CN109070156B - 两阶段能量集成产物气体发生系统和方法 - Google Patents

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Abstract

多阶段产物气体发生系统将碳质材料(诸如城市固体废物)转化成产物气体，该产物气体随后可以转化成液体燃料或其它材料。含有床料的一个或多个反应器可用于进行反应以实现转化。可以使用一部分产物气体将存在于碳质材料中的未反应的惰性原料污染物与床料分离。从一个阶段中的反应收集热量的传热介质可以在另一个较早阶段用作反应物输入。

Description

两阶段能量集成产物气体发生系统和方法
技术领域
本公开涉及碳质材料的热化学转化领域。
背景技术
世界对石油和天然气的依赖已经到了供需关系变得严峻的时代。这些情况使得需要对于以下起关键作用的创新的能源和环境技术：调解气候变化、减少温室气体排放、减少空气和水污染、促进经济发展、扩大能源供应选择、增加能源安全、减少美国对进口石油的依赖以及加强农村经济。现在必须引入和商业化能源转换系统和工艺，以经济成本以环境友好的方式使用替代能源，并将丰富的碳质材料资源转化为清洁、价格合理、国内生产的可再生燃料，和高价值产品。
需要新技术以便以节能的方式开发替代能源和原料以实现可持续经济发展，同时保持清洁和无污染的环境。所需技术必须具有足够的灵活性、热效率、能源集成、环境清洁和成本效益，以便能够使用丰富的碳质材料来生产清洁且具有成本效益的能源。此外，减少世界储备和减少原油供应已为替代燃料的开发和使用创造了相当大的动力。近年来，化石烃液体和气体的不断增加的价值已经将研究、开发、部署和商业化导向将碳质材料用于燃料目的的可能性。特别是，注意力集中在碳质材料的热化学转化上。
含有床料流化床的反应容器非常适合于实现热化学过程以将碳质材料转化为产物气体。当将一定量的颗粒床料置于反应器容器中的适当条件下以使床料表现为流体时，形成流化床。这通常通过引入加压蒸汽、二氧化碳、含氧气体和/或任何其它气体或蒸汽来流过颗粒床料来实现。这导致床料具有许多正常流体的性质和特性。
通过使用流化床反应器将碳质材料(诸如城市固体废物(MSW))转化为产物气体提出了极其困难的挑战。这本质上是由于MSW中存在的惰性污染物。MSW，在美国通常被称为废物或垃圾，是由公众丢弃的日常物品组成的废物类型。惰性污染物不能转化为产物气体，但是MSW碳质材料的其它部分可以被转化为产物气体。相反，MSW惰性污染物积聚并累积在反应器内所含的床料量内，从而抑制和破坏反应器实现床料的适当流化以发生任何热化学过程的能力。
在根据Geldart(D.Geldart，Powder Techn.7,285-293,1973)应用气体/固体系统的分级时，如果流化床含有大部分容易流化的Geldart B组床料，如果Geldart D组固体(惰性污染物)在流化床内累积，流化将减少。
Geldart D组固体可以是与MSW一起引入的惰性原料污染物。或者Geldart D组固体可以通过Geldart A组或Geldart B组固体的附聚产生。尽管如此，具有Geldart B组固体特征的平均床颗粒的流化床可以通过相对较大、较粗和/或较重的Geldart D组固体的积聚或累积而变得反流体化，所述固体从外部源引入流化床，诸如随MSW。此外，可以通过一种或多种类型的Geldart固体组的可预测的，有时是期望的附聚或生长来引起反流体化，所述固体组一起融合或结合或生长以形成更大的Geldart固体组。
与引入流化床的平均床颗粒特征相比，较大的Geldart颗粒的不可预测和不可避免的积聚可能导致反流体化。Geldart D组固体在具有Geldart B组固体的平均床颗粒特征的流化床中的累积经常导致流化床中的反流化或停滞区，并且反过来要求增加流化速度以维持流化质量。
流化床通常具有Geldart B组固体的平均床颗粒特征，通常没有与Geldart A组或Geldart D组固体的重叠。因此，希望能够除去可能在Geldart B组固体的流化床内累积的Geldart D组固体，以保持流化床的连续操作。此外，一些流化床系统具有Geldart A组固体的平均床颗粒特征，通常没有与Geldart B组或Geldart D组固体的重叠。因此，还希望能够除去任何可能累积在主要为Geldart A组固体的流化床内的Geldart B组或Geldart D组固体，以保持流化床的连续操作。因此，需要一种新的流化床方法，该方法更适合于在连续和不间断的基础上操作，通过适应较小型Geldart固体的尺寸和密度分级，以再循环回流化床，同时从系统中除去相对较大的Geldart型固体。
发明内容
本文公开了与碳质材料热化学转化为产物气体、可再生燃料、能源产品如电力和化学品有关的创新和先进系统和方法，该系统包括：两阶段能量集成产物气体发生系统和至少一个系统选自原料制备系统、原料输送系统、颗粒分级系统、一次气体净化系统、压缩系统、二次气体净化系统、合成系统、升级系统和发电系统。
更具体地，本公开提供了热集成的热化学反应系统和用于将碳质材料转化为产物气体的方法。更具体地，本公开涉及热集成的连续吸热和下游放热热化学反应和用于将碳质材料原料热化学转化成产物气体的方法。更具体地，本公开涉及与热交换器流体连通的第一反应器，所述热交换器与以放热模式操作的下游反应器热接触，以为在第一反应器内发生的吸热反应提供反应物。更具体地，所公开的系统和方法适用于生产用于炼油厂上层结构的产物气体，用于将碳质材料转化为可再生燃料和其它有用的化合物，包括汽油、柴油、喷气燃料、乙醇、醇和电力。
本公开还涉及采用能量集成的两阶段热化学产物气体发生系统的方法，该系统被设计成有效地将碳质材料转化为广谱资源和包括清洁能源和化学产品的增值产品。一些实施方式强调热化学反应系统领域的进步，其采用吸热和下游放热反应环境来共享能量并产生产物气体。因此，本公开的目的是利用系统和方法使第一反应器与热交换器流体连通，所述热交换器与以放热模式操作的第二反应器热接触，以为在第一反应器内发生的吸热反应提供反应物。因此，本公开的目的是利用用于第一反应器的系统和方法，所述第一反应器与热交换器流体连通，所述热交换器与下游一次气体净化系统热接触。一次气体净化热交换器被配置成从第一反应器或第二反应器中产生的至少一部分产物气体中移除热量，并提供用于第二反应器热交换器的热传递介质，所述第二反应器热交换器与以放热模式操作的第二反应器热接触，进而为在第一反应器内发生的吸热反应提供反应物。
本公开的另一个实施方式是提供一种两阶段产物气体发生系统，其被配置成由碳质材料产生产物气体，该系统包括第一反应器、下游反应器和与下游反应器热接触的热交换器。第一反应器具有第一内部、第一反应器碳质材料输入、第一反应器反应物输入和第一反应器产物气体输出。下游反应器具有内部、和与第一反应器产物气体输出流体连通的焦炭输入。下游反应器还具有含氧气体输入、产物气体输出和与其内部热接触的热交换器。与下游反应器热接触的热交换器具有入口和传热介质出口，所述入口被配置成在入口温度接收传热介质，所述传热介质出口被配置成在较高的出口温度输出传热介质。第一反应器反应物输入与传热介质出口流体连通，并被配置成将至少一部分所述传热介质作为第一反应器的反应物引入第一内部。至少一部分所述传热介质也可用作下游反应器的反应物。
本公开的目的是利用系统和方法使用包括第一反应器、第一固体分离装置、下游反应器和下游反应器热交换器的两阶段能量集成产物气体发生系统将碳质材料转化为产物气体的系统和方法，所述下游反应器热交换器被配置成将热量从下游反应器传递到以用作第一反应器中反应物的传热介质。更具体地，在实施方式中，下游反应器热交换器被配置成将热量从下游反应器传递到以用作下游反应器中反应物的传热介质。在实施方式中，第一反应器被配置成接收存在于下游反应器内部的颗粒状传热材料。
在实施方式中，第一反应器被配置成接收蒸汽作为反应物，以便以吸热模式操作。在实施方式中，第一反应器被配置成接收二氧化碳作为反应物，以便以吸热模式操作。在实施方式中，第一反应器被配置成接收含氧气体以便以放热模式操作。在实施方式中，第一反应器被配置成接收蒸汽和含氧气体，以便以吸热和放热模式操作。在实施方式中，第一反应器被配置成接收蒸汽、含氧气体和二氧化碳，以便以吸热和放热模式操作。
在实施方式中，第一反应器配备有与第一反应器的第一内部热接触的热交换器，以实现吸热反应。在实施方式中，辅助热交换器被配置成将热从燃烧流传递到以用作第一反应器的反应物的辅助热交换器传热介质。在实施方式中，辅助热交换器传热介质出口导管与第二反应器传热介质入口流体连通，从而将辅助热交换器传热介质供应到第二反应器热交换器。
在实施方式中，第二反应器热交换器的至少一部分传热介质可以被引入在第一反应器或第二反应器中发现的床料区的任何组合中。在这方面，第一和第二反应器可各自被认为具有在床区的下部形成的致密床区、在床区的中部形成的进料区，以及在床区的上部形成的飞溅区，其紧邻反应器的干舷区的下方。可以理解，在床料内，致密床区位于进料和飞溅区下方，飞溅区位于致密床区和进料区上方，进料区位于致密床区和飞溅区之间。还应理解，就本发明目的而言，致密床区和进料区之间的边界是将碳质材料诸如MSW、焦炭或任何其它原料引入反应器的最低点。
在实施方式中，第一反应器配备有致密床区、进料区和飞溅区，以及第一反应器碳质材料输入阀、传感器和控制器。在实施方式中，多个碳质材料输入和多个进料区蒸汽/氧气输入定位在第一反应器进料区中，并且多个飞溅区蒸汽/氧气输入定位在飞溅区中。在实施方式中，详细描述了各种几何第一反应器进料区横截面视图，诸如圆形或横截面视图。在实施方式中，六个第一反应器碳质材料输入中仅两个被配置成将碳质材料注入垂直延伸的象限。在实施方式中，在第一反应器的不同垂直高度的不同平面处将至少两种碳质材料输入物引入第一反应器的内部。
在实施方式中，第二反应器配备有致密床区、进料区和飞溅区，以及第一固体分离装置、第二固体分离装置、固体流量调节器、提升管、浸入管和阀、传感器和控制器。在实施方式中，第二反应器进料区横截面包括：一个第一固体分离装置；四个第二反应器第一个焦炭输入；和四个进料区蒸汽/氧气输入；其中组合的反应器产物气体导管被配置成将第一反应器产物气体与第二反应器产物气体混合。在实施方式中，第一反应器产物气体不与第二反应器产物气体组合。在实施方式中，第二反应器进料区横截面包括：两个第一固体分离装置；两个固体流量调节器；四个第二反应器第一焦炭输入；四个进料区蒸汽/氧气输入；并且，其中组合的反应器产物气体导管被配置成将第一反应器产物气体与第二反应器产物气体混合。
在实施方式中，前管板式热交换器与第一反应器热接触。在实施方式中，前管板式热交换器和后管板式热交换器都与第一反应器热接触。在实施方式中，前管板传热介质出口和后管板传热介质出口都与第二反应器传热介质入口流体连通，使得至少一部分流体离开前管板传热介质出口和后管板传热介质出口在第二反应器传热介质入口处作为所述传热介质的至少一部分提供。在实施方式中，包括整体前管板式热交换器的第一反应器热交换器网络与蒸汽鼓流体连通。在实施方式中，包括整体前管板式热交换器和整体式后管板式热交换器的第一反应器热交换器网络与蒸汽鼓流体连通。在实施方式中，两个颗粒分级容器(也称为分级器)被配置成接收床料和惰性原料污染物混合物和分级器气体，并将床料部分分级或清洁并再循环回第一反应器的第一内部，同时将惰性原料污染物部分和附聚物(如果有的话)作为固体输出从系统中除去。
本公开的另一个目的是描述使用具有第一内部的第一反应器和具有第二内部的第二反应器由碳质材料生产第一反应器产物气体和第二反应器产物气体的方法，该方法包括：(a)在加热和不存在蒸汽的情况下热解碳质材料以产生含有焦炭的第一反应器产物气体；(b)将焦炭与第一反应器产物气体分离；(c)使分离的焦炭与含氧气体在第二反应器中反应，以产生第二反应器产物气体；(d)将热量从第二反应器通过热交换器传递到传热介质；(e)将至少一部分传热介质引入第一反应器的第一内部，以提供所述热量用于热解。
本公开的另一个目的是描述使用具有第一内部的第一反应器和具有第二内部的第二反应器由碳质材料生产第一反应器产物气体和第二反应器产物气体的方法，该方法包括：(a)使碳质材料与蒸汽在第一反应器中反应，以产生含有焦炭的第一反应器产物气体；(b)将焦炭与第一反应器产物气体分离；(c)使分离的焦炭与含氧气体在第二反应器中反应，以产生第二反应器产物气体；(d)将热量从第二反应器通过热交换器传递到传热介质，传热介质包括蒸汽；(e)将已经由第二反应器加热的至少第一部分蒸汽引入第一反应器，以与碳质材料反应；(f)将由第二反应器加热的第二部分蒸汽引回第二反应器的第二内部，以与分离的焦炭反应；(g)在第一反应器热交换器中燃烧燃料源以形成燃烧流；用所述燃烧流间接加热存在于第一反应器中的颗粒状传热材料，以提供使碳质材料反应所需的至少一部分热量；(h)在第一压力下操作第一反应器并在高于第一压力的第二压力下操作第二反应器；(i)将颗粒状传热材料从第二反应器内部转移到第一反应器内部，以促进碳质原料和蒸汽之间的反应。
在实施方式中，所述使用具有第一内部的第一反应器和具有第二内部的第二反应器从碳质材料制备第一反应器产物气体和第二反应器产物气体的方法包括：(a)在第一反应器热交换器中燃烧燃料源以形成燃烧流；(b)用所述燃烧流间接加热存在于第一反应器中的颗粒状传热材料，以在第一反应器中提供使碳质材料与蒸汽反应并且任选还与二氧化碳和/或含氧气体反应以产生含有焦炭的第一反应器产物气体所需的至少一部分热量；(c)将焦炭与第一反应器产物气体分离；(d)使分离的焦炭与含氧气体在第二反应器中反应，以产生第二反应器产物气体；(e)将热量从第二反应器通过热交换器传递到传热介质，传热介质包括蒸汽；和(f)将已经由第二反应器加热的至少第一部分蒸汽引入第一反应器，以与碳质材料反应；其中：第一反应器在第一反应器压力下操作；和第二反应器在第二反应器压力下操作，该第一反应器压力大于第二反应器压力。
本公开的另一个目的是描述一种将碳质材料转化为至少一种液体燃料的方法，该方法包括：(a)在原料输送系统中混合碳质材料和二氧化碳；(b)通过(i)在第一反应器中使碳质材料与蒸汽反应以产生含有焦炭的第一反应器产物气体，生产第一反应器产物气体和第二反应器产物气体；(ii)从第一反应器产物气体中分离出焦炭；(iii)使分离的焦炭与含氧气体在第二反应器中反应，以产生第二反应器产物气体；(iv)将热量从第二反应器通过热交换器传递到传热介质，传热介质包括蒸汽；(v)将已由第二反应器加热的至少第一部分蒸汽引入第一反应器，与碳质材料反应；(c)压缩第一和/或第二反应器产物气体，从而形成压缩产物气体；(d)从压缩产物气体中除去二氧化碳，并将至少第一部分除去的二氧化碳供给原料输送系统，以便在步骤(a)中与碳质材料组合；(e)在除去二氧化碳后使压缩产物气体与催化剂反应；(f)在压缩产物气体与催化剂反应之后，从压缩产物气体合成至少一种液体燃料。
本公开的另一个目的是描述一种将碳质材料转化为至少一种液体燃料的方法，该方法包括：(a)在原料输送系统中组合碳质材料和二氧化碳；(b)将组合的碳质材料和二氧化碳引入含有第一颗粒状传热材料的第一反应器中；(c)将蒸汽引入第一反应器；(d)使碳质材料与水蒸汽和二氧化碳在吸热热化学反应中反应，生成含有焦炭的第一反应器产物气体；(e)将一部分焦炭引入含有第二颗粒状传热材料的第二反应器中；(f)将含氧气体引入第二反应器；(g)使焦炭与含氧气体在第二反应器中反应，在放热的热化学反应中生成第二反应器产物气体；(h)经由第二反应器热交换器将热量从放热热化学反应传递到与第二反应器热接触的第一传热介质，传热介质包括蒸汽；(i)将至少一部分加热的第一传热介质引入第一反应器中，用作(c)中的蒸汽源；(j)压缩第一和/或第二反应器产物气体，从而形成压缩产物气体；(k)从压缩产物气体中除去二氧化碳，并将至少第一部分除去的二氧化碳供给原料输送系统，以便在步骤(a)中与碳质材料组合；(l)在除去二氧化碳后使压缩产物气体与催化剂反应；(m)在压缩产物气体与催化剂反应后，从压缩产物气体合成至少一种液体燃料。此外，清洁第一颗粒状传热材料可以用第二部分的除去的二氧化碳完成，以从第一反应器中除去惰性原料污染物。
在实施方式中，颗粒状传热材料可以从第二反应器的内部转移到第一反应器的内部。在实施方式中，分离的焦炭可以与蒸汽在第二反应器中反应以产生第二反应器产物气体。在实施方式中，至少一部分传热介质可用作第二反应器中的反应物。在实施方式中，碳质材料也可以与含氧气体反应以产生含有焦炭的第一反应器产物气体。在实施方式中，燃料源可在第一反应器热交换器中燃烧以形成燃烧流，所述燃烧流间接加热第一反应器中的颗粒状传热材料。在实施方式中，第二反应器在大于第一反应器的压力下操作。在实施方式中，通过使用颗粒状传热材料促进第一反应器中碳质材料和蒸汽之间的反应。
本公开还涉及使用连续、不间断和可靠的流化床热化学反应器和颗粒分级系统从碳质材料产生产物气体。更具体地，本公开还涉及一种连续操作的产物气体发生系统，其与用于清洁床料的颗粒分级容器集成，通过分离经由尺寸和密度分级较小的Geldart固体用于再循环回第一反应器并允许去除经由分级器容器从系统中获得相对较大的Geldart固体。本公开的内容特别适用于由城市固体废物(MSW)或垃圾衍生燃料(RDF)生产产物气体，这是由于第一反应器和分级器之间的改进协作以适应连续、不间断和可靠的产物气体生成尽管碳质材料原料表征存在不可预测的变化。本公开进一步涉及介导不可避免地引入碳质材料中包含的惰性污染物的系统和方法，否则这些惰性污染物倾向于累积在流化床内，从而导致反流化和计划外停机和维护。在实施方式中，具有包括Geldart B组固体的平均床颗粒特征的流化床可以接受具有Geldart D组的惰性原料污染物的固体MSW碳质材料，其不能被热化学转化为产物气体，而是不可避免地在致密流化床内累积不可预测的水平，导致反流化并最终需要过程终止或关闭。
