CN107227175B - 用于气化的系统及方法 - Google Patents

用于气化的系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107227175B
CN107227175B CN201710182760.2A CN201710182760A CN107227175B CN 107227175 B CN107227175 B CN 107227175B CN 201710182760 A CN201710182760 A CN 201710182760A CN 107227175 B CN107227175 B CN 107227175B
Authority
CN
China
Prior art keywords
feed
stage
reactor
syngas
particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201710182760.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107227175A (zh
Inventor
T.F.莱宁格尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Products and Chemicals Inc
Original Assignee
Air Products and Chemicals Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Products and Chemicals Inc filed Critical Air Products and Chemicals Inc
Publication of CN107227175A publication Critical patent/CN107227175A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107227175B publication Critical patent/CN107227175B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/463—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension in stationary fluidised beds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/721—Multistage gasification, e.g. plural parallel or serial gasification stages
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/466—Entrained flow processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/485—Entrained flow gasifiers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/50—Fuel charging devices
    • C10J3/503—Fuel charging devices for gasifiers with stationary fluidised bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/82—Gas withdrawal means
    • C10J3/84—Gas withdrawal means with means for removing dust or tar from the gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/02—Dust removal
    • C10K1/026—Dust removal by centrifugal forces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0903—Feed preparation
    • C10J2300/0906—Physical processes, e.g. shredding, comminuting, chopping, sorting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/093—Coal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0959—Oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0973—Water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1807—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water
    • C10J2300/1823—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water for synthesis gas

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)

Abstract

一种系统(10)包括可气化第一进料(21)来生成第一合成气(14)的第一反应器(12)。第一进料(21)具有第一颗粒尺寸分布(PSD1)。系统(10)还包括第二反应器(98)，其可接收第一进料(21)、第二进料(22)和第一合成气(14)的至少一部分(52)。第二反应器(98)可气化第二进料(22)来生成附加的合成气(24)，并且第二进料(22)具有不同于第一PSD的第二颗粒尺寸分布(PSD2)。第二反应器(98)包括设置在第二反应器(98)的第一端上的淘洗区(47)。淘洗区(47)可接收第一进料(21)和第二进料(22)。第二反应器(98)还包括设置在与第一端大致相对的第二反应器(98)的第二端处的流化床(51)。

