除装置

如上所示，微量污染物去除装置是任选的，并且可用于去除气流中存在的微量污染物，如COS、Hg和HCN中一种或多种。如果存在，一般微量污染物去除装置位于热交换器装置后，并且处理一部分一种或多种经冷却的第一气流。

一般微量污染物去除装置的数目等于或小于热交换器装置的数目，并且大于或等于酸性气体去除装置的数目。

例如，单一经冷却的第一气流可送到单一微量污染物去除装置，或者第一和第二经冷却的第一气流可送到单一微量污染物去除装置，或者第一和第二经冷却的第一气流可分别送到第一和第二微量污染物去除装置，或者第一、第二和第三经冷却的第一气流可分别送到第一、第二和第三微量污染物去除装置。

在另一种变型中，第一、第二和第三经冷却的第一气流中一个或多个部分可提供到第一微量污染物去除装置，第一、第二和第三经冷却的第一气流的其余部分可提供到第二微量污染物去除装置。例如，第一、第二和第三经冷却的第一气流之一或两个可提供到第一微量污染物去除装置，未提供到第一微量污染物去除装置的第一、第二和第三经冷却的第一气流中那些可提供到第二微量污染物去除装置。在一个具体实例中，第一和第二经冷却的第一气流可送到第一微量污染物去除装置，第三经冷却的第一气流可送到第二微量污染物去除装置。

在使用多于一个微量污染物去除装置的情况下，各自可具有处理大于提供的比例总体积的第一经冷却气流的生产能力，以在故障或维修的情况下提供后备生产能力。例如，在两个微量污染物去除装置的情况下，各自可设计提供总生产能力三分之二或四分之三或全部的生产能力。在三个微量污染物去除装置的情况下，各自可设计提供总生产能力一半或三分之二或四分之三的生产能力。

如本领域的技术人员所熟悉的那样，各上述经冷却第一气流的污染水平取决于制备经催化碳质原料使用的碳质物质的性质。例如，某些煤，如Illinois#6，可具有高硫含量，导致较高COS污染，其他煤，如粉河盆地煤，可包含显著水平的汞，这些汞可在气化反应器中挥发。

COS可从经冷却的第一气流去除，例如通过COS水解(参见，US3966875、US4011066、US4100256、US4482529和US4524050)，使经冷却的第一气流通过颗粒状石灰石(参见，US4173465)，酸性缓冲的CuSO₄溶液(参见，US4298584)，含四亚甲基砜(环丁砜，参见US3989811)的烷醇胺吸收剂，如甲基二乙醇胺、三乙醇胺、二丙醇胺或二异丙醇胺；或用冷冻液体CO₂逆流洗涤经冷却的第一气流(参见，US4270937和US4609388)。

HCN可从经冷却的第一气流去除，例如，通过与硫化铵或多硫化铵反应产生CO₂、H₂S和NH₃(参见，US4497784、US4505881和US4508693)，或用甲醛随后用多硫化铵或多硫化钠二阶段洗涤(参见，US4572826)，水吸收(参见，US4189307)，和/或经通过氧化铝负载的水解催化剂分解，如MoO₃、TiO₂和/或ZrO₂(参见，US4810475、US5660807和US 5968465)。

元素汞可从经冷却的第一气流去除，例如，通过用硫酸活化的碳吸收(参见，US3876393)，通过用硫浸渍的碳吸收(参见，US4491609)，通过含H₂S的胺溶剂吸收(参见，US4044098)，通过银或金浸渍的沸石吸收(参见，US4892567)，用过氧化氢和甲醇氧化成HgO(参见，US5670122)，在SO₂存在下用含溴或碘的化合物氧化(参见，US6878358)，用含H、Cl和O的等离子体氧化(参见， US6969494)，和/或由含氯的氧化气体氧化(例如ClO，参见US7118720)。

当用水溶液去除任何或所有的COS、HCN和/或Hg时，在微量污染物去除装置中产生的废水可引到废水处理装置。

当存在时，用于具体微量污染物的微量污染物去除装置应从经冷却的第一气流去除至少基本上部分(或基本上全部)那种微量污染物，一般去除到或低于所需产物流规定限度的水平。一般微量污染物去除装置应从经冷却的第一气流去除至少90％或至少95％或至少98％的COS、HCN和/或汞。

酸性物质转换装置

单一经冷却的第一气流，或者当存在时第一和第二经冷却的第一气流一起或单独，或者当存在时，第一、第二和第三经冷却的第一气流一起或单独可在含水介质(如蒸汽)存在下，在一个或多个酸性物质转换装置中经过水煤气转换反应，以使一部分CO转化成CO₂，并增加H₂的分数。一般酸性物质转换装置的数目小于或等于要处理的经冷却第一气流的数目，并且大于或等于酸性气体去除装置的数目。水煤气转换处理可对直接从热交换器通过的经冷却第一气流或对已通过一个或多个微量污染物去除装置的经冷却第一气流进行。

在另一种变型中，第一、第二和第三经冷却的第一气流中一个或多个部分可提供到第一酸性物质转换装置，第一、第二和第三经冷却的第一气流的其余部分可提供到第二酸性物质转换装置。例如，第一、第二和第三经冷却的第一气流中一个或两个可提供到第一酸性物质转换装置，未提供到第一酸性物质转换装置的第一、第二和第三经冷却的第一气流中那些(一个或两个)可提供到第二酸性物质转换装置。在一个具体实例中，第一和第二经冷却的第一气流可提供到第一酸性物质转换装置，第三经冷却的第一气流可提供到第二酸性物质转换装置。

在使用多于一个酸性物质转换装置的情况下，各自可具有处理大于提供的比例总体积的经冷却第一气流的生产能力，以在故障或维修的情况下提供后备生产能力。例如，在两个酸性物质转换装置的情况下，各自可设计提供总生产能力三分之二或四分之三或全部的生产能力。在三个酸性物质转换装置的情况下，各自可设计提供总生产能力一半或三分之二或四分之三的生产能力。

酸性物质转换方法详细描述于例如US7074373。该方法包括加水，或者使用气体中所含的水，并使所得水-煤气混合物在蒸汽转化催化剂上绝热反应。一般蒸汽转化催化剂包括在耐热载体上的一种或多种第VIII族金属。

