CN103569962A - 用于催化反应的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种系统，所述系统包括反应器-吸附器、再生器、第一固体加压进料器和第二固体加压进料器，所述反应器-吸附器构造为接收气体，所述再生器构造为接收来自所述反应器-吸附器的饱和的CO2吸附材料，所述第一固体加压进料器构造为将来自所述反应器-吸附器的所述饱和的CO2吸附材料传送至所述再生器，所述第二固体加压进料器构造为将来自所述再生器的经再生的CO2吸附材料传送至所述反应器-吸附器。所述第一和第二固体加压进料器构造为至少大体上降低或防止所述反应器-吸附器与所述再生器之间的流体流动。

Description

用于催化反应的系统
技术领域
本文公开的主题涉及催化反应，更特别地涉及氢和二氧化碳的催化产生。
背景技术
各种工业过程可用于产生氢和二氧化碳。例如，整体煤气化联合循环（IGCC）发电厂可产生可包含氢、一氧化碳、水、二氧化碳和其他副产物的合成气体（synthetic gas）或合成气（syngas）。可通过使用水煤气变换反应来产生另外的氢和二氧化碳，从而改变合成气的组成。在一个单独的过程中，二氧化碳可从氢中分离。此外，在另一单独的过程中，可将二氧化碳压缩以运输至废物处理场、提高的油回收（EOR）现场、或使用二氧化碳的另一工业过程。不幸地，由于与使用分离过程相关的高操作成本和设备成本，氢和二氧化碳的产生以及使用这种方法分离和压缩二氧化碳可能成本较高。
发明内容
以下概述了与最初要求保护的发明范围相称的某些实施例。这些实施例不旨在限制所要求保护的本发明的范围，相反，这些实施例仅旨在提供本发明的可能形式的简要总结。实际上，本发明可涵盖可与如下所述的实施例类似或不同的多种形式。
在第一实施例中，一种系统包括构造为接收气体的反应器-吸附器。所述反应器-吸附器包括催化剂材料和二氧化碳（CO2）吸附材料，所述催化剂材料构造为催化气体的水煤气变换反应以产生富氢气体，所述二氧化碳吸附材料构造为从所述富氢气体中吸附CO2，以产生饱和的CO2吸附材料。所述系统也包括构造为接收来自所述反应器-吸附器的所述饱和的CO2吸附材料的再生器。所述再生器构造为再生所述饱和的CO2吸附材料，以提供再生的CO2吸附材料和CO2。所述系统也包括第一固体加压进料器和第二固体加压进料器，所述第一固体加压进料器构造为将来自所述反应器-吸附器的所述饱和的CO2吸附材料传送至所述再生器，所述第二固体加压进料器构造为将来自所述再生器的所述再生的CO2吸附材料传送至所述反应器-吸附器。所述第一和第二固体加压进料器构造为至少大体上降低或防止所述反应器-吸附器与所述再生器之间的流体流动。
在第二实施例中，一种系统包括构造为接收第一气体流并产生第一固体流的第一反应器。所述第一反应器包括催化剂粒子和吸附粒子的流化床。所述第一固体流包括一部分吸附粒子。所述第一反应器构造为基本上保留所述催化剂粒子。所述系统也包括构造为接收所述第一固体流、接收第二气体流、并产生第二固体流的第二反应器。所述系统也包括第一固体加压进料器和第二固体加压进料器，所述第一固体加压进料器构造为将来自所述第一反应器的所述第一固体流传送至所述第二反应器，所述第二固体加压进料器构造为将来自所述第二反应器的所述第二固体流传送至所述第一反应器。所述第一和第二固体加压进料器构造为至少大体上降低或防止所述第一反应器与所述第二反应器之间的流体流动。
在第三实施例中，一种系统包括构造为接收气体流并产生固体流的反应器。所述反应器包括催化剂粒子和吸附粒子的流化床。所述固体流包括一部分吸附粒子。所述反应器构造为基本上保留所述催化剂粒子。所述系统也包括构造为将所述固体流传送离开所述反应器的固体加压进料器。
附图说明
当参照附图阅读如下详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，在整个附图中，同样的标记表示同样的部件，其中：
图1为多反应器系统的一个实施例的示意图；
图2为组合的水煤气变换-CO2捕集和加压系统的一个实施例的示意图；
图3为反应器-吸收器的一个实施例的示意图；
图4为包括预吸收器的组合的水煤气变换-CO2捕集和加压系统的一个实施例的示意图；
图5为可在图1、2和4的系统中使用的旋转盘型加压进料器的一个实施例的横截面侧视图；
图6为可在图1、2和4的系统中使用的双轨进料器的一个实施例的横截面侧视图；和
图7为可在图1、2和4的系统中使用的闭锁式料斗的一个实施例的示意图。
具体实施方式
本发明的一个或多个特定实施例将如下描述。为了提供这些实施例的简明描述，实际实施的所有特征可能不在说明书中描述。应了解在任何这种实际实施的开发中，如同在任何工程或设计项目中一样，必须进行许多实施特有的决定以实现开发者的特定目标，如符合系统相关和商业相关的限制，一个实施与另一个实施的特定目标可能不同。此外，应了解这种开发能力可能是复杂且耗时的，但对于具有本公开的益处的本领域技术人员而言仍然是设计、装配和制造的常规任务。
当介绍本发明的各个实施例的构件时，冠词“一”、“所述”旨在意指存在一个或多个构件。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在为包括的，并意指存在除了所列要素之外的另外的要素。
如下详细讨论，所公开的实施例提供了构造为产生氢和二氧化碳的催化和吸附系统。例如，一种系统可包括反应器-吸附器、再生器、第一固体加压进料器和第二固体加压进料器。所述反应器-吸附器可包括催化剂（例如催化剂粒子）和CO2吸附材料（例如CO2吸附粒子）。在某些实施例中，所述催化剂粒子和CO2吸附粒子可设置于在反应器-吸附器中设置的流化床中。所述反应器-吸附器可接收气体，所述催化剂粒子可在反应器-吸附器中催化气体的水煤气变换反应以产生富氢气体，所述富氢气体也包含CO2。所述反应器-吸附器中的CO2吸附粒子可从所述富氢气体中吸附CO2，以产生饱和的CO2吸附粒子。如本文所用，术语“饱和的CO2吸附粒子”包括至少部分饱和，并可实际上主要由仅部分饱和而非完全饱和的吸附粒子组成的吸附粒子。所述催化剂粒子可保持在反应器-吸附器中，并且饱和的CO2吸附粒子的一部分可被转移至所述再生器，以再生成再生的吸附粒子和CO2。如本文所用，术语“再生的CO2吸附粒子”包括至少部分再生，并可实际上主要由仅经部分再生而非经完全再生的吸附粒子组成的吸附粒子。因此，所述反应器-吸附器产生氢，且所述再生器产生CO2。