本公开的另一个目的是提供一种产物气体发生系统，其被配置成从碳质材料产生产物气体和分级的惰性原料污染物，该系统包括：第一反应器和多个颗粒分级容器。具体地，第一反应器被配置成将床料和惰性原料污染物混合物输出到分级器。更具体地，分级器气体输入被配置成将分级器气体输入到分级器内部，以清洁和分离床料部分以引导至第一反应器。更具体地，分级器惰性原料污染物输出被配置成输出分级的惰性原料污染物。
本公开的另一个目的是描述用于将含有惰性原料污染物的MSW转化为产物气体的城市固体废物(MSW)能量回收系统，该系统包括：(a)第一反应器，其包括：第一反应器内部，其适用于容纳床料和在蒸汽存在下使MSW发生吸热反应以产生产物气体；第一反应器碳质材料输入，用于将MSW引入第一反应器内部；第一反应器反应物输入，用于将蒸汽引入第一内部；第一反应器产物气体输出，通过该输出产物气体被除去；分级的再循环床料输入，其与第一反应器内部的上部流体连通；颗粒输出，其连接到第一反应器内部的下部，并且床料和未反应的惰性原料污染物的混合物通过该颗粒输出选择性地离开第一反应器内部；(b)多个颗粒分级容器，其与第一反应器内部流体连通，每个容器包括：(i)连接到颗粒输出的混合物输入，用于从第一反应器内部接收所述混合物；(ii)连接到分级器气体源的分级器气体输入，用于接收分级器气体以促进所述床料与所述容器内的所述未反应的惰性原料污染物的分离；(iii)床料输出，其经由分级器提升管连接到第一反应器内部的分级的再循环床料输入，用于将从所述混合物分离的床料返回到第一反应器内部；(iv)污染物输出，用于除去在容器内的从所述混合物中分离出的未反应的惰性原料污染物。
本公开的另一个目的是描述用于将含有惰性原料污染物的MSW转化为产物气体的城市固体废物能量回收系统，该系统还包括：位于颗粒输出和混合物输入之间的混合物转移阀，以选择性地控制所述混合物从第一反应器到容器的转移；位于分级器气体源和分级器气体输入之间的分级气体转移阀，以选择性地将所述分级器气体提供给容器；位于床料输出和分级的再循环床料输入之间的床料提升管再循环转移阀，以选择性地将从所述混合物分离的床料返回到第一反应器内部；惰性原料污染物排放阀，其被配置成选择性地除去已从所述混合物中分离出的未反应的惰性原料污染物。
本公开的另一个目的是描述用于将含有惰性原料污染物的MSW转化为产物气体的城市固体废物(MSW)能量回收系统，其中该系统还包括各个容器，其包括分级器减压气体输出；和减压排气阀，其连接到分级器减压气体输出以选择性地排出容器。
本公开的另一个目的是描述用于将含有惰性原料污染物的MSW转化为产物气体的城市固体废物(MSW)能量回收系统，其中该系统还包括：主控制器，其被配置成以多个状态中的任何一个操作该系统，所述多个状态包括：第一状态，其中所有所述阀门是关闭的；第二状态，其中混合物转移阀是打开的而所述阀门的其余都是关闭的，以允许所述混合物进入容器；第三状态，其中分级气体转移阀和床料提升管再循环转移阀是打开的，而所述阀门的其余是关闭的，以促进所述床料与所述混合物分离并将分离的床料再循环回第一反应器；第四状态，其中减压排气阀是打开的而所述阀门的其余是关闭的，以允许容器排气；和第五状态，其中惰性原料污染物排放阀是打开的而所述阀门的其余是关闭的，以从容器中除去未反应的惰性原料污染物。分级器气体可以是二氧化碳。并且产物气体可以包含二氧化碳，并且产物气体中的第一部分二氧化碳可以作为分级器气体引入容器中。
本公开的另一个目的是描述一种将含有Geldart D组惰性原料污染物的城市固体废物(MSW)转化为第一反应器产物气体的方法，该方法包括：(a)将MSW引入含有床料的第一反应器的第一内部；(b)使MSW与蒸汽在约320℃至约900℃之间的温度反应，以产生含有焦炭的第一反应器产物气体；(c)从第一反应器中除去床料和未反应的Geldart D组惰性原料污染物的混合物；(d)通过将床料与第一反应器产物气体的一部分夹带，将床料与未反应的Geldart D组惰性原料污染物分离；(e)将夹带床料返回到第一反应器的内部，而不将未反应的Geldart D组惰性原料污染物返回到所述内部；其中：Geldart D组惰性原料污染物包括一个或多个的以下物品的整个元件和/或片段：艾伦扳手、滚珠轴承、电池、螺栓、瓶盖、拉刀、衬套、纽扣、电缆、水泥、链条、夹子、硬币、电脑硬盘碎片、门铰链、门把手、钻头、钻套、石膏锚、电子元件、电插头、活节螺栓、织物按扣、紧固件、鱼钩、闪存驱动器、保险丝、齿轮、玻璃、砾石、扣眼、软管夹、软管配件、珠宝、钥匙链、钥匙包、车床刀片、灯泡底座、磁体、金属视听组件、金属支架、金属碎片、金属手术用品、镜子碎片、钉子、针、螺母、销、管件、图钉、剃须刀片、铰刀、挡圈、铆钉、岩石、杆、路达刀、锯片、螺钉、插座、弹簧、链轮、钉书钉、螺柱、注射器、USB连接器、垫圈、电线、电线连接器和拉链。
本公开的另一个目的是描述用于将包含惰性原料污染物的MSW转化为产物气体的城市固体废物(MSW)能量回收系统，以及用于将MSW转化为至少一种液体燃料的方法，该MSW包含Geldart D组惰性原料污染物，该方法包括：(i)将MSW和二氧化碳在原料输送系统中组合；(ii)生产第一反应器产物气体；(iii)压缩至少一部分第一反应器产物气体，从而形成压缩的产物气体；(iv)从压缩的产物气体中除去二氧化碳，并将除去的二氧化碳的第一部分供给原料输送系统，以便在步骤(i)中与MSW组合，并将除去的二氧化碳的第二部分作为用于在步骤(ii)中夹带床料的第一反应器产物气体的所述部分；(v)在除去二氧化碳后，使压缩的产物气体与催化剂反应；(vi)在压缩的产物气体与催化剂反应后，从压缩的产物气体合成至少一种液体燃料。
本公开的另一个目的是描述一种用于将城市固体废物(MSW)转化为至少一种液体燃料的方法，该MSW包含Geldart D组惰性原料污染物，该方法包括：(a)将MSW和二氧化碳在原料输送系统中组合；(b)将组合的MSW和二氧化碳引入含有床料的第一反应器的第一内部；(c)将蒸汽引入第一反应器；(d)使MSW与蒸汽和二氧化碳在吸热热化学反应中反应，产生含有焦炭的第一反应器产物气体，并在床料中留下未反应的Geldart D组惰性原料污染物；(e)用二氧化碳清洁床料以除去所述未反应的Geldart D组惰性原料污染物；(f)将一部分焦炭引入含有第二颗粒状传热材料的第二反应器中；(g)将含氧气体引入第二反应器；(h)使焦炭与含氧气体在第二反应器中反应，在放热的热化学反应中生成第二反应器产物气体；(i)压缩第一和/或第二反应器产物气体，从而形成压缩的产物气体；(j)从压缩的产物气体中除去二氧化碳，并将除去的二氧化碳的第一部分供给原料输送系统，以便在步骤(a)中与MSW组合；并在步骤(e)中供应除去的二氧化碳的第二部分以清洁床料；(k)在除去二氧化碳后，使压缩的产物气体与催化剂反应；(1)在压缩的产物气体与催化剂反应后，从压缩的产物气体合成至少一种液体燃料；其中：Geldart D组惰性原料污染物包括一个或多个的以下物品的整个元件和/或片段：艾伦扳手、滚珠轴承、电池、螺栓、瓶盖、拉刀、衬套、纽扣、电缆、水泥、链条、夹子、硬币、电脑硬盘碎片、门铰链、门把手、钻头、钻套、石膏锚、电子元件、电插头、活节螺栓、织物按扣、紧固件、鱼钩、闪存驱动器、保险丝、齿轮、玻璃、砾石、扣眼、软管夹、软管配件、珠宝、钥匙链、钥匙包、车床刀片、灯泡底座、磁体、金属视听组件、金属支架、金属碎片、金属手术用品、镜子碎片、钉子、针、螺母、销、管件、图钉、剃须刀片、铰刀、挡圈、铆钉、岩石、杆、路达刀、锯片、螺钉、插座、弹簧、链轮、钉书钉、螺柱、注射器、USB连接器、垫圈、电线、电线连接器和拉链。
附图说明
现在将详细参考本公开的各种实施方式。通过解释本公开而不是对本公开的限制来提供每个实施方式。实际上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离其教导和范围的情况下，可以在本公开中进行修改和变化，例如，作为一个实施方式的一部分示出或描述的特征，以产生衍生自本公开的教导的又一个实施方式。因此，意图是本公开和权利要求的内容覆盖这些衍生的修改和变化以落入本公开或本文所述的要求保护的实施方式及其等同物的范围内。
本公开的其它目的和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中显而易见，或者可以通过实践权利要求获得。本公开的目的和优点将通过所附权利要求中特别指出的手段、组合和变化来实现。
附图示出了优选实施方式及其变化的示意性工艺流程图。本说明书的其余部分更具体地阐述了对所附权利要求的内容的完整且允许的公开，包括其对本领域普通技术人员的最佳模式，包括参考示出优选实施方式和本文所述的其它实施方式的其它非限制性变化如何在实践中得以实施的附图，其中：
图1示出了包括第一反应器(100)、第一固体分离装置(150)、第二反应器(200)和第二反应器热交换器(HX-B)的两阶段能量集成产物气体发生系统(1001)的一个非限制性实施方式的简化的方块流动控制体积图，所述第二反应器热交换器(HX-B)被配置成将热量从第二反应器(200)传递到用作第一反应器(100)中的反应物(106)的传热介质(210)；
图2详细描述了图1的非限制性实施方式，进一步包括第一反应器(100)，其被配置成接收存在于第二反应器(200)的第二内部(201)中的颗粒状传热材料(205)；
图3详细描述了图1的非限制性实施方式，进一步包括第二反应器热交换器(HX-B)，其被配置成将热量从第二反应器(200)传递到用作第二反应器(200)中的反应物(206)的传热介质(210)；
图4详细描述了图3的非限制性实施方式，还包括第一反应器(100)，其被配置成接收存在于第二反应器(200)的第二内部(201)中的颗粒状传热材料(205)；
图5详细描述了图3的非限制性实施方式，还包括第一反应器(100)，其被配置成接收含氧气体(118)；
图6详细描述了图5的非限制性实施方式，进一步包括第一反应器(100)，其被配置成接收存在于第二反应器(200)的第二内部(201)中的颗粒状传热材料(205)；
图7详细描述了图1的非限制性实施方式，进一步包括第一反应器热交换器(HX-A)，其与第一反应器(100)的第一内部(101)热接触；
图8详细描述了图7的非限制性实施方式，进一步包括第二反应器热交换器(HX-B)，其被配置成将热量从第二反应器(200)的第二内部(201)传递到用作第二反应器(206)中的反应物(206)的传热介质(210)；
图9详细描述了图8的非限制性实施方式，进一步包括第一反应器(100)，其被配置成接收含氧气体(118)；
图10详细描述了图9的非限制性实施方式，进一步包括第二热交换器(HX-A2)，其与第一反应器(100)的第一内部(101)热接触；
图11详细描述了图10的非限制性实施方式，进一步包括辅助热交换器(HX-2)，其被配置成将热量从燃烧流(114)传递到用作到第一反应器(100)的反应物(106)的辅助热交换器传热介质(164)；
图12详细描述了图12的非限制性实施方式，还包括辅助热交换器传热介质出口导管(170)，其与第二反应器传热介质入口(212)流体连通，从而将辅助热交换器传热介质(164)供应到第二反应器热交换器(HX-B)；
图13详细描述了图10的非限制性实施方式，进一步包括利用第二反应器热交换器(HX-B)的至少一部分传热介质(210)进入第一反应器(100)致密床区(AZ-A)、进料区(AZ)或飞溅区(AZ-C)或第二反应器(200)致密床区(BZ-A)、进料区(BZ-B)或飞溅区(BZ-C)的任何组合；
图14示出了第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)和第一阶段产物气体发生系统(3A)的一个非限制性实施方式的详细视图，其示出了配备有致密床区(AZ)、进料区(AZ-B)和飞溅区(AZ-C)，以及第一反应器碳质材料输入(104)、阀门、传感器和控制器的第一反应器(100)；
图15详细描述了图14的非限制性实施方式，进一步包括多个碳质材料输入(104A、104B、104C、104D)和多个进料区蒸汽/氧气输入(AZB2、AZB3、AZB4、AZB5)，其位于进料区(AZ-B)，以及多个飞溅区蒸汽/氧气输入(AZC2、AZC3、AZC4、AZC5)位于飞溅区(AZ-C)；
图16A示出了图15的实施方式的第一反应器进料区圆形横截面图(XAZ-B)的非限制性实施方式；
图16B示出了图15的实施方式的第一反应器进料区矩形横截面图(XAZ-B)的非限制性实施方式；
图17示出了图15的实施方式的第一反应器进料区横截面图(XAZ-B)的非限制性实施方式，其中六个第一反应器(100)碳质材料输入中只有两个(104B、104E)被配置成将碳质材料注入垂直延伸的象限(Q1,Q2,Q3,Q4)；
图18示出了图15的实施方式的第一反应器飞溅区横截面图(XAZ-C)的非限制性实施方式。
图19示出了第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)和第二阶段产物气体发生系统(3B)的一个非限制性实施方式的详细视图，其示出了配备有致密床区(BZ)、进料区(BZ-B)和飞溅区(BZ-C)的第二反应器(200)、以及第一固体分离装置(150)、第二固体分离装置(250)、固体流量调节器(245)、提升管(236)、浸入管(244)、阀门、传感器和控制器；
图20示出了图19中实施方式的第二反应器进料区横截面图(XBZ-B)的非限制性实施方式，包括：一个第一固体分离装置(150)；四个第二反应器第一焦炭输入(204A、204B、204C、204D)；四个进料区蒸汽/氧气输入(BZB2、BZB3、BZB4、BZB5)；并且，其中组合的反应器产物气体导管(230)被配置成将第一反应器产物气体(126)与第二反应器产物气体(226)混合；
图21示出了图19中实施方式的第二反应器进料区横截面图(XBZ-B)的非限制性实施方式，其中第一反应器产物气体(126)不与第二反应器产物气体(226)组合；
图22示出了图19中实施方式的第二反应器进料区横截面图(XBZ-B)的非限制性实施方式，包括：两个第一固体分离装置(150A1、150A2)；两个固体流量调节器(245A、245B)；四个第二反应器第一焦炭输入(204A、204B、204C、204D)；四个进料区蒸汽/氧气输入(BZB2、BZB3、BZB4、BZB5)；并且，其中组合的反应器产物气体导管(230)被配置成将第一反应器产物气体(126)与第二反应器产物气体(226)混合；
图23示出了图22中实施方式的第二反应器进料区横截面图(XBZ-B)的非限制性实施方式，其中第一反应器产物气体(126)不与第二反应器产物气体(226)组合；
图24示出了图19中的实施方式的第二反应器飞溅区横截面图(XBZ-C)的非限制性实施方式，包括四个飞溅区蒸汽/氧气输入(BZC2、BZC3、BZC4、BZC5)；
图25示出了图14的非限制性实施方式，还包括第一反应器(100)、蒸汽鼓(425)和与第一反应器(100)热接触的前管板式热交换器(HX-A1A1)和与第一反应器(100)热接触的后管板式热交换器(HX-A1A2)；
图26详细描述了图25的非限制性实施方式，进一步示出了前管板传热介质出口(AF2)和后管板传热介质出口(AR2)，它们都与第二反应器传热介质入口(212)流体连通，使得至少一部分流体离开前管板传热介质出口(AF2)和后管板传热介质出口(AR2)，在第二反应器传热介质入口(212)处作为所述传热介质(210)的至少一部分提供；
图27示出了描绘包括整体前管板式热交换器(HX-A1A1、HX-A2A1、HX-A3A1、HX-A4A1)和整体后管板式热交换器(HX-A1A2、HX-A2A2、HX-A3A2、HX-A4A2)的第一反应器热交换器(HX-A1、HX-A2、HX-A3、HX-A4)的网络的非限制性实施方式，所述整体后管板式热交换器与蒸汽鼓(425)流体连通，且还示出了泵(430)、传感器和阀门；
图28详细描述了图14的非限制性实施方式，进一步包括两个颗粒分级容器(A1A、A1B)，其被配置成接收床料和惰性原料污染物混合物(A4A、A4AA)和分级器气体(A16、A16A)并且将床料部分清洁和再循环回到第一反应器(100)的第一内部(101)，同时从系统中除去惰性原料污染物部分作为固体输出(3A-OUT4)；
图29描绘了典型的颗粒分级程序的自动控制器操作的分级阀状态。图29将与图28结合使用，描绘了可以用于各种方法以操作与颗粒分级容器(A1A、A1B)相关的阀门的阀门状态的列表。图30示出了用作产物气体发生系统(3000)的两阶段能量集成产物气体发生系统(1001)的一个实施方式的简化的流程控制体积图；