对含CO的气流进行酸气转换反应的方法和反应器为本领域的技术人员所熟知。适合反应条件和适合反应器可根据必须从气流消耗的CO的量变化。在一些实施方案中，酸气转换可在单一阶段，在约100℃或约150℃或约200℃至约250℃或至约300℃或至约350℃的温度进行。在这些实施方案中，转换反应可通过本领域的技术人员已知的任何适合催化剂催化。此类催化剂包括但不限于基于Fe₂O₃ 的催化剂(如Fe₂O₃-Cr₂O₃催化剂)和其他基于过渡金属和基于过渡金属氧化物的催化剂。在其他实施方案中，酸气转换可在多个阶段进行。在一个具体实施方案中，酸气转换在两个阶段进行。此二阶段方法使用高温次序，随后为低温次序。用于高温转换反应的气体温度为约350℃至约1050℃。一般高温催化剂包括但不限于任选与较少量氧化铬组合的氧化铁。用于低温转换的气体温度为约150℃至约300℃，或约200℃至约250℃。低温转换催化剂包括但不限于可负载于氧化锌或氧化铝上的氧化铜。用于酸性物质转换过程的适合方法描述于以前结合到本文的美国专利申请序号12/415,050。

蒸汽转换通常用热交换器和蒸汽发生器进行，以允许有效使用热能。利用这些特征的转换反应器为本领域的技术人员所熟知。适合转换反应器的实例举例说明于以前结合到本文的US7074373，虽然本领域的技术人员已知的其他设计也是有效的。在酸气转换过程后，一个或多个经冷却的第一气流一般分别包含CH₄、CO₂、H₂、H₂S、NH₃和蒸汽。

在一些实施方案中，需要从经冷却的第一气流去除基本上部分CO，并因此转化基本上部分CO。在此上下文中，“基本上”转化指转化足够高百分数的组分，以便能够产生所需的最终产物。通常离开转换反应器的流，其中基本上部分CO已被转化，将具有约250ppm或更少CO，更通常约100ppm或更少CO的一氧化碳含量。

在其他实施方案中，需要只转化一部分CO，以提高H₂的分数，用于随后整理甲烷化反应，这一般需要约3或更大或大于约3或约3.2或更大的H₂/CO摩尔比。当存在时，整理甲烷转化器一般在酸性气体去除器装置和甲烷去除装置之间。

氨回收装置

如本领域的技术人员熟知的那样，生物质的气化和/或用空气作为气化反应器的氧气源可在经冷却第一气流中产生显著量氨。任选单一经冷却的第一气流，或者当存在时，第一和第二经冷却的第一气流一起或单独，或者当存在时，第一、第二和第三经冷却的第一气流一起或单独可在一个或多个氨回收装置中由水洗涤，以从各流回收氨。氨回收处理可对直接从热交换器通过的经冷却第一气流或对已通过(i)一个或多个微量污染物去除装置；和(ii)一个或多个酸性物质转换装置之一或两者的经冷却第一气流进行。

在另一种变型中，第一、第二和第三经冷却的第一气流中一个或多个部分可提供到第一氨回收装置，第一、第二和/或第三经冷却的第一气流的其余部分可提供到第二氨回收装置。例如，第一、第二和第三经冷却的第一气流中一个或两个可提供到第一氨回收装置，未提供到第一氨回收装置的第一、第二和第三经冷却的第一气流中那些(一个或两个)可提供到第二氨回收装置。在一个具体实例中，第一和第二经冷却的第一气流可提供到第一氨回收装置，第三经冷却的第一气流可提供到第二氨回收装置。

在使用多于一个氨回收装置的情况下，各自可具有处理大于提供的比例总体积的经冷却第一气流的生产能力，以在故障或维修的情况下提供后备生产能力。例如，在两个氨回收装置的情况下，各自可设计提供总生产能力三分之二或四分之三的生产能力。在三个氨回收装置的情况下，各自可设计提供总生产能力一半或三分之二的生产能力。

在洗涤后，一个或多个经冷却的第一气流可至少包含H₂S、CO₂、CO、H₂和CH₄。当一个或多个经冷却的第一气流以前已通过一个或多个酸性物质转换装置时，则在洗涤后，一个或多个经冷却的第一气流可至少包含H₂S、CO₂、H₂和CH₄。

可根据本领域的技术人员已知的方法从洗涤器水回收氨，一般可回收为水溶液(例如，20％重量)。洗涤器废水可转送到废水处理装置。

当存在时，氨去除装置应从经冷却的第一气流去除至少基本上部分(和基本上全部)氨。在氨去除的上下文中，“基本上”去除指去除足够高百分数的组分，以便能够产生所需的最终产物。一般氨去除装置去除至少约95％或至少约97％的经冷却第一气流的氨内容物。

酸性气体去除装置

利用物理吸收方法，包括在酸性气体去除装置中溶剂处理气流，可用随后的酸性气体去除装置从单一，或者当存在时第一和第二经冷却的第一气流一起或单独，或者当存在时，第一、第二和第三经冷却的第一气流一起或单独去除基本上部分H₂S和CO₂，以得到一种或多种酸性气体贫化气流。酸性气体去除过程可对直接从热交换器通过的经冷却第一气流，或对已通过(i)一个或多个微量污染物去除装置，(ii)一个或多个酸性物质转换装置和(iii)一个或多个氨回收装置中一个或多个的经冷却第一气流进行。各酸性气体贫化气流一般包含甲烷、氢气和任选的一氧化碳。

在另一种变型中，第一、第二和第三经冷却的第一气流中一个或多个部分可提供到第一酸性气体去除装置，第一、第二和第三经冷却的第一气流的其余部分可提供到第二酸性气体去除装置。例如，第一、第二和第三经冷却的第一气流中一个或两个可提供到第一酸性气体去除装置，未提供到第一酸性气体去除器装置的第一、第二和第三经冷却的第一气流的那些(一个或两个)可提供到第二酸性气体去除器装置。在一个具体实例中，第一和第二经冷却的第一气流可提供到第一酸性气体去除器装置，第三经冷却的第一气流可提供到第二酸性气体去除器装置。

在使用多于一个酸性气体去除器装置的情况下，各自可具有处理大于提供的比例总体积的经冷却第一气流的生产能力，以在故障或维修的情况下提供后备生产能力。例如，在两个酸性气体去除器装置的情况下，各自可设计提供总生产能力三分之二或四分之三或全部的生产能力。在三个酸性气体去除器装置的情况下，各自可设计提供总生产能力一半或三分之二或四分之三的生产能力。