所述第一固体加压进料器可将来自所述反应器-吸附器的所述饱和的CO2吸附粒子传送至所述再生器，且所述第二固体加压进料器可将来自所述再生器的所述再生的CO2吸附粒子传送至所述反应器-吸附器。所述第一和第二固体加压进料器可大体上降低或防止所述反应器-吸附器与所述再生器之间的流体流动。流体的例子包括液体和气体。例如，所述第一固体加压进料器可大体上降低或防止所述富氢气体流动至所述再生器。类似地，所述第二固体加压进料器可大体上降低或防止CO2流动至所述反应器-吸附器。通过大体上降低或防止所述反应器-吸附器与所述再生器之间的流体流动，所述第一和第二固体加压进料器可有助于防止与反应器-吸附器与再生器之间不同流体的混合相关的操作失控。另外，所述第一和第二固体加压进料器可提供在预期流动方向上的计量单向的固体流动，例如从反应器-吸附器至再生器，或从再生器至反应器-吸附器。此外，所述第一和第二固体加压进料器可使反应器-吸附器和再生器能够在大体上不同的压力下操作，这可改进反应器-吸附器和再生器的效率和操作灵活性。例如，所述第一和第二固体加压进料器可使再生器在比反应器-吸附器更高的压力下操作，这可改进再生器的效率，并可降低或消除产生最终的高压管道运输通常需要或下游工业过程中产生CO2流所需的压缩能的量。因此，所公开的固体加压进料器的使用特别适合构造为耦合流化床系统中，在所述耦合流化床系统中，固体在两个或更多个床之间循环，但床之间的气体保持分离。在常规系统中，两个或更多个流化床可空气动力学地耦合在一起。即，使用竖直或倾斜管线和重力作为驱动力，将固体从一个床移动至另一个床。作为一种选择，可使用载气来携带固体从一个床传输至另一个床。在这种系统中，固体和气体均使用小的压差而移动，且实际上，在整个系统周围的压力平衡对于成功操作而言是关键的。由上游或下游设备或过程所导致的压力失控可扰乱这种系统中的敏感的压力平衡，使得固体、气体或上述两者在不希望的方向上移动。相比之下，在如本文公开的使用固体加压进料器的系统中，在上游或下游设备或过程中引起的压力失控可不干扰固体或气体的流动。固体加压进料器可有助于提供在预期流动方向上的正（positive）的计量单向固体流，并提供大体上降低或防止耦合的流化床之间不希望的流体流动的方式。
图1为具有反应器12和14的系统10的一个实施例的示意图，所述反应器12和14使用第一固体加压进料器16和第二固体加压进料器18以对抗压力梯度传送固体。换言之，第一和第二固体加压进料器16和18可将固体从在第一压力下的区域传送至在高于所述第一压力的第二压力下的区域。在如下讨论中，可通过流的主要组分的相来提及各种流（例如固体流）。然而，如下流中的任意者也可含有其他的相（例如固体流可包括液体和/或气体）。系统10包括第一反应器12和第二反应器14。第一和第二反应器12和14中的一者或两者可为流化床反应器，或为其中发生多相化学反应的任何其他类型的反应器，如移动床反应器、鼓泡床反应器、传输反应器等。这种系统的特定例子在如下详细描述。如图1所示，第一反应器12接收第一气体入口流20和第一固体入口流22。化学反应可在第一反应器12中发生，从而产生第一气体出口流24和第一固体出口流26。使用第一固体加压进料器16将第一固体出口流26传送至第二反应器14。在某些实施例中，第一固体加压进料器16可在进料器16的出口处包括惰性缓冲气体28的注射，如以下详细描述的。惰性缓冲气体28可有助于提供防止第一和第二反应器12和14之间气体混合的阻挡层。惰性缓冲气体28的一部分与出口流30一起流动，并可协助出口流30向第二反应器14的传送，同时剩余部分进入第一固体加压进料器16。如以下更详细描述的，进入第一固体加压进料器16的惰性缓冲气体28的剩余部分在进料器16的主体中聚集，并形成离开进料器16的主体的排出流38。排出流38可被回收用作惰性缓冲气体28，或可以合适的方式处理。进入第一固体加压进料器16的惰性缓冲气体28的部分的流速受限于粒子尺寸分布、由进料器16传送的固体的粒子堆积，和横过由第一固体加压进料器16所生成的固体堆积柱上的压力梯度。惰性缓冲气体28的流速增加超过某个最小值往往增加与出口流30中的固体一起流动的缓冲气体28的部分，而不是增加形成排出流38的缓冲气体28的部分。在可选择的实施例中，可增加惰性缓冲气体28的流速，以增加与出口流30中的固体一起流动的缓冲气体28的部分，从而提高固体向第二反应器14的传送。在另一可选择的实施例中，可在缓冲气体28的注射点的下游直接将第二气体流（未显示）注射入出口流30中，以为构造为出口流30中的固体提供额外的传送气体。该额外的传送气体可为惰性气体，如氮气，或者其可为工艺气体，如第二反应器14中的气体。
出口流30进入第二反应器14，除了第一固体出口流26之外，所述出口流30可含有惰性缓冲气体流28的一部分。另外，第二反应器14可接收第二气体入口流32。化学反应可在第二反应器14中发生，所述第二反应器14可产生第二气体出口流34和第二固体出口流36。使用第二固体加压进料器18将第二固体出口流36传送至第一反应器12。在某些实施例中，第二固体加压进料器18也可在进料器18的入口处包括惰性缓冲气体28的注射。惰性缓冲气体28可有助于提供屏障以防止第二和第一反应器14和12之间气体混合。惰性缓冲气体28的一部分与进入固体加压进料器18的固体一起流动，同时剩余部分向第二反应器14向上游流动。与第二固体出口流36一起进入第二固体加压进料器18的缓冲气体28的部分在进料器18的主体中聚集，并形成离开进料器18的主体的排出流38。排出流38可被回收用作惰性缓冲气体28，或可以合适的方式处理。进入第二固体加压进料器18的惰性缓冲气体28的部分的流速受限于粒子尺寸分布、由进料器18传送的固体的粒子堆积，和横过第二固体加压进料器18所生成的固体堆积柱上的压力梯度。惰性缓冲气体28的流速增加超过某一最小值往往增加与第二固体出口流36相反向后向第二反应器14流动的缓冲气体28的部分。因此，在某些实施例中，使注射至第二固体加压进料器18的入口中的惰性缓冲气体28的流速达到最小，以使向第二反应器14向上游流动的缓冲气体28的部分达到最小。第二固体加压进料器18将第一固体入口流22传送至第一反应器12，所述第一固体入口流22与第二固体出口流36基本上相同。在可选择的实施例中，可将第二气体流（未显示）注射至第二固体加压进料器18的出口中，以提供构造为第一固体入口流22中的固体的传送气体。第一和第二固体加压进料器16和18大体上降低或防止了第一和第二反应器12和14之间的流体流动（例如气体或液体流动）。在另外的实施例中，第一和第二反应器12和14可包括另外的入口和出口流，所述另外的入口和出口流可包含各种固体、液体和/或气体。
通过使用第一和第二固体加压进料器16和18以大体上降低或防止图1中第一和第二反应器12和14之间的流体流动，第一和第二反应器12和14的操作压力可彼此大体上不同，而不是在大约相同的压力下操作第一和第二反应器12和14。例如，第二反应器14的操作压力可大体上高于第一反应器12的操作压力。例如，第二反应器14的压力与第一反应器12的压力的比例可在大约1:1至10.0:1之间、在1.5:1至3.0:1之间，或在2.0:1至2.5:1之间。在其他实施例中，第一反应器12的操作压力可大体上高于第二反应器14的操作压力。例如，第一反应器12的压力与第二反应器14的压力的比例可在大约1:1至10:1之间、1.5:1至3.0:1之间，或2.0:1至2.5:1之间。在另外的实施例中，第一和第二固体加压进料器16和18也使第一和第二反应器12和14的操作压力能够大约相同。