图31示出了两阶段能源集成产物气体发生方法的实施方式；
图32示出了用于整个炼油厂上层建筑(RSS)系统的产物气体发生系统(3000)；
图33示出了与第二反应器传热介质入口(212)流体连通并且配置成从产物气体输入(4-IN1)的至少一部分移除热量的一次气体净化热交换器(HX-4)。
注释和命名
在描述所公开的系统和过程之前，应理解，本文描述的方面不限于特定的实施方式、装置或配置，并且因此当然可以变化。还应理解，本文使用的术语仅用于描述特定方面的目的，除非本文特别定义，否则不旨在限制。
控制体积的想法是在化学工程的研究和实践中广泛使用的极其通用的概念。控制体积可用于通过利用质量和能量守恒定律分析物理系统的应用中。它们可以在分析任意空间或区域的输入和输出数据期间使用，通常是化学过程，或化学过程的一部分。它们可以用于定义进入执行特定任务的单个化学设备的过程流，或者它们可以用于定义进入设备集合的过程流，以及一起工作以执行特定任务的资产。
关于周围文本，控制体积在定义特定产物气体生成顺序步骤或与整个炼油厂上层结构的总体地形相关的顺序步骤的边界上有意义。每个控制体积内包含的设备的布置是完成每个顺序步骤的优选方式。此外，所有优选实施方式都是非限制性的，可以使用任何数量的单元操作、设备和资产的组合，包括泵送、管道和仪表，作为替代。然而，我们已经认识到，构成每个顺序步骤的优选实施方式是使用两个独立且连续的上游和下游热化学反应器最有效工作从碳质材料产生产物气体的那些，所述上游和下游的热化学反应器配合以有效且基本上完全转化碳质材料成为产物气体，同时从连续的吸热和放热反应中共享热量。尽管如此，任何类型的单元操作或过程都可以在所示的任何控制体积内使用，只要它实现该特定序列步骤的目标即可。
如本文所用，术语“碳质材料”是指含有碳的固体或液体物质，诸如例如农业残余物、农业工业残余物、动物废物、生物质、纸板、煤、焦炭、能源作物、农场泥浆、渔业废物、食物废物、水果加工废物、褐煤、城市固体废物(MSW)、纸、造纸残留物、造纸厂污泥、造纸厂废液、塑料、垃圾衍生燃料(RDF)、污水污泥、轮胎、城市废物、木制品、木质废物和其它各种产品。所有碳质材料都含有“固定碳原料组分”和“挥发性原料组分”，诸如木质生物质、MSW或RDF。
如本文所用，术语“焦炭”是指衍生自碳质材料的含碳固体残余物，并且由碳质材料的“固定碳原料组分”组成。
如本文所用，术语“固定碳原料组分”是指存在于碳质材料中除挥发性原料组分、污染物、灰分或水分之外的原料组分。固定碳原料组分通常是在从碳质材料中除去水分和挥发性原料组分后剩余的固体可燃残余物。
如本文所用，术语“挥发性原料组分”是指碳质材料中除固定碳原料组分、污染物、灰分或水分之外的组分。
如本文所用，术语“惰性原料污染物”或“惰性污染物”是指包含在MSW和/或RDF碳质材料中的Geldart D组颗粒。Geldart D组固体包括一个或多个的以下物品的整个元件和/或片段：艾伦扳手、滚珠轴承、电池、螺栓、瓶盖、拉刀、衬套、纽扣、电缆、水泥、链条、夹子、硬币、电脑硬盘碎片、门铰链、门把手、钻头、钻套、石膏锚、电子元件、电插头、活节螺栓、织物按扣、紧固件、鱼钩、闪存驱动器、保险丝、齿轮、玻璃、砾石、扣眼、软管夹、软管配件、珠宝、钥匙链、钥匙包、车床刀片、灯泡底座、磁体、金属视听组件、金属支架、金属碎片、金属手术用品、镜子碎片、钉子、针、螺母、销、管件、图钉、剃须刀片、铰刀、挡圈、铆钉、岩石、杆、路达刀、锯片、螺钉、插座、弹簧、链轮、钉书钉、螺柱、注射器、USB连接器、垫圈、电线、电线连接器和拉链。
一般而言，Geldart分组是床料粒度和密度以及流化床操作的压力的函数。在本文的涉及使用流化床将城市固体废物(MSW)转化为产物气体的系统和/或方法的上下文中，Geldart C组固体的尺寸范围为约0至29.99微米，Geldart A组固体尺寸范围为约30微米至99.99微米，Geldart B组固体的尺寸范围为约100至999.99微米，和Geldart D组固体的尺寸范围为大于约1,000微米。
如本文所用，术语“产物气体”是指从热化学反应器排出的挥发性反应产物、合成气或烟道气，其经历热化学过程，包括含水脱挥发分、热解、蒸汽重整、部分氧化、干重整或燃烧。
如本文所用，术语“合成气”是指一氧化碳(CO)、氢气(H2)和其它蒸气/气体的混合物，如果有的话还包括焦炭，并且通常在碳质材料与水蒸汽(H2O)、二氧化碳(CO2)和/或氧气(O2)反应时产生。虽然蒸汽是蒸汽重整中的反应物，但CO2是干重整中的反应物。通常，对于在特定温度操作，蒸汽重整的动力学比干重整的动力学更快，因此蒸汽重整倾向于更有利并且更普遍。合成气还可能包括挥发性有机化合物(VOC)和/或半挥发性有机化合物(VOC)。
如本文所用，术语“挥发性有机化合物”或首字母缩略词“(VOC)”或“VOC”是指芳族化合物，包括苯、甲苯、苯酚、苯乙烯、二甲苯和甲酚。它还指低分子量烃类，如甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯等。
如本文所用，术语“半挥发性有机化合物”或首字母缩略词“(SVOC)”或“SVOC”是指多芳族化合物，诸如茚、茚满、萘、甲基萘、苊、苊烯、蒽、菲、(甲基)蒽/菲、芘/荧蒽、甲基芘吡啶/苯并芴、
Figure GDA0003015574330000191
苯并[a]蒽、甲基
Figure GDA0003015574330000192
甲基苯并[a]蒽、芘、苯并[a]芘、二苯并[a,kl]蒽、二苯并[a,h]蒽。
如本文所用，术语“挥发性反应产物”是指曾经以固态或液态存在的碳质材料的挥发性原料组分的气相或气态有机物质，其中由含水脱挥发分和/或热解的过程促进碳质材料的挥发性原料组分的转化或蒸发为气相或气态。挥发性反应产物可含有不可冷凝物质和可冷凝物质，它们是收集和精制所需的。
如本文所用，术语“含氧气体”是指空气，富氧空气，即大于21mol％的O2，和基本上纯的氧气，即大于约95mol％的氧气(其余通常包含N2和稀有气体)。
如本文所用，术语“烟道气”是指含有不同量的氮气(N2)、二氧化碳(CO2)、水(H2O)和氧气(O2)的气相或气体混合物。烟道气由热化学燃烧过程产生。
如本文所用，术语“热化学过程”是指广泛的分级，包括可以将碳质材料转化为产物气体的各种过程。在可以考虑用于转化碳质材料的众多热化学过程或系统中，本公开涵盖：含水脱挥发分、热解、蒸汽重整、部分氧化、干重整和/或燃烧。取决于所采用的特定处理条件组，热化学过程本质上可以是吸热的或放热的。反应物的化学计量和组成、反应物的类型、反应器温度和压力、碳质材料的加热速率、停留时间、碳质材料性质和催化剂或床添加剂都决定了系统表现出的热化学处理的子分级。
如本文所用，术语“热化学反应器”是指接受碳质材料或焦炭并将其转化为一种或多种产物气体的反应器。
含水脱挥发分反应
如本文所用，术语“含水脱挥发分”是指吸热热化学过程，其中碳质材料的挥发性原料组分在蒸汽环境中主要被转化为挥发性反应产物。通常，热化学过程的这种子分级涉及使用蒸汽作为反应物，并且温度范围为320℃至569.99℃(608℉至1,057.98℉)，这取决于碳质材料的化学性质。含水脱挥发分允许挥发性原料组分的释放和热化学反应，留下固定的碳原料组分大部分未反应，如动力学所示的。
碳质材料+蒸汽+热量→挥发性反应产物+固定碳原料组分+蒸汽
热解反应
如本文所用，术语“热解”或“脱挥发分”是有机材料在转化成更具反应性的液体/蒸汽/气体状态时经历的吸热热降解反应。
碳质材料+热量→VOC+SVOC+H2O+CO+CO2+H2+CH4+其它有机气体(CxHyOz)+固定碳原料组分
蒸汽重整反应
如本文所用，术语“蒸汽重整”是指其中水蒸汽与碳质材料反应以产生合成气的热化学过程。主要反应是吸热(消耗热量)的，其中操作温度范围在570℃至900℃(1,058℉至1,652℉)之间，这取决于原料化学性质。
H2O+C+热量→H2+CO
水气体变换反应
如本文所用，术语“水气体变换”是指包括与蒸汽重整反应同时发生以产生氢气和二氧化碳的特定化学反应的热化学过程。主要反应是放热(释放热量)，其中操作温度范围在570℃至900℃(1,058℉至1,652℉)之间，这取决于原料化学性质。
H2O+CO→H2+CO2+热量
干重整反应
如本文所用，术语“干重整”是指包括其中二氧化碳用于将碳质材料转化为一氧化碳的特定化学反应的热化学过程。该反应是吸热(消耗热量)的，其中操作温度范围在600℃和1000℃(1,112℉和1,832℉)之间，这取决于原料化学性质。
CO2+C+热量→2CO
部分氧化反应
如本文所用，术语“部分氧化”是指其中发生碳质材料的亚化学计量氧化以放热产生一氧化碳、二氧化碳和/或水蒸气的热化学过程。反应是放热(释放热量)，其中操作温度范围在500℃和1,400℃(932℉和2,552℉)之间，这取决于原料化学性质。氧气放热反应(释放热量)：1)与碳质材料反应生成一氧化碳和二氧化碳；2)与氢气反应生成水蒸气；3)与一氧化碳反应生成二氧化碳。
4C+3O2→CO+CO2+热量
C+1/2O2→CO+热量
H2+1/2O2→H2O+热量
CO+1/2O2→CO2+热量
燃烧反应
如本文所用，术语“燃烧”是指其中发生至少碳质材料的化学计量氧化以产生烟道气的放热(释放热量)热化学过程。
C+O2→CO2+热量
其中一些反应很快，趋向于接近化学平衡，而其它反应很慢，并且远未达到平衡。产物气体的组成将取决于定量和定性因素。一些是单元特性的，即流化床尺寸/比例特性的，而另一些是原料特性的。定量参数为：原料性质，原料注入通量，反应器操作温度、压力，气体和固体停留时间，原料加热速率，流化介质和流化通量；定性因素是：床混合和气/固接触程度，以及流化和原料注入的均匀性。
图1
图1示出了两阶段能量集成产物气体发生系统(1001)的一个非限制性实施方式的简化的方块流动控制体积图，所述两阶段能量集成产物气体发生系统(1001)包括第一反应器(100)、第一固体分离装置(150)、第二反应器(200)和第二反应器热交换器(HX-B)，后者被配置成将热量从第二反应器(200)传递到传热介质(210)，以用作第一反应器(100)中的反应物(106)。在实施方式中，液体或蒸气形式的水用作第二反应器传热介质(210)。在实施方式中，二氧化碳或产物气体用作第二反应器传热介质(210)。
系统(1001)包括具有第一阶段产物气体发生系统(3A)的第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)，其与具有第二阶段产物气体发生系统(3B)的下游第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)配合，用于有效地将碳质材料转化为产物气体，同时从上游吸热和下游放热反应中共享热量。
第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)具有碳质材料输入(3A-IN1)、产物气体输出(3A-OUT1)和第一反应器反应物输入(3A-IN2)。第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)具有第一反应器产物气体输入(3B-IN1)、第二反应器传热介质输入(3B-IN2)和含氧气体输入(3B-IN3)。
在图1的实施方式中，第二反应器传热介质输入(3B-IN2)是处于液态或蒸汽状态的水或两者的组合。在其它实施方式中，第二反应器传热介质输入(3B-IN2)可以是二氧化碳、产物气体、费-托尾气、石脑油、烃、氮气或空气或其适当组合。
第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)还具有产物气体输出(3B-OUT1)和第二反应器传热介质输出(3B-OUT2)。到第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)的第一反应器产物气体输入(3B-IN1)是来自第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)的产物气体输出(3A-OUT1)。到第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)的第一反应器反应物输入(3A-IN2)是来自第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)的第二反应器传热介质输出(3B-OUT2)。
具有第一阶段产物气体发生系统(3A)的第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)还具有第一反应器(100)，其具有包含第一反应器颗粒状传热材料(105)，否则称为床料的第一内部(101)。
在实施方式中，第一反应器颗粒状传热材料(105)由惰性材料、催化剂、吸附剂或工程化颗粒形式的Geldart A组或B组固体组成。工程化颗粒可以由氧化铝、氧化锆、沙子、橄榄石砂、石灰石、白云石或催化材料制成，其中任何一种都可以是中空形式的，例如微珠或微球。优选的第一反应器颗粒状传热材料(105)是Geldart B组氧化铝微球。第一反应器颗粒状传热材料(105)增强了碳质材料(102)与引入第一反应器(100)的反应物或含氧气体之间的混合、传热和传质以及反应。
第一反应器(100)的第一内部(101)被配置成通过第一反应器碳质材料输入(104)接收碳质材料(102)。第一反应器(100)的第一内部(101)被配置成通过第一反应器反应物输入(108)接收第一反应器反应物(106)。第一反应器(100)被配置成产生第一反应器产物气体(122)，其通过第一反应器产物气体输出(124)从第一内部(101)排出。
第一反应器产物气体(122)通过第一反应器产物气体输出(3A-OUT1)离开第一阶段产物气体发生系统(3A)。碳质材料(102)通过碳质材料输入(3A-IN1)进入第一阶段产物气体发生系统(3A)。第一反应器反应物(106)通过第一反应器反应物输入(3A-IN2)进入第一阶段产物气体发生系统(3A)。
第一反应器产物气体输出(3A-OUT1)从第一阶段产物气体发生系统(3A)排出并进入第二阶段产物气体发生系统(3B)作为第一反应器产物气体输入(3B-IN1)。具有第二阶段产物气体发生系统(3B)的第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)还具有第二反应器(200)，其具有包含第二反应器颗粒状传热材料(205)的第二内部(201)。
在实施方式中，第二反应器颗粒状传热材料(205)由惰性材料或催化剂或吸附剂或工程化颗粒形式的Geldart A组或B组固体组成。工程化颗粒可以由氧化铝、氧化锆、沙子、橄榄石砂、石灰石、白云石或催化材料制成，其中任何一种都可以是中空形式的，诸如微珠或微球。优选的第一反应器颗粒状传热材料(105)是Geldart B组氧化铝微球。第二反应器颗粒状传热材料(205)增强了焦炭(202)与引入第二反应器(200)的反应物或含氧气体之间的混合、传热和传质以及反应。
具有第二阶段产物气体发生系统(3B)的第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)也具有第一固体分离装置(150)。第一固体分离装置(150)具有：与第一反应器产物气体输出(124)流体连通的第一分离输入(152)；与第二反应器焦炭输入(204)流体连通的第一分离焦炭输出(154)；和第一分离气体输出(156)。
第二反应器(200)被配置成通过第二反应器焦炭输入(204)接收焦炭(202)至第二内部(201)。第二反应器(200)具有第二反应器压力(P-B)和第二反应器温度(T-B)。
第一固体分离装置(150)的第一分离焦炭输出(154)被配置成输出焦炭(202)并经由第二反应器焦炭输入(204)与第二反应器(200)流体连通。第一固体分离装置(150)的第一分离气体输出(156)被配置成经由焦炭贫化的第一反应器产物气体导管(128)输出焦炭贫化的第一反应器产物气体(126)。第二反应器(200)还被配置成通过第二反应器含氧气体输入(220)接收第二反应器含氧气体(218)至第二内部(201)。
第二反应器含氧气体(218)通过含氧气体输入(3B-IN3)进入第二阶段产物气体发生系统(3B)。第二反应器(200)被配置成产生第二反应器产物气体(222)，其通过第二反应器产物气体输出(224)从第二内部(201)排出。
具有第二阶段产物气体发生系统(3B)的第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)也具有第二固体分离装置(250)。第二固体分离装置(250)具有：与第二反应器产物气体输出(224)流体连通的第二分离输入(252)；与固体转移导管(234)流体连通的第二分离固体输出(254)；和第二分离气体输出(256)。第二固体分离装置(250)的第二分离气体输出(256)被配置成经由固体贫化的第二反应器产物气体导管(228)输出固体贫化的第二反应器产物气体(226)。第二固体分离装置(250)的第二分离固体输出(254)被配置成经由固体转移导管(234)输出第二反应器分离的固体(232)。