Description

用于气化的系统及方法
技术领域
本文中公开的主题涉及气化系统，并且更具体地涉及反应器系统，其可与气化器一起使用来改进气化系统的效率并且调整最终产物气体的成分。
背景技术
气化器将含碳材料转变成主要由一氧化碳和氢构成的气态混合物，其被称为合成气体或合成气。例如，气化系统可包括一个或更多个气化器，其使原料在高温下与氧和水或蒸汽反应来产生合成气。合成气可用于发电、化学生产或任何其它适合的应用。在使用之前，合成气可在合成气冷却器中冷却，并且在气体处理系统中处理。
发明内容
在下面概括在范围上与最初要求权利的本发明相称的某些实施例。这些实施例不意图限制要求权利的本发明的范围，而是相反地，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概括。实际上，本发明可包含可与在下面提出的实施例相似或不同的各种形式。
在第一实施例中，一种系统包括可气化第一进料来生成第一合成气的第一反应器。第一进料具有第一颗粒尺寸分布(PSD1)。系统还包括第二反应器，其可接收第一进料、第二进料，以及第一合成气的至少一部分。第二反应器可气化第二进料来生成附加的合成气，并且第二进料具有不同于第一PSD的第二颗粒尺寸分布(PSD2)。第二反应器包括设置在第二反应器的第一端上的淘洗区。淘洗区可接收第一进料和第二进料。第二反应器还包括设置在与第一端大致相对的第二反应器的第二端处的流化床。流化床流体地联接于第一反应器，并且可经由合成气入口接收第一合成气的部分。系统还包括流体地联接于第一反应器和第二反应器的气体固体分离区段。气体固体分离区段可从淘洗区接收第一进料和第二进料的部分反应的颗粒，并且可将由第一进料和第二进料的部分反应的颗粒构成的组合进料给送至第一反应器。
在第二实施例中，一种方法包括将具有第一颗粒尺寸分布(PSD1)的第一进料供应至第一反应器，其可气化第一进料来生成第一合成气，以及将第一进料和第二进料的混合物供应至第二反应器的第一端。第二进料具有不同于第一PSD1的第二颗粒尺寸分布(PSD2)。该方法还包括将第一合成气的第一部分引导至第二反应器的第二端。第二端与第一端大致相对，使得第一合成气的第一部分的流是第二反应器中的第二进料的流的逆流。该方法还包括将第一进料与第二反应器中的混合物分离，以及气化第二反应器中的第二进料来生成附加合成气。第二反应器使用来自第一合成气的第一部分的热来气化第二进料。该方法还包括回收流体地联接于第一反应器和第二反应器的气体固体分离区段中的第一进料，以及将第一进料从气体固体分离区段引导至第一反应器来生成第一合成气。
在第三实施例中，一种系统包括第一进料系统，其包括第一研磨机、第二研磨机，以及进料组合和压紧系统。进料组合和压紧系统可经由在第一研磨机与进料组合和压紧系统之间延伸的第一进料路径接收来自第一研磨机的具有第一颗粒尺寸分布(PSD1)的第一进料，并且可经由与第一进料路径分离并且在第二研磨机与进料组合和压紧系统之间延伸的第二进料路径来接收来自第二研磨机的具有第二颗粒尺寸分布(PSD2)的第二进料。系统还包括可接收和气化第一进料来生成第一合成气的第一反应器，以及可接收第一进料、第二进料和第一合成气的至少一部分并且可气化第二进料来生成附加合成气的第二反应器。第二反应器包括设置在第二反应器的第一端上的淘洗区。淘洗区可经由在第一进料系统与第二反应器之间延伸的组合进料路径接收来自进料系统的第一进料和第二进料。第二反应器还包括设置在与第一端大致相对的第二反应器的第二端处的流化床。系统还包括在第一反应器的出口与设置在第二端上的第二反应器的入口之间延伸的流体路径。流体路径可将第一合成气供应至流化床。
技术方案1. 一种系统，其包括：
第一反应器，其构造成气化第一进料来生成第一合成气，其中所述第一进料具有第一颗粒尺寸分布(PSD1)；
第二反应器，其构造成接收所述第一进料、第二进料和所述第一合成气的至少一部分，其中所述第二反应器构造成气化所述第二进料来生成附加合成气，并且所述第二进料具有不同于所述第一PSD的第二颗粒尺寸分布(PSD2)，并且其中所述第二反应器包括：
淘洗区，其设置在所述第二反应器的第一端上，其中所述淘洗区构造成接收所述第一进料和所述第二进料；
流化床，其设置在与所述第一端大致相对的所述第二反应器的第二端处，其中所述流化床流体地联接于所述第一反应器，并且构造成经由合成气入口接收所述第一合成气的所述部分；以及
气体固体分离区段，其流体地联接于所述第一反应器和所述第二反应器，其中所述气体固体分离区段构造成接收来自所述淘洗区的所述第一进料和所述第二进料的部分反应的颗粒，并且将由所述第一进料和所述第二进料的所述部分反应的颗粒构成的组合进料给送至所述第一反应器。
技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述气体固体分离区段包括第一旋风分离器和第二旋风分离器，其中所述第一旋风分离器构造成将所述部分反应的第二进料颗粒的第一部分与所述产品合成气分离，并且所述第二旋风分离器构造成将第一进料颗粒和所述部分反应的第二进料颗粒的第二部分与所述产品合成气分离。
技术方案3. 根据技术方案2所述的系统，其特征在于，所述第一旋风分离器流体地联接于所述第二反应器，并且构造成将所述部分反应的第二进料颗粒的所述第一部分给送至所述流化床，并且所述第二旋风分离器流体地联接于所述第一旋风分离器，并且构造成将所述第一进料颗粒和所述部分反应的第二进料颗粒的所述第二部分给送至所述第一反应器。
技术方案4. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述气体固体分离区段包括旋风分离器和过滤器，其中所述旋风分离器和所述过滤器构造成将第一进料颗粒和所述部分反应的第二进料颗粒的至少一部分与所述产品合成气分离，并且其中所述旋风分离器和所述过滤器流体地联接于所述第一反应器，并且构造成将所述第一进料颗粒和所述部分反应的第二进料颗粒的至少一部分给送至所述第一反应器。
技术方案5. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述系统包括颗粒除去系统，其设置在所述第二反应器上游并且流体地联接于所述第一反应器和所述流化床，其中所述颗粒除去系统构造成从所述第一合成气除去颗粒来生成给送至所述流化床的所述合成气的所述部分。
技术方案6. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述系统包括第一反应器进料系统和第二反应器进料系统，其中所述第二反应器进料系统流体地联接于所述淘洗区和所述第一反应器进料系统，所述第二反应器进料系统构造成将所述第一进料和所述第二进料供应至所述第二反应器，并且其中所述第一反应器进料系统流体地联接第二反应器进料系统、所述第一反应器和所述气体固体分离区段，并且构造成向所述第一反应器供应所述第一进料和由所述第一进料和部分反应的第二进料颗粒构成的组合进料。
技术方案7. 根据技术方案6所述的系统，其特征在于，所述第二反应器进料系统包括构造成将所述第一进料的流引导至所述第一反应器进料系统、所述第二反应器或它们的组合的分流器。
技术方案8. 根据技术方案6所述的系统，其特征在于，所述第一反应器进料系统包括排放器。
技术方案9. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述第二反应器包括设置在所述淘洗区与所述流化床之间的锥形塔，其中所述锥形塔包括邻近于所述淘洗区的第一直径，以及邻近于所述流化床的第二直径，并且其中所述第二直径大于所述第一直径。
技术方案10. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述第二反应器包括设置在所述第二反应器的所述第一端上的进料入口，其构造成将所述第一进料和所述第二进料沿与所述产品合成气的流动方向大致相反的方向引导到所述第二反应器中。
技术方案11. 一种方法，其包括：
将具有第一颗粒尺寸分布(PSD1)的第一进料供应至构造成气化所述第一进料来生成第一合成气的第一反应器；
将所述第一进料和第二进料的混合物供应至第二反应器的第一端，其中所述第二进料具有不同于所述第一PSD1的第二颗粒尺寸分布(PSD2)；
将所述第一合成气的第一部分引导至所述第二反应器的第二端，其中所述第二端与所述第一端大致相对，使得所述第一合成气的所述第一部分的流是所述第二反应器中的所述第二进料的流的逆流；
将所述第一进料与所述第二反应器中的混合物分离；
气化所述第二反应器中的所述第二进料来生成附加合成气，其中所述第二反应器利用来自所述第一合成气的所述第一部分的热来气化所述第二进料；
回收流体地联接于所述第一反应器和所述第二反应器的气体固体分离区段中的所述第一进料；以及
将所述第一进料从所述气体固体分离区段引导至所述第一反应器来生成所述第一合成气。
技术方案12. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述方法包括回收卷吸在所述气体固体分离区段中的所述产品合成气中的部分反应的第二进料颗粒的至少一部分。
技术方案13. 根据技术方案12所述的方法，其特征在于，所述方法包括将所述部分反应的第二进料颗粒的一部分再循环回至所述第二反应器来生成附加的产品合成气。
技术方案14. 根据技术方案12所述的方法，其特征在于，所述方法包括将所述部分反应的第二进料颗粒的所述部分引导至所述第一反应器来生成所述第一合成气。
技术方案15. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述方法包括在颗粒除去系统中从所述第一合成气除去颗粒来生成供应至所述第二反应器的所述第一合成气的所述第一部分，其中所述颗粒除去系统设置在所述第一反应器下游和所述第二反应器上游。
技术方案16. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述方法包括冷却所述第一反应器中的所述第一合成气的第二部分来生成骤冷合成气，以及将所述骤冷合成气引导至流体地联接于所述第一反应器和所述第二反应器的进料制备系统，其中所述骤冷合成气实现所述第一进料和所述第二进料流动至相应的反应器。
技术方案17. 一种系统，其包括：
第一进料系统，其包括第一研磨机、第二研磨机和进料组合和压紧系统，其中所述进料组合和压紧系统构造成经由在所述第一研磨机与所述进料组合和压紧系统之间延伸的第一进料路径接收来自所述第一研磨机的具有第一颗粒尺寸分布(PSD1)的第一进料，并且经由与所述第一进料路径分离且在所述第二研磨机与所述进料组合和压紧系统之间延伸的第二进料路径接收来自所述第二研磨机的具有第二颗粒尺寸分布(PSD2)的第二进料；
第一反应器，其构造成接收和气化所述第一进料来生成第一合成气；
第二反应器，其构造成接收所述第一进料、所述第二进料和所述第一合成气的至少一部分且气化所述第二进料来生成附加合成气，其中所述第二反应器包括：
淘洗区，其设置在所述第二反应器的第一端上，其中所述淘洗区构造成经由在所述第一进料系统与所述第二反应器之间延伸的组合进料路径接收来自所述进料系统的所述第一进料和所述第二进料；以及
流化床，其设置在与所述第一端大致相对的所述第二反应器的第二端处；以及
流体路径，其在所述第一反应器的出口与设置在所述第二端上的所述第二反应器的入口之间延伸，其中所述流体路径构造成将所述第一合成气供应至所述流化床。
技术方案18. 根据技术方案17所述的系统，其特征在于，所述系统包括流体地联接于所述第一反应器和所述第二反应器的气体固体分离区段，其中所述气体固体分离区段构造成接收来自所述淘洗区的所述第一进料和所述第二进料的部分反应的颗粒，且将由所述第一进料和所述第二进料的所述部分反应的颗粒构成的组合进料经由在所述气体固体分离区段与流体地联接于所述第一反应器的进料入口的第二进料系统之间延伸的返回支路给送至所述第一反应器。
技术方案19. 根据技术方案17所述的系统，其特征在于，所述气体固体分离区段包括第一旋风分离器、第二旋风分离器和过滤器，其中所述第一旋风分离器构造成将所述部分反应的第二进料颗粒的第一部分与所述附加合成气分离，且将所述部分反应的第二进料颗粒的所述第一部分经由在所述第一旋风分离器与所述第二反应器之间延伸的第一返回支路供应至所述第二反应器，并且所述第二旋风分离器构造成将第一进料颗粒和所述部分反应的第二进料颗粒的第二部分与所述附加合成气分离。
技术方案20. 根据技术方案19所述的系统，其特征在于，所述系统包括在所述过滤器与所述第一反应器之间延伸的第二返回支路，其中所述第二返回支路构造成将所述第一进料颗粒和所述部分反应的第二进料颗粒的所述第二部分给送至所述第一反应器。
附图说明
当参照附图阅读下列详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其它的特征、方面和优点，在该附图中，相似的标记在所有附图中表示相似的部件，其中：
图1为气化系统的实施例的框图，该气化系统包括构造成生成第一合成气的气化器和构造成生成产品合成气的淋降床反应器系统；
图2为图1的气化系统的实施例的示意图，其中淋降床反应器系统包括具有两个旋风分离器和过滤器的气体固体分离区段；
图3为可与图2的气化系统一起使用的原料组合和压紧系统的实施例的示意图；
图4为示出可由图1的气化系统使用来生成合成气的第一级进料和分开的第二级进料的颗粒尺寸分布(PSD)的实施例的图表；
图5为示出图4的第一级进料和第二级进料的混合物的颗粒尺寸分布(PSD)的实施例的图表；
图6为可与图1,2,14,18和19的气化系统一起使用的淋降床反应器进料系统的实施例的示意图，其中淋降床反应器进料系统包括第一级和第二级原料研磨机和干燥器，并且各个原料研磨机接收来自原料堆的原料；
图7为可与图1,2,14,18和19的气化系统一起使用的淋降床反应器进料系统构造的研磨和干燥区段的实施例的示意图，其中淋降床反应器进料系统包括第一级和第二级原料研磨机和干燥器，并且第一级原料研磨机接收来自第二级原料研磨机的原料；
图8为可与图1,2,14,18和19的气化系统一起使用的淋降床反应器进料系统构造的研磨和干燥区段的实施例的示意图，其中淋降床反应器进料系统包括第一级和第二级原料研磨机和干燥器，并且第一级原料研磨机接收来自第二级原料干燥器的原料；
图9为可与图1,2,14,18和19的气化系统一起使用的淋降床反应器进料系统构造的研磨和干燥区段的实施例的示意图，其中淋降床反应器进料系统包括第一级和第二级原料研磨机和第一原料干燥器，并且各个原料研磨机接收来自原料堆的原料；
图10为可与图1,2,14,18和19的气化系统一起使用的淋降床反应器进料系统构造的研磨和干燥区段的实施例的示意图，其中淋降床反应器进料系统包括第一级和第二级原料研磨机和第一原料干燥器，并且第一级原料研磨机接收来自第二级原料研磨机的原料；
图11为可与图1,2,14,18和19的气化系统一起使用的淋降床反应器进料系统构造的研磨和干燥区段的实施例的示意图，其中淋降床反应器进料系统包括第一级和第二级原料研磨机，并且各个原料研磨机接收来自原料堆的原料；
图12为可与图1,2,14,18和19的气化系统一起使用的淋降床反应器进料系统构造的研磨和干燥区段的实施例的示意图，其中淋降床反应器进料系统包括第一级和第二级原料研磨机，并且第一级原料研磨机接收来自第二级原料研磨机的原料；
图13为可与图1,2,14,18和19的气化系统一起使用的淋降床反应器进料系统构造的研磨和干燥区段的实施例的示意图，其中淋降床反应器进料系统包括第一级和第二级原料研磨机和第二级原料干燥器，并且第一级原料研磨机接收来自第二级原料干燥器的原料；
图14为可与图1和2的气化系统一起使用的淋降床反应器系统的实施例的示意图，示出了图5的组合的第一级原料和第二级原料的流动；
图15为图14的淋降床反应器系统的一部分的实施例的示意图，其中流化床具有凸形底面，并且其中锥形塔具有凸形壁；
图16为图14的淋降床反应器系统的一部分的实施例的示意图，其中流化床具有凹形底面，并且其中锥形塔具有凹形壁；
图17为图14的淋降床反应器系统的一部分的实施例的示意图，其中流化床具有直底面，并且其中锥形塔具有直壁；
图18为图1的气化系统的实施例的示意图，其中淋降床反应器系统包括具有一个旋风分离器和过滤器并且不具有至流化床反应器的返回支路的气体固体分离区段；以及