酸性气体去除方法一般包括使经冷却的第一气流与溶剂接触，如单乙醇胺、二乙醇胺、甲基二乙醇胺、二异丙基胺、二甘醇胺、氨基酸的钠盐溶液、甲醇、热碳酸钾等，以产生负载CO₂和/或H₂S 的吸收剂。一种方法可包括使用具有两列的Selexol(UOP LLC，Des Plaines，IL USA)或Rectisol

(Lurgi AG，Frankfurt am Main，Germany)的溶剂，各列由H₂S吸收剂和CO₂吸收剂组成。所得酸性气体贫化气流包含CH₄、H₂和任选的CO(当酸性物质转换装置不是此过程的部分时)和一般少量CO₂和H₂O。从经冷却第一气流去除酸性气体的一种方法描述于以前结合到本文的美国专利申请序号12/395,344。

至少基本上部分(和基本上全部)CO₂和/或H₂S(和其他剩余微量污染物)应通过酸性气体去除装置去除。在酸性气体去除的上下文中，“基本上”去除指去除足够高百分数的组分，以便能够产生所需的最终产物。因此，去除的实际量可在组分与组分之间不同。对于“管道品质天然气”，可只存在微量(最多)H₂S，虽然可容忍较高量CO₂。

一般酸性气体去除装置应从经冷却的第一气流去除至少约85％或至少约90％或至少约92％的CO₂，和至少约95％或至少约98％或至少约99.5％的H₂S。

应使所需产物(甲烷)在酸性气体去除步骤的损失减少到最低限度，使得酸性气体贫化流包含至少基本上部分(和基本上全部)来自经冷却第一气流的甲烷。一般此损失应为来自经冷却第一气流的甲烷的约2％摩尔或更小，或约1.5％摩尔或更小，或约1％摩尔或更小。

酸性气体回收装置

用以上基于溶剂的方法之一去除CO₂和/或H₂S得到负载CO₂的吸收剂和负载H₂S的吸收剂。

由一个或多个酸性气体去除装置各自分别产生的一种或多种各负载CO₂的吸收剂一般可在一个或多个二氧化碳回收装置中再生，以回收CO₂气体，回收的吸收剂可循环回到一个或多个酸性气体去除装置。例如，负载CO₂的吸收剂可通过再沸器，以分离经提取的CO₂和吸收剂。可根据在本领域已知的方法，将经回收的CO₂压缩和螯合(sequestered)。

另外，由一个或多个酸性气体去除装置各自分别产生的一种或多种各负载H₂S的吸收剂一般可在一个或多个硫回收装置中再生，以回收H₂S气体，回收的吸收剂可循环回到一个或多个酸性气体去除装置。可通过本领域的技术人员已知的任何方法，使任何回收的H₂S转化成元素硫，包括Claus方法，产生的硫可作为熔融液体回收。

甲烷去除装置

单一酸性气体贫化气流可提供到单一甲烷去除装置，以从单一酸性气体贫化气流分离和回收甲烷，产生单一甲烷贫化气流和单一甲烷产物流；或者当第一和第二酸性气体贫化气流两者均存在时，第一和第二酸性气体贫化气流两者均可提供到单一甲烷去除装置，以从第一和第二酸性气体贫化气流分离和回收甲烷，产生单一甲烷贫化气流和单一甲烷产物流；或者当第一和第二酸性气体贫化气流两者均存在时，第一酸性气体贫化气流可提供到第一甲烷去除装置，以从第一酸性气体贫化气流分离和回收甲烷，产生第一甲烷贫化气流和第一甲烷产物流，并且第二酸性气体贫化气流可提供到第二甲烷去除装置，以从第二酸性气体贫化气流分离和回收甲烷，产生第二甲烷贫化气流和第二甲烷产物流。另外，当存在时，各第一、第二和第三酸性气体贫化气流可分别提供到第一、第二和第三甲烷去除装置，以从各单一酸性气体贫化气流分离和回收甲烷，分别产生第一、第二和第三甲烷贫化气流和第一、第二和第三甲烷产物流；或者，各第一、第二和第三酸性气体贫化气流可提供到单一甲烷去除装置，以从组合的酸性气体贫化气流分离和回收甲烷，产生单一甲烷贫化气流和单一甲烷产物流。

在另一种变型中，第一、第二和第三酸性气体贫化气流的一个或多个部分可提供到第一甲烷去除装置，第一、第二和第三酸性气体贫化气流的其余部分可提供到第二甲烷去除装置，以从各单一酸性气体贫化气流分离和回收甲烷，分别产生第一和第二甲烷贫化气流和第一和第二甲烷产物流。例如，第一、第二和第三酸性气体贫化气流中一个或两个可提供到第一甲烷去除装置，未提供到第一甲烷去除装置的第一、第二和第三酸性气体贫化气流中那些(一个或两个)可提供到第二甲烷去除装置。在一个具体实例中，第一和第二酸性气体贫化气流可提供到第一甲烷去除装置，第三酸性气体贫化气流可提供到第二甲烷去除装置。

在使用多于一个甲烷去除装置的情况下，各自可具有处理大于提供的比例总体积的酸性气体贫化气流的生产能力，以在故障或维修的情况下提供后备生产能力。例如，在两个甲烷去除装置的情况下，各自可设计提供总生产能力三分之二或四分之三的生产能力。在三个甲烷去除装置的情况下，各自可设计提供总生产能力一半或三分之二的生产能力。

特别有用的甲烷产物流为适合作为“管道品质天然气”的产物流，如以下更详细讨论。

如上讨论，各酸性气体贫化气流可一起或单独处理，以通过本领域的技术人员已知的任何适合气体分离方法分离和回收CH₄，包括但不限于低温蒸馏和使用分子筛或气体分离(例如，陶瓷)膜。其他方法包括通过产生甲烷水合物，如以前结合到本文的美国专利申请序号12/395,330、12/415,042和12/415,050所公开。

在一些实施方案中，甲烷贫化气流包含H₂和CO(即，合成气)。在其他实施方案中，当存在任选的酸性物质转换装置时，气体分离过程可产生甲烷产物流和包含H₂的甲烷贫化气流，如以前结合到本文的美国专利申请序号12/415,050所述。甲烷贫化气流可压缩并循环到气化反应器。另外，一些甲烷贫化气流可用作设备燃料(例如，用于燃气涡轮机)。各甲烷产物流可单独或一起压缩，并根据需要引到另外的过程，或引到气体管线。