此外，通过第一和第二固体加压进料器16和18实质降低或防止第一和第二反应器12和14之间的流体流动有助于大体上降低或防止可能在工艺瞬态（如启动和关闭）过程中发生的系统10的气体流的混合。例如，第一固体加压进料器16可有助于降低或防止第一气体入口流20和第一气体出口流24流入第二反应器14中。第一固体加压进料器16也可有助于降低或防止第二气体入口流32和第二气体出口流34流入第一反应器12中。第二固体加压进料器18也可有助于降低或防止反应器12和14之间气体流的混合。因此，通过使用第一和第二固体加压进料器16和18，可避免系统10中气体流的混合的任何不利后果。此外，相比于使用常规空气动力学耦合的反应器而构造系统10的情况，即依赖于重力、流化固体的密度差异和对小的压差的精确控制以调节固体和气体通过系统的流动的系统。通过使用第一和第二固体加压进料器16和18的能够更有力地控制固体通过系统10的循环。通过使用第一和第二固体加压进料器16和18以调节固体通过系统10的循环，固体通过系统的循环不受到工艺瞬态（如启动和关闭）的影响。相比于常规空气动力耦合的反应器，第一和第二固体加压进料器16和18也可使固体的流速能够被更容易地调节和精确计量。在另外的实施例中，系统10可包括另外的反应器和/或另外的固体加压进料器。此外，在这种实施例中，流、反应器和/或固体加压进料器的布置可不同。
在某些实施例中，第一反应器12可为反应器-吸附器，且第二反应器14可为再生器。例如，反应器-吸附器可包括催化剂以催化化学反应。反应器-吸附器也可包括吸附化学反应产物的吸附材料。因此，化学反应和吸附过程均在第一反应器12中发生。当吸附材料持续吸附化学反应产物时，其可变得效率降低或饱和。因此，可使用第一固体加压进料器16将饱和的吸附材料的一部分从第一反应器12转移至第二反应器14以将其再生。饱和的吸附材料可通过加热、通过改变总压力、通过改变吸附于吸附材料上的产物的分压，或通过暴露于另一材料而在第二反应器14中再生。然后可使用第二固体加压进料器18将来自第二反应器14的再生的吸附材料转移至第一反应器12，以构造为吸附化学反应产物。
图2为使用如上所述的固体加压进料器的氢气和CO2产生系统50的一个实施例的示意图。氢气和CO2产生系统50包括反应系统52和再生系统54。请看反应系统52的细节，系统52包括反应器-吸附器56（例如催化剂和CO2吸附粒子）、旋风分离器58、过滤器60、收集器62和第一固体加压进料器64。旋风分离器58和过滤器60在一起可称为分离系统。反应器-吸附器56包括内室，在所述内室中设置流化床反应器以处理可由气化器产生的原料合成气流66。合成气体也可称为合成气。在其他实施例中，气流66可包括燃料气、发生炉煤气、焦炉煤气、裂解气、城市煤气、生物合成气、其他制造气体或它们的组合。原料合成气流66可包括多种气体，所述多种气体包括但不限于一氧化碳、氢气、CO2、蒸汽、甲烷、氮气、氩气、硫化羰、硫化氢，和它们的组合。在一些实施例中，原料合成气66也可包括来自气化器的未反应的燃料。在某些实施例中，原料合成气流66可任选地经过去除颗粒的洗涤器和/或其他系统，以从原料合成气66中去除其他组分。例如，取决于水煤气变换催化剂和CO2吸附粒子对硫的耐受性，可在将原料合成气66引入反应器-吸附器56之前将其脱硫。
如图2所示，原料合成气流66进入反应器-吸附器56，并经过合成气分配器68，所述合成气分配器68可包括一个或多个孔以有助于提供原料合成气66在流化床70中的均匀分布。流化床70位于反应器-吸附器56的下部72中，并可包括催化剂粒子和CO2吸附粒子，如以下详细讨论的。作为在流化床70中发生的水煤气变换反应的结果，可将原料合成气66转化为反应合成气（例如其中CO已被转化为CO2，并使用CO2吸附粒子去除CO2）。在其他实施例中，催化剂粒子可在固定床反应器内固定。反应器-吸附器56的下部72可特征在于下部直径74。另外，流化床70的顶部76也可限定下部72的顶部。如下详细所述，催化剂粒子中的大多数或全部可被限制于流化床70的顶部76下方的下部72的区域。在某些实施例中，流化床70可包括热交换器78，所述热交换器78可为盘管的形状。在其他实施例中，热交换器78可包括多个竖直取向的冷却管，所述多个竖直取向的冷却管由第一冷却剂管歧管在底部结合，并由第二冷却剂管歧管在顶部结合。诸如锅炉给水的热交换流体80可进入热交换器78，并吸收在流化床70中产生的热量。在吸收在流化床70中产生的热量之后，诸如蒸汽的经加热的热交换流体82可从热交换器78离开。如以下详细所述的，在流化床70中发生的反应可为放热的，因此，热交换器78可构造为去除反应热，并防止下部72的过热。另外，热交换器78和流化床70的组合可有利于下部72的温度控制和热管理。
反应器-吸附器56的中部84可位于下部72的上方。中部84可特征在于中部直径86，中部直径86可大于下部直径74。在某些实施例中，中部直径86可在通过反应器-吸附器56的流动方向87上逐渐增加。换言之，中部84可具有锥形的、成角度的或扩大的横截面形状。逐渐增加的中部直径86可使得反应器-吸收器56的下部72与上部88之间更平滑的过渡成为可能。另外，逐渐增加的中部直径86可有助于防止固体在反应器-吸收器56的内壁上积聚。换言之，相比于成锐角（a sharply angled）或水平的表面，固体在倾斜表面上积聚的可能性更低。在中部84，反应合成气在流动方向87上向上流动，并携带CO2吸附粒子的一部分。
反应器-吸附器56的上部88的特征在于上部直径90，所述上部直径90可大于中部直径86和下部直径74。反应器-吸附器从下部72至上部88的直径增加可引起在流动方向87上气体流动速度的减小。换言之，随着反应器-吸附器56的横截面积增加或扩大，气体流动速度减小至不足以携带催化剂粒子，但仍然足以携带CO2吸附粒子离开反应器-吸附器56的水平。例如，在下部72与上部88之间，气体流动速度可减小大约10%至90%，25%至75%，或35%至65%。如以下详细讨论的，催化剂粒子的直径或密度可大于CO2吸附粒子的直径或密度，或者催化剂粒子的阻力系数（drag coefficient）可小于CO2吸附粒子的阻力系数。因此，气体流动速度的减小可有助于使离开流化床70的任何催化剂粒子能够落回至下部72中。然而，由于CO2吸附粒子的更小的直径、更低的密度和/或更高的阻力系数，可在朝向催化剂返回旋风分离器92的流动方向87上携带所述粒子，这将催化剂粒子与气体和CO2吸附粒子分离，并用作防止催化剂粒子从反应器-吸附器56离开的最终防护。具体而言，催化剂返回旋风分离器92可通过涡流分离（vortex separation）而从气体和CO2吸附粒子中去除更致密的催化剂粒子。换言之，可构造催化剂返回旋风分离器92，使得旋风分离器中的旋转作用优先从气体和气体内夹带的CO2吸附粒子中分离催化剂粒子。在另外的实施例中，可使用从气体中分离固体的其他方法代替催化剂返回旋风分离器92。在又一三的实施例中，可消除催化剂返回旋风分离器92，可仅依赖反应器-吸附器56中的向上流动速度的减小来作为将催化剂粒子限制于流化床70的方式。如图2所示，可包含反应合成气、CO2吸附粒子的一部分和少量催化剂粒子的混合流94进入催化剂返回旋风分离器92。可包含少量催化剂粒子的固体流95离开催化剂返回旋风分离器92的底部。包含反应合成气和夹带的CO2吸附粒子的反应器-吸附器产物流96离开催化剂返回旋风分离器92的顶部，然后被送往旋风分离器58。固体流95返回至流化床70。在其他实施例中，催化剂返回旋风分离器92可省略，或由不同的分离装置替换。