图19为图1的气化系统的实施例的示意图，其中淋降床反应器系统包括具有一个旋风分离器和过滤器并且不具有至流化床反应器的返回支路以及喷射器的气体固体分离区段。
部件列表
10 两级气化系统
12 气化器
13 反应室
14 第一合成气
16 床反应器系统
24 产品合成气
18 颗粒除去系统
19 反应器进料系统
20 组合进料
21 第一级进料
22 第二级进料
23 气化器进料系统
25 组合流
26 原料
28 第二级研磨单元
30 第二级进料部分
32 第一级进料部分
34 第一级研磨单元
38 压紧系统
40 床反应器塔
271 第一级进料
42 进料干燥单元
44 第二级进料
45 给送区段
46 加压组合进料
47 淘洗区
48 启动进料
49 粗固体分离区段
50 逸出固体分离区段
51 流化床反应器
52 部分
54 淋降床返回环
54 载气
54 可为N2
56 CO2
57 第一骤冷合成气
58 第二骤冷合成气
59 流
61 水
62 流
60 氧
63 气化器仓室
64 第一骤冷室
65 熔渣流
68 KO内构件
70 第二骤冷室
151 连接器
80 轴线
82 轴线
84 轴线
86 纵向中心线
87 气化单元进料系统
90 第一Posimetric进料器
92 进料器进料器皿
94 第二Posimetric进料器
96 进料器进料器皿
98 淋降床反应器
108 第一进料喷射器
109 压力器皿
110 上圆柱壳部分
111 中间圆柱壳体部分
113 下圆柱壳部分
112 第一混合装置
130 合成气传递管线
132 第一合成气部分
134 第二合成气部分
140 骤冷水
146 第一骤冷室开口
148 阀
152 第三合成气部分
160 第二骤冷室开口
162 合成气入口
184 第二进料喷射器
188 垂直轴线
246 第一旋风分离器
248 第二旋风分离器
250 过滤器
150 气体固体分离系统
236 未加工产品合成气
189 第二混合装置
192 第一级进料箱
194 第二级进料箱
196 干燥区段
198 进料计量装置
203 压紧装置
204 环形组合喷嘴
206 中心组合喷嘴
210 压紧室
214 旋转进料通道
216 箭头
218 箭头
220 进料计量装置
226 第一长度
228 第二长度
277 部分
264 分流器
232 出口
266 背压控制阀
284 进料干燥单元
286 原料堆/供应源
290 第二级进料颗粒
292 反应的原料颗粒
293 流化床
252 颗粒
294 大于原料颗粒
296 广泛反应的细颗粒
298 导管
258 旋风分离器
316 气体驱动的排放器
300 向上面向的底板
302 垂直壁
304 向下面向的锥形壁
305 窄直径出口通路
310 角
312 角
306 锥形壁
163 窄直径出口通路
308 椭圆
320 气体驱动的排放器
318 排放器进料器皿
324 原料入口
326 气体入口
330 低压区
334 喉部
336 进料出口
335 内部镶边
340 可调整柄。
具体实施方式
将在下面描述本公开的一个或更多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可不在说明书中描述实际实施的所有特征。应当认识到，在任何这种实际实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多特定实施决定以实现开发者的特定目的，诸如符合系统相关且商业相关的约束，这可从一个实施变化到另一个实施。此外，应当认识到，这种开发努力可为复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的技术人员而言，仍将是设计、制作和制造的日常工作。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意图表示存在元件中的一个或更多个。用语“包括”、“包含”和“具有”意图是包含的，并且表示可存在除了列出的元件之外的附加元件。
本实施例大体上针对构造成通过减少原料的含水量、增大反应物与产物之间的热和质量传递的效力，以及从产品合成气回收热能来提高气化效率的气化系统。大体上，在气化期间，原料(例如，燃料)在气化器中经历部分氧化，以产生也称为合成气的合成气体。当前的气化系统构造成使用气化技术，其减少给送至气化器的原料中的进料水的量，通过使用逆流反应器构造增大热和质量传递的效力，或者通过气化附加原料来从所得的合成气回收热能。然而，认识到的是，目前没有有效利用前述技术的组合的气化系统。
已知的煤气化过程试图通过各种手段来最大化合成气生产的效率。实例包括减少给送至气化器的过多水的量、控制反应物混合以便最大化气化器内的热和质量传递的方式，以及从高温产品合成气有效回收热能。通过提高效率的这些和其它手段的明智应用，产生每单位合成气消耗的氧和/或煤的量可减少，并且保持在产品合成气中的煤进料中的能量的分数可增大。实现这些目的减少操作成本，并且改进气化过程的经济可行性。
例如，已知气化器，如固定床(亦称移动床)气化器使用逆流构造，其中相对大的块(≥6mm)的干煤通过部分反应的煤与空气或纯氧的燃烧来相对于反应器的底部处生成的热气体的向上流向下经过反应器器皿。最小化气体与煤之间的热和质量传递梯度的该逆流构造在从气体回收热能，将该热能转变成产品合成气的化学能，以及减少产生该合成气消耗的煤和氧的量时非常有效。而且，相对较大块的干煤可给送至气化器的事实意味着研磨能和气化过程中的过多水的量两者可最小化。然而，此类固定床过程已知具有可影响经济可行性的一些局限性。一个局限性在于气化器产量；大块的煤可在气化器内转变成合成气的速率由于质量传递局限性而为低的。结果，许多行列的固定床气化器大体上用于具有高目标产量的某些合成气生产设备。某些固定床过程的另一局限性可为将煤粉处理为气化器进料的部分。一旦细煤颗粒添加至固定床气化器而非连同较大的煤块缓慢下降穿过床，则细煤颗粒(≤1mm)由上升气体运送出固定床的顶部。由于常规的煤生产、运输、研磨和供给过程所有都趋于生成细粉作为过程的部分，故上升气体中的细煤颗粒的卷吸可在固定床气化过程中提出某些挑战。例如，给送至固定床气化器的煤的50%可对于固定床而言太细，导致大量不合格的煤流，其必须处理，给送至另一煤消耗过程(例如，竞争的煤气化器)，或通过一些类型的压块或粒化过程来处理，该压块或粒化过程将细煤转变成适合于给送至固定床气化器的较大的块。在所有这些情况中，固定床气化过程的经济可行性可相比于构造成处理进料中的细煤颗粒的系统降低。
在另一个实例中，已知的气化器，如两级卷吸流气化器使用主气化反应器下游的第二气化器级，以便改进效率。在一个已知系统中，卷吸流气化器用作第一级来产生热合成气，其流入垂直地定位在其之上的第二级卷吸流气化器中。在第一级中产生的热合成气上升穿过第二级时，基于水的浆料形式的附加的煤进料喷射到第二级中。在第二级内，上升的热合成气在其将其热能的一部分传递至煤水浆料时冷却，由此驱动附加合成气的产生。在该同流构造中，来自第一级的合成气和喷射到第二级中的煤水浆料沿相同方向流动，导致了热和质量传递梯度，其最初非常大，但接着在反应混合物前进穿过第二级时减小。由于热能从热的第一级合成气转移至煤水浆料并且该能量由第二级内的气化反应消耗，故离开第二级的反应产物相比于离开第一级的热合成气的高温显著更冷。在至少一个已知的两级卷吸流气化过程中，从第二级气化器回收的不完全反应的煤再循环至第一级气化器(具有或不具有附加的第一级进料)，以便生成第二级所需的热合成气。以上所述的两级气化过程通过从第一级有效地回收合成气的热能中的一些来作为第二级中产生的附加合成气的化学能来改进气化效率。以该方式，产生每单位合成气所需的氧相比于单级卷吸流气化器的氧需求减小。相比于固定床气化器，以上描述的两级卷吸流气化器具有高得多的产量。这归因于能够以包括煤水浆料进料的细煤颗粒实现的较快反应速率以及高得多的气化器操作温度。两级卷吸流气化器的较高产量给予其相比于固定床气化器的显著经济优点，尤其是对于高目标产量设备而言，因为需要更少的气化器行列。然而，第二级的同流反应器构造关于合成气生产比固定床气化器的逆流构造较不有效。而且，煤以煤水浆料的形式与过多水一起给送至第二级的事实导致了相比于固定床气化器的附加效率缺点。
给定以上实例的局限性，可合乎需要的是具有气化系统，其有效地组合所有三种技术—减少进料中的水含量、使用逆流反应器设计和使用产品合成气热能来驱动附加合成气的生产，以便构造气化器系统，其最大化气化器效率和气化器产量同时减少每单位产生的合成气的氧和煤的消耗。
如下面详细论述的，公开的实施例包括多级(例如，两级)气化系统，其包括构造成气化细原料颗粒(例如，具有大部分颗粒显著小于近似2毫米(mm)的颗粒尺寸分布)的第一级气化器(例如，反应器)，以及构造成气化粗原料颗粒(例如，具有近似250微米(μm)到近似25mm之间，近似500μm到近似20mm之间，近似1mm到近似15mm之间或近似2mm到近似10mm之间的颗粒尺寸分布)并且回收细原料颗粒的第二级淋降床反应器系统。回收的细原料颗粒可提供为用于气化器的原料。淋降床反应器系统还可从气化器中生成的合成气回收热来干燥、预热和气化粗原料颗粒，并且生成附加的合成气，由此提高气化系统的输出和效率。
图1示出了两级气化系统10的实施例，其包括构造有生成第一合成气14的反应室13的气化器12(第一级)、构造成生成产品合成气24的逆流淋降床反应器系统16(第二级)、构造成在气化器12与淋降床反应器16之间从第一合成气14除去卷吸颗粒的颗粒除去系统18、构造成将由第一级进料21和第二级进料22构成的组合进料20供应至淋降床反应器系统16的淋降床反应器进料系统19，以及构造成接收来自淋降床反应器系统16的第一级进料21和第二级进料22的部分反应的颗粒的组合流25并且将该组合流25给送至气化器12的气化器进料系统23。由两级气化系统10生成的产品合成气24包括如CO、H2、CO2和H2O的主要组分，以及如CH4、N2、Ar、H2S和COS的次要组分，以及痕量组分水平下的若干其它组分。产品合成气24可洗涤成除去污染物，并且接着用作燃料来生成电功率或用作原料来合成化学制品、氢或液体燃料。
在所示实施例中，原料26(例如，煤、石油焦或其它固体燃料)引导至第二级研磨单元28，其研磨原料26来生成第二级进料部分30和第一级进料部分32。第二级研磨单元28构造成研磨原料26，使得第二级进料部分30具有粗颗粒尺寸分布(PSD2)，如在图4的右手侧上示出的。在所示实施例中，第一级进料部分32供应至第一级研磨单元34用于附加的研磨，并且第二级进料部分30供应至进料组合和压紧系统38作为第二级进料22。第二级进料部分30可在给送至进料组合和压紧装置38作为第二级进料22之前不干燥。这部分地归因于第二级进料22可在其相对于气化器12中生成的热合成气的流流动穿过反应器塔40时在锥形淋降床反应器塔40中干燥。然而，在某些实施例中，第二级进料30可在给送至进料组合和压紧系统38作为第二级进料22之前在进料干燥器(图1中未示出)中干燥。第一级进料部分32在第一级研磨单元34中研磨来生成具有细颗粒尺寸分布(PSD1)的第一级进料271，如在图4的左手侧上示出的。在所示实施例中，第一级进料部分32在第一级进料干燥单元42中干燥来在给送至进料组合和压紧系统38之前产生干燥的第一级进料21，其中干燥的第一级进料21与第二级进料22组合来形成组合的第一级和第二级进料44。组合的第一级和第二级进料44可在加压和进料区段45中加压和计量，以生成加压组合进料46的计量流。
在气化系统10的正常稳态操作期间，加压组合进料46的计量流可引导至淋降床反应器系统16的淘洗区47来用作淋降床反应器系统16的组合的第一级和第二级进料20，如下文论述的。然而，在启动期间，减小流率的加压组合进料46可引导至气化器进料和计量系统23来用作启动进料48。气化器进料和计量系统23将启动进料48供应至气化器12，以便生成启动淋降床反应器系统16所需的第一合成气14。在淋降床反应器系统的启动之后，加压组合进料46可从气化器进料计量和给送区段23转移至淘洗区47；并且加压组合进料的流率可增大到正常操作速率，以便有助于建立气化系统10的正常稳态操作。由于气化器12大体上需要具有比淋降床反应器系统16更细的PSD的煤进料，故第二级研磨单元28、第一级研磨单元34、第一级干燥单元42以及进料组合和压紧系统38可以以如下方式操作，以产生具有由气化器所需的较细PSD的加压煤46的计量流。例如，减小流率的煤26可发送至第二级研磨单元28，并且第二级研磨单元28的全部产物可引导至第一级研磨单元34作为第一级进料部分32，同时没有煤可作为第二进料22发送至进料组合和压紧系统38。在第一级干燥单元42中干燥之后，第一级进料部分32可发送至进料组合和压紧系统38，其仅以单进料部分操作来将"组合"进料44提供至加压和进料系统45。加压和进料系统45接着加压和计量"组合"进料44来生成计量和加压的"组合"进料流46，其接着转移至气化器进料计量和给送系统23用于启动。本领域技术人员将认识到，尽管上述启动操作用作在启动期间向气化器提供适合的进料的一种方式，但将存在淋降床反应器进料系统16内的装备可设计和操作成以便向启动煤进料48提供适合的性质的其它方式。
在正常稳态操作期间，其中正常流率的计量和加压的组合进料20给送至淘洗区47，淘洗区内的空气动力将加压组合进料20分成较细的第一级进料21和较粗的第二级进料22的其原始组分。较细的第一级进料21颗粒由向上流动的合成气通过淘洗区47的顶部拉出。较细的第一级进料21颗粒和合成气一起穿过粗固体分离区段49，并且进入逸出固体分离区段50，其中所有固体与合成气分离，以便产生无颗粒的产品合成气24。由于其较大的平均颗粒尺寸，故第二级进料22下降到锥形淋降床反应器塔40中并且接着到流化床反应器51中。在第二级进料22下降时，其通过吸收来自离开颗粒除去区段18的第一合成气14的部分52的热来干燥、预热、热解并且接着气化，以生成最终产品合成气24。在第二级进料22的气化在流化床反应器51内进行时，第二级进料22的平均颗粒尺寸逐渐地减小到反应器内的向上流动的合成气将部分反应的颗粒向上拉入锥形淋降床反应器塔40中的点。一旦第二级进料22的部分反应的颗粒向上拉入锥形淋降床反应器中，则发生有利于它们的继续向上移动的两件事。首先，颗粒的直径和质量继续减小，这使得向上流动的合成气更容易继续将它们向上拉。第二，由于锥形淋降床合成气塔40沿向上方向变窄，故气体速度沿向上方向增大，并且因此不断减小的颗粒上的拉力沿向上方向增大。如下文关于图14所论述，由于这些向上增大的拉力，故第二级进料22的部分反应的颗粒向上运送穿过淘洗区47并且接着到粗固体分离区段49中。最初，部分反应的颗粒太大而不能穿过至粗固体分离区段49的顶部空间(overhead)，故它们离开粗固体分离区段的底部，并且经由淋降床返回环53返回到流化床反应器51。
最终，包括第二级进料22的颗粒充分气化，以使它们的尺寸减小到上升合成气不但将它们向上拉回到淘洗区47中，而且穿过粗固体分离区段49和逸出固体分离区段50的点。一旦在淘洗区47的上部分中，则第二级进料22的部分反应的颗粒与第一级进料21的颗粒组合，并且它们一起运送穿过粗固体分离区段49的顶部空间并且到逸出固体分离区段50中，其中所有颗粒(第二级进料22的部分反应的颗粒和第一级进料21的颗粒两者)从合成气除去来生成无颗粒产品合成气24。逸出固体分离区段50将所有固体从产品合成气24分离，并且向气化器进料和计量系统23供应由第一级进料21加第二级进料22的细部分反应的颗粒构成的组合的第一级进料25。气化器进料和计量系统23计量到气化器12中的组合的第一级进料25，以生成第一合成气14，其在颗粒除去之后，提供合成气部分52，其进入淋降床反应器系统16的流化床反应器51的底部。组合的第一级进料25可与载气54(其可为N255或CO256或第一骤冷合成气57或第二骤冷合成气58或它们的组合)组合，以便于组合的第一级进料25流入气化器12中。气化器进料计量和给送系统23将组合的进料25和载气54经由流59给送到气化器反应室13中，并且经由流62给送气化剂(例如，O2)60和水61(作为蒸汽或作为液态水)。作为备选，气化器进料计量和给送系统23将氧60经由流62给送到气化器中，并且经由单独的第三流(未示出)给送水(蒸汽或液态水)。