在一些实施方案中，甲烷产物流，如果包含可测量量的CO，可通过进行整理甲烷化进一步富集甲烷，以降低CO含量。可用本领域的技术人员已知的任何适合方法和装置进行整理甲烷化，包括例如US4235044中公开的方法和装置。

在某些实施方案中，本发明提供的系统能够从碳质原料催化气化产生“管道品质天然气”。“管道品质天然气”一般指天然气，该天然气(1)在纯甲烷热值(在标准大气条件下其热值为1010btu/ft³)的±5％内，(2)基本上不含水(一般露点约-40℃或更小)，和(3)基本上不含毒性或腐蚀性污染物。在本发明的一些实施方案中，在以上方法中所述的甲烷产物流满足这些要求。

管道品质天然气可包含甲烷以外的气体，只要所得气体混合物具有1010btu/ft³的±5％内的热值，并且无毒、无腐蚀性。因此，甲烷产物流可包括其热值小于甲烷热值的气体，并且仍适合作为管道品质天然气，只要其他气体的存在不使气流的热值降低到低于950btu/scf(干基)。甲烷产物流可例如包含最高约4％摩尔氢气，并且仍可作为管道品质天然气。一氧化碳具有高于氢气的热值，因此，管道品质天然气可包含甚至更高百分数的CO，而不使气流的热值降低。适合用作管道品质天然气的甲烷产物流优选具有小于约1000ppm CO。

甲烷重整器

如有必要，一部分任何甲烷产物流可引到任选的甲烷重整器，和/或一部分任何甲烷产物流可用作设备燃料(例如，用于燃气涡轮机)。可在过程中包括甲烷重整器，以将循环一氧化碳和氢气补充送到气化反应器，从而保证足够的循环气体供到反应器，使反应净热尽可能接近中性(只略微放热或吸热)，换句话讲，反应在热中性条件下进行。在此情况下，可从甲烷产物为重整器提供甲烷，如上说明。

蒸汽源

对于所有三个反应器，用于气化反应的蒸汽由一个、二个或三个蒸汽源(发生器)产生。在一个替代方案中，可从第一蒸汽发生器向第一、第二和第三气化反应器之一或两个提供蒸汽，不从第一蒸汽发生器提供蒸汽的第一、第二和第三气化反应器中那些(一个或两个)可从第二蒸汽发生器提供蒸汽。在一个具体实例中，第一蒸汽发生器可将蒸汽提供到第一和第二气化反应器，第二蒸汽发生器可将蒸汽提供到第三气化反应器。

在使用多于一个蒸汽源的情况下，各自可具有处理大于提供的比例总体积的蒸汽的生产能力，以在故障或维修的情况下提供后备生产能力。例如，在两个蒸汽源的情况下，各自可设计提供总生产能力三分之二、四分之三或甚至全部的生产能力。

本领域的技术人员已知的任何蒸汽锅炉均可将蒸汽提供到气化反应器。例如，可通过用任何碳质物质为此类锅炉提供能量，如粉末状煤、生物质等，包括但不限于来自原料制备操作的废碳质物质(例如上述细粉)。也可从连接到燃气涡轮机的另外的气化反应器提供蒸汽，其中自反应器的废气热交换到水源，并产生蒸汽。或者，可产生蒸汽用于气化反应器，如以前结合到本文的美国专利申请序号12/343,149、12/395,309和12/395,320所述。

从其他过程操作循环或产生的蒸汽也可与来自蒸汽发生器的蒸汽组合用于向反应器提供蒸汽。例如，在浆化的碳质物质用流化床浆料干燥器干燥时，如前面讨论，通过汽化产生的蒸汽可送到气化反应器。当热交换器装置用于产生蒸汽时，所述蒸汽也可送到气化反应器。

过热器

通过任选使提供到各气化反应器的任何气体过热，也可提供催化气化反应所需的少量热量输入。在一个实例中，可通过本领域的技术人员已知的任何方法，使加给各气化反应器的蒸汽和循环气体的混合物过热。在另一个实例中，可使从蒸汽发生器提供到各气化反应器的蒸汽过热。在一种具体方法中，可使CO和H₂的压缩循环气体与来自蒸汽发生器的蒸汽混合，并且通过与气化反应器流出物热交换，随后在循环气体炉中过热，进一步使所得蒸汽/循环气体混合物过热。

可利用一至三个过热器的任何组合。

发电机

蒸汽源产生的一部分蒸汽可提供到一个或多个发电机，如蒸汽涡轮机，以产生可在设备内利用或者可售于电网上的电力。在气化过程内产生的高温和高压蒸汽也可提供到蒸汽涡轮机，用于发电。例如，在热交换器与热的第一气流接触获得的热能可用于产生提供到蒸汽涡轮机的蒸汽。

废水处理装置

从任何一个或多个微量物质去除装置、酸性物质转换装置、氨去除装置和/或催化剂回收装置产生的废水中的残余污染物可在废水处理装置中去除，以允许回收的水在设备内循环，和/或根据本领域的技术人员已知的任何方法，将水从设备工艺处理掉。这些残余污染物可包括例如酚、CO、CO₂、H₂S、COS、HCN、氨和汞。例如，通过将废水酸化到约3的pH，在汽提塔用惰性气体处理酸性废水，使pH提高到约10，并用惰性气体第二次处理废水以去除氨，可去除H₂S和HCN(参见US5236557)。通过在残余焦颗粒存在下用氧化剂处理废水，以使H₂S转化成不溶性硫酸盐，硫酸盐可通过悬浮或过滤去除，可去除H₂S(参见US4478425)。通过使废水与含一价和二价碱性无机化合物的碳质焦(例如，上述固体焦产物或催化剂回收后的贫化焦)接触，并调节pH(参见US4113615)，可去除酚。通过用有机溶剂提取，随后在汽提塔处理废水，也可去除酚(参见US3972693、US4025423和US4162902)。

实施例

实施例1

本发明的系统的一个实施方案显示于图1中。其中，系统包括单一原料操作(100)；第一(201)、第二(202)和第三(203)催化剂装载装置；第一(301)、第二(302)和第三(303)气化反应器；第一(401)、第二(402)和第三(403)热交换器；单一酸性气体去除装置(500)；单一(600)甲烷去除装置；和单一蒸汽源(700)。