组合的反应器产物气体导管(230)与第一分离气体输出(156)和第二分离气体输出(256)流体连通，并被配置成组合由第一反应器(100)和第二反应器(200)产生的产物气体。因此，由第一反应器(100)和第二反应器(200)产生的产物气体被引导至产物气体输出(3B-OUT1)。更具体地，组合的反应器产物气体导管(230)与焦炭贫化的第一反应器产物气体导管(128)和固体贫化的第二反应器产物气体导管(228)流体连通，并被配置成组合由第一反应器(100)产生的焦炭贫化的第一反应器产物气体(126)和由第二反应器(200)产生的固体贫化的第二反应器产物气体(226)。在实施方式中，在第一反应器(100)和第二反应器(200)中产生的产物气体不组合。
在与由第二反应器(200)产生的固体贫化的第二反应器产物气体(226)合并之前，焦炭贫化的第一反应器产物气体(126)可以流通过限流孔(RO-B)。在实施方式中，第一反应器压力(P-A)可以大于第二反应器压力(P-B)。在实施方式中，第一反应器压力(P-A)可以小于第二反应器压力(P-B)。第一反应器(100)具有第一反应器压力(P-A)和第一反应器温度(T-A)。在实施方式中，第一反应器温度(T-A)可以大于第二反应器温度(T-B)。在实施方式中，第一反应器温度(T-A)可以小于第二反应器温度(T-B)。
第二反应器热交换器(HX-B)与第二反应器(200)的第二内部(201)热接触。第二反应器热交换器(HX-B)包括：第二反应器传热介质入口(212)，其被配置成接收在第二反应器入口温度(T1)的传热介质(210)；和第二反应器传热介质出口(216)，其被配置成输出在较高的第二反应器出口温度(T2)的传热介质(210)。
传热介质(210)通过第二反应器传热介质输入(3B-IN2)进入第二阶段产物气体发生系统(3B)。第二反应器传热介质输出(3B-OUT2)从第二阶段产物气体发生系统(3B)排出，并作为第一反应器产物气体输入(3A-IN2)进入第一阶段产物气体发生系统(3A)。第一反应器反应物输入(108)与第二反应器传热介质出口(216)流体连通，并被配置成将至少一部分所述传热介质(210)引入第一内部(101)作为第一反应器(100)的第一反应器反应物(106)。
图1描述了一种两阶段产物气体发生系统(1001)，其被配置成从碳质材料(102)产生产物气体，该系统包括：(a)具有第一内部(101)的第一反应器(100)，并且包括：到第一内部(101)的第一反应器碳质材料输入(104)；到第一内部(101)的第一反应器反应物输入(108)，和第一反应器产物气体输出(124)；和(b)具有第二内部(201)的第二反应器反应器(200)，并且包括：到第二内部(201)的第二反应器焦炭输入(204)，所述第二反应器焦炭输入(204)与第一反应器产物气体输出(124)流体连通；到第二内部(201)的第二反应器含氧气体输入(220)；第二反应器产物气体输出(224)；和与第二内部(201)热接触的第二反应器热交换器(HX-B)；其中：第二反应器热交换器(HX-B)包括：第二反应器传热介质入口(212)，其被配置成接收在第二反应器入口温度(T1)的传热介质(210)；以及第二反应器传热介质出口(216)，其被配置成输出在更高的第二反应器出口温度(T2)的传热介质(210)，以及第一反应器反应物输入(108)与第二反应器传热介质出口(216)流体连通，并被配置成引入至少一部分所述传热介质(210)进入第一内部(101)作为第一反应器(100)的反应物(106)。
图1提供了使用具有第一内部(101)的第一反应器(100)和具有第二内部(201)的第二反应器(200)从碳质材料制备第一反应器产物气体和第二反应器产物气体的方法，该方法包括：(a)在加热和不存在蒸汽的情况下热解碳质材料以产生含有焦炭的第一反应器产物气体；(b)从第一反应器产物气体中分离焦炭；(c)使分离的焦炭与含氧气体在第二反应器中反应以产生第二反应器产物气体；(d)将热量通过热交换器从第二反应器传递到传热介质；和(e)引入至少一部分传热将介质到第一反应器的第一内部以提供所述热量用于热解。
图1进一步提供了使用具有第一内部(101)的第一反应器(100)和具有第二内部(201)的第二反应器(200)从碳质材料产生第一反应器产物气体和第二反应器产物气体的方法，该方法包括：(a)使碳质材料与蒸汽在第一反应器中反应，以产生含有焦炭的第一反应器产物气体；(b)从第一反应器产物气体中分离焦炭；(c)使分离的焦炭与含氧气体在第二反应器中反应以产生第二反应器产物气体；(d)将热量通过热交换器从第二反应器传递到传热介质，所述传热介质包括蒸汽；和(e)将已由第二反应器加热的至少第一部分蒸汽引入第一反应器以与碳质材料反应。
图2
图2详细描述了图1的非限制性实施方式，还包括第一反应器(100)，其被配置成接收存在于第二反应器(200)的第二内部(201)中的颗粒状传热材料(205)。图2描绘了根据图1的系统(1001)，进一步包括：第二反应器固体输出(207)；第一反应器固体输入(107)，其与第二反应器固体输出(207)流体连通，其中第一反应器固体输入(107)被配置成将存在于第二内部(201)中的第二反应器颗粒状传热材料(205)接收到第一内部(101)中。
图2还描绘了具有第二阶段产物气体发生系统(3B)的第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)，其被配置成排出固体输出(3B-OUT3)以输入到第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)作为固体输入(3A-IN6)。
图3
图3详细描述了图1的非限制性实施方式，进一步包括第二反应器热交换器(HX-B)，其被配置成将热量从第二反应器(200)传递到传热介质(210)，以用作第二反应器(200)中的反应物(206)。
图3描绘了根据图1的系统(1001)，还包括到第二内部(201)的第二反应器反应物输入(208)。在实施方式中，第二反应器反应物输入(208)与第二反应器传热介质出口(216)流体连通，并被配置成将第二反应器传热介质(210)的至少一部分引入第二内部(201)作为第二反应器(200)中的反应物(206)。
图4
图4详细描述了图3的非限制性实施方式，还包括第一反应器(100)，其被配置成接收存在于第二反应器(200)的第二内部(201)中的颗粒状传热材料(205)。
图4描绘了根据图3的系统(1001)，进一步包括：第二反应器固体输出(207)；和与第二反应器固体输出(207)流体连通的第一反应器固体输入(107)，其中：第一反应器固体输入(107)被配置成将存在于第二内部(201)中的第二反应器颗粒状传热材料(205)接收到第一内部(101)中。
图4还描绘了具有第二阶段产物气体发生系统(3B)的第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)，其被配置成排出固体输出(3B-OUT3)以输入到第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)作为固体输入(3A-IN6)。
图5
图5详细描述了图1的非限制性实施方式，还包括第一反应器(100)，其被配置成接收含氧气体(118)。
图5描绘了根据图1的系统(1001)，还包括到第一内部(101)的第一反应器含氧气体输入(120)，其被配置成接收第一反应器含氧气体(118)。含氧气体(118)通过含氧气体输入(3A-IN3)进入第一阶段产物气体发生系统(3A)。
图6
图6详细描述了图5的非限制性实施方式，进一步包括第一反应器(100)，其被配置成接收存在于第二反应器(200)的第二内部(201)中的颗粒状传热材料(205)。
图6描绘了根据图5的系统(1001)，进一步包括：第二反应器固体输出(207)；和与第二反应器固体输出(207)流体连通的第一反应器固体输入(107)，其中：第一反应器固体输入(107)被配置成将存在于第二内部(201)中的第二反应器颗粒状传热材料(205)接收到第一内部(101)中。
图6还描绘了具有第二阶段产物气体发生系统(3B)的第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)，其被配置成排出固体输出(3B-OUT3)以输入到第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)作为固体输入(3A-IN6)。
图7
图7详细描述了图1的非限制性实施方式，还包括与第一反应器(100)的第一内部(101)热接触的第一热交换器(HX-A)。
图7描绘了根据图1的系统(1001)，进一步包括：与第一内部(101)热接触的第一反应器第一热交换器(HX-A)，第一反应器第一热交换器(HX-A)包括：第一反应器第一热交换器燃料入口(112)，其被配置成在第一入口温度(T3)接收第一反应器第一热交换器燃料(110)；和热交换器燃烧流出口(116)，其被配置成在第一出口温度(T4)输出第一反应器第一热交换器燃烧流(114)。
图7还描绘了具有第一阶段产物气体发生系统(3A)的第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)，其被配置成接收燃料输入(3A-IN4)作为热交换器燃料(110)并且被配置成排放燃烧产物输出(3A-OUT2)作为燃烧流(114)。
图8
图8详细描述了图7的非限制性实施方式，进一步包括第二反应器热交换器(HX-B)，其被配置成将热量从第二反应器(200)的第二内部(201)传递到传热介质(210)以用作第二反应器(200)中的反应物(206)。
在实施方式中，第二反应器反应物输入(208)与第二反应器传热介质出口(216)流体连通，并被配置成将第二反应器传热介质(210)的至少一部分引入第二内部(201)作为第二反应器(200)中的反应物(206)。
图9
图9详细描述了图8的非限制性实施方式，进一步包括第一反应器(100)，其被配置成接收含氧气体(118)。
第一反应器含氧气体(118)通过含氧气体输入(3A-IN3)进入第一阶段产物气体发生系统(3A)。
图10
图10详细描述了图9的非限制性实施方式，还包括与第一反应器(100)的第一内部(101)热接触的第二热交换器(HX-A2)。
图10描绘了根据图9的系统(1001)，还包括：第一反应器第一热交换器(HX-A1)和与第一反应器(100)的第一内部(101)热接触的第一反应器第二热交换器(HX-A2)。
第一反应器第一热交换器(HX-A1)包括：第一反应器第一热交换器燃料入口(112A)，其被配置成在第一入口温度(T3A)接收第一反应器第一热交换器燃料(110A)；第一反应器第一热交换器燃烧流出口(116A)，其被配置成在第一出口温度(T4A)输出第一反应器第一热交换器燃烧流(114A)。
第一反应器第二热交换器(HX-A2)包括：第一反应器第二热交换器燃料入口(112B)，其被配置成在第一入口温度(T3B)接收第一反应器第二热交换器燃料(110B)；第一反应器第二热交换器燃烧流出口(116B)，其被配置成在第一出口温度(T4B)输出第一反应器第二热交换器燃烧流(114B)。
第一反应器第一热交换器燃烧流(114A)可与第一反应器第二热交换器燃烧流(114B)组合以形成组合的燃烧流(114)作为燃烧产物输出(3A-OUT2)。图10还描绘了具有第一阶段产物气体发生系统(3A)的第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)，其被配置成接受燃料输入(3A-IN4)作为热交换器燃料(110)并且被配置成排放燃烧产物输出(3A-OUT2)作为燃烧流(114)。
到第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)的燃料输入(3A-IN4)可以由烃输入(3A-IN4A)和含氧气体输入(3A-IN4B)的混合物组成。在实施方式中，用于第一反应器热交换器燃料(110)中的烃输入(3A-IN4A)可以通过来自下游合成系统(7000)诸如来自费-托合成系统的尾气，或来自甲醇合成系统等的第一合成烃输出(7-OUT2)提供，如图29中所示。在实施方式中，用于第一反应器热交换器燃料(110)中的烃输入(3A-IN4A)可以通过来自下游升级系统(8000)的第一烃输出(8-OUT2)提供，诸如石脑油、废气等，如图29所示。在实施方式中，用于第一反应器热交换器燃料(110)中的烃输入(3A-IN4A)可以是含甲烷的气体，诸如天然气。
图11
图11详细描述了图10的非限制性实施方式，还包括辅助热交换器(HX-2)，其被配置成将热量从燃烧流(114)传递到辅助热交换器传热介质(164)，以用作到第一反应器(100)的反应物(106)。
图11描绘了根据图10的系统(1001)，进一步包括：辅助热交换器(HX-2)，其位于第一反应器(100)外部并与离开第一反应器第一热交换器燃烧流出口(116A)的至少第一反应器第一热交换器燃烧流(114A)热接触；其中辅助热交换器(HX-2)被配置成将热量从燃烧流(114和/或114A和/或114B)传递到辅助热交换器传热介质(164)，其经由辅助热交换器传热介质出口导管(170)离开辅助热热交换器(HX-2)。
在实施方式中，辅助热交换器传热介质出口(168)经由辅助热交换器传热介质出口导管(170)与第一反应器(100)的第一反应器反应物输入(108)流体连通，从而将辅助热交换器传热介质(164)作为反应物(106)供给第一反应器(100)。
辅助热交换器传热介质出口导管(170)将在第二出口温度(T7)的传热介质(164)引导到第一反应器，其组合反应物导管(172)以在反应器(100)中用作反应物(106)。
辅助热交换器(HX-2)具有辅助热交换器传热介质(164)，其与离开第一反应器第一热交换器(HX-A)的燃烧流(114)热接触。辅助热交换器(HX-2)包括：辅助热交换器传热介质入口(166)，其被配置成接收在第一入口温度(T6)的辅助热交换器传热介质(164)；和辅助热交换器传热介质出口(168)，其被配置成输出在较高的第二出口温度(T7)的辅助热交换器传热介质(164)。辅助热交换器(HX-2)还包括：燃烧流入口(160)，其被配置成接收在第三入口温度(T4)的燃烧流(114)；以及燃烧流出口(167)，其被配置成输出在较低的第四出口温度(T5)的燃烧流(114)。
图12
图12详细描述了图11的非限制性实施方式，还包括与第二反应器传热介质入口(212)流体连通的辅助热交换器传热介质出口导管(170)，从而将辅助热交换器传热介质(164)供应到第二反应器热交换器(HX-B)。
图12描绘了第一反应器辅助热交换器传热介质出口(168)，其经由辅助热交换器传热介质出口导管(170)与第二反应器热交换器(HX-B)的第二反应器传热介质入口(212)流体连通，从而提供辅助热交换器传热介质(164)作为第二反应器热交换器(HX-B)的传热介质(210)，并最终作为第一反应器(100)中的反应物(106)并且还作为第二反应器(200)中的反应物(206)。
图12示出了通过燃烧产物输出(3A-OUT2)离开第一阶段产物气体发生系统(3A)和通过燃烧产物输入(3B-IN6)进入第二阶段产物气体发生系统(3B)的组合燃烧流(114)。
连接X1表示在进入第二反应器热交换器(HX-B)的途中进入辅助热交换器(HX-2)的组合燃烧流(114)。在实施方式中，辅助热交换器传热介质出口导管(170)将在第二出口温度(T7)的传热介质(164)引导到第二反应器，其组合传热介质导管(174)以用作第二反应器热交换器(HX-B)的传热介质(210)。
图13
图13详细描述了图10的非限制性实施方式，进一步包括利用第二反应器热交换器(HX-B)的至少一部分传热介质(210)进入第一反应器(100)致密床区(AZ-A)、进料区(AZ-B)或飞溅区(AZ-C)或第二反应器(200)致密床区(BZ-A)、进料区(BZ-B)或飞溅区(BZ-C)的任何组合。
图13示出了两阶段能量集成产物气体发生系统(1001)，其被配置成从碳质材料(102)产生产物气体，该系统包括：第一反应器(100)，其具有配备有第一致密床区(AZ-A)、第一致密床区(AZ-A)上方的第一进料区(AZ-B)和第一进料区(AZ-B)上方的第一飞溅区(AZ-C)的第一内部(101)。
第一反应器(100)还包括：第一反应器致密床区反应物输入(108A)，其被配置成将第一反应器致密床区反应物(106A)引入第一致密床区(AZ-A)；第一反应器进料区反应物输入(108B)，其被配置成将第一反应器进料区反应物(106B)引入第一进料区(AZ-B)；第一反应器飞溅区反应物输入(108C)，其被配置成将第一反应器飞溅区反应物(106C)引入第一飞溅区(AZ-C)；和到第一进料区(AZ-B)的第一反应器碳质材料输入(104)；第一反应器产物气体输出(124)。