组合的第一级进料25、载气54、水61和氧60在气化器反应室13内的高温和高压下反应，以产生第一合成气14，其连同熔灰颗粒和非常少量的未气化的煤颗粒向下穿入气化器仓室63中。小部分合成气从仓室63向下吸入第一骤冷室64中，以便将大部分熔灰和未气化的煤颗粒连同其拉入第一骤冷室64中。在第一骤冷室64内，热气体和颗粒骤冷并且与彼此分离。称为熔渣的骤冷灰颗粒和一些未气化的煤颗粒经由熔渣流65离开第一骤冷室的底部。骤冷合成气的小部分离开第一骤冷室的侧部来形成第一骤冷合成气流57，其发送至气体调节和压缩区段用于将组合的第一级进料25给送至气化器。作为备选，第一骤冷合成气流57可发送离现场来用作燃料或原料用于合成化学制品、氢或液态燃料。仓室13中的大部分合成气和一些剩余的熔灰和未气化的煤颗粒引导到颗粒除去区段18的敲除(KO)内构件68中。合成气的第二小部分从KO内构件68向下吸入第二骤冷室70中，以便将熔灰和未气化的煤颗粒的其余部分连同其拉入第二骤冷室70中。在第二骤冷室70内，热气体和颗粒骤冷并且与彼此分离。称为熔渣的骤冷灰颗粒和其余未气化的煤颗粒经由熔渣流65离开第二骤冷室的底部。骤冷合成气的第二小部分离开第二骤冷室的侧部来形成第二骤冷合成气流58，其发送至气体调节和压缩区段用于将组合的第一级进料25给送至气化器。作为备选，第二骤冷合成气流58可发送离现场来用作燃料或原料用于合成化学制品、氢或液态燃料。颗粒除去区段18的KO内构件68中的大部分合成气向上穿过连接器151并且到淋降床反应器系统16的流化床反应器51中作为第一合成气流14的部分52，其驱动淋降床反应器系统16内的附加合成气生成反应。
图2为气化系统10的实施例的示意图。气化系统10的各种方面可关于轴向方向或轴线80、径向方向或轴线82以及周向方向或轴线84描述。例如，轴线80对应于纵向中心线86或纵长方向，轴线82对应于关于纵向中心线86的横向或径向方向，并且轴线84对应于绕着轴向轴线80(例如，纵向中心线86)的周向方向。气化系统10接收来自进料组合和压紧系统38的组合的第一级和第二级进料44，进料组合和压紧系统38为气化单元进料系统87的部分。(注意，为了图2的紧凑性，限定气化单元进料系统87的虚线仅包围图1中所示的淋降床反应器进料系统19和气化器进料系统23的元件中的一些(38,45,23)。示为图1中的标记的框的进料组合和压紧系统38在图2上以相同方式示出。图3中示出了更多细节。图1的气化器进料计量和给送系统23包括第一Posimetric进料器90和第一Posimetric进料器给送器皿92。进料器皿92作用为确保第一Posimetric进料器90的吸入部总是填充的波涌器皿。图1的加压和给送系统45包括第二Posimetric进料器94和第二Posimetric进料器进料器皿96。进料器皿96作用为确保第二Posimetric进料器94的吸入部总是填充的波涌器皿。第一Posimetric进料器和第二Posimetric进料器基本上是固体泵，即，转盘类型的固体加压进料器，其由General Electric Company(Schenectady, New York)制造。用语"Posimetric"是General Electric Company和/或其附属公司的商标。如应当注意的，任何其它适合的固体加压进料器可用于加压和给送煤进料至气化器12和淋降床反应器98。第二Posimetric进料器94设计成计量煤进料并且将其从大气压力加压至两级气化系统10的高操作压力。第一Posimetric进料器90也在高压下操作，但是主要设计成计量到气化器12中的煤进料。(由于第二Posimetric进料器94加压用于气化器12和淋降床反应器98两者的进料，故第一Posimetric进料器90仅需要克服从第一进料喷射器108的入口到逸出固体分离系统50和第一进料器皿92的排放部的穿过气化系统10的压降。)气化器12可包括压力器皿109(例如，圆柱形器皿)，其可用作作用为气化器12的压力壳体或外壳的封壳。器皿109包围上圆柱形壳部分110中的反应室13(例如，第一级反应区)、气化器12的中间圆柱形壳部分111的仓室63，以及下圆柱形壳部分113中的第一骤冷室64。
在气化系统10的正常操作期间，与中心线轴线86对准的第一进料喷射器108向反应室13供应连同气化剂60(例如，氧(O2))的由第一级进料21加第二级进料22的部分反应的细颗粒构成的组合的第一级进料25。在某些实施例中，载气54可连同组合的第一级进料25供应至流体地联接于第一Posimetric进料器90和第一进料喷射器108的第一混合装置112，以便于组合的第一级进料25流入反应室13中。除组合的第一级进料25、气化剂60和载气54之外，第一进料喷射器108可向反应室13供应气化器缓和剂61(未示出)如蒸汽或液态水。
如上文关于图1所论述，在反应室13中，组合的第一级进料25、气化剂60和在某些实施例中缓和剂61(未示出)和载气54在高温和高压下反应，以生成第一合成气14。第一合成气14可具有近似1090℃(2000oF)到近似1650℃(3000oF)之间的温度，并且包含部分反应的组合的第一级进料25的少量卷吸颗粒、熔灰和它们的混合物。在组合的第一级进料25的气化之后，所得的合成气(例如，第一合成气14)引导到仓室63。在仓室63中，第一合成气14定位在第一骤冷室64与合成气传递管线130(例如，通路、导管)之间。例如，仓室63构造成分隔第一合成气14，使得第一合成气部分132与第二合成气部分134之比在近似100:1, 50:1,20:1, 10:1, 5:1, 1:1或任何其它合乎需要比之间。
第二合成气部分134包括离开反应室13的第一合成气14中卷吸的颗粒(熔灰和少量部分反应的组合的第一级进料25)的大于大约80%到90%。第二合成气部分134中的颗粒在下圆柱形部分113中的骤冷水140的池中骤冷，由此形成熔渣混合物65(例如，骤冷熔灰加少量未反应的组合第一级进料25)。熔渣混合物65可在气化器12下游的熔渣处理系统(未示出)中处理。除熔渣混合物50之外，第一骤冷室64生成第一骤冷合成气57。第一骤冷合成气57通过第一骤冷室开口146(例如，经由喷嘴)离开第一骤冷室64。阀148可控制流动，并且/或者将第一骤冷合成气57引导至系统10的其它构件。例如，在图1中所示的一个实施例中，第一骤冷合成气57可调节成除去卷吸的细颗粒和水分，压缩并且再循环至气化过程来用作载气。例如，调节、压缩和再循环的第一骤冷合成气可用作至气化器12的第一组合级进料25的载气54。作为备选，其可用作至淋降床反应器系统16的组合的第一级和第二级进料20的载气54。在另一个实施例中，阀148可朝产品合成气24引导第一骤冷合成气57，使得第一骤冷合成气57流和产品合成气24流在淋降床反应器系统16的下游组合。在又一个实施例中，阀148可朝其它处理单元引导第一骤冷合成气57，其中第一骤冷合成气可用作原料用于产生化学制品、氢或电功率。
如上文所论述，在仓室63中生成的第二合成气部分134包括卷吸在第一合成气14中的颗粒的大于近似80%到90%。因此，第一合成气部分132具有减小的颗粒负载(例如，小于近似10%到20%)。合成气传递管线130流体地联接于熔渣敲除罐(SKOP)18，其连同仓室63和第一骤冷室64用作第二级颗粒敲除件，以完成第一合成气部分132中的任何剩余卷吸颗粒的除去。一起来看，仓室63和第一骤冷室(第一级颗粒除去)和SKOP18(第二级颗粒除去)包括关于图1描述的两级颗粒除去系统。SKOP18包括一组熔渣敲除(KO)内构件68、第二骤冷室70以及至淋降床反应器系统16的流化床反应器51的底部入口的连接器151。类似于仓室63，SKOP内构件68将第一合成气部分132的第三合成气部分152引导至设置在SKOP18内的第二骤冷室70，并且朝淋降床反应器系统16引导第一合成气部分132的第四合成气部分52。例如，KO内构件68构造成分隔第一合成气部分132，使得第四合成气部分52和第三合成气部分152之比为近似100:1, 50:1, 20:1, 10:1, 5:1, 1:1，或任何其它合乎需要的比。第二骤冷室70还包括骤冷水140，其便于剩余颗粒作为熔渣混合物65除去，并且生成第二骤冷合成气58。第二骤冷合成气58经由设置在第二骤冷室开口160中的喷嘴离开SKOP18。第二骤冷合成气58可与产品合成气24、第一骤冷合成气57或它们的组合组合。在某些实施例中，第二骤冷合成气58不与产品合成气24或第一骤冷合成气57组合。相反，第二骤冷合成气58在气化过程别处再循环和再使用并且/或者引导至其它工业过程来用作燃料气体或气态原料用于制造化学制品、氢或液体燃料之前，处理成与合成气24,57分离。
大致没有颗粒(例如，具有最初卷吸在第一合成气14中的小于近似5%, 2%, 1%,0.5% 或0.1%的颗粒)的第四合成气部分52经由合成气入口162引导至淋降床反应器系统16的流化床反应器51(例如，两级气化系统的第二级)，并且向供应至淋降床反应器系统16的附加原料26的气化提供热。淋降床反应器系统16内的淋降床反应器98包括从顶部到底部的淘洗区47、锥形淋降床反应器塔40和流化床反应器51。锥形淋降床反应器塔40设置在流化床反应器51下游(从第四合成气部分52的流动方向的视角)，并且流体地联接于流化床反应器51。淘洗区47设置在锥形淋降床反应器塔40下游(从第四合成气部分52的流动方向的视角)，并且流体地联接于锥形淋降床反应器塔40。与淋降床反应器98的垂直轴线188同轴地对准的第二进料喷射器184具有定位在淘洗区47的中部(从顶部到底部)中的其面向下的离开孔口，使得第二进料喷射器184向淘洗区47的中部供应组合的第一级和第二级进料20。以该方式，在组合的第一级和第二级进料20离开第二进料喷射器184时，组合的流最初沿与离开SKOP18的第四合成气部分52的流动方向大致相反(例如，逆流)的方向移动。然而，在淘洗区47内操作的空气动力的影响下，第一级进料21的较细颗粒由向上流动的合成气沿粗固体分离区段49(即，第一旋风分离器246)和逸出固体分离区段50(即，第二旋风分离器248和过滤器250)(它们一起包括气体固体分离系统150。)的方向向上拉。相比之下，第二级进料22的较粗颗粒在锥形淋降床反应器塔40内相对于第四合成气部分52的向上流动"淋降"。以该方式，第四合成气部分52将热传递至第二级进料22，并且该热经由公知的吸热气化反应使第二级进料22气化，并且生成附加合成气，该附加合成气与第四合成气部分52组合来产生未加工产品合成气236，其在所有颗粒除去时变为最终的清洁产品合成气24。因此，生成每单位合成气(例如，产品合成气24)所需的气化剂60(例如，O2)的量可相比于单级气化系统(例如，不包括第二反应器的系统)减少。就此而言，由于两级气化系统10的第二级16从第一级气化(例如，在气化器12中)期间生成的第一合成气14(例如，第四合成气部分52)回收热能作为淋降床反应器系统16中生成的产品合成气24的化学能，故气化系统10的气化效率可提高。
类似于第一进料喷射器108，第二进料喷射器184可与淋降床反应器20的中心线轴线188对准。第二进料喷射器184接收来自淋降床反应器进料制备区段19(图1中所示)的组合的第一级和第二级进料20(即，组合的粗第二级进料22和细第一级进料21)，并且将组合的进料20供应至淋降床反应器98的淘洗区47。由于其几何构造，故淋降床反应器系统16相比于气化器12具有较长的气化驻留时间。因此，粗第二级进料22的平均颗粒尺寸可大于细第一级进料21的平均颗粒尺寸。即，由于粗第二级进料22具有更多时间来在淋降床反应器系统16内反应(例如，增加的驻留时间)，故第二级进料22可具有反应不如第一级进料21中的小的细颗粒那样快的大的粗颗粒。就此而言，部分由于粗的第二级进料22相比于第一级进料21的较大平均颗粒尺寸，故可减小用于粗的第二级进料22的研磨能。此外，粗的第二级进料22可作为干进料供应至淋降床反应器98，由此减少与进料浆料相关联的过多水的除去相关联的能量消耗。因此，气化系统10的总体能量需求的减少导致相比于不包括气化器12和淋降床反应器系统16构造的其它气化系统的气化系统10的效率的提高。
如下文进一步详细论述的，进料系统87向淋降床反应器系统16供应组合的第一级和第二级进料20。组合的进料20加压并且在流体地联接于第二Posimetric进料器94和第二进料喷射器184的第二混合装置189中与载气54混合。载气54可包括N2、CO2、天然气、合成气(例如，骤冷合成气57,58)，或用于将组合的进料20传送到淋降床反应器20中的任何其它适合的气体。输送至第二混合装置189的载气54的流率可控制成使得最少量的载气54与组合进料20混合，以有助于组合进料20穿过第二进料喷射器184的稳定且可靠的流动。例如，供应至第二混合装置189的载气54的流率可仅足以克服对颗粒穿过进料喷射器184的流动的阻力。限制流入淋降床反应器98中的组合的第一级和第二级进料20的喷射速度实现了两件事。首先，其确保组合进料20不在高速下喷射，该高速运送其超过淘洗区47的底部。这加强淋降床反应器塔40未加工产品合成气236上升穿过淘洗区47来将较细的第一级进料21与组合进料20分开并且将那些较细的颗粒运送至淘洗区47的顶部空间并且运送出其的能力。未加工产品合成气236接着将淘洗的第一级进料21颗粒运送穿过粗固体分离旋风分离器246并且到细逸出颗粒分离旋风分离器248和逸出固体过滤器250中，其中那些颗粒与淋降床反应器98未加工产品合成气236分离并且朝气化器12引导。第二，限制到淘洗区47中的组合进料20的喷射速度避免将过高的初始速度给予较粗的第二级进料颗粒22，以使用于那些颗粒的向下流动的主驱动力是重力。不同于由淘洗区47内的上升合成气236在它们的流动方向上容易地反向的第一级进料21的较小较轻颗粒，第二级进料22的较大较重颗粒在近似等于淋降床反应器98内的颗粒的终端速度减去反应器内的向上上升的合成气52,236的速度的速度下沿它们的初始向下轨迹继续。向上上升的合成气52,236将拉力给予在下降的颗粒22上，这减慢它们并且减小它们的重力驱动的向下速度。因此，淋降床反应器98中的第二级进料颗粒22的驻留时间可增加，由此便于包括第二级进料22的较大(例如，较粗)进料颗粒的气化。在某些实施例中，可不使用载气54。在该特定实施例中，简单的输送管，而非第二喷射喷嘴184可用于输送组合进料20。在该情况下，用于组合进料20流动穿过输送管并且到淋降床反应器98中的驱动力仅为重力。在第二级进料22颗粒向下淋降穿过锥形淋降床反应器塔40并且最终进入流化床反应器51时，它们吸收热并且经由吸热气化反应气化。在煤颗粒气化时，它们失去质量和直径两者。在一些点处，它们变为足够小并且足够轻，使得上升合成气能够将它们向上运送回锥形淋降床反应器塔40并且向上穿过淘洗区47至粗固体分离旋风分离器246。部分反应的第二级进料22颗粒中的一些可足够小，以穿过旋风分离器并且连同第一级进料21的淘洗的细颗粒离开旋风分离器246的顶部空间。然而，许多可仍太大而不能沿该路径，并且因此将穿过旋风分离器246的底部来经由淋降床反应器返回支路53返回至流化床反应器51。但最终，甚至第二级进料22颗粒中的最大颗粒充分气化，使得它们变得足够小且足够轻而不但向上运送回至淘洗区47，而且穿过粗固体分离旋风分离器246的顶部空间至逸出固体分离旋风分离器248和逸出固体过滤器250，其中它们连同第一级进料21的淘洗细颗粒从未加工产品合成气236除去。部分反应的第二级进料22颗粒和淘洗的第一级进料21颗粒接着作为组合的第一级进料25流入第一Posimetric进料器进料器皿92中。第一Posimetric进料器进料器皿92将组合的第一级进料25供应至第一Posimetric进料器90，其继而将组合的进料25供应至第一进料喷射器108和气化器12。在气化器12中，由第一级进料21和第二级进料22的部分反应的煤颗粒构成的组合的第一级进料25气化来生成第一合成气14，其在两级颗粒除去过程中的颗粒除去之后，变为第一合成气14的第四部分52，其进入锥形淋降床反应器98的流化床反应器51的底部。