碳质原料(10)提供到原料处理装置(100)，并转化成具有小于约2500μm平均粒度的碳质颗粒(20)。碳质颗粒(20)提供到第一(201)、第二(202)和第三(203)催化剂装载装置的每一个，其中颗粒在装载罐中与含气化催化剂的溶液接触，过量水通过过滤去除，所得湿饼用干燥器干燥，以将第一(31)、第二(32)和第三(33)经催化的碳质原料分别提供到第一(301)、第二(302)和第三(303)气化反应器。在三个气化反应器中，第一(31)、第二(32)和第三(33)经催化的碳质原料分别在适合使各原料转化成第一(41)、第二(42)和第三(43)热的第一气流的条件下，与由共同蒸汽源(700)提供的蒸汽(35)接触，所述热的第一气流各自至少包含甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氢气和硫化氢。第一(41)、第二(42)和第三(43)热的第一气流(41)分别提供到第一(401)、第二(402)和第三(403)热交换器，以分别产生第一(51)、第二(52)和第三(53)经冷却的第一气流。第一(51)、第二(52)和第三(53)经冷却的第一气流分别提供到单一酸性气体去除装置(500)，其中硫化氢和二氧化碳从合并的流去除，以产生含甲烷、一氧化碳和氢气的酸性气体贫化气流(60)。最后，酸性气体贫化气流(60)的甲烷部分在单一(600)甲烷去除装置去除，以最终产生甲烷产物流(70)。

实施例2

本发明的系统的第二实施方案显示于图2中。其中系统包括单一原料操作(100)；单一催化剂装载装置(200)；第一(301)、第二(302)和第三(303)气化反应器；第一(401)、第二(402)和第三(403)热交换器；单一酸性气体去除装置(500)；单一甲烷去除装置(600)；和单一蒸汽源(700)。

碳质原料(10)提供到原料处理装置(100)，并转化成具有小于约2500μm平均粒度的碳质颗粒(20)。碳质颗粒提供到单一催化剂装载装置(200)，其中颗粒在装载罐中与含气化催化剂的溶液接触，过量水通过过滤去除，所得湿饼用干燥器干燥，以将经催化的碳质原料(30)提供到第一(301)、第二(302)和第三(303)气化反应器。在三个气化反应器中，经催化的碳质原料(30)在适合使原料转化成第一(41)、第二(42)和第三(43)热的第一气流的条件下，与由共同蒸汽源(700)提供的蒸汽(35)接触，所述热的第一气流各自至少包含甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氢气和硫化氢。第一(41)、第二(42)和第三(43)热的第一气流分别提供到第一(401)、第二(402)和第三(403)热交换器装置，以产生第一(51)、第二(52)和第三(53)经冷却的第一气流。第一(51)、第二(52)和第三(53)经冷却的第一气流提供到单一酸性气体去除装置(500)，其中硫化氢和二氧化碳从合并的流去除，以产生含甲烷、一氧化碳和氢气的单一酸性气体贫化气流(60)。最后，单一酸性气体贫化气流(60)的甲烷部分通过单一甲烷去除装置(600)去除，以最终产生单一甲烷产物流(70)。

实施例3

本发明的系统的第三实施方案显示于图3中。其中系统包括单一(100)原料操作；第一(201)、第二(202)和第三(203)催化剂装载装置；第一(301)、第二(302)和第三(303)气化反应器；第一(401)、第二(402)和第三(403)热交换器；第一(501)和第二(502)酸性气体去除装置；单一甲烷去除装置(600)；和单一蒸汽源(700)。

碳质原料(10)提供到单一(100)原料处理装置，并转化成具有小于约2500μm平均粒度的碳质颗粒(20)。碳质颗粒(20)提供到第一(201)、第二(202)和第三(203)催化剂装载装置，其中颗粒在装载罐中与含气化催化剂的溶液接触，过量水通过过滤去除，所得湿饼用干燥器干燥，以将经催化的碳质原料(31，32和33)分别提供到第一(301)、第二(302)和第三(303)气化反应器。在三个气化反应器中，经催化的碳质原料(30)在适合使原料转化成第一(41)、第二(42)和第三(43)热的第一气流的条件下，与由单一蒸汽源(700)提供的蒸汽(35)接触，所述热的第一气流各自至少包含甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氢气和硫化氢。第一(41)、第二(42)和第三(43)热的第一气流分别单独提供到第一(401)、第二(402)和第三(403)热交换器，以产生第一(51)、第二(52)和第三(53)经冷却的第一气流。三个经冷却的气流可以其任何组合混合成两个经冷却的气流(54，55)，该两个经冷却的气流(54，55)分别提供到第一(501)和第二(502)酸性气体去除装置，其中硫化氢和二氧化碳从各流去除，以产生各自含甲烷、一氧化碳和氢气的第一(61)和第二(62)酸性气体贫化气流。最后，第一(61)和第二(62)酸性气体贫化气流的甲烷部分通过单一甲烷去除装置(600)去除，以最终产生单一甲烷产物流(70)。

实施例4

本发明的系统的第四实施方案显示于图4中。其中系统包括单一(100)原料操作；第一(201)、第二(202)和第三(203)催化剂装载装置；第一(301)、第二(302)和第三(303)气化反应器；第一(401)、第二(402)和第三(403)热交换器；第一(501)和第二(502)酸性气体去除装置；单一甲烷去除装置(600)；和单一蒸汽源(700)。

碳质原料(10)提供到单一(100)原料处理装置，并转化成具有小于约2500μm平均粒度的碳质颗粒(20)。碳质颗粒(20)提供到第一(201)、第二(202)和第三(203)催化剂装载装置，其中颗粒在装载罐中与含气化催化剂的溶液接触，过量水通过过滤去除，所得湿饼用干燥器干燥，以将经催化的碳质原料(31，32和33)分别提供到第一(301)、第二(302)和第三(303)气化反应器。在三个气化反应器中，经催化的碳质原料(30)在适合使原料转化成第一(41)、第二(42)和第三(43)热的第一气流的条件下，与由共同蒸汽源(700)提供的蒸汽(35)接触，所述热的第一气流各自至少包含甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氢气和硫化氢。第一(41)、第二(42)和第三(43)热的第一气流分别单独提供到第一(401)、第二(402)和第三(403)热交换器，以产生第一(51)、第二(52)和第三(53)经冷却的第一气流。三个经冷却的气流可以其任何组合混合成两个经冷却的气流(54，55)，这两个经冷却的气流(54，55)分别提供到第一(501)和第二(502)酸性气体去除装置，其中硫化氢和二氧化碳从各流去除，以产生各自含甲烷、一氧化碳和氢气的第一(61)和第二(62)酸性气体贫化气流。最后，第一(61)和第二(62)酸性气体贫化气流的甲烷部分通过第一(601)和第二(602)甲烷去除装置去除，以最终产生第一(71)和第二(72)甲烷产物流。