第一反应器(100)还包括：第一反应器致密床区含氧气体输入(120A)，其被配置成将第一反应器致密床区含氧气体(118A)引入第一致密床区(AZ-A)；第一反应器进料区含氧气体输入(120B)，其被配置成将第一反应器进料区含氧气体(118B)引入第一进料区(AZ-B)；和第一反应器飞溅区含氧气气体输入(120C)，其被配置成将第一反应器飞溅区含氧气体(118C)引入第一飞溅区(AZ-C)。
图13进一步示出了两阶段能量集成产物气体发生系统(1001)，包括：第二反应器(200)，其具有配备有第二致密床区(BZ-A)、位于第二致密床区(BZ-A)上方的第二进料区(BZ-B)，和位于第二进料区(BZ-B)上方的第二飞溅区(BZ-C)的第二内部(201)。
在图13的实施方式中，第二反应器热交换器的至少一部分传热介质可以被引入在第一反应器或第二反应器中发现的床料区域的任何组合中。在这方面，第一和第二反应器可各自被认为具有在床区域的下部形成的致密床区、在床区域的中间部分形成的进料区、以及在床区域的上部形成的飞溅区，其紧邻反应器的干舷区域的下方。可以理解，在床料内，致密床区位于进料区和飞溅区下方，飞溅区位于致密床区和进料区上方，进料区位于致密床区和飞溅区之间。还应理解，就本发明目的而言，致密床区和进料区之间的边界是碳质材料诸如MSW、焦炭或任何其它原料被引入反应器的最低点。
第二反应器(200)还包括：到第二进料区(BZ-B)的第二反应器焦炭输入(204)，所述第二反应器焦炭输入(204)与第一反应器产物气体输出(124)流体连通；第二反应器致密床区反应物输入(208A)，其被配置成将第二反应器致密床区反应物(206A)引入第二致密床区(BZ-A)；第二反应器进料区反应物输入(208B)，其被配置成将第二反应器进料区反应物(206B)引入第二进料区(BZ-B)；第二反应器飞溅区反应物输入(208C)，其被配置成将第二反应器飞溅区反应物(206C)引入第二飞溅区(BZ-C)；第二反应器致密床区含氧气体输入(220A)，其被配置成将第二反应器致密床区含氧气体(218A)引入第二致密床区(BZ-A)；第二反应器进料区含氧气体输入(220B)，其被配置成将第二反应器进料区含氧气体(218B)引入第二进料区(BZ-B)；第二反应器飞溅区含氧气体输入(220C)，其被配置成将第二反应器飞溅区含氧气体(218C)引入第二飞溅区(BZ-C)；第二反应器产物气体输出(224)；和与第二内部(201)热接触的第二反应器热交换器(HX-B)；其中：
第二反应器热交换器(HX-B)被配置成接收在第二反应器入口温度(T1)的传热介质(210)并经由第二反应器传热介质出口(216)输出在更高的第二反应器出口温度(T2)的传热介质(210)；
第二反应器传热介质出口(216)，其被配置成选择性地与第一反应器致密床区反应物输入(108A)、第一反应器进料区反应物输入(108B)和第一反应器飞溅区反应物输入(108C)的任何组合流体连通；和，
第二反应器传热介质出口(216)，其被配置成选择性地与第二反应器致密床区反应物输入(208A)、第二反应器进料区反应物输入(208B)和第二反应器飞溅区反应物输入(208C)的任何组合流体连通；从而：
至少一部分传热介质(210)能够被引入以下任何组合：(i)相应的第一反应器致密床区(AZ-A)，(ii)第一反应器进料区(AZ-B)，(iii)第一反应器飞溅区(AZ-C)，(iv)相应的第二反应器致密床区(BZ-A)，(v)第二反应器进料区(BZ-B)，和(vi)第二反应器飞溅区(BZ-C)。
图14
图14示出了第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)和第一阶段产物气体发生系统(3A)的一个非限制性实施方式的详细视图，其示出了配备有致密床区(AZ-A)、进料区(AZ-B)和飞溅区(AZ-C)的第一反应器(100)，以及第一反应器碳质材料输入(104)、阀、传感器和控制器。
图14示出了第一反应器(100)，其具有配备有第一致密床区(AZ-A)、位于第一致密床区(AZ-A)上方的第一进料区(AZ-B)、和位于第一个进料区(AZ-B)上方的第一飞溅区(AZ-C)的第一内部(101)。第一飞溅区(AZ-C)靠近第一流化床水平面(L-A)并且在第一干舷区域(FB-A)下方。
在实施方式中，致密床区(AZ-A)对应于第一内部(101)内的致密床的下部。在实施方式中，进料区(AZ-B)位于致密床区(AZ-A)上方。在实施方式中，飞溅区(AZ-C)可位于进料区(AZ-B)上方和第一流化床水平(L-A)下方。
根据图14的系统(1001)，包括与第一反应器(100)的第一内部(101)热接触的四个第一反应器交换器(HX-A1、HX-A2、HX-A3、HX-A4)。四个第一反应器热交换器(HX-A1、HX-A2、HX-A3、HX-A4)定位在第一内部(101)中并且沿着第一内部(101)的高度尺寸彼此垂直间隔开。
第一反应器第一热交换器(HX-A1)包括：第一反应器第一热交换器燃料入口(112A)，其被配置成引入在第一入口温度(T-3A)的第一反应器第一热交换器燃料(110A)；第一反应器第一热交换器燃烧流出口(116A)，其被配置成排放在较高的第二出口温度(T-4A)的第一反应器第一热交换器燃烧流(114A)。
第一反应器第三热交换器(HX-A3)包括：第一反应器第三热交换器燃料入口(112C)，其被配置成引入在第一入口温度(T-3C)的第一反应器第三热交换器燃料(110C)；第一反应器第三热交换器燃烧流出口(116C)，其被配置成排放在较高的第二出口温度(T-4C)的第一反应器第三热交换器燃烧流(114C)。
连接X2示出了第一反应器第一热交换器燃烧流(114A)被引导至与来自第一反应器第一热交换器(HX-A1)的第一反应器第三热交换器燃烧流出口(116C)的第一反应器第三热交换器燃烧流(114C)的排出组合，以形成组合燃烧流(114)。
图14进一步描绘了具有第一阶段产物气体发生系统(3A)的第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)，其被配置成接收燃料输入(3A-IN4)作为热交换器燃料(110、110A、110B、110C、110D)，用于与包含在第一反应器(100)的第一内部(101)中第一反应器颗粒状传热材料(105)热接触的四个第一反应器交换器(HX-A1、HX-A2、HX-A3、HX-A4)，并被配置成排出燃烧产物输出(3A-OUT2)作为燃烧流(114)。
在实施方式中，第一反应器颗粒状传热材料(105)由惰性材料或催化剂或吸附剂或工程化颗粒形式的Geldart A组或B组固体组成。工程化颗粒可以由氧化铝、氧化锆、沙子、橄榄石砂、石灰石、白云石或催化材料制成，其中任何一种都可以是中空形式的，诸如微珠或微球。优选的第一反应器颗粒状传热材料(105)是Geldart B组氧化铝微球。第一反应器颗粒状传热材料(105)增强了碳质材料(102)与引入第一反应器(100)的反应物或含氧气体之间的混合、传热和传质以及反应。
碳质材料输入(3A-IN1)引入第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)作为第一反应器碳质材料输入(104)并被配置成向第一反应器(100)的进料区(AZ-B)提供碳质材料(102)。
将碳质材料(102)引入第一反应器(100)的内部(101)，以与加热的颗粒状传热材料(105)以及内部(101)内所含的反应物和含氧气体紧密接触，以产生第一反应器产物气体(122)，其经由第一反应器产物气体输出(124)从第一反应器(100)的内部(101)排出。
第一反应器产物气体输出(124)通过第一反应器产物气体输出(3A-OUT1)离开第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)并进入第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)，如图19所示，作为第一反应器产物气体输入(3B-IN1)。
图14描绘了经由第一反应器反应物输入(3A-IN2)或第二反应器传热介质输出(3B-OUT2)将蒸汽作为反应物(106)引入第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)，以便可用于以下任何组合：(i)相应的第一反应器致密床区(AZ-A)，(ii)第一反应器进料区(AZ-B)，和(iii)第一反应器飞溅区(AZ-C)。
此外，图14描绘了通过含氧气体输入(3A-IN3)引入到第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)中的含氧气体(118)，以便使其可用于以下任何组合：(i)相应的第一反应器致密床区(AZ-A)，(ii)第一反应器进料区(AZ-B)，和(iii)第一反应器飞溅区(AZ-C)。
图14描绘了系统(1001)，还包括：第一反应器致密床区反应物输入(108A)和第一反应器致密床区含氧气体输入(120A)，后者与致密床区蒸汽/氧气连接(AZA0)流体连通。致密床区蒸汽/氧气连接(AZA0)与致密床区蒸汽/氧气输入(AZA2)流体连通，并被配置成将致密床区蒸汽/氧气(AZA1)输送到第一反应器(100)致密床区(AZ-B)。第一反应器(100)致密床区蒸汽/氧气(AZA1)是第一反应器致密床区反应物(106A)和第一反应器致密床区含氧气体(118A)的混合物。
被配置成接受来自控制器(CA1)的信号(XA1)的第一反应器致密床区反应物阀(VA1)被安装在输入(108A)的上游，以控制供应给第一反应器(100)致密床区(AZ-A)的反应物(106A)的量。被配置成接受来自控制器(CA2)的信号(XA2)的第一反应器致密床区含氧气体阀(VA2)被安装在输入(120A)的上游，以控制供应给第一反应器(100)致密床区(AZ-A)含氧气体(118A)的量。
图14描绘了系统(1001)，进一步包括：第一反应器进料区反应物输入(108B)和第一反应器进料区含氧气体输入(120B)，后者与进料区蒸汽/氧气连接(AZB0)流体连通。进料区蒸汽/氧气连接(AZB0)与进料区蒸汽/氧气输入(AZB2)流体连通，并被配置成将进料区蒸汽/氧气(AZB1)输送至第一反应器(100)进料区(AZ-B)。第一反应器(100)进料区蒸汽/氧气(AZB1)是第一反应器进料区反应物(106B)和第一反应器进料区含氧气体(118B)的混合物。
被配置成接受来自控制器(CA3)的信号(XA3)的第一反应器进料区反应物阀(VA3)被安装在输入(108B)的上游，以控制供应给第一反应器(100)进料区(AZ-B)的反应物(106B)的量。被配置成接受来自控制器(CA4)的信号(XA4)的第一反应器进料区含氧气体阀(VA4)被安装在输入(120B)的上游，以控制供应给第一反应器(100)进料区(AZ-B)的含氧气体(118B)的量。
图14描绘了系统(1001)，还包括：第一反应器飞溅区反应物输入(108C)和第一反应器飞溅区含氧气体输入(120C)，后者与飞溅区蒸汽/氧气连接(AZC0)流体连通。
飞溅区蒸汽/氧气连接(AZC0)与飞溅区蒸汽/氧气输入(AZC2)流体连通，并被配置成将飞溅区蒸汽/氧气(AZC1)输送到第一反应器(100)飞溅区(AZ-C)。第一反应器(100)飞溅区蒸汽/氧气(AZC1)是第一反应器飞溅区反应物(106C)和第一反应器飞溅区含氧气体(118C)的混合物。
被配置成接受来自控制器(CA5)的信号(XA5)的第一反应器飞溅区反应物阀(VA5)被安装在输入(108C)的上游，以控制供应给第一反应器(100)飞溅区(AZ-C)的反应物(106C)的量。被配置成接受来自控制器(CA6)的信号(XA6)的第一反应器飞溅区含氧气体阀(VA6)被安装在输入(120C)的上游，以控制供应给第一反应器(100)飞溅区(AZ-C)的含氧气体(118C)的量。内部旋风分离器(125)被示出在第一反应器(100)的干舷区(FB-A)中。
图15
图15详细描述了图14的非限制性实施方式，进一步包括多个碳质材料输入(104A、104B、104C、104D)和位于进料区(AZ-B)的多个进料区蒸汽/氧气输入(AZB2、AZB3、AZB4、AZB5)，以及位于飞溅区(AZ-C)的多个飞溅区蒸汽/氧气输入(AZC2、AZC3、AZC4、AZC5)。
图15描绘了到第一反应器(100)的第一内部(101)的进料区(AZ-B)的四个碳质材料输入(104A、104B、104C、104D)。每个碳质材料输入(104A、104B、104C、104D)具有相应的蒸汽/氧气输入(AZB2、AZB3、AZB4、AZB5)。
具体地，第一反应器第一碳质材料输入(104A)具有自己的进料区蒸汽/氧气源(AZB1)，其从第一进料区蒸汽/氧气输入(AZB2)引入。第二碳质材料输入(104B)具有自己的进料区蒸汽/氧气源(AZB1)，其从第二进料区蒸汽/氧气输入(AZB3)引入。第三碳质材料输入(104C)具有自己的进料区蒸汽/氧气源(AZB1)，其从第三进料区蒸汽/氧气输入(AZB4)引入。第四碳质材料输入(104D)具有自己的进料区蒸汽/氧气源(AZB1)，其从第四进料区蒸汽/氧气输入(AZB5)引入。连接X3表示进料区蒸汽/氧气(AZB1)被引入第三进料区蒸汽/氧气输入(AZB4)和第四进料区蒸汽/氧气输入(AZB5)。连接X4表示分别将碳质材料(102C和102D)引入第三碳质材料输入(104C)和第四碳质材料输入(104D)。
图15描绘了到第一反应器(100)的第一内部(101)的飞溅区(AZ-C)的四个飞溅区蒸汽/氧气输入(AZC2、AZC3、AZC4、AZC5)。四个飞溅区蒸汽/氧气输入(AZC2、AZC3、AZC4、AZC5)中的每一个都从一个共同的飞溅区蒸汽/氧气(AZC1)进料，以输送到第一反应器(100)的第一内部(101)的飞溅区域(AZ-C)。连接X5表示飞溅区蒸汽/氧气(AZC1)被引入第二飞溅区蒸汽/氧气输入(AZC3)、第三飞溅区域蒸汽/氧气输入(AZC4)和第四飞溅区域蒸汽/氧气输入(AZC5)。连接X6表示飞溅区蒸汽/氧气(AZC1)被引入第二飞溅区蒸汽/氧气输入(AZC3)和第三飞溅区蒸汽/氧气输入(AZC4)。注意，尽管仅有四个碳质材料输入(104A、104B、104C、104D)，但优选具有六个输入，如接下来图16A和图16B中所示。
图15还示出了第一反应器进料区横截面图(XAZ-B)的透视图，其将参照图16和图17中详细描述。图15还示出了第一反应器飞溅区横截面图(XAZ-C)的透视图，其将参照图18中详细描述。
图15还示出了第一反应器第一碳质材料输入(104A)和第一反应器第二碳质材料输入(104B)，其在第一反应器(100)周围的不同垂直高度的不同平面处引入第一反应器的内部(101)。
图15还示出了第一反应器第三碳质材料输入(104C)和第一反应器第四碳质材料输入(104D)，其在第一反应器(100)周围的不同垂直高度的不同平面处引入第一反应器的内部(101)。
图16A
图16示出了来自图15的实施方式的第一反应器进料区横截面图(XAZ-B)的非限制性实施方式。在实施方式中，六个碳质材料输入(104A、104B、104C、104D、104E、104F)围绕第一反应器(100)的圆周定位。六个碳质材料输入中的四个(104A、104C、104D、104F)彼此成90度定位。在描绘第一反应器(100)的圆形图上，六个碳质材料输入中的两个(104B、104E)以45度和225度的角度彼此距180度定位，使得角度位置135和315处于空位，其中角度0和360在十二点钟定位。
图16B
图16示出了来自图16A的实施方式的第一反应器进料区横截面图(XAZ-B)的非限制性实施方式，而图16B示出了矩形第一反应器(100)的横截面图。在实施方式中，六个碳质材料输入(104A、104B、104C、104D、104E、104F)围绕第一反应器(100)的周边定位。
图17
图17详细说明了这种优选，使得六个第一反应器碳质材料输入中仅有两个(104B、104E)被配置成将碳质材料注入垂直延伸的象限(Q1、Q3)。此外，六个碳质材料输入(104A、104B、104C、104D、104E、104F)中的每个分别都具有自己的专用蒸汽/氧气输入(AZB2、AZB3、AZB4、AZB5、AZB6、AZB7)。此外，图17描绘了四个第一反应器热交换器(HX-A1、HX-A2、HX-A3、HX-A4)，其定位在第一内部(101)中并且沿着第一内部的高度尺寸彼此垂直间隔开；其中：沿着所述第一高度尺寸的交替的第一反应器热交换器彼此正交地布置，使得在第一内部的俯视图中，四个第一反应器热交换器限定四个开放的垂直延伸的象限(Q1,Q2,Q3,Q4)。
图18
图18示出了来自图15的实施方式的第一反应器飞溅区横截面图(XAZ-C)的非限制性实施方式。在实施方式中，八个独立的飞溅区蒸汽/氧气输入(AZC2、AZC3、AZC4、AZC5、AZC6、AZC7、AZC8、AZC9)被示出为围绕第一反应器(100)的圆周以45度角彼此等距间隔开。八个独立的飞溅区蒸汽/氧气输入(AZC2、AZC3、AZC4、AZC5、AZC6、AZC7、AZC8、AZC9)中的每一个都接受飞溅区蒸汽/氧气源(AZC1)。
图19