图3为图2的气化单元进料系统87的实施例，示出了进料组合和压紧系统38以及加压和给送系统45，其在正常操作期间将组合的第一级和第二级进料20供应至淋降床反应器98的淘洗区47，或者在启动期间将第一级进料48供应至气化器进料计量和给送系统23。进料组合和压紧系统38构造成使第一级进料21与第二级进料22组合(例如，彻底混合)和压紧(例如，最小化煤颗粒之间的空隙空间)，以生成组合进料44。组合且压紧的进料44接着发送至加压和计量系统45，其中第二Posimetric进料器94加压组合进料44来生成加压组合进料46，其依靠Posimetric进料器的计量能力接着在正常操作期间作为组合的第一级和第二级进料20给送至淘洗区47，或者在启动期间作为第一级进料48给送至气化器进料计量和给送系统23。进料组合和压紧系统38包括分别储存两种进料21,22的第一级进料箱192和第二级进料箱194。在将进料21,22储存在它们的相应进料箱192,194中之前，进料21,22可通过在淋降床反应器进料系统19的研磨和干燥区段196中分别研磨至它们的期望颗粒尺寸分布PSD1和PSD2，并且分别干燥至它们的目标水分含量MC1和MC2来制备。
如图4中所示，研磨和干燥区段196可构造成研磨原料26来生成第一级进料21，其具有适合于气化器12的反应室13(例如，气化的第一级)中的气化的第一颗粒尺寸分布(PSD1)。此外，研磨和干燥区段196可研磨原料26来生成第二级进料22，其具有适合于淋降床反应器系统16(例如，气化的第二级)的锥形淋降床反应器98中的气化的第二颗粒尺寸分布(PSD2)。如图4中所示，第二级进料22相比于第一级进料21的PSD1具有较大(例如，较粗)的PSD2。此外，用于第二级进料22的PSD2可比第一级进料21的PSD1更窄。进料21,22的PSD的差别部分地归因于气化器12与淋降床反应器系统16之间的驻留时间的差异。相对而言，如果气化器反应室13内的驻留时间由T代表，则淋降床反应器系统16内的驻留时间可为1.1T,2T, 5T 10T, 20T或50T。由于气化器反应室13内的驻留时间为短的，故第一级进料21的颗粒的大部分(90%或100%)可直径小于1mm。但是，由于淋降床反应器系统内的驻留时间大体上长得多，故第二级进料22的颗粒的大部分(90%或100%)可直径大于1mm。
第一级进料计量装置198控制第一级进料21的期望流率，并且将计量的进料21引导至进料组合和压紧装置203，其流体地联接于进料箱192,194两者。进料组合和压紧装置203是收纳细固体环形组合喷嘴204、粗固体中心组合喷嘴206、压紧室210和旋转进料通道214的器皿(例如，圆柱形器皿)。如所示，细固体环形组合喷嘴204环绕(例如，包绕)粗固体中心组合喷嘴206。然而，在其它实施例中，喷嘴204不是环形的，并且不包绕喷嘴206。在另外的实施例中，环形喷嘴204与较粗的第二级进料22流体连通，并且用作粗固体环形组合喷嘴，并且中心喷嘴206与较细的第一级进料21流体连通，并且用作细固体中心组合喷嘴。如图3中所示，细固体环形组合喷嘴204如由箭头216所示接收来自第一级进料箱192的第一级进料21，并且粗固体中心组合喷嘴206如由箭头218所示接收来自第二级进料箱194的第二级进料22。类似于第一级进料21，第二级进料22经由设置在第二级进料箱196下游的第二级进料计量装置220测量。
喷嘴204和206将进料21和22分别引导到压紧室210中。压紧室210构造成组合并且彻底混合进料21,22，以生成进料组合和压紧装置203的出口处的组合的第一级和第二级进料44。压紧室210可包括一个或更多个振动器来便于进料21,22的混合。例如，一个或更多个振动器可使得较小/较细的进料颗粒(例如，第一级进料21)填充较大/较粗的进料颗粒(例如，第二级进料22)之间的间隙空间，使得组合进料44具有良好混合且紧密压紧的细和粗的煤颗粒。一个或更多个振动器可在内部(例如，设置在压紧室210内)、外部(例如，设置在压紧室210外)，或它们的组合。压紧室210的第一长度226可在进料组合和压紧装置203的第二长度228的近似25%到近似75%之间，以允许进料21,22的充分混合，并且生成具有进料颗粒的期望的混合和压紧的组合进料44。组合和压紧的进料由旋转进料通道214来移出进料组合和压紧装置203。在某些实施例中，进料通道214可为具有内表面特征的主动旋转通道，该内表面特征有助于组合进料44移出进料组合和压紧装置203并且移入下游波涌器皿96中。例如，内表面特征可包括延伸旋转通道214的长度的一个或更多个螺旋凸起，其中螺旋凸起以如下方式定向，以便提供用于进料44移动穿过通道并且移入下游波涌器皿96中的正力。
计量装置198和220的操作可以以如下方式控制，以便控制组合进料44中的第一级进料21与第二级进料22之比，组合进料44具有第三颗粒尺寸分布(PSD3)，其为PSD1和PSD2的加权组合，其中权重由第一级进料21的流率与第二级进料22的流率之比确定。图5示出离开进料组合和压紧装置203的组合进料44的示例性PSD3曲线，其表示图4中所示的独立的PSD曲线21,22的组合。如图4中所示，在按相同颗粒尺寸的出现频率规模绘制时，PSD2曲线的最大值出现为高于PSD1曲线的最大值。然而，在图5中，可归因于第二级进料颗粒的PSD3曲线的部分277现在具有小于可归因于第一级进料颗粒的PSD3曲线的部分59的最大值。例如，这可在穿过压紧室210的第一级进料21的相对流率高于穿过压紧室210的第二级进料22的流率时发生。在此类情况中，较高流率流的PSD可支配组合流的最终总体PSD。离开进料组合和压紧装置203的组合进料44的PSD3的形状可使用淋降床反应器进料制备、加压和给送系统19来操纵，以便解决原料26的反应性、用于各个进料级21,22的PSD(例如，PSD1和PSD2)，以及气化器12和淋降床反应器系统16的尺寸和几何形状。在进料21,22的混合和压紧之后，所得的组合进料44流动穿过进料通道214并且流入加压和进料系统45的第二Posimetric进料器进料器皿96中。进料器皿96作用为波涌容积，其确保至第二Posimetric进料器94的入口总是充满固体。Posimetric进料器94加压和计量组合进料44，以产生加压且计量的组合进料46。取决于分流器264的内构件的定向，加压且计量的组合进料可在正常操作期间作为组合的第一级和第二级进料20发送至淋降床反应器98的淘洗区47，或者其可在两级气化系统10的启动期间作为第一级进料48发送至气化器进料计量和给送系统23。
使第一级进料21与第二级进料22组合(例如，混合)允许第二级进料22使用固体泵如Posimetric进料器连续地给送到淋降床反应器系统16中。用于气化器12和淋降床反应器系统16两者的典型操作压力范围从近似2MPa到近似9.5MPa。通过其自身，第二级进料22可不连续地给送到此类高压环境中。其原因在于，第二级进料22特别定制成具有比第一级进料21更粗且更窄的颗粒尺寸分布(PSD2)，以便利用淋降床反应器系统16的长得多的驻留时间。更长驻留时间允许制备第二级进料22所需的研磨和干燥能相比于第一级进料21所需的显著减少。第二级进料22的该较粗且较窄的PSD2的缺点在于，颗粒之间可存在许多大的间隙空间。如果给送穿过固体泵94(由其自身)，则第二级进料22将允许来自淋降床反应器系统16的气体经由颗粒之间的大互连间隙空间显著泄漏回至泵94的入口。因此，固体泵94将不能够形成将第二级进料22加压到淋降床反应器98中所需的其入口与其出口之间的所需压差。然而，当与第一级进料21组合时，第一级进料的较细颗粒填充在较粗的第二级进料颗粒22之间的间隙空间中，以使组合进料44的颗粒的非常低孔隙度的柱运输穿过固体泵94。来自第一级进料和第二级进料两者的紧密压紧的颗粒的该低孔隙度的柱能够维持泵94的吸入部与排放部之间的非常高压力梯度，因为淋降床反应器98中的高压气体具有穿过组合进料44的非常少且非常细微的通路，通过该通路，其可泄漏回至泵94的吸入部。因此，通过使第二级进料22与第一级进料21组合(例如，彻底混合)，第二级进料可连续地给送到高压淋降床反应器98中。使第二级进料22与第一级进料21组合的附加优点在于，气化器12和淋降床反应器系统16两者(第一气化级和第二气化级两者)可仅使用一个高压固体泵94来同时供应有加压进料。
回到图2，第二进料喷射器184将组合的第一级和第二级进料20给送至淋降床反应器98的淘洗区47。当在淘洗区47中时，组合进料20的较小且较不密集的颗粒(例如，来自第一级进料21的那些)由淋降床反应器未加工产品合成气236的向上流动与较大且更密集的颗粒(例如，来自第二级进料22的那些)空气动力地分离。(未加工产品合成气236是经由开口162进入流化床反应器51的底部的第四合成气部分52、由于第二级进料22的气化而在淋降床反应器系统16内生成的附加合成气，以及第二级进料22的部分反应的颗粒的组合。合成气"未加工"意思是其还未清洁来除去颗粒。)例如，如果淘洗区47内的淋降床反应器未加工产品合成气236的流率大于较小颗粒的终端速度并且小于较大颗粒的终端速度，则较小(例如，细)颗粒将向上移动(例如，朝淘洗区47的出口232)，并且较大(例如，粗)颗粒将在由淋降床反应器未加工产品合成气236的向上流动引起的拉力减小的速率下向下移动(例如，经由重力)。淘洗区47内的组合进料20的细颗粒和粗颗粒的分离实现使用单个固体泵94将加压燃料(例如，第一级进料21和第二级进料22)同时地输送至单独的反应器(例如，气化器12和淋降床反应器系统16)，其中输送至各个反应器的燃料特别定制用于该反应器的操作特征。
来自第一级进料21的细颗粒从组合进料20淘洗，并且与第二级未加工产品合成气236平行流动(同流)。同样地，通过由于反应而损失质量和直径而变得足够小以通过淘洗区47的出口232卷吸出的第二级进料22的部分反应的颗粒也与未加工产品合成气236平行流动。第二级未加工产品合成气236流入气体固体分离区段150中，利用第二级未加工产品合成气236运送第一级进料21的细颗粒和第二级进料22的部分反应的颗粒。气体固体分离区段150包括一系列分离装置(例如，旋风分离器、过滤器或任何其它适合的分离装置)，其使包括第一级进料21加上离开淋降床反应器98的细和中等尺寸的部分反应的第二级进料22颗粒的所有还未反应的细颗粒与第二级未加工产品合成气236分离，以生成大致没有颗粒的最终产品合成气24。例如，气体固体分离区段150包括第一旋风分离器246，其构造成除去中等尺寸的部分反应的第二级进料22颗粒用于经由淋降床反应器返回环53返回至流化床反应器51，以及第二旋风分离器248，其构造成除去未反应的第一级进料21颗粒和细部分反应的第二级进料22颗粒以便清洁第二级未加工产品合成气236并且产生无颗粒的产品合成气24。此外，在某些实施例中，气体固体分离区段150包括过滤器250，其可捕获可不在旋风分离器246,248中除去的任何剩余细颗粒(例如，未反应的第一级进料21颗粒和部分反应的第二级22进料颗粒)，由此确保大致无颗粒的产品合成气24。过滤器250的非限制性实例可包括陶瓷烛式过滤器、陶瓷错流过滤器、烧结金属烛式过滤器、移动颗粒床过滤器，或构造成作用为能够从产品合成气24除去基本上所有剩余颗粒的绝对阻隔过滤器的任何其它适合的过滤装置。尽管未示出，但本领域技术人员将认识到，过滤器250可使用反脉冲气体如氮或二氧化碳的一股或更多股流，以定期除去随着时间的过去累积在过滤器元件的上游表面上的过滤颗粒块。来自第一旋风分离器246的中等尺寸的部分反应的第二级22进料颗粒经由淋降床反应器返回环53返回至反应器98用于进一步气化。类似地，在第二旋风分离器248和过滤器250中分离的细部分反应的第二级22进料颗粒和还未反应的第一级进料21颗粒引导至气化器进料计量和给送系统23，并且经由第一进料喷射器108作为组合的第一级进料25给送至气化器12。
气化器进料系统23包括固体泵进料器皿92和固体泵90。固体泵进料器皿92接收包括第一级进料21颗粒和广泛反应的第二级进料22颗粒的组合第一级进料25，它们两者由第二旋风分离器246和过滤器248与第二级未加工产品合成气236分离。由旋风分离器工作方式的性质，旋风分离器248将颗粒的稳态流输送至固体泵进料器皿92。然而，由过滤器250除去的颗粒以脉冲经由管线25流动至进料器皿92，以从过滤器元件的上游表面除去累积的过滤器块，该脉冲在每次过滤器250与气体成反脉冲时生成。因此，固体泵进料器皿92用作波涌容积，其使来自旋风分离器248和过滤器250的颗粒的流动平缓，并且将颗粒的稳态流呈现至固体泵90的入口。连接于气化器12的气化器进料计量固体泵90不同于连接于淋降床反应器98的顶部的组合进料加压和计量固体泵94。固体泵94加压并且计量到淋降床反应器98的顶部中的新鲜组合原料20，而气化器进料计量固体泵90主要计量到气化器12中的第一级进料21，同时仅提供所需的加压来将由第二旋风分离器248和阻隔过滤器250捕获的颗粒运输到气化器12中。由未反应的第一级进料21颗粒加上从未加工第二级合成气236除去的部分(广泛)反应的第二级进料22颗粒构成的组合的气化器进料25由第一固体泵90计量到紧接在气化器进料喷射器108上游的混合装置112中。在混合装置112中，组合的气化器进料25与载气54的流混合，并且经由气化器进料喷射器108传送到气化器的顶部中。载气可为氮(N2)、二氧化碳(CO2)、天然气(NG)、合成气、气化温度缓和剂，如蒸汽，或适合于用于传送煤颗粒的任何其它过程气体。高纯度氧60发送穿过气化器进料喷射器108内的单独的通道。在气化器进料喷射器108的出口平面处，气化器进料喷射器几何形状构造成彻底混合和喷射氧和气动传送的颗粒进料到气化器反应室13的顶部中。在反应室内，氧60、载气54和颗粒进料20在高温和高压下反应来产生第一合成气14。在进入流化床反应器51的底部之前，热的未加工第一级合成气接着清除颗粒(首先在仓室63中，并且接着在熔渣敲除罐18中)。
淋降床反应器进料加压和给送系统45中的分流器264可在启动期间将第一级进料21的流引导至进料和计量系统23。例如，在气化系统10的启动期间，淋降床反应器系统16并未供应有组合的第一级和第二级进料20，因为气化器12并未生成用于驱动淋降床反应器系统16中的第二级进料20的气化的第一合成气14。因此，第一级进料21的流可转移成绕过淋降床反应器系统16，以使其从淋降床反应器进料系统19直接地流动至气化器12，而非在进入气化器12之前流动穿过淘洗区47和气体固体分离区段150。第一级进料21的流可继续经由264转移，直到生成足够流率的第一合成气14，以使淋降床反应器系统16可适当地操作。在启动期间，固体泵90,94两者在接近大气压下操作。一旦第一级进料21在气化器12中气化来生成第一合成气14，则可在自动控制模式中操作的背压控制阀266保持闭合，以允许压力遍及气化系统10累积。在压力在气化系统10内积累时，由第二固体泵94生成的压差也增大，以确保第一级进料21继续流动至气化器12。由于第二固体泵94表现类似正排量类型的泵，故其将保持其加压和计量到气化系统10中的固体的能力，即使在气化系统10中的压力增大至其正常操作值时。
作为启动过程的部分，第一固体泵进料器皿92最初填充有第一级进料21，以使随后在启动过程期间，进料器皿92中存在足够的储备体积的第一级进料21来继续供给气化器12，同时分流器264的位置变为将第一级进料21的流从进料器皿92转移至淘洗区47。除允许改变分流器264的位置的足够时间外，储备体积还允许第一级进料21行进穿过第二进料喷射器184、淘洗区47和粗固体旋风分离器246来由逸出固体旋风分离器248和过滤器250捕获并且从逸出固体旋风分离器和过滤器流动至进料器皿92的时间。因此，当气化系统10加压至其正常操作压力时，分流器264的位置变为将第一级进料21的流从进料器皿92引导至淘洗区47。一旦捕获的第一级进料21颗粒的流从逸出固体旋风分离器248和过滤器250到进料器皿92建立，则气化器12可继续在气化系统10的正常操作压力下操作。注意，一旦达到气化系统10的正常操作压力，则可在自动控制模式中操作的背压控制阀266可开始开启和控制离开淋降床反应器系统16的产品合成气24的流，以便保持气化系统10的正常操作压力。一旦达到气化系统10的正常操作压力，并且建立第一级进料21的正常操作流动路径(例如，从固体泵94到进料喷射器184到淘洗区47到旋风分离器246,248和过滤器250并且最终到进料器皿92)，则淋降床反应器进料系统19的操作可改变，以便开始将第二级进料22引入到进料组合和压紧系统38和加压和给送系统45中。第一级进料21和第二级进料22两者的进料速率也从它们的启动值(对于第二级进料22而言是零)缓慢增大到它们的正常操作值。一旦气化系统10达到其正常操作压力，达到第一级进料21的流率与第二级进料22的流率的正常操作比，并且达到第一级进料21和第二级进料22两者的正常操作流率，则气化系统10启动。当然，本领域技术人员将认识到，尽管实现了前述操作目的，但氧60和载气54以及在一些实施例中气化器缓和剂61(蒸汽或液态水)的流率适合地调整以便保持期望的气化器12操作温度并且生成具有期望的成分的第一合成气14。