来自催化剂返回旋风分离器92的反应器-吸附器出口流96包含CO2吸附粒子，因此，旋风分离器58构造为通过涡流分离而从出口流96中去除CO2吸附粒子。在另外的实施例中，可使用从气体中分离固体的其他方法代替旋风分离器58。饱和的CO2吸附粒子98离开旋风分离器58的底部，且旋风分离器气体流100离开旋风分离器58的顶部，然后被送往过滤器60。旋风分离器气体流100可含有一些固体，因此，过滤器60构造为使用过滤而从气体流100中去除任何剩余的CO2吸附粒子。在其他实施例中，过滤器60可为另一旋风分离器或任何其他类型的固体-气体分离装置。可基本上不含CO2的富氢气体102离开过滤器60的顶部。在某些实施例中，基本上不含CO2可相当于小于10%、5%、2%或1%（体积）的CO2水平。富氢气体102可在多种应用中使用。例如，富氢气体102可在工业过程中使用，所述工业过程例如但不限于加氢精炼、氨生产等。富氢气体102也可用作燃气轮机的燃料气。另外的饱和的CO2吸附粒子104离开过滤器60的底部。来自CO2吸附剂旋风分离器58的饱和的CO2吸附粒子98和来自过滤器60的另外的饱和的CO2吸附粒子104可合并，以形成在再生系统54中再生的合并的饱和的CO2吸附粒子流106。
在某些实施例中，合并的饱和的CO2吸附粒子流106进入收集器62，所述收集器62可为用于为进料至第一固体加压进料器64的连续的饱和的CO2吸附粒子流108提供容纳容积的容器。换言之，收集器62储存合并的饱和的CO2吸附粒子流106，以使连续的饱和的CO2吸附粒子流108能够被进料至第一固体加压进料器64，而无论合并的饱和的CO2吸附粒子流106的波动。在某些实施例中，收集器62可包括在接近收集器62的底部引入的吹扫气体，以使合并的饱和的CO2吸附粒子流106流化，以有助于去除任何剩余气体。例如，所述吹扫气体可为惰性气体，如氮气。第一固体加压进料器64可包括惰性缓冲气体28，如以下详细描述的。第一固体加压进料器64将饱和的CO2吸附粒子110传送至再生系统54。
图2所示的再生系统54包括再生器112、旋风分离器114、过滤器116、收集器118、第二固体加压进料器120、蒸汽冷凝器122、冷凝物排出罐124和再生气体源150，所述再生气体源150在再生器112的压力下或高于再生器112的压力的压力下操作。如同反应系统52那样，旋风分离器114和过滤器116可在一起称为分离系统。再生器112可为传输反应器，所述传输反应器使用来自再生气体源150的再生气体111来再生饱和的CO2吸附粒子110，即从饱和的CO2吸附粒子110中去除CO2。在可选择的实施例中，再生器112可为鼓泡流化床反应器或适于再生饱和的CO2吸附粒子110的任何其他类型的流化床反应器。具体而言，再生器112可使饱和的CO2吸附粒子110接触再生气体111或高温气体，所述高温气体包括但不限于过热蒸汽、氮气、工艺气体、燃烧气体或它们的组合。在某些实施例中，CO2吸附粒子可为原硅酸锂（Li4SiO4）。在某些实施例中，饱和的CO2吸附粒子110可经由如下反应在再生器112中再生：
Li2CO3+Li2SiO3+热量<=>Li4SiO4+CO2     （反应式1）
其中Li2CO3表示碳酸锂，Li2SiO3表示硅酸锂，且热量表示通过再生气体111而引入再生器112中的热量。在这种实施例中，再生气体源150可为产生高压高温过热蒸汽的专用锅炉。或者，再生气体源150可为产生高压高温过热蒸汽的在工厂别处的热交换器。在又一选择中，再生气体源150可为高压燃烧器，其中清洁燃料的滑流与氧燃烧，以产生高压高温过热蒸汽流。在这种情况中，清洁燃料可为来自气化厂的氢的滑流，其被进一步压缩至再生气体源150的操作压力，或者其可为泵送至再生气体源150的操作压力的清洁液体燃料。氧可为被压缩的气体氧或泵送至再生气体源150的操作压力的液体氧。在涉及锂基饱和的CO2吸附粒子的再生的前述实施例中，再生气体111的温度可在大约400至820摄氏度之间、450至700摄氏度之间，或500至600摄氏度之间。因此，CO2从再生器112中的饱和的CO2吸附粒子（Li2CO3和Li2SiO3）中释放，以产生可再构造为吸附另外的CO2的再生的吸附粒子（Li4SiO4）。在可选择的实施例中，CO2吸附粒子可为接枝表面官能团的介孔碳粒子以经由物理吸附去除CO2。这种粒子可通过增加粒子的温度、通过降低再生器112的总压力、通过降低再生气体111的CO2分压，或它们的组合而进行再生。例如，再生器112可在反应器吸附器56的压力的大约0.2至1.0倍（例如小于大约0.5倍）的压力下操作，且再生气体源150可提供过热蒸汽流，所述过热蒸汽流在与饱和的CO2吸附粒子流110相同的温度下，但将粒子暴露于更低的总压力和等于零的CO2分压下。因此，由于更低的CO2分压以及更低的总压力，CO2从介孔碳粒子中释放。然后将包含再生的CO2吸附粒子、CO2和消耗的再生气体的再生器出口流126转移至旋风分离器114。在其他实施例中，饱和的CO2吸附粒子110可在鼓泡床反应器中间接加热，而不与再生气体111直接接触。
在旋风分离器114中，再生的CO2吸附粒子通过涡流分离而从CO2和消耗的再生气体中分离。在另外的实施例中，可使用从气体中分离固体的其他方法代替旋风分离器114。再生的CO2吸附粒子130离开旋风分离器114的底部，且旋风分离器出口流128离开旋风分离器114的顶部。过滤器116构造为使用过滤而从旋风分离器出口流128中去除任何剩余固体。在其他实施例中，过滤器116可使用旋风分离或任何其他气体-固体分离方法。富CO2流132离开过滤器116的顶部，所述富CO2流132也可包含消耗的再生气体。
另外的再生的CO2吸附粒子134离开过滤器116的底部。来自旋风分离器114的再生的CO2吸附粒子130和来自过滤器116的另外的再生的CO2吸附粒子134合并而形成进入收集器118的合并的再生的CO2吸附粒子流136。收集器118可为构造为为待进料至第二固体加压进料器120的连续的再生的CO2吸附粒子流138提供容纳容积的容器。换言之，收集器118储存合并的再生的CO2吸附粒子流136，以使连续的再生的CO2吸附粒子流138能够被进料至第二固体加压进料器120，而无论合并的再生的CO2吸附粒子流136的波动。在某些实施例中，收集器118可包括在接近收集器118的底部引入的吹扫气体，以使合并的再生的CO2吸附粒子流136流化，以有助于去除任何剩余气体。例如，所述吹扫气体可为惰性气体，如氮气。在其他实施例中，收集器118可包括热交换器152，所述热交换器152可为盘管的形状。在其他实施例中，热交换器152可由多个竖直取向的冷却管组成，所述多个竖直取向的冷却管由第一冷却剂管歧管在底部结合，并由第二冷却剂管歧管在顶部结合。