图19示出了第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)和第二阶段产物气体发生系统(3B)的一个非限制性实施方式的详细视图，其示出了配备有致密床区(BZ-A)、进料区(BZ-B)和飞溅区(BZ-C)的第二反应器(200)，以及第一固体分离装置(150)、第二固体分离装置(250)、固体流量调节器(245)、提升管(236)、浸入管(244)、阀门、传感器和控制器。
图19示出了第二反应器(200)，其具有配备有第二致密床区(BZ-A)，位于第二致密床区(BZ-A)上方的第二进料区(BZ-B)、和位于第二个进料区(BZ-B)上方的第二个飞溅区(BZ-C)的第二内部(201)。第二飞溅区(BZ-C)靠近第二流化床水平(L-B)并且在第二干舷区(FB-B)下方。
在实施方式中，致密床区(BZ-A)对应于第二内部(201)内的致密床的下部。在实施方式中，进料区(BZ-B)位于致密床区(BZ-A)上方。在实施方式中，飞溅区(BZ-C)可位于进料区(BZ-B)上方和第二流化床水平(L-B)下方。
图1所示的实施方式描绘了沉浸在第二反应器(200)的流化床水平(L-B)下方的第二反应器热交换器(HX-B)。
第二反应器热交换器(HX-B)包括：第二反应器传热介质入口(212)，其被配置成接收在第二反应器入口温度(T1)的传热介质(210)；和第二反应器传热介质出口(216)，其被配置成输出在较高的第二反应器出口温度(T2)的传热介质(210)。
被配置成接受来自控制器(CB0)的信号(XB0)的第二反应器传热介质供应阀(VB0)被安装在第二反应器传热介质入口(212)的上游，以控制供应给第二反应器热交换器(HX-B)的传热介质(210)的量。传热介质(210)经由第二反应器传热介质输入(3B-IN2)供应。
上游第一反应器(100)与第二反应器热交换器(HX-B)的第二反应器传热介质出口(216)流体连通，并被配置成引入至少一部分所述传热介质(210)经由第一反应器反应物输入(3A-IN2)或第二反应器传热介质输出(3B-OUT2)进入第一反应器(100)(未示出)。
图19进一步示出了第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)和第二阶段产物气体发生系统(3B)，其示出了第一反应器产物气体输入(3B-IN1)以第一反应器产物气体输出(3A-OUT1)进入第一固体分离装置(150)。
第一固体分离装置(150)包括：第一分离输入(152)，其与第一反应器产物气体输出(124)流体连通(如图14所示)；第一分离焦炭输出(154)，其与第二反应器焦炭输入(204)流体连通；和第一分离气体输出(156)。第二反应器(200)被配置成通过第二反应器焦炭输入(204)接收焦炭(202)，第二反应器焦炭输入(204)经由浸入管(244)引导至第二内部(201)。
提升管(236)用导管的末端部分(242)与第二反应器(200)的内部(201)连接，导管的末端部分(242)用第一分离输入(152)与第一反应器产物气体输出(124)连接(图14中所示)。提升管(236)被配置成将颗粒状传热材料(205)从第二反应器(200)的内部(201)输送到第一分离输入(152)。
在实施方式中，第二反应器颗粒状传热材料(205)由惰性材料或催化剂或吸附剂或工程化颗粒形式的Geldart A组或B组固体组成。工程化颗粒可以由氧化铝、氧化锆、沙子、橄榄石砂、石灰石、白云石或催化材料制成，其中任何一种都可以是中空形式的，例如微珠或微球。优选的第二反应器颗粒状传热材料(205)是Geldart B组氧化铝微球。第二反应器颗粒状传热材料(205)增强了焦炭(202)与引入第二反应器(200)的反应物或含氧气体之间的混合、传热和传质、以及反应。
优选将提升管输送流体(240)引入提升管(236)，以帮助颗粒状传热材料(205)从第二反应器(200)的内部(201)均匀流动到第一分离输入(152)。
图19中的连接X7示出了气体输入(3B-IN4)，其用作下游二次气体净化系统(6000)的提升管输送流体(240)，作为二氧化碳输出(6-OUT2)，也如图32所示。
固体流量调节器(245)置于第一分离焦炭输出(154)和第二反应器焦炭输入(204)之间，并被配置成密封设备，以防止颗粒状热传递材料(205)从第二反应器(200)的内部(201)回流。
固体流量调节器(245)包括：固体流量调节器固体输入(246)，其被配置成接收从第一固体分离装置(150)的第一分离焦炭输出(154)分离的焦炭(202)和固体(205)；固体流量调节器固体输出(247)，其被配置成经由浸入管(244)将焦炭(202)和固体(205)输出到第二反应器焦炭输入(204)；固体流量调节器气体输入(248)以接受固体流量调节器气体(249)。
在实施方式中，固体流量调节器气体(249)源自下游二级气体净化系统(6000)作为二氧化碳输出(6-OUT2)
第一固体分离装置(150)的第一分离焦炭输出(154)被配置成输出焦炭(202)并经由第二反应器焦炭输入(204)与第二反应器(200)流体连通。
第一固体分离装置(150)的第一分离气体输出(156)被配置成经由焦炭贫化的第一反应器产物气体导管(128)输出焦炭贫化的第一反应器产物气体(126)。
第二反应器(200)包括：到第二进料区(BZ-B)的第二反应器焦炭输入(204)，所述第二反应器焦炭输入(204)与第一反应器产物气体输出(124)流体连通(未示出)；第二反应器致密床区反应物输入(208A)，其被配置成将第二反应器致密床区反应物(206A)引入第二致密床区(BZ-A)；第二反应器进料区反应物输入(208B)，其被配置成将第二反应器进料区反应物(206B)引入第二进料区(BZ-B)；第二反应器飞溅区反应物输入(208C)，其被配置成将第二反应器飞溅区反应物(206C)引入第二飞溅区(BZ-C)；第二反应器致密床区含氧气体输入(220A)，其被配置成将第二反应器致密床区含氧气体(218A)引入第二致密床区(BZ-A)；第二反应器进料区含氧气体输入(220B)，其被配置成将第二反应器进料区含氧气体(218B)引入第二进料区(BZ-B)；第二反应器飞溅区含氧气体输入(220C)，其被配置成将第二反应器飞溅区含氧气体(218C)引入第二反应器飞溅区(BZ-C)；第二反应器产物气体输出(224)；和与第二内部(201)热接触的第二反应器热交换器(HX-B)；其中：
第二反应器热交换器(HX-B)被配置成接收在第二反应器入口温度(T1)的传热介质(210)并经由第二反应器传热介质出口(216)输出在更高的第二反应器出口温度(T2)的传热介质(210)；和，
第二反应器传热介质出口(216)被配置成选择性地与第一反应器致密床区反应物输入(108A)、第一反应器进料区反应物输入(108B)和第一反应器飞溅区反应物输入(108C)的任何组合流体连通；和，
第二反应器传热介质出口(216)被配置成选择性地与第二反应器致密床区反应物输入(208A)、第二反应器进料区反应物输入(208B)和第二反应器飞溅区反应物输入(208C)的任何组合流体连通；从而：至少一部分传热介质(210)能够被引入以下的任何组合：(i)相应的第二反应器(200)致密床区(BZ-A)，(ii)第二反应器(200)进料区(BZ-B)，和(iii)第二反应器(200)飞溅区(BZ-C)。
此外，图19描绘了将含氧气体引入第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)作为含氧气体输入(3B-IN3)，以便其可用于以下任意组合：(i)相应的第二反应器(200)致密床区(BZ-A)，(ii)第二反应器(200)进料区(BZ-B)，(iii)第二反应器(200)飞溅区(BZ-C)。
图19描绘了系统(1001)，还包括：第二反应器致密床区反应物输入(208A)和第二反应器致密床区含氧气体输入(220A)，后者与致密床区蒸汽/氧气连接(BZA0)流体连通。
致密床区蒸汽/氧气连接(BZA0)与致密床区蒸汽/氧气(BZA2)流体连通，并被配置成将致密床区蒸汽/氧气(BZA1)输送到第二反应器(200)致密相床区(BZ-B)。第二反应器(200)致密床区蒸汽/氧气(BZA1)是第二反应器致密床区反应物(206A)和第二反应器致密床区含氧气体(218A)的混合物。
被配置成接受来自控制器(CB1)的信号(XB1)的第二反应器致密床区反应物阀(VB1)被安装在输入(208A)的上游，以控制供应给第二反应器(200)致密床区(BZ-B)的反应物(206A)的量。被配置成接受来自控制器(CB2)的信号(XB2)的第二反应器致密床区含氧气体阀(VB2)被安装在输入(220A)的上游，以控制供应给第二反应器(200)致密床区(BZ-B)的含氧气体的量(218A)。
图19描绘了系统(1001)，还包括：第二反应器进料区反应物输入(208B)和第二反应器进料区含氧气体输入(220B)，后者与进料区蒸汽/氧气连接(BZB0)流体连通。进料区蒸汽/氧气连接(BZB0)与进料区蒸汽/氧气输入(BZB2)流体连通，并被配置成将进料区蒸汽/氧气(BZB1)输送到第二反应器(200)进料区(BZ-B)。第二反应器(200)进料区蒸汽/氧气(BZB1)是第二反应器进料区反应物(206B)和第二反应器进料区含氧气体(218B)的混合物。
被配置成接受来自控制器(CB3)的信号(XB3)的第二反应器进料区反应物阀(VB3)被安装在输入(208B)的上游，以控制供应给第二反应器(200)进料区(BZ-B)的反应物(206B)的量。被配置成接受来自控制器(CB4)的信号(XB4)的第二反应器进料区含氧气体阀(VB4)被安装在输入(220B)的上游，以控制供应给第二反应器(200)进料区(BZ-B)的含氧气体(218B)的量。
图19描绘了系统(1001)，还包括：第二反应器飞溅区反应物输入(208C)和第二反应器飞溅区含氧气体输入(220C)，后者与飞溅区蒸汽/氧气连接(BZC0)流体连通。
飞溅区蒸汽/氧气连接(BZC0)与飞溅区蒸汽/氧气输入(BZC2)流体连通，并被配置成将飞溅区蒸汽/氧气(BZC1)输送到第二反应器(200)飞溅区(BZ-C)。第二反应器(200)飞溅区蒸汽/氧气(BZC1)是第二反应器飞溅区反应物(206C)和第二反应器飞溅区含氧气体(218C)的混合物。
被配置成接受来自控制器(CB5)的信号(XB5)的第二反应器飞溅区反应物阀(VB5)被安装在输入(208C)的上游，以控制供应给第二反应器(200)飞溅区(BZ-C)的反应物(206C)的量。
被配置成接受来自控制器(CB6)的信号(XB6)的第二反应器飞溅区含氧气阀(VB6)被安装在输入(220C)的上游，以控制供应给第二反应器(100)飞溅区(BZ-C)的含氧气体(218C)的量。
内部旋风分离器(225)被示出在第二反应器(200)的干舷区(FB-B)中。限流孔差压(DP-AB)被示出为测量限流孔(RO-B)上的压降。燃料输入(264)被示出在第二反应器(200)上，并被配置成将燃料源(262)引入第二反应器(200)的内部(201)。
在实施方式中，燃料(262)可以是燃料(4-OUT2)，也如图32所示，包括：(VOC)或芳烃，包括苯、甲苯、苯酚、苯乙烯、二甲苯或甲酚；或，或(SVOC)或多芳烃，诸如茚、茚满、萘、甲基萘、苊、苊烯、蒽、菲、(甲基)蒽/菲、芘/荧蒽、甲基芘吡啶/苯并芴、
Figure GDA0003015574330000461
苯并[a]蒽、甲基
Figure GDA0003015574330000462
甲基苯并[a]蒽、芘、苯并[a]芘、二苯并[a,kl]蒽、二苯并[a,h]蒽；或烃类，诸如溶剂；或Fischer Tropsch产品，诸如石脑油；或液体、固体或浆液形式的碳质材料，包括煤或焦炭。
第二反应器烃阀(VB7)位于第二反应器(200)上的燃料输入(264)的上游，并且被配置成接受来自控制器(CB7)的信号(XB7)以控制供应给第二反应器(200)的燃料量(262)。
图19涉及第二反应器进料区横截面图(XBZ-B)，其将在图21至24中详述。图19还涉及第二反应器飞溅区横截面图(XBZ-C)，其将在图25中详述。
将焦炭(202)引入第二反应器(200)的内部(201)，以与内部(201)内所含的颗粒状传热材料(205)和反应物和含氧气体紧密接触，以产生第二反应器产物气体(122)，其经由第一反应器产物气体输出(124)从第一反应器(100)的内部(101)排出。
图20
图20示出了图19中实施方式的第二反应器进料区横截面图(XBZ-B)的非限制性实施方式，包括：一个第一固体分离装置(150)；四个第二反应器焦炭输入(204A、204B、204C、204D)；四个进料区蒸汽/氧气输入(BZB2、BZB3、BZB4、BZB5)；以及，其中组合的反应器产物气体导管(230)被配置成将第一反应器产物气体(126)与第二反应器产物气体(226)混合。
图21
图21示出了图19中实施方式的第二反应器进料区横截面图(XBZ-B)的非限制性实施方式，其中第一反应器产物气体(126)不与第二反应器产物气体(226)组合。
图22
图22示出了图19中实施方式的第二反应器进料区横截面图(XBZ-B)的非限制性实施方式，包括：两个第一固体分离装置(150A1、150A2)；两个固体流量调节器(245A、245B)；四个第二反应器焦炭输入(204A、204B、204C、204D)；四个进料区蒸汽/氧气输入(BZB2、BZB3、BZB4、BZB5)；和组合的反应器产物气体导管(230)，其被配置成将第一反应器产物气体(126)与第二反应器产物气体(226)混合。
图23
图23示出了图22中实施方式的第二反应器进料区横截面图(XBZ-B)的非限制性实施方式，其中第一反应器产物气体(126)不与第二反应器产物气体(226)组合。
图24
图24示出了图19中实施方式的第二反应器飞溅区横截面图(XBZ-C)的非限制性实施方式，包括四个飞溅区蒸汽/氧气输入(BZC2、BZC3、BZC4、BZC5)。
图25
图25示出了图14的非限制性实施方式，还包括第一反应器(100)、蒸汽鼓(425)和与第一反应器(100)热接触的前管板式热交换器(HX-A1A1)和与第一反应器(100)热接触的后管板式热交换器(HX-A1A2)。
图7、14或15或25中公开的第一反应器(100)可以使用间接加热来提供可能在第一内部(101)内发生的碳质材料-反应物反应所需的能量。通过第一反应器热交换器(HX-A1、HX-A2、HX-A3、HX-A4)添加热量，如图14的一个非限制性实施方式中所示，可以浸没在第一反应器(100)的第一内部(101)的流化床水平(L-A)之下。
在一些实施方式中，第一反应器热交换器(HX-A1、HX-A2、HX-A3、HX-A4)是常规火管、热管、电加热器等的热交换器。在一些实施方式中，并且如图25所示，第一反应器热交换器(HX-A1、HX-A2、HX-A3、HX-A4)是在振荡流动环境中操作的脉冲燃烧装置，以实现具有最小表面积的高热通量。流过谐振管(113A、113B、113C、113D)的燃烧蒸汽流间接加热包含在第一反应器(100)的第一内部(101)内的颗粒状传热材料(105)。在实施方式中，颗粒状传热材料(105)可以在第一反应器(100)的第一内部(101)内加热，然后通过反应器产物气体输出(124)、第一固体分离装置(150)、浸入管(244)和焦炭输入(204)的任何方式转移到第二反应器(200)的第二内部(201)，出于任何这样的原因，例如催化剂或吸附剂活性再生目的。
在一些实施方式中，第一反应器热交换器(HX-A1、HX-A2、HX-A3、HX-A4)设备设计是由烃阀(VA7A、VA7B、VA7C、VA7D)，含氧气体阀(VA8A、VA8B、VA8C、VA8D)，燃烧室(111A、111B、111C、111D)和谐振管(113A、113B、113C、113D)组成的亥姆霍兹配置。
图25示出了配备有燃烧室(111A)、谐振管(113A)和去耦器(117A)的第一反应器第一热交换器(HX-A1)。
燃烧室(111A)具有第一烃入口(112A1)、第二烃入口(112A2)和含氧气体入口(112A3)。每个烃入口(112A1,112A2)被配置成通过烃输入(3A-IN4A)接收烃(110AA)并通过第一烃阀(VA7A)的方式提供，第一烃阀(VA7A)被配置成接受来自控制器(CA7A、CA7B)的信号(XA7A、CA7B)。
含氧气体入口(112A3)被配置成通过含氧气体输入(3A-IN4B)接收含氧气体(110BA)，并通过第一含氧气体阀(VA8A)的方式提供，第一含氧气体阀(VA8A)被配置成接受来自控制器(CA8A)的信号(XA8A)。
在亥姆霍兹脉冲燃烧器中，烃和含氧气体混合然后在燃烧室(111A)内燃烧，并进入谐振管(113A)，其中振荡速度的幅度增加，并在内部传热表面和燃烧流(114A)之间引起剧烈的相对振荡运动。在实施方式中，燃烧室(111A)的温度(T3A)高于去耦器(117A)内的温度(T4A)。在实施方式中，入口温度(T3A)小于出口温度(T4A)。