如以上所论述，淋降床反应器进料系统19研磨并且干燥原料26，以生成第一级进料21、第二级进料22和组合的第一级和第二级进料44。淋降床反应器进料系统19包括一定数量的单元：第二级进料研磨单元28、第一级进料研磨单元34以及在一些实施例中第二级进料干燥单元284和/或第一级进料干燥单元42，它们一起被称为研磨和干燥区段196。除包括研磨和干燥区段196的单元之外，淋降床反应器进料系统19还包括进料组合和压紧系统38，其以适当比例组合两种进料，混合两种进料以确保第二级进料的较粗颗粒良好且均匀地分散遍及第一级进料的较细颗粒，并且将第一级进料的较细颗粒和第二级进料的较粗颗粒压紧在一起，以使颗粒之间的空隙空间最小化，以便支持第一固体泵94形成从吸入部到排放部的所需压差的能力。淋降床反应器进料系统19的最后系统(加压和供给系统45)取得组合的第一级和第二级进料22，并且将其加压和计量到淋降床反应器98中。图6-13示出了淋降床反应器进料系统19的研磨和干燥区段196的若干构造。例如，在图6-8中，研磨和干燥区段196包括联接于第一级研磨单元34的第一级进料干燥器42，以及联接于第二级研磨单元28的第二级进料干燥器284。包括第二级进料干燥器284可在如下实施例中为合乎需要的，其中第二级进料22的附加干燥是期望的，以便减少整个气化系统10中的水含量，由此减小用于反应器98中的第二级进料22的气化的能量需求。在图6中所示的实施例中，各个研磨单元28,34接收来自原料堆/供应源286的原料26，并且将研磨的原料(例如，第一级进料271和第二级进料30)引导至相应的进料干燥器42,284。在其它实施例中，第一级研磨单元34并未从原料堆286接收原料26，相反，第一级研磨单元34接收来自第二级研磨单元34(如图7中所示)或来自第二级干燥器284(如图8中所示)的第一原料部分32。
在其中第一级研磨单元28和第二级研磨单元34分别接收来自原料堆286的原料26的实施例中，供应至研磨单元28,34的原料26可为相同或不同的。例如，一个研磨单元28,34可接收石油焦/煤，而另一个研磨单元28,34可接收生物质。不同原料26可包含在构造成将原料26给送至相应的研磨单元28,34的单独的原料堆286中，或者可组合成一个原料堆286。
在备选实施例，如图9-12中所示的那些中，研磨和干燥区段196不包括第二级进料干燥器284。在这些特定实施例中，第一级研磨单元34接收来自原料堆286(例如，储存箱)的原料26(见图9和11)或来自第二级研磨系统28(见图10和12)的研磨进料(例如，第一进料部分32)。第一级研磨单元34可如图9和10中所示将细研磨进料(例如，第一级进料271)给送至第一级进料干燥器284，或者如图11和12中所示直接地给送至进料组合和压紧系统38。在某些实施例中，如图13中所示，研磨和干燥区段196包括第二级进料干燥器284，并且不包括第一级进料干燥器42。在该特定实施例中，第二级研磨单元28接收来自原料堆286的原料26，研磨原料26来生成第二级进料30，并且将第二级进料30引导至第二级进料干燥器284。第二级进料干燥器284构造成将第一进料部分32引导至第一级研磨单元34，并且将第二进料部分22引导至进料组合和压紧系统38。向第一级研磨单元34给送第二级研磨单元28中生成的第一进料部分32的研磨和干燥区段196的构造可比其中第一级研磨单元34接收直接来自原料堆286的原料26的构造更成本有效。这部分地归因于原料26在第二级研磨单元28中粗磨。就此而言，用于在第一级研磨单元34中细磨原料(例如，第一进料部分32)的研磨能量要求可降低。
在其它备选实施例中，气化系统10可绕过或不包括第一级研磨系统34。相反，第一级进料21可直接从原料源给送至气化器12和进料组合和压紧系统38。例如，在某些实施例中，第一级进料21可为流体石油焦，或适合于气化器12中的气化的具有细PSD(例如，PSD1)的任何其它适合的原料。就此而言，流体石油焦可在启动期间直接地给送到气化器12中，而不在第一级研磨单元34中研磨。在某些实施例中，流体石油焦可给送至第二级进料干燥器284(例如，如果石油焦需要在给送至反应器98之前干燥)。类似地，可绕过或省略第二级研磨单元28。例如，在其中第二级进料30为生物质的实施例中，已经具有粗PSD(例如，PSD2)的进料适合于用作至淋降床反应器系统16的第二级进料22。
如应当注意的，研磨和干燥区段196可接收除原料26外的材料。例如，研磨和干燥区段196可接收添加剂，如，结渣添加剂或可研磨至期望PSD的任何其它期望的添加剂。添加剂可与第一级进料21、第二级进料22或它们的组合混合。在其中添加剂细磨并且与第一级进料21、第二级进料22或组合的第一级和第二级进料44混合的实施例中，添加剂可利用第二级未加工产品合成气236淘洗并且在气体固体分离区段150中回收。如以上所论述，回收的添加剂可连同组合的第一级进料25给送至气化器12。
图14为示出进料颗粒流入并且反应颗粒流动穿过淋降床反应器系统16的示意图，淋降床反应器系统16构造成气化第二级进料22并且将第一级进料21引导至气化器12。如以上所论述，紧接地定位在颗粒除去系统18下游的淋降床反应器系统16包括淋降床反应器98和气体固体分离区段150。在气化系统10的操作期间，第二进料喷射器184将组合的第一级和第二级进料20给送至反应器98的淘洗区47。在淘洗区47中，第一级进料21基于颗粒的尺寸和密度与第二级进料22分离。例如，在所示实施例中，第二级进料颗粒290从第二进料喷射器184向下流入锥形淋降床反应器塔40中，并且接着继续向下流入流化床反应器51中。在向下流动期间，第二级进料颗粒290从沿相反方向流动的第四合成气部分52(例如，逆流)吸收热能(例如，热)。即，第四合成气部分52从颗粒除去系统18朝淘洗区47向上流动。如应当注意的，第四合成气部分52在进入反应器98之前不骤冷。因此，第四合成气部分52提供足够的热能来预热、干燥(例如，释放内部水分)、脱挥发成分、热解和气化第二级进料颗粒290，并且在淋降床反应器98内生成附加的合成气。附加合成气在反应器98中与第四合成气部分52混合，以产生第二级未加工产品合成气236，其包括第四合成气部分52，附加合成气在淋降床反应器98内由第二级进料22加上最终充分气化的部分反应的第二级进料颗粒的气化来生成，它们向上运送并且运送出系统。在未加工第二级合成气236朝淘洗区47向上流动时，合成气236在第二级原料颗粒290沿锥形淋降床反应器塔40落下(例如，"淋降")时冷却，因此驱动第二级原料颗粒290的气化。
在淋降床反应器98中的气化过程期间，第二级进料颗粒290失去质量并且变为密度较小，由此生成部分反应的原料颗粒292。在某些实施例中，第二级原料颗粒290还减小直径。相比于新鲜第二级进料颗粒290的终端速度，反应的第二级进料颗粒292的减小的质量、密度和直径导致部分反应的进料颗粒292的较低终端速度。(使用复数用语"速度(velocities)"，因为新鲜第二级进料颗粒290和反应的第二级进料颗粒292由颗粒尺寸分布PSD2描述。)减小终端速度引起淋降第二级进料颗粒292在它们反应时在它们的下降中减慢。但是，它们进一步减慢，因为在它们沿锥形淋降床反应器塔40的长度进一步下降时，它们遇到较低向上合成气速度，以及因此较低向上拉力。在沿锥形淋降床反应器塔40的长度移动时合成气速度的该减小和向上拉力的减小的原因在于，塔直径和因此塔截面流动面积在沿向下方向移动时增大。直径和截面面积的该增大以及向上合成气速度和向上拉力的所得的减小继续，直到到达流化床反应器51，并且内径变为恒定。在反应的第二级进料颗粒292向下淋降穿过锥形塔40时，它们由于它们的减小的终端速度和减小的向上拉力而急剧减慢。第二级进料颗粒290中最小的(例如，颗粒尺寸分布PSD2的小颗粒端上的那些)可足够快地预热、干燥、热解和反应，并且可失去足够的质量、密度和直径，使得它们能够在它们反转路线并且向上运送穿过淘洗区47并且运送出淋降床反应器98的顶部之前沿锥形淋降床反应器塔40仅部分前进。然而，大部分第二级进料颗粒290将使其一直向下至流化床反应器51来作为部分反应的第二级进料颗粒292。一旦在那里，流化床内的部分反应的颗粒293将由通过底部开口162进入流化床的底部的第一合成气14的第四部分52的高速射流保持悬浮(即，保持流化)。这些部分反应的流化床颗粒293将保持在流化床反应器51中，并且将继续与合成气52反应，直到它们经历足够的质量、密度和直径损失，使得上升的合成气能够将它们向上拉回穿过锥形淋降床反应器塔40至淘洗区47(由颗粒252示出)。在那里，它们连结第一级进料21颗粒，其由于它们的小尺寸而一旦它们离开第二进料喷射器184就反转路线并且向上穿过淘洗区47。
一旦部分反应的进料颗粒292,293在流化床反应器51内充分反应，则反应的进料颗粒292,293的质量、密度和直径减小，使得未加工第二级合成气236能够向上运送颗粒。例如，在所示实施例中，颗粒252变为以合成气236卷吸，并且朝淘洗区47向上流动并且流入气体固体分离区段150中。在某些实施例中，不管流化床反应器51和锥形淋降床反应器塔40内的一些质量、密度和直径的损失，颗粒252仍具有大于来自第一级进料21的原料颗粒294的质量、密度和直径。因此，包括第一旋风分离器246(例如，粗固体分离旋风分离器)的粗固体分离系统49捕获具有大于第一级进料21,294中的颗粒的密度的质量、密度和直径的颗粒252，并且将颗粒252经由返回支路53再循环至流化床反应器51，返回支路53使第一旋风分离器246的底部与流化床反应器51联接。再循环颗粒252接着继续从第四合成气部分52吸收热能，并且继续在流化床反应器51中气化，由此生成附加第二级未加工产品合成气236并且经历质量、密度和直径的进一步损失。
颗粒252继续再循环穿过反应器98、第一旋风分离器246和返回支路53，直到颗粒252的质量、密度和直径近似小于或等于来自第一级进料21的第一级进料颗粒294的质量、密度和直径。例如，广泛反应的细颗粒296从颗粒252生成，颗粒252通过反应器98、第一旋风分离器246和返回支路53在一个或更多个循环中再循环并且经历气化。类似于颗粒252，细反应颗粒296由合成气236向上运送，并且连同第一级进料颗粒294流入气体固体分离区段150中。广泛反应的细颗粒296和第一级进料颗粒294的质量、密度和直径使得颗粒294,296能够穿过的第一旋风分离器246，并且进入导管298，导管298使第一旋风分离器246的顶部空间与第二旋风分离器248的入口联接。因此，颗粒294,296并未捕获在第一旋风分离器246中，并且连同未加工第二级合成气236流入第二旋风分离器248(例如，逸出固体旋风分离器)中。如应当注意的，可由于第二级进料22的气化而在反应器98中生成的熔渣和灰颗粒也可卷吸在合成气236中，并且在包括第二旋风分离器248和过滤器250的逸出固体分离区段50中与合成气236分离。
第二旋风分离器248构造成捕获颗粒294,296，并且将作为组合的第一级进料25的颗粒294,296的流引导至气化器进料和计量系统23。在某些实施例中，第一级进料颗粒294的一部分、广泛反应的细颗粒296或它们的组合可不捕获在第二旋风分离器248中。因此，过滤器250构造成捕获可不在旋风分离器246,258中与合成气236分离的任何剩余颗粒294,296。以该方式，系统10生成大致无颗粒的产品合成气24。捕获在过滤器250中的颗粒与来自第二旋风分离器248的颗粒组合，并且引导至气化器进料和计量系统23。颗粒294,296从第二旋风分离器248和过滤器250到气化器进料和计量系统23的流可经由重力，或由其它手段，例如气体驱动的排放器(eductor)316。如以上所论述，气化器进料和计量系统23将颗粒294,296给送至气化器12，并且颗粒294,296在反应室13中气化。
淋降床反应器系统16的构造导致用于第二级进料22的延长的驻留时间，由此提供更多时间来用于较大的更大块的进料颗粒290,292反应。例如，在低速下在反应器98的顶部处喷射组合的第一级和第二级进料20，使得用于第二级进料22的向下驱动力基本上只是重力，并且以锥形淋降床反应器塔40的几何形状减小原料颗粒和气体的速度导致反应器98中的进料颗粒290, 292, 293, 252, 296的驻留时间增加。如下面参照图15-17进一步详细论述的，淋降床反应器系统16的构件(例如，流化床反应器51、锥形淋降床反应器塔40等)的几何构造可改变成调整反应器98中的进料颗粒290, 292, 293, 252, 296的驻留时间，使得进料颗粒290, 292, 293, 252, 296具有足够时间来达到期望的反应程度。
除反应器98内的进料颗粒290, 292, 293, 252, 296的增加的驻留时间外，进料颗粒290与第四合成气部分52之间的逆流流动沿淋降床反应器98的整个长度生成第二级进料颗粒290与合成气52,236之间的相对恒定的相当大热和质量传递梯度。这是与具有沿反应器的长度迅速减小的、反应器的入口处的非常大的热和质量传递梯度的同流流动构造的显著对比。因此，反应器98的逆流流动构造用于增大从合成气52,236回收热能的效力、在反应的第二级进料颗粒290与合成气52,236之间传递质量的效力，以及将热能转变成增大流率的未加工第二级合成气236的化学能的效力。(注意，更有效的过程步骤需要较小接触面积和较小接触体积，即，较小较不昂贵装备，以完成相比于较不有效的过程步骤的热能传递或质量传递。)将第二级进料22转变成合成气时的该增大效力减小由气化系统10消耗以生成产品合成气24的原料和气化剂60的量。此外，由于淋降床反应器系统16中的反应器98构造成接收干且大/粗进料颗粒(例如，第二级进料颗粒22,290)，故减少所需的总体研磨和干燥能量以及给送至气化过程的过多水的量。因此，气化系统的总体合成气产量和气化效率可提高。
图15-17示出了用于淋降床反应器98的可能的几何构造的非限制性实例，其包括流化床反应器51、锥形淋降床反应器塔40和淘洗区47。绕着垂直轴线188的图15-17中所示的二维几何轮廓的旋转限定各个构造的三维内部几何形状。各种几何形状具有对淋降床反应器98的表现和性能的影响。在这些图中的全部三个中，流化床反应器51由垂直的窄直径入口通路162、面向上的底板300和垂直壁302限定；锥形淋降床反应器塔40由面向下的锥形壁304限定；并且淘洗区47由锥形壁304的最上部分和垂直窄直径出口通路305限定，如由各个图的顶部处的括号指示的。
在图15-17中所示的所有三种情况中，流化床反应器51具有带相同垂直长度和内径的入口通路188和垂直侧壁302。三个构造的差异为底板300的形状。在图15中，底板300具有面向上的凸形形状。在图16中，底板300具有面向上的凹形形状。在图17中，底板具有定向成与垂直轴线188成角310的直线形状。底板302的形状影响通过通路162进入的合成气(例如，第一合成气的第四部分52)射流与流化床反应器51中的气体和固体相互作用的方式。在所有情况中，入口通路162的直径制造成足够小，以使入口射流的速度总是超过第二级进料22内的最大最密集颗粒的终端速度。这确保没有颗粒能够经由入口通路162逸出穿过流化床的底部。在图16中，凹形底板300突然增大由高速入口射流(例如，第二进料喷射器184)遇到的流动截面面积，这在来自以上的气体和颗粒卷吸在射流内时最大化流化床内的再循环流型。由入口射流驱动的再循环型促进流化床反应器51内的返混，这引起流化床表现类似于连续搅拌槽反应器(CSTR)。相比之下，在图15中，凸形底板300逐渐地增大由入口射流遇到的流动截面面积，这最小化再循环流型和返混，并且引起流化床表现更类似于塞流反应器(PFR)。在图17中，底板是直的，即，不是凸形的也不是凹形的。结果，图17中的流化床的表现和性能将预计在图15中的流化床的表现和性能与图16中的流化床的表现和性能中间。CSTR的大量返混特征可增加较小颗粒中的一些的驻留时间，并且可提供遍及流化床反应器的更均匀温度。