诸如锅炉给水的热传递流体154可进入热交换器152，并吸收来自合并的再生的CO2吸附粒子流136的过量的热量。在吸收来自合并的再生的CO2吸附粒子流136的过量的热量之后，诸如蒸汽的经加热的热传递流体156可从热交换器152离开。如以上详细描述的，再生器112中的温度可大体上高于反应器-吸附器56中的温度，因此在合并的再生的CO2吸附粒子流136返回至反应器-吸附器56之前，可使用热交换器152冷却合并的再生的CO2吸附粒子流136，由此防止反应器-吸附器56的过热。第二固体加压进料器120可包括惰性缓冲气体28，如以下详细描述的。然后第二固体加压进料器120将再生的CO2吸附粒子140传送至反应系统52。具体而言，再生的CO2吸附粒子140可进入反应器-吸附器56的中部84，然后落入或被导入下部72的流化床70中。或者，再生的吸附粒子140可进入流化床70的底部。在其中水煤气变换催化剂可掺入含有许多小直径平行通道的整体结构中的其他实施例中，再生的CO2吸附粒子140可进入反应器-吸附器56的下部72的底部，使得再生的CO2吸附粒子140可与原料合成气66一起进入装载催化剂的整体的通道。
在其中再生气体111为蒸汽的某些实施例中，富CO2流132可被引导至蒸汽冷凝器122，所述蒸汽冷凝器122可为热交换器。诸如冷却水的热传递流体142可流动通过蒸汽冷凝器122的一侧，以从富CO2流132中去除热量，由此将蒸汽冷凝成水或冷凝物。然后，来自蒸汽冷凝器122的湿润富CO2流144可被引导至蒸气冷凝物排出罐124，所述蒸气冷凝物排出罐124可将湿润富CO2流144分离成干燥CO2流146和冷凝物流148。也可称为蒸气-液体分离器的排出罐124使用重力和/或惯性力，以使湿润富CO2流144中的水沉降至排出罐124的底部。CO2以设计速度向上行进通过排出罐124，以在其离开排出罐124的顶部时使任何液滴的夹带达到最少。在某些实施例中，排出罐124可在CO2离开容器处的位置含有除雾器或类似装置，以提高蒸气-液体分离效率。干燥的CO2146可例如在工厂别处（例如整体煤气化联合循环（IGCC）发电厂）使用、运输至工地外、处理、用于提高的油回收、用于工业制造目的，或经由注射至合适的地质地层中或深入海洋表面以下而封存。冷凝物148可例如在工厂别处（例如IGCC发电厂）再利用以产生蒸汽。在某些实施例中，如果干燥CO2146在高压下，则可有利于干燥CO2146的使用。例如，在某些实施例中，由氢和CO2产生系统50所产生的干燥CO2146的压力可在大约2800kPa至20700kPa之间、4200kPa至19000kPa之间，或7000kPa至17200kPa之间。在一个实施例中，干燥CO2的压力可大于大约2800kPa。因此，干燥CO2146可被传输至使用高压和/或压缩CO2而无需单独压缩或增加干燥CO2146的压力之处，由此降低了与高压CO2压缩设备相关的操作和/或设备费用。第一和第二固体加压进料器64和120的使用可使再生系统54能够在这种高压下操作，而无需在类似压力下操作反应系统52，这对于反应系统52而言无效率。换言之，第一和第二固体加压进料器64和120可至少大体上降低或防止反应器-吸附器56与再生器112之间的流体流动，使得反应器-吸附器56的压力不同于再生器112的压力。例如，再生器112的压力与反应器-吸附器56的压力的比例可在大约1.1:1至10:1之间、1.5:1至3.0:1之间，或2.0:1至2.5:1之间。在一个实施例中，再生器112的压力与反应器-吸附器56的压力的比例可大于大约2:1。
图3为可用于氢和CO2产生系统50中的反应器-吸附器56的一个实施例的示意图。如图3所示，流化床70包括CO2吸附粒子160和催化剂粒子162。CO2吸附粒子160可为粉末、颗粒、晶粒、附聚物等的形式。在所示实施例中，催化剂粒子162大于CO2吸附粒子160。例如，催化剂粒子162的尺寸与CO2吸附粒子160的尺寸的比例可在大约1.1:1至1000:1之间、10:1至100:1之间，或25:1至75:1之间。因此，相比于催化剂粒子162，反应合成气在流动方向87上的向上流动更有可能向催化剂返回旋风分离器92携带CO2吸附粒子160。因此，可发现相比于朝向顶部76，更多的催化剂粒子162朝向下部72的底部。在其他实施例中，吸附粒子160与催化剂粒子162之间的其他物理差异可有利于在反应器-吸附器56中的物理分离。例如，在某些实施例中，催化剂粒子162的密度可大于CO2吸附粒子160的密度。例如，催化剂粒子162的密度与CO2吸附粒子160的密度的比例可在大约1.1:1至1000:1之间、10:1至100:1之间，或25:1至75:1之间。因此，相比于致密性较低的CO2吸附粒子160，更致密的催化剂粒子162被携带朝向催化剂返回旋风分离器92的可能性更低。在另外的实施例中，催化剂粒子162可比CO2吸附粒子160更大且更致密。在一些实施例中，催化剂粒子162可具有比CO2吸附粒子160更低的阻力系数。
如上所讨论，催化剂粒子162可催化原料合成气原料合成气流66的水煤气变换反应，以产生富氢气体102。在某些实施例中，催化剂粒子162可包括金属，所述金属例如但不限于钴、钼、铜、锌、铁、铬、镍、铈、金、铂、钌、铱等。具体而言，水煤气变换反应可经由如下反应表示：
H2O+CO<=>H2+CO2+热量        （反应式2）
其中H2O表示水，CO表示一氧化碳，H2表示氢，且CO2表示二氧化碳。如以上所讨论的，原料合成气流66可包括H2O和CO。因此，催化剂粒子162有助于通过加速H2O和CO的反应而产生H2和CO2来增加反应合成气流中H2和CO2的量。在该过程中产生热量，所述热量可通过使用图2所示的热交换器78而去除。可调节由热交换器78去除的热量，以优化水煤气变换反应的动力学和热力学。尽管催化剂可加速水煤气变换反应进行的速率，但其无法影响水煤气变换反应的平衡态，即，催化剂无法影响反应向反应式2的右边进行的程度。然而，如果将反应产物中的一者从反应系统中连续和完全去除，则水煤气变换反应将向反应式2的右边完全进行。这意味着全部H2O和CO将反应以形成H2和CO2。由CO2吸附粒子实现从反应系统中连续去除CO2。随着CO2吸附粒子160从反应合成气中去除CO2，水煤气变换反应向反应式2的右边进行，以根据质量作用定律（the Law of Mass Action）产生另外的CO2。因此，随着CO2吸附粒子160去除CO2，另外的H2O和CO转化为H2和CO2。另外，如同所有催化剂那样，催化剂粒子162不被水煤气变换反应消耗，因此无需被再生。因此，上述反应器-吸附器56的构造和催化剂粒子162与CO2吸附粒子160之间的相对物理差异使催化剂粒子162能够保留在流化床70中。相反，CO2吸附粒子160不是催化剂，并需要再生（例如在反应器-吸附器56外部再生）以保持它们的有效性。因此，反应器-吸附器56的构造和催化剂粒子162与CO2吸附粒子160之间的相对物理差异使CO2吸附粒子160的一部分能够连续离开流化床，并进入催化剂返回旋风分离器92以被传输至再生系统54。换言之，流化床70既保留催化剂粒子162，也使CO2吸附粒子160能够连续进入、循环通过并离开流化床70，由此简化且降低了反应器-吸附器56的成本。进一步的，从再生系统54为流化床70连续添加再生的CO2吸附粒子140，如图2所示。因此，反应器-吸附器56不关闭或停止运行来再生CO2吸附粒子160，由此增加了操作运行时间和工厂（例如IGCC发电厂）效率。换言之，氢和CO2产生系统50为连续过程而非间歇过程。