为了保持结构完整性并延长与前管板(A1)相邻的金属与谐振管(113A)的使用寿命，前管板式热交换器(HX-A1A1)安装在燃烧室(111A)和前管板(A1)附近。
前管板式热交换器(HX-A1A1)被配置成去除燃烧室(111A)内的烃(110AA)和含氧气体(110BA)燃烧释放的热量。前管板式热交换器(HX-A1A1)具有传热介质入口(AF1)和传热介质出口(AF2)。前管板传热介质入口(AF1)与蒸汽鼓(425)的热交换器回路水出口(A1O)流体连通，并且被配置成接收前管板传热介质(AF)。反过来，进入前管板传热介质入口(AF1)的液相的前管板传热介质(AF)作为第一蒸汽相离开前管板传热介质出口(AF2)。
前管板传热介质出口(AF2)经由热交换器回路组合混合物入口(A1F)与蒸汽鼓(425)流体连通，并被配置为输出前管板传热介质出口(AF2)作为第一气相。
随着热量从燃烧流(114A)传递到第一反应器(100)的内部(101)，燃烧流的温度沿着谐振管(113A、113B、113C、113D)的长度单调减小，以加热其中所含的颗粒状传热材料(105)。然而，在脉冲燃烧中，并非燃烧室(111A、111B、111C、111D)中的所有燃料燃烧，并且燃烧在振荡流场环境中沿着谐振管(113A、113B、113C、113D)持续显著长度。
为了保持结构完整性并延长与后管板(A2)相邻的金属与谐振管(113A)的寿命，后管板式热交换器(HX-A1A2)被安装在去耦器(117A)和后管板(A2)附近。后管板式热交换器(HX-A1A2)被配置成去除燃烧室(111A)内的烃(110AA)和含氧气体(110BA)燃烧释放的热量。后管板式热交换器(HX-A1A2)具有传热介质入口(AR1)和传热介质出口(AR2)。
后管板传热介质入口(AR1)与蒸汽鼓(425)的热交换器回路水出口(A1O)流体连通，并且被配置成接收后管板传热介质(AR)。反过来，进入后管板传热介质入口(AR1)的液相的后管板传热介质(AR)作为第二气相离开后管板传热介质出口(AR2)。连接X8表示前管板传热介质(AF)被引入前管板传热介质入口(AF1)。连接X9表示前管板传热介质出口(AF2)的输出被引导以与后管板传热介质出口(AR2)的排出物混合，以形成热交换器回路组合混合物(CM)。
后管板传热介质出口(AR2)经由热交换器回路组合混合物入口(A1F)与蒸汽鼓(425)流体连通，并且被配置成输出后管板传热介质出口(AR2)作为第二气相。
蒸汽鼓(425)优选是水平或垂直的圆柱形压力容器，具有水入口(413)、蒸汽出口(417)、热交换器回路组合混合物入口(A1F)和热交换器回路水出口(A1O)。水入口(413)被配置成通过水输入(3A-IN7)接收水源(411)。蒸汽鼓(425)配备有水平传感器(LT1)，以控制通过蒸汽鼓水平阀(LV1)的水量(411)。蒸汽鼓(425)配备有压力传感器(PT1)以控制通过蒸汽鼓压力阀(PV1)的蒸汽量(415)。
经由水入口(413)进入蒸汽鼓(425)的水(411)的温度(T8)小于经由蒸汽出口(417)离开蒸汽鼓(425)的蒸汽(415)的温度(T9)。蒸汽(415)从第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)排出作为蒸汽输出(3A-OUT3)，然后蒸汽输出作为蒸汽输入(3B-IN7)进入第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)。
图26
图26详细描述了图25的非限制性实施方式，进一步示出了前管板传热介质出口(AF2)和后管板传热介质出口(AR2)，它们都与第二反应器传热介质入口(212)流体连通，使得离开前管板传热介质出口(AF2)和后管板传热介质出口(AR2)的至少一部分流体在第二反应器传热介质入口(212)作为所述传热介质(210)的至少一部分提供。
蒸汽(415)从第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)排出作为蒸汽输出(3A-OUT3)，然后蒸汽输出作为蒸汽输入(3B-IN7)进入第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)。连接X0表示蒸汽(415)被导向第二反应器热交换器(HX-B)的入口(212)。
图27
图27示出了图26的非限制性实施方式，进一步描绘了包括整体化前管板式热交换器(HX-A1A1、HX-A2A1、HX-A3A1、HX-A4A1)的第一反应器热交换器(HX-A1、HX-A2、HX-A3、HX-A4)和与蒸汽鼓(425)流体连通的整体化后管板式热交换器(HX-A1A2、HX-A2A2、HX-A3A2、HX-A4A2)的网络，还示出了泵(430)、传感器和阀门。
图27表示每个第一反应器热交换器(HX-A1、HX-A2、HX-A3、HX-A4)配备有与第一反应器(100)热接触的前管板式热交换器(HX-A1A1、HX-A2A1、HX-A3A1、HX-A4A1)，并包括：前管板传热介质入口(AF1、BF1、CF1、DF1)和与前管板传热介质入口(AF1、BF1、CF1、DF1)流体连通的前导管板传热介质出口(AF2、BF2、CF2、DF2)。反过来，进入前管板传热介质入口(AF1、BF1、CF1、DF1)的液相的每个前管板传热介质(AF、BF、CF、DF)离开前管板传热介质出口(AF2、BF2、CF2、DF2)作为第一气相。
在一些实施方式中，经由烃阀(VA7A、VA7B、VA7C、VA7D)向每个第一反应器热交换器(HX-A1、HX-A2、HX-A3、HX-A4)供应的烃(110AA、110AB、110AC、110AD)是产物气体，天然气，任何其他这样的含甲烷气体，生物气，厌氧消化器废气，来自下游费-托合成系统(7000)的尾气，或如图32所示，来自下游升级系统(8000)的烃输出(8-OUT2)，诸如石脑油。
每个第一反应器热交换器(HX-A1、HX-A2、HX-A3、HX-A4)束的谐振管(113A、113B、113C、113D)可具有多达每束1、2、8、12、61、72个或253个管。谐振管(113A、113B、113C、113D)的内径可以是3/8英寸至1-5/8英寸或更大，并且可以布置成任何种类的标准管板布局。目前使用的特别常见的布置是所谓的三角形布局，其中管以直线平行的排布置并且形成等边。第二种常见布置是方形节距布局，其中管被布置成正方形。另外，在一些热交换器中，使用可变管数，其中管被布置在同心环中，每个环的管数量变化以在每个环中的任何两个相邻管之间产生恒定的流动面积。
预期的脉动频率通常约为58Hz。声压水平可以从165dB(～1.5psi峰-峰压力波动)和燃烧速率(firing rate)变化到大约173dB(～4psi峰-峰压力波动)。当床加热速率在50至200°F/h的范围内时，床对脉冲加热的热响应很快。
蒸汽鼓泵(430)被配置成将来自蒸汽鼓(425)的水经由热交换器回路水出口(A1O)作为传热介质泵送到每个前管板式热交换器(HX-A1A1、HX-A2A1、HX-A3A1、HX-A4A1)和后管板式热交换器(HX-A1A2、HX-A2A2、HX-A3A2、HX-A4A2)。
图28
图28详细描述了图14的非限制性实施方式，进一步包括两个颗粒分级容器(A1A、A1B)，其被配置成接收床料和惰性原料污染物混合物(A4A、A4AA)和分级器气体(A16、A16A)并且将床料部分清洁和再循环回到第一反应器(100)的第一内部(101)同时从系统中除去惰性原料污染物部分作为固体输出(3A-OUT4)。
图28中所示的产物气体发生和颗粒分级系统(1002)描绘了产物气体发生系统(3A)，其被配置成从碳质材料(102)生产产物气体(122)和分级的惰性原料污染物(A19、A19A)。
系统(1002)包括具有第一内部(101)的第一反应器(100)，并且包括：到第一内部(101)的第一反应器碳质材料输入(104)；到第一内部(101)的第一反应器反应物输入(108)；来自第一内部(101)的第一反应器产物气体输出(124)；到第一内部的分级回收床料输入(A27)；以及来自第一内部(101)的床料和惰性原料污染物混合物输出(A2A、A2AA)。
系统(1002)还包括两个颗粒分级容器(A1A、A1B)，每个容器具有分级器内部(INA、INB)，并且包括：床料和惰性原料污染物混合物输入(A5A、A5AA)，分级器气体输入(A6A、A6AA)，分级再生床料输出(A7A、A7AA)，分级再生床料输入(A27、A27A)，分级器减压气体输出(A8A、A8AA)和分级器惰性原料污染物输出(A9A、A9AA)。
图28中所示的系统(1002)描绘了配备有两个颗粒分级容器(A1A、A1B)的一个第一反应器(100)。每个颗粒分级容器(A1A，A1B)配备有床料和惰性原料污染物混合物输入(A5A、A5AA)，其通过床料和惰性原料污染物混合物输出(A2A、A2AA)以及床料和惰性原料污染物混合物转移导管(A3A、A3AA)与第一反应器的内部(101)流体连通。每个床料和惰性原料污染物混合物输入(A5A、A5AA)被配置成经由床料和惰性原料污染物混合物转移导管(A3A、A3AA)将床料和惰性原料污染物混合物(A4A、A4AA)引入内部(INA、INB)。
床料和惰性原料污染物混合物(A4A、A4AA)由床料部分和惰性原料污染物部分组成。床料部分与第一反应器颗粒状传热材料(105)同义，并且由惰性材料或催化剂或吸附剂或工程化颗粒形式的Geldart A组或B组固体组成。
MSW和/或RDF是含有Geldart D组颗粒形式的惰性原料污染物的碳质材料，所述Geldart D组固体包括一个或多个的以下物品的整个元件和/或片段：艾伦扳手、滚珠轴承、电池、螺栓、瓶盖、拉刀、衬套、纽扣、电缆、水泥、链条、夹子、硬币、电脑硬盘碎片、门铰链、门把手、钻头、钻套、石膏锚、电子元件、电插头、活节螺栓、织物按扣、紧固件、鱼钩、闪存驱动器、保险丝、齿轮、玻璃、砾石、扣眼、软管夹、软管配件、珠宝、钥匙链、钥匙包、车床刀片、灯泡底座、磁体、金属视听组件、金属支架、金属碎片、金属手术用品、镜子碎片、钉子、针、螺母、销、管件、图钉、剃须刀片、铰刀、挡圈、铆钉、岩石、杆、路达刀、锯片、螺钉、插座、弹簧、链轮、钉书钉、螺柱、注射器、USB连接器、垫圈、电线、电线连接器和拉链。因此，当MSW和/或RDF转移到第一反应器(100)时，其中包含的惰性原料污染物也不可避免地转移到第一反应器(100)。
图28的MSW碳质材料(102)的惰性原料污染物部分是不能转化为产物气体(122)的，因此，在第一反应器(100)的内部(101)内累积。因此，希望能够除去可能在第一反应器(101)内累积的Geldart D组惰性原料污染物固体。第一反应器(100)内的Geldart D组惰性原料污染物固体的累积抑制了第一反应器(100)的连续操作，并可能导致第一反应器(100)内的反流化。第一反应器(100)的反流化可能由引入内部(101)的较大的Geldart颗粒(与平均床颗粒特征相比)的不可预测和不可避免的积聚引起，例如图28描绘了内部(101)，其包括由具有Geldart B组固体特征的平均床颗粒的流化床，其可通过与碳质材料(102)一起引入流化床的相对较大、较粗和/或较重的Geldart D组固体的积聚或累积而变得反流化。
Geldart D组固体在具有Geldart B组固体的平均床颗粒特征的流化床中的累积经常导致流化床的高压降，并且反过来要求流化床最小流化速度增加，导致流化质量减低。例如，在根据Geldart应用气体/固体系统的分级时，如果流化床中含有大部分容易流化的Geldart B组颗粒，如果Geldart D组固体通过Geldart A组或Geldart B组的凝聚或将非反应性和/或惰性Geldart D组颗粒引入流化反应环境中而在流化床中累积，则流化将减少。
在第一反应器(100)和每个颗粒分级容器(A1A、A1B)之间的每个混合物转移导管(A3A、A3AA)中插入混合物转移阀(V9、V9A、V9AA)以开始和停止在其中转移的内容物的流动，以将颗粒分级容器(A1A、A1B)与第一反应器(100)分离。
每个颗粒分级容器(A1A、A1B)配备有分级器气体输入(A6A、A6AA)，其被配置成将分级器气体(A16、A16A)引入每个内部(IN1、INB)。分级器气体输入(A6A、A6AA)可以与下游二次气体净化系统(6000)的二氧化碳输出(6-OUT2)流体连通，因此，分级器气体(A16、A16A)优选是二氧化碳。然而，分级器气体(A16、A16A)可以是认为合适的任何气体，诸如氮气、产物气体、空气、烃、炼油厂废气等。
分级气体转移阀(V10、V10A、V10AA)被配置成调节分级器气体(A16、A16A)流经分级器气体输入(A6A、A6AA)至颗粒分级容器(A1A、A1B)的内部(INA、INB)。每个颗粒分级容器(A1A、A1B)配备有分级的再循环床料输出(A7A)，其经由分级的再循环床料输入(A27、A27A)和分级器提升管(A17、A17A)与第一反应器(100)的内部(101)流体连通。
分级的再循环床料输入(A27、A27A)优选位于第一反应器(100)的流化床水平(LA)处或其上方，以使再循环的材料或颗粒状传热材料(105)再循环回来以无阻碍的方式到第一反应器(100)的内部(101)。
在第一反应器(100)和每个颗粒分级容器(A1A、A1B)之间的每个分级器提升管(A17、A17A)中插入床料提升管再循环转移阀(V11、V11A、V11AA)以启动和停止转移到其中的内容物的流动，并将颗粒分级容器(A1A、A1B)与第一反应器(100)分离。
每个颗粒分级容器(A1A、A1B)配备有分级器惰性原料污染物输出(A9A、A9AA)，其被配置为从内部(INA、INB)移除分级的惰性原料污染物(A19、A19A)。
惰性原料污染物排放阀(V13A、V13AA)被配置成启动和停止通过分级器惰性原料污染物输出(A9A、A9AA)转移的分级惰性原料污染物(A19、A19A)的流动。
每个颗粒分级容器(A1A、A1B)还可以配备有分级器减压气体输出(A8A、A8AA)，其被配置成从内部(INA、INB)抽空分级器减压气体(A18、A18A)，从而降低其中包含的压力。
减压排气阀(V12、V12A、V12AA)被配置成启动和停止通过分级器减压气体输出(A8A、A8AA)转移的分级器减压气体(A18、A18A)的流动。
分级的再循环床料输出(A7A)被配置成将分级的再循环床料(A37、A37A)输出到第一反应器(100)的内部(101)。在实施方式中，分级器提升管(A17、A17A)将分级的再循环床料(A37、A37A)以气体悬浮液(A16、A16A)输送到第一反应器(100)的内部(101)并以稀释相流动状态输送。
将碳质材料输入(3A-IN1)引入作为第一反应器碳质材料输入(104)并被配置成向第一反应器(100)的进料区(AZ-B)提供碳质材料(102)。
将碳质材料(102)引入第一反应器(100)的内部(101)，以与加热的颗粒状传热材料(105)以及内部(101)内所含的反应物和含氧气体紧密接触，以产生第一反应器产物气体(122)，其经由第一反应器产物气体输出(124)从第一反应器(100)的内部(101)排出。
图28将结合图29使用，描绘了阀门排序图，其描述了操作图28中所示的产物气体发生和颗粒分级系统(1002)实施方式的顺序的方法。
图28示出了产物气体发生和颗粒分级系统(1002)的一个实施方式，其配备有各种传感器、阀门、资产和控制器，它们都被配置成有条理地和系统地操纵颗粒分级容器(A1A、A1B)的操作，以接受各种输入并从第一反应器(100)排出各种输出或排出各种输出到第一反应器(100)。
颗粒分级容器(A1A、A1B)被配置成接收从第一反应器(100)的内部(101)转移的床料和惰性原料污染物混合物(A4A、A4AA)。在实施方式中，床料和惰性原料污染物混合物(A4A、A4AA)以密相流动状态通过混合物转移导管(A3A、A3AA)输送到分级器内部(INA、INB)。床料和惰性原料污染物混合物(A4A、A4AA)由床料部分和惰性原料污染物部分组成。床料和惰性原料污染物混合物(A4A、A4AA)通过混合物转移导管(A3A，A3AA)转移到分级器内部(INA、INB)，并通过调节或驱动相关的混合物转移阀(V9A、V9AA)调节流量。
图14和图28所示的实施方式包括第一反应器(100)，其具有颗粒状传热材料(105)，其平均床颗粒特征包括Geldart B组固体。因此，混合物(A4A、A4AA)的床料部分由Geldart B组固体组成，惰性原料污染物部分由Geldart D组固体组成。图28的实施方式示出了分级容器(A1A、A1B)，其被配置成接收分级器气体(A16、A16A)，诸如二氧化碳，其供应通过调节或致动分级气体转移阀(V10A、V10AA)来调节。
响应于接收气体(A16、A16A)，分级容器(A1A、A1B)被配置成输出：(1)待返回第一反应器(100)的床料部分；和(2)待从容器(A1A、A1B)排出的惰性原料污染物部分。结果，床料和惰性原料污染物混合物(A4A、A4AA)被清洁以将床料部分(Geldart B组固体)与惰性原料污染物部分(Geldart D组固体)分离。然后，清洁和分离的床料部分(Geldart B组固体)可再次用于第一反应器(100)中在热化学过程中产生产物气体。