在图15-17中所示的所有三种情况中，锥形淋降床反应器塔40具有相同的入口直径(从气体流方向的视角)、相同的出口直径和相同的垂直高度。然而，在图15中，锥形塔304的壁是向下凸形的。在图16中，锥形塔304的壁是向下凹形的。并且在图17中，锥形塔304的壁不是凸形也不是凹形的，而是具有定向成与垂直轴线188成角312的直线形状。壁304的形状影响锥形淋降床反应器塔40内的速度廓线。在固定且相等的合成气流向上移动穿过三个塔中的各个的情况下，较小直径导致较高气体速度，而较大直径导致较低气体速度。因此，锥形塔304的壁的形状将影响沿塔的垂直轴线的速度廓线。在图15中，相比于图16中的凹形壁，凸形壁迫使向上移动的气体到塔中向下降低的流的较小截面区域中。结果，图15的构造中的向上移动的合成气将开始比在图16的构造中更快加速(即，在塔中向下更慢)；并且加速度增大的速率将相比于图16更快。这意味着图15的构造可在将部分反应的煤颗粒从流化床反应器51的顶部取出并且将它们加速通过锥形淋降床反应器塔40向上返回时更有效。换言之，图15的构造将在防止较小颗粒进入和淋降到锥形淋降床反应器塔40方面更有效。相比之下，图16的构造将具有沿合成气流方向的气体速度的更逐渐的减小。这意味着其将在允许较小颗粒进入锥形塔方面更有效，并且其也可提供较长的颗粒驻留时间。该构造的较大总体内部容积可允许其具有较高第二级进料22容量。图17的构造将具有在图15和图17的廓线中间的速度廓线和性能。
各个淘洗区包括由锥形壁306的最上部分限定的会聚区段，加上由垂直的窄直径出口通路163限定的直区段。淘洗区47内的第二进料喷射器184的出口平面的近似位置由粗略位于各个区的中部中的椭圆308指示。上升合成气在其移动穿过各个淘洗区的会聚区段时加速。图15的淘洗区47的凸形会聚区段比图16的凸形会聚区段更平缓，这意味着组合的第一级和第二级进料20的较细颗粒(例如，第一级进料21颗粒)将在比它们将在图16的构造中遇到的更长的距离内遇到加速的气体速度。因此，图15的构造可在防止较细颗粒进入锥形淋降床反应器塔40时更有效，并且可在将较细第一级进料21颗粒淘洗出组合的第一级和第二级进料44方面更好。图17的构造可预计为具有在图15和16的性能之间的性能。
本领域技术人员将认识到，图15-17中所示的三个构造的元件可按各种方式组合来生成具有对反应器性能的略微不同影响的附加设计。例如，淋降床反应器98可设计有流化床反应器51和凸形锥形淋降床反应器塔壁304中的凹形底板300，以及淘洗区47的凸形下区段306。此类淋降床反应器98设计将具有流化床反应器51中的加强的返混、细部分反应的煤颗粒通过锥形淋降床反应器塔40向上返回的有效传递，以及淘洗区中的第一级进料21的高效淘洗。取决于其中此类两级气化过程10将起作用的设备的总体设计的需要，其它可能性也存在。
在某些实施例中，淋降床反应器系统16并未将部分反应的进料颗粒252经由返回支路53再循环至流化床反应器51。因此，淋降床反应器系统16可不包括具有第一旋风分离器246(粗固体分离旋风分离器)或返回支路53的粗固体分离系统49。图18和19示出了淋降床反应器系统16的实施例，其中气体固体分离系统150不包括粗固体分离系统49(即，第一旋风分离器246)或返回支路53。在这些特定实施例中，第二级进料22的PSD2使得粗固体分离系统49(即，第一旋风分离器246)和返回支路53可从气化系统10省略。第二级进料22(例如，进料颗粒290,292和293)保持在流化床反应器51中，直到进料颗粒的质量、密度和直径减小至第一级进料颗粒294的近似质量、密度和直径。减小质量的进料颗粒296可变为以合成气236卷吸，并且运送到仅包括逸出固体分离系统50(即，第二旋风分离器248和过滤器250)的修改的气体固体分离区段150中。卷吸的部分反应的第二级进料颗粒296和第一级进料颗粒294由第二旋风分离器248和过滤器250与未加工第二级合成气236分离，并且给送至气化器12，如以上参照图1,2和14所论述。
在某些实施例，如图19中所示的一个中，气化系统10包括高压排放器进料系统316(例如，文丘里排放器)，其流体地联接于具有逸出固体分离系统50的修改的气体固体分离区段150。这替换图1,2和18中所示的气化器进料计量和给送系统23，并且允许第一固体泵90从过程消除。排放器进料系统316包括可调整的气体驱动的排放器320和排放器进料器皿318。在启动期间，排放器进料器皿318直接从第二固体泵94接收第一级进料21。这允许气化器12启动以便产生第一合成气14，和第一合成气的第四部分52，其继而允许淋降床反应器98和气体固体分离系统150起动。类似于图1和2所示的启动过程，排放器进料器皿318填充来作为启动程序的部分，以便提供第一级进料21至气化器12的连续可用源，同时分流器264的位置改变，以便将第一级进料21发送至第二进料喷射器184，代替直接至排放器进料器皿318。一旦第一级进料21的流动路径转移至淋降床反应器98，并且气体固体分离系统150开始产生第一级进料21的回收流，则气化器进料材料的库存将继续保持在排放器进料器皿318内，并且排放器320将继续将从气体固体分离系统150回收的第一级进料21给送至气化器12。一旦建立固体泵94至第二进料喷射器184至气体固体分离区段150至排放器进料器皿318至排放器320至第一进料喷射器108至气化器12的流动路径，则淋降床反应器进料系统19的研磨和干燥区段196的操作可改变，以便产生由第一级进料21和第二级进料22构成的组合的第一级和第二级进料44。一旦建立组合的第一级和第二级进料44的产生，并且加压和计量的组合第一级进料20给送至淋降床反应器系统16，则部分反应的第二级进料22颗粒和淘洗的第一级进料21颗粒将由气体固体分离系统150捕获，并且组合的第一级进料25将给送至排放器进料器皿318并且最终至气化器12。在这点上，背压控制阀266可用于积累和保持两级气化系统10内的正常操作压力。应当注意的是，在气化系统生成产品合成气24并且在背压控制阀266的控制下积累压力时，进料装备自然补偿系统压力的增大。固体泵94(例如，由GE制造的Posimetric进料器)表现类似常规正排放泵，其中其排放压力总是等于其泵送到的下游系统的压力。而且，由于排放器进料器皿318流体地联接于气体固体分离系统150，故排放器进料器皿318内的压力将自然以与气化系统10的其余部分相同的速率上升。在压缩的载气54在适合高的压力下供应的情况下，排放器320可驱动成在足以克服从第一进料喷射器108的入口到排放器进料器皿318的底部的系统压降的压力下输送组合的第一级和第二级进料20。
排放器320包括连接于排放器进料器皿318的原料入口324，以及原料入口324上游的气体入口326。在气化系统10的操作期间，排放器进料器皿318接收来自气体固体分离区段150的颗粒25，并且将颗粒25经由原料入口324给送至排放器320。气体入口326联接(例如，连接)于高压动力气源(例如，载气54)，其实现颗粒25经由排放器320流动至第一进料喷射器108，其将颗粒25(例如，组合的第一级进料21和部分反应的第二级进料22)给送至气化器12。例如，在载气54移动穿过排放器320时，低压区330在排放器320的喉部334处产生。喉部334中的低压引起颗粒25从排放器进料器皿318移动到排放器320中。颗粒25与载气54混合，并且气动地运送穿过进料出口336并且到第一进料喷射器108中，其将颗粒25给送至气化器12。因此，进料可使用气体驱动的排放器320给送至气化器12，而非将第一级进料21(在启动期间)或组合的第一级和第二级进料20(在正常操作期间)经由气化器进料和计量系统23中的固体泵90给送至气化器12。
排放器320包括连接于可调整的柄340的内部镶边(trim)335，可调整的柄340可操纵成将镶边定位在喉部334内来调整喉部334的截面流动区域。就此而言，可调整的柄340和镶边335可控制到排放器320中的载气54的流率，因此控制到气化器12中的包括组合的第一级和第二级进料20(例如，第一级进料21和第二级进料22的部分反应的颗粒)的颗粒的流率。
如以上所述，系统10的某些实施例可包括由组合的第一级和第二级进料20生成第一合成气14，组合的第一级和第二级进料20包括具有适合于气化器12中的气化的细PSD1的第一级进料21和第二级进料22的部分反应的细颗粒。第一合成气14在颗粒除去系统18中处理，以除去任何卷吸的颗粒(例如，熔渣混合物65)，使得第一合成气14大致无颗粒(例如，第四合成气部分52)。系统10还使第一级进料21与具有适合于淋降床反应器98中的气化的粗PSD2的第二级进料22组合，并且将组合进料(例如，组合的第一级和第二级进料20)给送至淋降床反应器系统16。第二级进料22从大致没有颗粒的第四合成气部分52吸收热来生成附加的合成气，其与第四合成气部分52组合来生成第二级未加工合成气236。第二级未加工合成气236将第一级进料21和第二级进料22的部分反应的颗粒传送到气体固体分离区段150中。气体固体分离区段150将第二级进料22中的部分反应的颗粒的至少一部分与合成气236分离，并且使部分反应的颗粒252再循环至反应器98。此外，气体固体分离系统150将第一级进料21和来自第二级进料22的部分反应的颗粒的第二部分(例如，颗粒296)分离，并且将它们给送至气化器12来生成第一合成气14。以该方式，用于产生合成气14,24的能量需求可减小，并且对于给定量的消耗的进料煤和给定量的消耗的氧由气化系统10输出的产品合成气24的总量可增大。因此，气化系统10的气化效率可提高。
该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种系统(10)，其包括：
第一反应器(12)，其构造成气化第一进料(21)来生成第一合成气(14)，其中所述第一进料(21)具有第一颗粒尺寸分布(PSD1)；
第二反应器(98)，其构造成接收所述第一进料(21)、第二进料(22)和所述第一合成气(14)的至少一部分(52)，其中所述第二反应器(98)构造成气化所述第二进料(22)来生成产品合成气(24)，并且所述第二进料(22)具有不同于所述第一PSD的第二颗粒尺寸分布(PSD2)，并且其中所述第二反应器(98)包括：
淘洗区(47)，其设置在所述第二反应器(98)的第一端上，其中所述淘洗区(47)构造成接收所述第一进料(21)和所述第二进料(22)；
流化床(51)，其设置在与所述第一端大致相对的所述第二反应器(98)的第二端处，其中所述流化床(51)流体地联接于所述第一反应器(12)，并且构造成经由合成气入口(162)接收所述第一合成气(14)的所述部分(52)；以及
气体固体分离区段(150)，其流体地联接于所述第一反应器(12)和所述第二反应器(98)，其中所述气体固体分离区段(150)构造成接收来自所述淘洗区(47)的所述第一进料(21)和所述第二进料(22)的部分反应的颗粒(252,296)，并且将由所述第一进料(21)和所述第二进料(22)的所述部分反应的颗粒(296)构成的组合进料(25)给送至所述第一反应器(12)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体固体分离区段(150)包括第一旋风分离器(246)和第二旋风分离器(248)，其中所述第一旋风分离器(246)构造成将所述部分反应的第二进料颗粒(252,296)的第一部分(252)与所述产品合成气(24)分离，并且所述第二旋风分离器(248)构造成将第一进料颗粒(21)和所述部分反应的第二进料颗粒(252,296)的第二部分(296)与所述产品合成气(24)分离。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一旋风分离器(246)流体地联接于所述第二反应器(98)，并且构造成将所述部分反应的第二进料颗粒(252,296)的所述第一部分(252)给送至所述流化床(51)，并且所述第二旋风分离器(248)流体地联接于所述第一旋风分离器(246)，并且构造成将所述第一进料颗粒(21)和所述部分反应的第二进料颗粒(252,296)的所述第二部分(296)给送至所述第一反应器(12)。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体固体分离区段(150)包括旋风分离器(246,248)和过滤器(250)，其中所述旋风分离器(246,248)和所述过滤器(250)构造成将第一进料颗粒(21)和所述部分反应的第二进料颗粒(252,296)的至少一部分(296)与所述产品合成气(24)分离，并且其中所述旋风分离器(246,248)和所述过滤器(250)流体地联接于所述第一反应器(12)，并且构造成将所述第一进料颗粒(21)和所述部分反应的第二进料颗粒(252,296)的至少一部分(296)给送至所述第一反应器(12)。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括颗粒除去系统(18)，其设置在所述第二反应器(98)上游并且流体地联接于所述第一反应器(12)和所述流化床(51)，其中所述颗粒除去系统(18)构造成从所述第一合成气(14)除去颗粒来生成给送至所述流化床(51)的所述第一合成气(14)的所述部分(52)。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括第一反应器进料系统(23)和第二反应器进料系统(19)，其中所述第二反应器进料系统(19)流体地联接于所述淘洗区(47)和所述第一反应器进料系统(23)，所述第二反应器进料系统(23)构造成将所述第一进料(21)和所述第二进料(22)供应至所述第二反应器(98)，并且其中所述第一反应器进料系统(23)流体地联接第二反应器进料系统(19)、所述第一反应器(12)和所述气体固体分离区段(150)，并且构造成向所述第一反应器(12)供应所述第一进料(21)和由所述第一进料(21)和部分反应的第二进料颗粒(296)构成的组合进料(25)。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二反应器进料系统(19)包括构造成将所述第一进料(21)的流引导至所述第一反应器进料系统(23)、所述第二反应器(98)或它们的组合的分流器(264)。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一反应器进料系统(23)包括排放器。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二反应器(98)包括设置在所述淘洗区(47)与所述流化床(51)之间的锥形塔(40)，其中所述锥形塔(40)包括邻近于所述淘洗区(47)的第一直径，以及邻近于所述流化床(51)的第二直径，并且其中所述第二直径大于所述第一直径。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二反应器(98)包括设置在所述第二反应器(98)的所述第一端上的进料入口(182)，其构造成将所述第一进料(21)和所述第二进料(22)沿与所述产品合成气(24)的流动方向大致相反的方向引导到所述第二反应器(98)中。
CN201710182760.2A 2016-03-24 2017-03-24 用于气化的系统及方法 Expired - Fee Related CN107227175B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/080,043 US9803151B2 (en) 2016-03-24 2016-03-24 System and method for gasification
US15/080043 2016-03-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107227175A CN107227175A (zh) 2017-10-03
CN107227175B true CN107227175B (zh) 2020-11-24