图4为包括预吸附器系统180的氢气和CO2产生系统50的一个实施例的示意图。在这种实施例中，在将原料合成气66引入反应器-吸附器56之前，使用预吸收系统180从原料合成气66中去除CO2。与图2中所示的元件相同的图4中的元件以相同的附图标记进行标记。预吸收系统180包括预吸附器182、旋风分离器184、收集器186和第三固体加压进料器188。预吸附器182可为使用CO2吸附粒子来从原料合成气190中吸附CO2的传输反应器，所述原料合成气190可由工厂（例如IGCC发电厂）的气化器产生。或者，预吸附器182可为任何其他种类的流化床反应器。如图4所示，原料合成气原料合成气流190与来自第二固体加压进料器120的再生的CO2吸附粒子的一部分192合并。具体而言，再生的CO2吸附粒子的一部分192可在分离点194处从再生的CO2吸附粒子140中分离。可在分离点194处使用各种分离装置，例如但不限于三通管、阀门等。然后，粗合成气原料合成气190和再生的CO2吸附粒子的一部分192的预吸附器进料混合物196进入预吸附器182，在预吸附器182处，CO2吸附粒子从预吸附器进料混合物196中吸附CO2。
然后，来自预吸附器182的贫CO2合成气流198进入旋风分离器184，所述旋风分离器184从气体中分离固体。在旋风分离器184中，饱和的CO2吸附粒子通过涡流分离而从贫CO2合成气流198中分离。在其他实施例中，旋风分离器184可使用其他气体-固体分离方法。饱和的CO2吸附粒子202离开旋风分离器184的底部，且旋风分离器出口流200离开旋风分离器184的顶部或侧面。旋风分离器出口流200为贫CO2合成气，并可随后被引导至反应器-吸附器56以变换为富氢气体。来自旋风分离器184的底部的饱和的CO2吸附粒子202进入收集器186。收集器186可为用于为待进料至第三固体加压进料器188的饱和的CO2吸附粒子202提供容纳容积的容器。换言之，收集器186储存饱和的CO2吸附粒子202，以使连续的饱和的CO2吸附粒子流204能够被进料至第三固体加压进料器188，而无论饱和的CO2吸附粒子流202的波动。在某些实施例中，收集器186可包括在接近收集器186的底部设置的吹扫气体，以使饱和的CO2吸附粒子流202流化，以有助于去除任何剩余气体。例如，所述吹扫气体可为惰性气体，如氮气。第三固体加压进料器188可包括惰性缓冲气体28，如以下详细描述的。然后，第三固体加压进料器188将饱和的CO2吸附粒子206传送至反应系统52的收集器62。通过在反应器-吸附器56之前从原料合成气190中去除CO2，反应系统52中的设备的总尺寸可得以降低，由此降低设备成本。
图5为可在图1、2和4的系统中使用的旋转盘型加压进料器290的一个实施例的横截面侧视图，其示出了正位移进料器290的操作特征。旋转盘型加压进料器290可为由纽约斯克内克塔迪的通用电气公司（General Electric Company of Schenectady,New York）制造的
Figure BDA00003577043400201
进料器。如图5所示，旋转盘型加压进料器290包括外壳292、入口294、出口296和转子298。转子298可包括两个基本上相对且平行的旋转盘300，所述旋转盘300由轮毂302分离，并结合至平行盘300和轮毂302所共有的轴304。应注意，在图5中，两个盘300不在页面的平面中，如图中的其余元件那样。盘300中的一者在页面的平面下方，另一个盘300在平面上方。在平面下方的盘300突出至页面平面以上，以使其相对于其余组件（包括盘型固体加压进料器290）可见。轮毂302的外凸表面308、在轮毂的外表面308与盘300的外周边缘310之间延伸的两个盘300的环形部分，和进料器外壳292的内凹表面312限定了环形旋转通道，所述环形旋转通道连接收缩的入口通道294和发散的出口通道296。设置于入口通道294与出口通道296之间的进料器主体292的部分314以如下方式分开所述旋转通道：进入入口通道294的固体可仅在转子的旋转方向306上行进，从而可通过旋转的环形通道而将固体从入口通道294携带至出口通道296，所述旋转的环形通道由轮毂的旋转外表面308、盘300的旋转的暴露环形表面和主体292的固定内表面312限定。
随着固体进入并向下移动通过收缩的入口通道294，颗粒逐渐压实。随着颗粒继续被向下拖动至旋转通道中，压实可达到如下程度：颗颗粒变得联锁（interlocked），并在通道的整个横截面上形成桥。随着经压实的颗粒在旋转方向306上继续移动通过旋转通道，含有已在旋转通道的整个横截面上形成联锁桥的颗粒的区域的长度可变得足够长，使得从通道中取出成桥接颗粒所需的力超过可由进料器290的出口处的高压环境所产生的力。在旋转通道内的联锁固体无法由进料器290的出口处的高压取出的所述情况称为“锁定”。通过实现锁定的情况，通过轴304从驱动马达（未显示）递送的转矩可被传递至旋转固体，从而对抗存在于超过出口通道296的出口的高压环境中的任何压力而将固体从入口通道294驱动至出口通道296。在一些实施例中，转子盘300可具有在其表面上形成的突起或凹陷的表面特征316。这些特征可提高颗粒固体实现在旋转通道中锁定的能力，因此也可提高驱动轴304将转矩传递至旋转固体的能力。在另一实施例中，动态壁料斗（live wall hopper）（在任何之前的附图中未显示）可直接附接至进料器290的入口通道294的上游。所述动态壁料斗可提高颗粒固体流入并完全填充入口通道294的能力。因此，例如，在图2中，动态壁料斗可插入收集器62与固体加压进料器64之间。当旋转通道中的颗粒到达出口通道296时，它们遇到出口通道296的发散壁。
当颗粒移动通过发散的出口通道296时，将它们保持在锁定情况下的力开始松弛至如下程度：在出口通道296的下游出口处，颗粒能够从出口通道296自由脱离并向下游行进。然而，在发散出口通道296的上游入口处，固体可在上游经受被锁定并由转子向前驱动的持续前进的固体的力，并在下游经受高压环境（固体被传输至所述高压环境中）。在来自上游和下游的这些压缩力下，在出口通道296的上游入口中的固体可甚至进一步压实，并可形成动态堆积床，所述动态堆积床对来自在进料器290的排放处的高压环境的流体（气体或液体）的回流具有高度抗性。正是高度堆积的耐流动颗粒固体的该区域可防止流体从泵290的低压入口的高压出口大体上回流。当然，该高度堆积的耐流动区域可能是不完美的密封，一些流体可能在出口通道296的上游入口处向后渗漏通过紧密堆积的固体。然而，回流的量可能较小，且可渗透通过紧密堆积的固体的少量流体可在孔口318中收集，因此可被防止向后一直流动至进料器入口。可在孔口318中收集的少量流体（气体或液体）可被处理，或者优选地被回收至工艺中的别的适当位置。由于对流体回流具有高度抗性的在出口通道296的入口处的动态堆积床，并且进一步由于收集了可能通过所述动态堆积床渗透返回的少量流体，旋转盘型固体加压进料器290的功能可作为一种手段分离两个具有广泛不同的压力和大体上不同的化学组合物的反应器。