实施例5

本发明的系统的第五实施方案显示于图5中。其中系统包括单一(100)原料操作；单一(200)催化剂装载装置；第一(301)、第二(302)和第三(303)气化反应器；第一(401)、第二(402)和第三(403)热交换器；第一(501)和第二(502)酸性气体去除装置；单一甲烷去除装置(600)；和单一蒸汽源(700)。

碳质原料(10)提供到单一(100)原料处理装置，并转化成具有小于约2500μm平均粒度的碳质颗粒(20)。碳质颗粒(20)提供到单一(200)催化剂装载装置，其中颗粒在装载罐中与含气化催化剂的溶液接触，过量水通过过滤去除，所得湿饼用干燥器干燥，以将经催化的碳质原料(30)提供到第一(301)、第二(302)和第三(303)气化反应器。在三个气化反应器中，经催化的碳质原料(30)在适合使原料转化成第一(41)、第二(42)和第三(43)热的第一气流的条件下，与由共同蒸汽源(700)提供的蒸汽(35)接触，所述热的第一气流各自至少包含甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氢气和硫化氢。第一(41)、第二(42)和第三(43)热的第一气流分别单独提供到第一(401)、第二(402)和第三(403)热交换器，以产生第一(51)、第二(52)和第三(53)经冷却的第一气流。第一(51)、第二(52)和第三(53)经冷却的气流分别提供到第一(501)、第二(502)和第三(503)酸性气体去除装置，其中硫化氢和二氧化碳从各流去除，以产生各自含甲烷、一氧化碳和氢气的第一(61)、第二(62)和第三(63)酸性气体贫化气流。最后，第一(61)、第二(62)和第三(63)酸性气体贫化气流的甲烷部分通过单一甲烷去除装置(600)去除，以最终产生甲烷产物流(70)。

实施例6

本发明的系统的第六实施方案显示于图6中。其中系统包括单一(100)原料操作；单一(200)催化剂装载装置；第一(301)、第二(302)和第三(303)气化反应器；第一(401)、第二(402)和第三(403)热交换器；第一(501)和第二(502)酸性气体去除装置；单一甲烷去除装置(600)；和单一蒸汽源(700)。

碳质原料(10)提供到单一(100)原料处理装置，并转化成具有小于2500μm平均粒度的碳质颗粒(20)。碳质颗粒(20)提供到单一(200)催化剂装载装置，其中颗粒在装载罐中与含气化催化剂的溶液接触，过量水通过过滤去除，所得湿饼用干燥器干燥，以将经催化的碳质原料(30)提供到第一(301)、第二(302)和第三(303)气化反应器。在三个气化反应器中，经催化的碳质原料(30)在适合使原料转化成第一(41)、第二(42)和第三(43)热的第一气流的条件下，与由共同蒸汽源(700)提供的蒸汽(35)接触，所述热的第一气流各自至少包含甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氢气和硫化氢。第一(41)、第二(42)和第三(43)热的第一气流分别单独提供到第一(401)、第二(402)和第三(403)热交换器，以产生第一(51)、第二(52)和第三(53)经冷却的第一气流。第一(51)、第二(52)和第三(53)经冷却的气流分别提供到第一(501)、第二(502)和第三(503)酸性气体去除装置，其中硫化氢和二氧化碳从各流去除，以产生各自含甲烷、一氧化碳和氢气的第一(61)、第二(62)和第三(63)酸性气体贫化气流。三个酸性气体贫化气流可以其任何组合混合成两个酸性气体贫化气流(64，65)，这两个酸性气体贫化气流(64，65)分别提供到第一(601)和第二(602)甲烷去除装置，以最终产生第一(71)和第二(72)甲烷产物流。

实施例7

本发明的系统的第七实施方案显示于图7中。其中系统包括单一原料操作(100)；单一催化剂装载装置(200)；第一(301)、第二(302)和第三(303)气化反应器；第一(401)、第二(402)和第三(403)热交换器；第一(501)和第二(502)酸性气体去除装置；第一(601)和第二(602)甲烷去除装置；第一(801)和第二(802)微量污染物去除装置；第一(901)和第二(902)酸性物质转换装置；第一(1001)和第二(1002)氨去除装置；第一(1101)和第二(1102)重整器；CO₂回收装置(1200)；硫回收装置(1300)；催化剂回收装置(1400)；废水处理装置(1600)；和与过热器(701)和蒸汽涡轮机(1500)连通的单一蒸汽源(700)。

碳质原料(10)提供到原料处理装置(100)，并转化成具有小于约2500μm平均粒度的碳质颗粒(20)。碳质颗粒提供到单一催化剂装载装置(200)，其中颗粒在装载罐中与含气化催化剂的溶液接触，过量水通过过滤去除，所得湿饼用干燥器干燥，以将经催化的碳质原料(30)提供到第一(301)、第二(302)和第三(303)气化反应器。在三个气化反应器中，经催化的碳质原料(30)在适合使原料转化成第一(41)、第二(42)和第三(43)热的第一气流的条件下，与由提供蒸汽(35)到过热器(701)的共同蒸汽源(700)提供的过热蒸汽(36)接触，所述热的第一气流各自至少包含甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氢气、硫化氢、COS、氨、HCN和汞。蒸汽源(700)产生的一部分蒸汽(33)引到蒸汽涡轮机(1500)，用于发电。第一(301)、第二(302)和第三(303)气化反应器各自产生包含夹带催化剂的第一(37)、第二(38)和第三(39)固体焦产物，固体焦产物定期从其相应的反应室去除，并引到催化剂回收操作(1400)，其中夹带的催化剂回收(140)并返回到催化剂装载操作(200)。根据需要，在催化剂回收操作(W1)产生的废水引到废水处理装置(1600)，用于中和和/或纯化。