Family

ID=59814345

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710182760.2A Expired - Fee Related CN107227175B (zh) 2016-03-24 2017-03-24 用于气化的系统及方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9803151B2 (zh)
CN (1) CN107227175B (zh)
DE (1) DE102017105984A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115247083A (zh) * 2022-08-22 2022-10-28 安徽科达洁能股份有限公司 一种分级气化系统及方法
CN117634204B (zh) * 2023-12-07 2024-07-30 圣泰(北京)软件科技有限公司 一种煤气化模拟方法及系统

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3236745A (en) 1966-02-22 Calcining coke
US2574503A (en) 1946-02-12 1951-11-13 Socony Vacuum Oil Co Inc Method and apparatus for hydrocarbon conversion
US2838388A (en) * 1954-04-05 1958-06-10 Texas Co Process for gasifying carbonaceous fuels
US2971823A (en) 1959-01-12 1961-02-14 Exxon Research Engineering Co Supplying heat to a hydrocarbon conversion vessel
US3715195A (en) * 1971-06-30 1973-02-06 Texaco Inc Multihydrotorting of coal
US3971635A (en) * 1974-12-23 1976-07-27 Gulf Oil Corporation Coal gasifier having an elutriated feed stream
DE2836175A1 (de) * 1978-08-18 1980-02-28 Metallgesellschaft Ag Verfahren zum vergasen fester, feinkoerniger brennstoffe
US4391612A (en) 1981-05-28 1983-07-05 The Halcon Sd Group, Inc. Gasification of coal
US4386940A (en) * 1981-10-08 1983-06-07 Cogas Development Company Gasification of carbonaceous solids
US4875919A (en) 1988-04-13 1989-10-24 Gas Research Institute Direct contact raining bed counterflow cullet preheater and method for using
US5125943A (en) 1990-08-06 1992-06-30 Gas Research Institute Combined batch and cullet preheater with separation and remixing
CN1062911C (zh) * 1994-12-29 2001-03-07 浦项综合制铁株式会社 用于铁矿石的流化床型还原设备及用此设备还原铁矿石的方法
US5690896A (en) 1995-05-05 1997-11-25 Chevron U.S.A. Inc. Distributor assembly for multi-bed down-flow catalytic reactors
US5919038A (en) 1996-02-29 1999-07-06 Fuller Company Method for the calcination of calcium carbonate bearing materials
US5992041A (en) 1997-12-12 1999-11-30 Thermo Power Corporation Raining bed heat exchanger and method of use
GB0221402D0 (en) 2002-09-14 2002-10-23 Warner Noel A Liquid metal transport gasifier
US7618558B2 (en) 2005-04-15 2009-11-17 Haldor Topsoe A/S Process for cleaning gases from gasification units
AU2012233514A1 (en) * 2011-03-31 2013-08-15 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Wet material supplying facility and gasification composite power generation system using wet material
WO2013032439A1 (en) 2011-08-30 2013-03-07 Tomasik Troy Methods of producing coiled carbon nanotubes
US8982011B1 (en) 2011-09-23 2015-03-17 Hrl Laboratories, Llc Conformal antennas for mitigation of structural blockage
CN202912917U (zh) * 2012-10-11 2013-05-01 田原宇 生活垃圾耦合流化床分级热解气化炉
US9410097B2 (en) 2013-03-15 2016-08-09 General Electric Company Methods and systems of producing a particulate free, cooled syngas product
US9604182B2 (en) 2013-12-13 2017-03-28 General Electric Company System for transporting solids with improved solids packing
CN104560217B (zh) * 2015-01-07 2017-10-27 上海尧兴投资管理有限公司 油气联产气化的方法和系统

Also Published As

Publication number Publication date
US9803151B2 (en) 2017-10-31
CN107227175A (zh) 2017-10-03
DE102017105984A1 (de) 2017-09-28
US20170275544A1 (en) 2017-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4451184A (en) Apparatus and method for feeding pulverized hydrocarbonaceous solids into a high pressure reactor
CA2835419C (en) Systems for converting fuel
EP1934311B2 (en) Method for producing a hydrocarbon product
CN101029596B (zh) 部分慢化剂旁路的方法和系统
EP2067939B1 (en) Fuel feed system for a gasifier and method of gasification systems start-up
US11193074B2 (en) All-steam gasification with carbon capture
US11572518B2 (en) Char preparation system and gasifier for all-steam gasification with carbon capture
US20160016137A1 (en) Systems and methods for converting carbonaceous fuels
US5017196A (en) Method for enhancing energy recovery from a high temperature, high pressure synthesis gas stream
US20120182827A1 (en) Process for continuous dry conveying of carbonaceous materials subject to partial oxidization to a pressurized gasification reactor
JPS6027716B2 (ja) 固体燃料からガスを製造する方法および装置
US10836567B2 (en) Pulverized-fuel supply unit and method, and integrated gasification combined cycle
CN102460020A (zh) 用于回收利用旋风分离器中固体颗粒的回料阀以及流化床反应器和其使用方法
US9175226B2 (en) Process and plant for producing char and fuel gas
EP0634470A1 (en) Transport gasifier
CN105189712B (zh) 用于再循环细灰的方法和装置
US5143521A (en) Method for producing gas using energy recovering coal feeding steps
CN107227175B (zh) 用于气化的系统及方法
WO2012031041A2 (en) System and process for gasifying biomass products
KR20140080010A (ko) 합성 가스 및 고품위 석탄의 동시 생산을 위한 건조 및 가스화 통합 공정
CN113348230A (zh) 带有固体燃料制备系统的全蒸汽气化
US3976592A (en) Production of MHD fluid
US5232466A (en) Apparatus for producing gas using energy recovering pressurizing system
US4456546A (en) Process and reactor for the preparation of synthesis gas
CN111057585B (zh) 煤流化气化的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20191227

Address after: Pennsylvania, USA

Applicant after: Air Products and Chemicals, Inc.

Address before: New York State, USA

Applicant before: General Electric Co.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20201124