对于其中环形通道的旋转从较低压力下的入口通道294至较高压力下的出口通道296的实施例，如上解释了图5所示的旋转盘型固体加压进料器290的操作。这种应用可称为“加压模式”。然而，盘的旋转以及环形通道的旋转可颠倒，使得旋转方向从较高压力的出口通道296进行至较低压力的入口通道294。随着对入口和出口通道的几何形状的一些适当修改，旋转盘型固体加压进料器290用作固体减压进料器。这种实施例可称为“减压模式”。当以减压模式操作时，来自高压区域的固体颗粒进入图5中的所谓的出口通道296。当固体颗粒向下行进通过出口通道时，它们移动通过在出口通道296的底部处的动态高度压实的区域，所述动态高度压实的区域形成防止从出口通道206处的高压区域到入口通道294处的低压区域的不希望的回流的高度耐流动的区域。随着环形通道继续在与图5所示的方向相对的方向上旋转，固体被携带回到入口通道294，在入口通道294处，将固体保持在旋转通道内的适当位置的锁定力松弛，并在固体离开进料器的低压侧上的入口通道294时允许固体彼此脱离。应注意，对于其中低压反应器容器与高压反应器容器联接在一起的每个应用，需要至少一个以加压模式操作的固体加压进料器16和至少一个以减压模式操作的固体加压进料器16。对于其中使用两个固体加压进料器16联接在基本上相同的压力下操作的两个容器的情况，进料器两者均可以加压模式操作。然而，在这种应用中，由每个进料器所生成的压差仅为克服连接系统中的容器的管路中的压力损失所需的压差。在其中联接两个反应器容器，且第二容器在较高压力下的另一实施例中，可使用单个固体加压进料器16来将固体从较低压力的容器传输至较高压力的容器，同时可使用常规固体处理阀将固体从较高压力的容器减压至较低压力的容器。
图6为可在图1、2和4的系统中的任意者中用作固体加压进料器的双轨进料器340的一个实施例的横截面侧视图。如图6所示，双轨进料器340包括第一传送系统342和第二传送系统344。第一和第二传送系统342和344均包括围绕第一轮348和第二轮350设置的传送带346。第一和第二轮348和350的旋转可引起传送带346在箭头方向352上的旋转。两个传送带346由机械特征构成，所述机械特征由于在附图平面之外而未显示，并允许两个带以如下方式联锁：两个带在之间形成完全封闭的固体传输通道，所述固体传输通道在两个带在进料器的入口354处彼此接近时连续联锁，并在两个带在进料器的出口358处彼此后退时连续解锁。进料器主体和装置的细节也未在图6中显示，移动的传送带通过所述装置密封于所述主体内，使得气体无法沿着远离被传送的固体的传送带346的侧面从进料器出口移动至进料器的入口。待通过双轨进料器340传送的固体在入口354处进入，并通过传送带346的运动352而移动。如图6所示，通过其传送固体的通路在接近双轨进料器340的喉部356处变窄。因此，固体在双轨进料器340的喉部356中压实。固体在喉部356中的这种压实可对应于通过旋转盘型加压进料器290由出口通道296的上游端部所产生的固体锁定情况和/或动态耐回流的高度压实的固体区域。固体在双轨进料器340的出口358处出现。如同旋转盘型加压进料器290的设计那样，由于固体锁定情况和/或在喉部356处的耐回流的高度压实的固体区域，双轨进料器340有助于降低或防止任何气体回流通过双轨进料器340。如同旋转盘型加压进料器290那样，也可使用孔口（未显示）来捕集可能渗漏通过压实固体的少量气体。另外，双轨进料器340可包括惰性缓冲气体28，以提供对气体混合的另外的阻挡层。此外，在出口358和入口354处的操作压力可彼此大体上不同。因此，双轨进料器340可特别适合用作图1、2和4的系统中的各种加压进料器中的一者。
图7为也可在图1、2和4的系统中用作各种加压进料器中的一者的闭锁式料斗370的一个实施例的横截面侧视图。如图7所示，闭锁式料斗370设置于第一反应器12与第二反应器14之间。压缩机372联接至闭锁式料斗370以提供压缩气体源374，除了提供构造为系统的压力源之外，所述压缩气体源374也可用作惰性缓冲气体28。取决于使用闭锁式料斗370的特定过程，压缩气体374可包括但不限于空气、氩气、氮气，或与使用其的过程可相容的任何气体。在闭锁式料斗370的操作过程中，系统中的所有阀门以关闭位置起始。然后，第一闭锁式料斗阀门376打开，以允许第一固体流26进入闭锁式料斗370。一旦闭锁式料斗370达到第一固体流26的某个水平或量，就关闭第一闭锁式料斗阀门376。然后，第一断流阀380打开，鼓风机372被操作以使用压缩气体374增加闭锁式料斗370的压力。另外，第二断流阀382也可暂时打开，以允许使用压缩气体374来经由放气管384从闭锁式料斗370中净化来自第一反应器12的任何气体。一旦闭锁式料斗370中的压力达到合适的值，就关闭第一断流阀380，停止压缩机374，并打开第二闭锁式料斗阀门378以使第一固体流能够从闭锁式料斗370中离开而进入第二反应器14。在某些实施例中，压缩机372在该过程中可保持打开，且第一断流阀380可保持打开。在清空闭锁式料斗370之后，关闭第二闭锁式料斗阀门378，闭锁式料斗370中的压力经由第二断流阀382和放气管384排放，直至闭锁式料斗中的压力再次等于第一反应器12的压力。在该排放过程中，可使用压缩机372和放气管384从闭锁式料斗370中净化在第二固体流30从闭锁式料斗370传递至第二反应器14的过程中可能已向后流动至闭锁式料斗370中的来自第二反应器14的任何气体。一旦完成净化，就关闭压缩机，并关闭所有阀门。在此时，可打开第一闭锁式料斗阀门376并重复所述过程。因此，当第二反应器14的操作压力大于第一反应器12的操作压力时，闭锁式料斗370可构造为传送固体。换言之，在传送过程中，包括闭锁式料斗370、压缩机372、第一闭锁式料斗阀门376、第二闭锁式料斗阀门378和第一和第二断流阀380和382的闭锁式料斗系统隔离第一反应器12和第二反应器14。该隔离使第一和第二反应器12和14的压力能够彼此大体上不同。另外，通过在从第一反应器12填充闭锁式料斗370之前排放来自第二反应器14的任何气体，可避免来自第一和第二反应器12和14的气体的任何混合。因此，闭锁式料斗系统为图1、2和4的系统中的各种加压进料器中的一者的另一实例。
本书面描述使用包括最佳方式的实例以公开本发明，并使得任何本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或体系以及进行任何引入的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并可包括本领域技术人员想到的其他实例。若其他实施例具有不与权利要求书的文字语言不同的结构元件，或者若它们包括与权利要求书的文字语言具有非实质性差别的等同结构元件，则这种其他实施例旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (21)