第一(41)、第二(42)和第三(43)热的第一气流分别各自提供到第一(401)、第二(402)和第三(403)热交换器，以产生第一(51)、第二(52)和第三(53)经冷却的第一气流。三个经冷却的气流可以其任何组合混合成两个经冷却的气流(54，55)，这两个经冷却的气流(54，55)分别单独提供到第一(801)和第二(802)微量污染物去除装置，其中HCN、汞和COS从各流去除，以产生至少包含甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氢气、氨和硫化氢的第一(64)和第二(65)微量污染物贫化的经冷却第一气流。微量污染物去除装置(W2，W3)产生的任何废水引到废水处理装置(1600)。

第一(64)和第二(65)微量污染物贫化的经冷却第一气流单独引到第一(901)和第二(902)酸性物质转换装置，其中各流中的一氧化碳基本上转化成CO₂，以提供至少包含甲烷、二氧化碳、氢气、氨和硫化氢的第一(74)和第二(75)脱硫(sweet)微量污染物贫化的经冷却第一气流。酸性物质转换装置(W4，W5)产生的任何废水引到废水处理装置(1600)。

第一(74)和第二(75)脱硫微量污染物贫化的经冷却第一气流分别提供到第一(1001)和第二(1002)氨去除装置，其中氨从各流去除，以产生至少包含甲烷、二氧化碳、氢气和硫化氢的第一(84)和第二(85)脱硫微量污染物和氨贫化经冷却的第一气流。氨去除装置(W6，W7)产生的任何废水引到废水处理装置(1600)。

第一(84)和第二(85)脱硫微量污染物和氨贫化经冷却的第一气流分别提供到第一(501)和第二(502)酸性气体去除装置，其中各流中的硫化氢和二氧化碳通过使各流与H₂S和CO₂吸收剂接触按顺序吸收来去除，以产生至少包含甲烷和氢气的第一(61)和第二(62)酸性气体贫化气流，和负载H₂S(55，58)和负载CO₂(56，57)的吸收剂。负载H₂S的吸收剂(55，58)引到硫回收装置(1300)，其中吸收的H₂S从负载H₂S 的吸收剂(55，58)回收，并通过Claus方法转化成硫。经再生的H₂S吸收剂可循环回到酸性气体去除装置(501，502)之一或两者(未显示)。负载CO₂的吸收剂(56，57)引到二氧化碳回收装置(1200)，其中吸收的CO₂从负载CO₂的吸收剂(56，57)回收，经再生的CO₂吸收剂可循环回到酸性气体去除装置(501，502)之一或两者(未显示)。经回收的CO₂(120)可在二氧化碳压缩机装置(1201)压缩到用于螯合(sequestration)的适合压力(121)。

最后，第一(61)和第二(62)酸性气体贫化气流的甲烷部分通过第一(601)和第二(602)甲烷去除装置去除，以产生第一(71)和第二(72)甲烷产物流和第一(65)和第二(66)甲烷贫化气流。第一(71)和第二(72)甲烷产物流在第一(1601)和第二(1602)甲烷压缩机装置压缩到用于提供到气体管线(81，82)的适合压力。甲烷贫化气流(65和66)分别引到第一(1101)和第二(1102)重整器，其中各流中的甲烷转化成合成气(111)，合成气(111)通过气体循环回路和过热器(701)提供到第一(301)、第二(302)和第三(303)气化反应器，以在各气化反应器内保持基本上热中性条件。

Claims

1.一种用于从经催化碳质原料产生多种气体的气化系统，所述系统包括：

(A2)进料入口，所述进料入口用于将经催化的碳质原料提供到反应室；

(A3)蒸汽入口，所述蒸汽入口用于将蒸汽提供到反应室；

(A5)焦出口，所述焦出口用于从反应室回收固体焦产物；和

(2)第一催化剂装载装置和第二催化剂装载装置，所述催化剂装载装置用于将经催化碳质原料提供到第一、第二和第三气化反应器装置的进料入口，或

(3)第一、第二和第三催化剂装载装置，所述催化剂装载装置用于将经催化碳质原料提供到第一、第二和第三气化反应器装置的进料入口，

其中各催化剂装载装置独立包括：

(2)当只存在第一和第二催化剂装载装置时，(i)单一碳质物质处理装置，所述碳质物质处理装置用于将碳质颗粒提供到第一和第二催化剂装载装置的装载罐；或(ii)第一和第二碳质物质处理装置，所述碳质物质处理装置用于将碳质颗粒提供到第一和第二催化剂装载装置的装载罐，或

(3)当存在第一、第二和第三催化剂装载装置时，(i)单一碳质物质处理装置，所述碳质物质处理装置用于将碳质颗粒提供到第一、第二和第三催化剂装载装置的装载罐；或(ii)第一和第二碳质物质处理装置，所述碳质物质处理装置用于将碳质颗粒提供到第一、第二和第三催化剂装载装置的装载罐；或(iii)第一、第二和第三碳质物质处理装置，所述碳质物质处理装置用于将碳质颗粒提供到第一、第二和第三催化剂装载装置的装载罐，

其中各碳质物质处理装置独立包括：

(C1)接受器，所述接受器用于接受和储存碳质物质；和

(2)第一和第二热交换器装置，所述热交换器装置用于从来自第一、第二和第三气化反应器装置的热的第一气流去除热能，以产生蒸汽，并产生第一经冷却的第一气流和第二经冷却的第一气流，或

(3)第一、第二和第三热交换器装置，所述热交换器装置用于从来自第一、第二和第三气化反应器装置的热的第一气流去除热能，以产生蒸汽，并产生第一经冷却的第一气流、第二经冷却的第一气流和第三经冷却的第一气流；

(2)当只存在第一和第二热交换器装置时，(i)单一酸性气体去除器装置，所述酸性气体去除器装置用于从第一和第二经冷却的第一气流去除至少基本上部分二氧化碳和至少基本上部分硫化氢，以从第一和第二经冷却的气流产生单一酸性气体贫化气流，所述酸性气体贫化气流包含至少基本上部分甲烷、至少基本上部分氢气和任选的至少一部分一氧化碳；或(ii)第一和第二酸性气体去除器装置，所述酸性气体去除器装置用于从第一和第二经冷却的第一气流去除至少基本上部分二氧化碳和至少基本上部分硫化氢，以从第一和第二经冷却的气流产生第一酸性气体贫化气流和第二酸性气体贫化气流，所述酸性气体贫化气流包含至少基本上部分甲烷、至少基本上部分氢气和任选的至少一部分一氧化碳，或