1.一种系统，其包括：
反应器-吸附器，所述反应器-吸附器构造为接收气体，其中，所述反应器-吸附器包括催化剂材料和二氧化碳（CO2）吸附材料，所述催化剂材料构造为催化气体的水煤气变换反应以产生富氢气体，所述二氧化碳吸附材料构造为从所述富氢气体中吸附CO2以产生饱和的CO2吸附材料；
再生器，所述再生器构造为接收来自所述反应器-吸附器的所述饱和的CO2吸附材料，其中，所述再生器构造为再生所述饱和的CO2吸附材料，以提供再生的CO2吸附材料和CO2；
第一固体加压进料器，所述第一固体加压进料器构造为将来自所述反应器-吸附器的所述饱和的CO2吸附材料传送至所述再生器；以及
第二固体加压进料器，所述第二固体加压进料器构造为将来自所述再生器的所述再生的CO2吸附材料传送至所述反应器-吸附器，其中，所述第一和第二固体加压进料器构造为至少大体上降低或防止所述反应器-吸附器与所述再生器之间的流体流动。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述催化剂材料和所述CO2吸附材料包括设置于所述反应器-吸附器的流化床中的催化剂粒子和CO2吸附粒子。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述流化床包括构造为从所述流化床去除热量的热交换器。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述反应器-吸附器在流动通过内室的方向上包括扩大的横截面积，所述扩大的横截面积构造为将流动速度降低至不足以携带催化剂粒子，且足以携带饱和的CO2吸附粒子离开所述反应器-吸附器的水平。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，其中所述催化剂粒子的第一密度大于所述CO2吸附粒子的第二密度，所述催化剂粒子的第一直径大于所述CO2吸附粒子的第二直径，所述催化剂粒子的第一阻力系数小于所述CO2吸附粒子的第二阻力系数，或它们的任意组合。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反应器-吸附器构造为在第一压力下操作，所述再生器构造为在第二压力下操作，且所述第一和第二固体加压进料器至少大体上降低或防止所述反应器-吸附器与所述再生器之间的流体流动，使得所述第一压力不同于所述第二压力。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二压力与所述第一压力的比例大于大约2:1。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二压力与所述第一压力的比例小于大约0.5:1。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述再生器提供在大于大约2,800千帕的压力下的CO2。
10.根据权利要求1所述的系统，其包括构造为接收气体的预吸附器，其特征在于，所述预吸附器构造为使用CO2吸附材料来从气体中吸附CO2，以产生作为所述气体被传送至所述反应器-吸附器的贫CO2气体。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一和第二固体加压进料器包括旋转盘型加压进料器、双轨进料器、闭锁式料斗或它们的组合。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反应器-吸附器包括构造为从富氢气体中分离饱和的CO2吸附材料的第一分离系统，且所述再生器包括构造为从CO2中分离再生的CO2吸附材料的第二分离系统。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第一分离系统设置于所述反应器-吸附器的内部。
14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体包括合成气、燃料气、发生炉煤气、焦炉煤气、裂解气、城市煤气、生物合成气、其他制造气体或它们的组合。
15.一种系统，其包括：
第一反应器，所述第一反应器构造为接收第一气体流，并产生第一固体流，其中，所述第一反应器包括催化剂粒子和吸附粒子的流化床，所述第一固体流包括所述吸附粒子的一部分，且所述第一反应器构造为基本上保留所述催化剂粒子；
第二反应器，所述第二反应器构造为接收所述第一固体流，接收第二气体流，以及产生第二固体流；
第一固体加压进料器，所述第一固体加压进料器构造为将来自所述第一反应器的所述第一固体流传送至所述第二反应器；以及
第二固体加压进料器，所述第二固体加压进料器构造为将来自所述第二反应器的所述第二固体流传送至所述第一反应器，其中，所述第一和第二固体加压进料器构造为至少大体上降低或防止所述第一反应器与所述第二反应器之间的流体流动。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述第一反应器在流动通过内室的方向上包括扩大的横截面积，所述扩大的横截面积构造为将流动速度降低至不足以携带催化剂粒子，且足以携带部分吸附粒子离开所述第一反应器的水平。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述催化剂粒子的第一密度大于所述吸附粒子的第二密度，所述催化剂粒子的第一直径大于所述吸附粒子的第二直径，所述催化剂粒子的第一阻力系数小于所述吸附粒子的第二阻力系数，或它们的任意组合。
18.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述流化床包括构造为从所述流化床去除热量的热交换器。
19.一种系统，其包括：
反应器，所述反应器构造为接收气体流，并产生固体流，其中，所述反应器包括催化剂粒子和吸附粒子的流化床，所述固体流包括所述吸附粒子的一部分，且所述反应器构造为基本上保留所述催化剂粒子；以及
固体加压进料器，所述固体加压进料器构造为将所述固体流传送离开所述反应器。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述反应器在流动通过内室的方向上包括扩大的横截面积，所述扩大的横截面积构造为将流动速度降低至不足以携带催化剂粒子，且足以携带部分吸附粒子离开所述反应器的水平。
21.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述催化剂粒子的第一密度大于所述吸附粒子的第二密度，所述催化剂粒子的第一直径大于所述吸附粒子的第二直径，所述催化剂粒子的第一阻力系数小于所述吸附粒子的第二阻力系数，或它们的任意组合。
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