(3)当存在第一、第二和第三热交换器装置时，(i)单一酸性气体去除器装置，所述酸性气体去除器装置用于从第一、第二和第三经冷却的气流去除至少基本上部分二氧化碳和至少基本上部分硫化氢，以从第一、第二和第三经冷却的气流产生单一酸性气体贫化气流，所述酸性气体贫化气流包含至少基本上部分甲烷、至少基本上部分氢气和任选的至少一部分一氧化碳；或(ii)第一和第二酸性气体去除器装置，所述酸性气体去除器装置用于从第一、第二和第三经冷却的第一气流去除至少基本上部分二氧化碳和至少基本上部分硫化氢，以从第一、第二和第三经冷却的第一气流产生第一酸性气体贫化气流和第二酸性气体贫化气流，其中第一和第二酸性气体贫化气流共同包含至少基本上部分甲烷、至少基本上部分氢气和任选的至少一部分一氧化碳；或(iii)第一、第二和第三酸性气体去除器装置，所述酸性气体去除器装置用于从第一、第二和第三经冷却的第一气流去除至少基本上部分二氧化碳和至少基本上部分硫化氢，以从第一、第二和第三经冷却的第一气流产生第一酸性气体贫化气流、第二酸性气体贫化气流和第三酸性气体贫化气流，其中第一、第二和第三酸性气体贫化气流共同包含至少基本上部分甲烷、至少基本上部分氢气和任选的至少一部分一氧化碳；

(2)当只存在第一和第二酸性气体贫化气流时，(i)单一甲烷去除装置，所述甲烷去除装置用于从第一和第二酸性气体贫化气流分离和回收甲烷，以从第一和第二酸性气体贫化流产生单一甲烷贫化气流和单一甲烷产物流，所述单一甲烷产物流包含至少基本上部分甲烷；或(ii)第一和第二甲烷去除装置，所述甲烷去除装置用于从第一和第二酸性气体贫化气流分离和回收甲烷，以从第一和第二酸性气体贫化流产生第一甲烷贫化气流和第一甲烷产物流和第二甲烷贫化气流和第二甲烷产物流，所述第一和第二甲烷产物流共同包含至少基本上部分甲烷，或

2.权利要求1的系统，其特征在于所述系统包括：(a)第一、第二和第三气化反应器装置；(b)第一、第二和第三催化剂装载装置；(c)单一碳质物质处理装置；(d)第一、第二和第三热交换器装置；(e)单一酸性气体去除器装置；(f)单一甲烷去除装置；和(g)单一蒸汽源。

3.权利要求1的系统，其特征在于所述系统包括：(a)第一、第二和第三气化反应器装置；(b)第一、第二和第三催化剂装载装置；(c)单一碳质物质处理装置；(d)第一、第二和第三热交换器装置；(e)第一和第二酸性气体去除器装置；(f)第一和第二甲烷去除装置；和(g)单一蒸汽源。

4.权利要求1的系统，其特征在于所述系统包括：(a)第一、第二和第三气化反应器装置；(b)单一催化剂装载装置；(c)单一碳质物质处理装置；(d)第一、第二和第三热交换器装置；(e)单一酸性气体去除器装置；(f)单一甲烷去除装置；和(g)单一蒸汽源。

5.权利要求1的系统，其特征在于所述系统包括：(a)第一、第二和第三气化反应器装置；(b)第一、第二和第三催化剂装载装置；(c)单一碳质物质处理装置；(d)第一、第二和第三热交换器装置；(e)第一和第二酸性气体去除器装置；(f)单一甲烷去除装置或第一和第二甲烷去除装置；和(g)单一蒸汽源。

6.权利要求1的系统，其特征在于所述系统包括：(a)第一、第二和第三气化反应器装置；(b)单一催化剂装载装置；(c)单一碳质物质处理装置；(d)第一、第二和第三热交换器装置；(e)第一、第二和第三酸性气体去除器装置；(f)单一甲烷去除装置或第一和第二甲烷去除装置；和(g)单一蒸汽源。

7.权利要求1至6中任一项的系统，其特征在于所述系统还包括以下装置中的一个或多个：

(h)在热交换器装置和酸性气体去除器装置之间的微量污染物去除装置，所述微量污染物去除装置用于从单一经冷却的第一气流，或者当存在时第一、第二和第三经冷却的第一气流中一个或多个去除至少基本上部分一种或多种微量污染物，其中单一经冷却的第一气流或第一、第二和第三经冷却的第一气流中一个或多个还包含一种或多种微量污染物，所述微量污染物包含COS、Hg和HCN中的一种或多种；

(m)催化剂回收装置，所述催化剂回收装置用于从至少一部分固体焦产物提取和回收至少一部分夹带的催化剂，并使至少一部分回收的催化剂循环到单一催化剂装载装置，或者当存在时第一、第二和第三催化剂装载装置中的一个或多个；

(n)气体循环回路，所述气体循环回路用于使至少一部分单一甲烷贫化气流，或者当存在时第一甲烷贫化气流、第二甲烷贫化气流和第三甲烷贫化气流中一个或多个的至少一部分循环到第一、第二和第三气化反应器装置中的至少一个或多个；

(r)在热交换器装置和酸性气体去除器装置之间的酸性物质转换装置，所述酸性物质转换装置用于使经冷却的第一气流与含水介质，在适合使经冷却第一气流中至少一部分一氧化碳转化成二氧化碳的条件下接触。

8.权利要求4的系统，其特征在于所述系统还包括以下装置中的一个或多个：

9.权利要求7的系统，其特征在于所述系统至少包括(k)、(l)和(m)。

10.权利要求7的系统，其特征在于所述系统包括(k)，并且所述系统还包括用于压缩经回收二氧化碳的二氧化碳压缩机装置。

11.权利要求7的系统，其特征在于所述系统包括(r)和在酸性气体去除器装置和甲烷去除装置之间的整理甲烷转化器。

12.权利要求8的系统，其特征在于所述系统至少包括(k)、(l)和(m)。

13.权利要求8的系统，其特征在于所述系统包括(k)，并且所述系统还包括用于压缩经回收二氧化碳的二氧化碳压缩机装置。

14.权利要求8的系统，其特征在于所述系统包括(r)和在酸性气体去除器装置和甲烷去除装置之间的整理甲烷转化器。

15.权利要求1的系统，其特征在于所述系统制备管道品质天然气的产物流。