图28中的系统示出了第一反应器(100)，其被配置成接受碳质材料(100)，诸如含有惰性原料污染物的MSW。图28中的系统还示出了第一反应器(100)，其被配置成接受第一反应器反应物输入(3A-IN2)，诸如蒸汽，以及含氧气体输入(3A-IN3)。图32和图33示出了配备有二级气体净化系统(6000)的炼油厂上层建筑系统(RSS)，其被配置成从产物气体中去除二氧化碳。二次气体净化系统(6000)具有二氧化碳负载的产物气体输入(6-IN1)和二氧化碳贫化的产物气体输出(6-OUT1)。基于膜的二氧化碳去除系统和方法优选用于从产物气体中除去二氧化碳，然而可以使用其他替代系统和方法来除去二氧化碳，不限于基于吸附或吸收的二氧化碳去除系统和方法。
图32和图33示出了二次气体净化系统(6000)将二氧化碳输出(6-OUT2)排放到(1)第一阶段产物气体发生系统(3A)，用作分级器气体(A16、A16A)，以及(2)原料输送系统(2000)，与碳质材料组合。因此，图28示出了在如图32和/或33所示的炼油厂上层建筑系统(RSS)的背景下的产物气体发生和颗粒分级系统(1002)，并示出了经由碳质材料输入(3A-IN1)将组合的碳质材料和二氧化碳引入第一反应器中。
因此，图28描绘了系统(1002)，其被配置成在热化学过程中使MSW碳质材料与蒸汽、二氧化碳和含氧气体反应，以产生含有焦炭的第一反应器产物气体。例如，在实施方式中，图28中的第一反应器(100)在蒸汽重整、水煤气变换、干重整和部分氧化热化学过程的组合下操作。图28还示出了在第一反应器第一热交换器(HX-A1、HX-A2、HX-A3、HX-A4)内发生的燃烧，以间接加热第一反应器(100)内包含的第一反应器颗粒状传热材料(105)。第一反应器颗粒状传热材料(105)基本上是床料和惰性原料污染物混合物，这是由于引入到反应器中的MSW的引入，MSW包含在第一反应器(100)的内部(101)内积聚的惰性原料污染物。
显示在图28中生成的产物气体含有二氧化碳，然后在二级气体净化系统(6000)中分离出来，以使二氧化碳再循环回到(1)原料输送系统(2000)，与碳质材料组合以转移到第一反应器(100)，和(2)第一阶段产物气体发生系统(3A)，用作分级器气体(A16、A16A)以清洁床料。因此，可以用在第一反应器(100)中产生的气体或一部分产物气体清洁第一颗粒状传热材料，诸如，例如在第一反应器中产生的产物气体的二氧化碳部分，即从下游二次气体净化系统(6000)回收的。
图28的实施方式示出了由不含惰性污染物的Geldart B组固体组成的床料部分，通过致动或调节位于分级器提升管(A17、A17A)上的床料提升管再循环转移阀(V11A、V11AA)转移和调节。
图28的实施方式还示出了分级容器(A1A、A1B)，其被配置成将来自容器(A1A、A1B)的不含Geldart B组固体的Geldart D组固体作为惰性原料污染物部分转移，以经由位于分级器惰性原料污染物输出(A9A、A9AA)上的惰性原料污染物排放阀(V13A、V13AA)除去。
图28还示出了位于颗粒分级容器(A1B)上的质量传感器(WT-1)，以测量进入颗粒分级容器(A1B)的床料和惰性原料污染物混合物(A4AA)的质量。质量传感器(WT-1)还被配置为测量由于分级的再循环床料(A37A)经由分级器提升管(A17A)使用分级器气体(A16A)作为运输动力运输到第一反应器(100)而从颗粒分级容器(A1B)损失的质量。
可任选地使用减压排气阀(V12A、V12AA)从分级容器(A1A、A1B)的内容物中排出残余的压缩气体，以防止通过惰性原料污染物排放阀(V13A、V13AA)的固体的侵蚀和固体磨损。
在实施方式中，图28描绘了用于将含有惰性原料污染物的MSW转化为产物气体(122)的城市固体废物(MSW)能量回收系统，该系统包括：(a)第一反应器(100)，其包括：第一反应器内部(101)，其适用于容纳床料和在蒸汽存在下使MSW吸热反应以产生产物气体；第一反应器碳质材料输入(104)，用于将MSW引入第一反应器内部(101)；第一反应器反应物输入(108)，用于将蒸汽引入第一内部(101)；第一反应器产物气体输出(124)，通过其移除产物气体；分级的再循环床料输入(A27、A27A)，其与第一反应器内部(101)的上部流体连通；颗粒输出(A2A)，其连接到第一反应器内部的下部，并且床料和未反应的惰性原料污染物的混合物选择性地离开第一反应器内部；和(b)与第一反应器内部流体连通的多个颗粒分级容器(A1A、A1B)，每个容器包括：(i)连接到颗粒输出(A2A、A2AA)的混合物输入(A5A、A5AA)，用于从第一反应器内部接收所述混合物；(ii)连接到分级器气体(A16A、16AA)源的分级器气体输入(A6A、A6AA)，用于接收分级器气体以促进所述床料与在所述容器内未反应的惰性原料污染物的分离；(iii)经由分级器提升导管(A17、A17A)连接到第一反应器内部(101)的分级再循环床料输入(A27、A27A)的床料输出(A7A、A7AA)，用于将从所述混合物中分离的床料返回到第一反应器内部；和(iv)污染物输出(A9A、A9AA)，用于从容器内除去已从所述混合物中分离的未反应的惰性原料污染物(A19A、19AA)。
在实施方式中，图28公开了位于颗粒输出(A2A、A2AA)和混合物输入(A5A、A5AA)之间的混合物转移阀(V9A、V9AA)，以选择性地控制所述混合物从第一反应器到容器的转移；位于分级器气体(A16A、16AA)源和分级器气体输入(A6A、A6AA)之间的分级气体转移阀(V10A、V10AA)，以选择性地将所述分级器气体提供给容器；位于床料输出(A7A、A7AA)和分级的再循环床料输入(A27、A27A)之间的床料提升管再循环转移阀(V11A、V11AA)，以选择性地将从所述混合物分离的床料返回到第一反应器内部；和惰性原料污染物排放阀(V13A、V13AA)，其被配置成选择性地除去已从所述混合物中分离出的未反应的惰性原料污染物(A19A、19AA)。在实施方式中，每个容器还包括分级器减压气体输出(A8A、A8AA)和减压排气阀(V12A、V12AA)，后者连接分级器减压气体输出(A8A、A8AA)以选择性地给容器排气。
在实施方式中，图28描绘了主控制器，其被配置成在多个状态中的任何一个状态下操作系统，包括：第一状态，其中所有所述阀门关闭；第二状态，其中混合物转移阀(V9A、V9AA)打开，所述阀门的其余部分关闭，以允许所述混合物进入容器；第三状态，其中分级气体转移阀(V10A、V10AA)和床料提升管再循环转移阀(V11A、V11AA)打开，所述阀门的其余部分关闭，以促进所述床料从所述混合物中分离并将分离的床料再循环回到第一反应器中；第四状态，其中减压排气阀(V12A、V12AA)打开，所述阀门的其余部分关闭，以允许容器排气；和第五状态，其中惰性原料污染物排放阀(V13A、V13AA)打开，所述阀门的其余部分关闭，以从容器中去除未反应的惰性原料污染物。在实施方式中，分级器气体可以是二氧化碳。在实施方式中，产生的产物气体(122)包含二氧化碳，并且产物气体(122)中的第一部分二氧化碳可作为分级器气体引入容器中。
在实施方式中，图28进一步公开了惰性原料污染物包含多个尺寸大于1000微米的不同Geldart D组固体；Geldart D组固体包括一个或多个的以下物品的整个元件和/或片段：艾伦扳手、滚珠轴承、电池、螺栓、瓶盖、拉刀、衬套、纽扣、电缆、水泥、链条、夹子、硬币、电脑硬盘碎片、门铰链、门把手、钻头、钻套、石膏锚、电子元件、电插头、活节螺栓、织物按扣、紧固件、鱼钩、闪存驱动器、保险丝、齿轮、玻璃、砾石、扣眼、软管夹、软管配件、珠宝、钥匙链、钥匙包、车床刀片、灯泡底座、磁体、金属视听组件、金属支架、金属碎片、金属手术用品、镜子碎片、钉子、针、螺母、销、管件、图钉、剃须刀片、铰刀、挡圈、铆钉、岩石、杆、路达刀、锯片、螺钉、插座、弹簧、链轮、钉书钉、螺柱、注射器、USB连接器、垫圈、电线、电线连接器和拉链。
在实施方式中，从混合物中分离并返回到第一反应器内部的床料可包含尺寸为约30微米至约99.99微米的Geldart A组固体。这些Geldart A组固体可包含惰性材料、催化剂、吸附剂、工程化颗粒及其组合中的一种或多种。工程化颗粒包括氧化铝、氧化锆、沙子、橄榄石砂、石灰石、白云石、催化材料、微珠和微球中的一种或多种。
在实施方式中，从所述混合物中分离并返回到第一反应器内部的床料可包含尺寸为约100至约999.99微米的Geldart B组固体。Geldart B组固体可包含惰性材料、催化剂、吸附剂、工程化颗粒及其组合中的一种或多种。工程化颗粒包括氧化铝、氧化锆、沙子、橄榄石砂、石灰石、白云石、催化材料、微珠和微球中的一种或多种。
在实施方式中，第一反应器在320℃至约900℃的温度操作以在蒸汽存在下使MSW吸热反应以产生产物气体。在实施方式中，第一反应器以上文辨别的热化学反应的任何组合或排列操作。
在实施方式中，图28描绘了将含有Geldart D组惰性原料污染物的城市固体废物(MSW)转化为第一反应器产物气体(122)的方法，该方法包括：(a)将MSW引入含有床料的第一反应器(100)的第一内部(101)；(b)使MSW与蒸汽在约320℃至约900℃之间的温度反应，以产生含有焦炭的第一反应器产物气体；(c)从第一反应器除去床料和未反应的Geldart D组惰性原料污染物的混合物；(d)通过夹带的床料与第一反应器产物气体的一部分将床料与未反应的Geldart D组惰性原料污染物分离；(e)返回夹带床料到第一反应器(100)的内部(101)，并且没有将未反应的Geldart D组惰性原料污染物返回到所述内部(101)；其中：Geldart D组固体包括一个或多个的以下物品的整个元件和/或片段：艾伦扳手、滚珠轴承、电池、螺栓、瓶盖、拉刀、衬套、纽扣、电缆、水泥、链条、夹子、硬币、电脑硬盘碎片、门铰链、门把手、钻头、钻套、石膏锚、电子元件、电插头、活节螺栓、织物按扣、紧固件、鱼钩、闪存驱动器、保险丝、齿轮、玻璃、砾石、扣眼、软管夹、软管配件、珠宝、钥匙链、钥匙包、车床刀片、灯泡底座、磁体、金属视听组件、金属支架、金属碎片、金属手术用品、镜子碎片、钉子、针、螺母、销、管件、图钉、剃须刀片、铰刀、挡圈、铆钉、岩石、杆、路达刀、锯片、螺钉、插座、弹簧、链轮、钉书钉、螺柱、注射器、USB连接器、垫圈、电线、电线连接器和拉链。
图29
图29描绘了用于典型颗粒分级程序的自动控制器操作的分级阀状态。图29将与图28结合使用，描绘了可以用于各种方法以操作与颗粒分级容器(A1A、A1B)相关的阀门的阀门状态的列表。图29标识了五个独立的离散阀状态，其中可以选择任何数量的状态以产生用于床料分级和惰性原料污染物回收的一系列步骤，以防止第一反应器(100)内的反流化。
在实施方式中，可以实施方法用于操作图28中描绘的产物气体发生和分级系统。通过使用图29中列出的离散状态，以实现一系列步骤。图28描绘了主控制器，诸如控制计算机(COMP)，其被配置成与颗粒分级容器(A1A、A1B)相关联的控制器和阀门通信和协作。主控制计算机(COMP)可以被配置成使用图29中列出的状态的任何组合和排列来操作系统。
预期在一些实施方式中，分级方法的序列步骤可以从图29中列出的任何数量的状态中选择。在实施方式中，分级方法的序列步骤可以从状态1、状态2、状态3、状态4和/或状态5的组合中选择，并且可以包含本文描述的方法或技术并且作为能够经由主控制器存储或传输的程序指令和数据实施。在实施方式中，分级序列可以仅具有五个步骤，这些步骤需要图29中列出的每一个，其中：步骤1是状态1；步骤2是状态2；步骤3是状态3；步骤4是状态4；以及步骤5是状态5。通常，如果包含MSW的碳质材料进料到具有相对平均量较多的惰性原料污染物的第一反应器，其中状态1至3不重复，因为在进行状态4和状态5以分别使分级器分别排气和排放之前，分级器内充分存在足够量的惰性原料污染物。
在实施方式中，状态1、状态2和状态3可以在实施状态4和状态5之前重复至少一次。例如，分级序列可以具有八个步骤，其中状态1至3在进行状态4和状态5之前重复一次，其中：步骤1是状态1；步骤2是状态2；步骤3是状态3；步骤4是状态1；步骤5是状态2；步骤6是状态3；步骤7是状态4；并且，步骤8是状态5。因此，在给定操作者或用户定义的状态重复的情况下，分级序列可能需要多个不同的序列步骤的组合和排列。例如，从实际角度来看，如果将包含MSW的碳质材料进料到具有相对最小量的惰性原料污染物的第一反应器中，则状态1至3可以重复至少一次或几次，以确保在进行状态4和状态5以分别使分级器分别排气和排放之前，分级器容器内存在足够量的惰性原料污染物。
尽管如此，可以由用户或操作者选择分级器方法状态和步骤的任何组合或排列，以系统、逻辑和指导的方式实现用气体清洁第一颗粒状传热材料的目标，所述气体诸如从下游二次气体清洁系统(6000)回收的二氧化碳。
所公开的方法或技术可以包括与如图29所示的自动控制器操作的分级阀序列矩阵相关联的状态的执行和实施。包括步骤和状态的排序方法的实施方式可以由用户或操作者经由输入/输出接口(I/O)输入主控制计算机(COMP)的程序指令来实施，如图28所示。可以执行程序和排序指令以执行特定的计算功能，诸如与产物气体发生和分级系统相关的阀的自动操作，如图28所示。
图28描绘了主控制计算机(COMP)的一个示例性实施方式，其包括经由输入/输出接口(I/O)耦合到系统存储器(MEM)的处理器(PROC)。处理器(PROC)可以是能够执行指令的任何合适的处理器。系统存储器(MEM)可以被配置为存储可由处理器(PROC)访问的指令和数据。在各种实施方式中，系统存储器(MEM)可以使用任何合适的存储器技术来实施。在所示实施方式中，实施所需功能的程序指令和数据被示为以代码(CODE)存储在系统存储器(MEM)内。在实施方式中，I/O接口(I/O)可以被配置为协调处理器(PROC)和系统存储器(MEM)之间的I/O流量。在一些实施方式中，I/O接口(I/O)被配置用于用户或操作者将必要的排序协议输入到主控制计算机(COMP)中以用于过程执行，包括序列定时，重复给定数量的状态以实现所需的步骤和/或状态序列。在实施方式中，位于分级器容器上的质量传感器信号(XWT1)可以是通过I/O接口(I/O)输入主控制计算机(COMP)的输入值。
因此，该系统是完全灵活的，以便被调整、配置、优化来通过以特定时间间隔以编程方式控制阀门的打开和关闭来提供用于调度适当的过程参数的环境。在实施方式中，用户或操作者可以定义循环时间，步骤编号和状态，其可以由操作者可访问的输入/输出接口(I/O)编程到主控制计算机(COMP)中。在实施方式中，来自质量传感器信号(XWT1)的信号可以结合到排序协议中以确定分级容器何时满或空。在实施方式中，来自质量传感器信号(XWT1)的信号用于确定何时从分级状态3切换到排气状态4以避免分级容器的堵塞，或者防止过程扰乱，并促进过程优化。
以下描述了上面讨论的系统和方法的各种进一步的实施方式，并且呈现了示出变型的示例性技术和用途。因此，主控制计算机(COMP)可以实施以下控制器及其各自阀门的自动化：混合物转移阀控制器(C9A、C9AA)；分级气体转移阀控制器(C10A、C10AA)；床料提升管再循环转移阀控制器(C11A、C11AA)；减压排气阀控制器(C12A、VC12AA)；以及惰性原料污染物排放阀控制器(C13A、C13AA)。
为简单起见，在图28中，控制器仅在两个所示的颗粒分级容器(A1A)中的第一个上示出。但是，应注意图28中所描绘的每个阀门具有与主控制计算机(COMP)通信作用的相关控制器。
图30
图30示出了用作产物气体发生系统(3000)的两阶段能量集成产物气体发生系统(1001)的一个实施方式的简化的流程控制体积图。图30描绘了在产物气体发生系统(3000)的背景下的两阶段能量集成产物气体发生系统(1001)的一个实施方式。
图30的产物气体发生控制体积(CV-3000)包括产物气体发生系统(3000)，其包括第一阶段产物气体发生系统(3A)和第二阶段产物气体发生系统(3B)，所述第一阶段产物气体发生系统(3A)和第二阶段产物气体发生系统(3B)彼此热整合并被配置成通过碳质材料输入(3-IN1)向产物气体发生控制体积(CV-3000)提供碳质材料(500)以实现产物气体输出(3-OUT1)。更具体地，经由碳质材料输入(3A-IN1)向第一阶段产物气体发生系统(3A)提供碳质材料(500)。
第二阶段产物气体发生系统(3B)接受第一反应器产物气体输出(3A-OUT1)作为第一反应器产物气体输入(3B-IN1)并且使第一反应器产物气体输入(3B-IN1)的一部分内容物与含氧气体输入(3B-IN3)放热反应以产生热量和产物气体，后者经由产物气体输出(3B-OUT1)从第二阶段产物气体发生系统(3B)中排出。
在第二阶段产物气体发生系统(3B)中，第二反应器热交换器(HX-B)与通过第一反应器产物气体输入(3B-IN1)转移的产物气体中包含的至少一部分焦炭与含氧气体输入(3B-IN3)之间发生的放热反应热接触。第二反应器热交换器(HX-B)被配置成接收来自第二反应器传热介质输入(3B-IN2)在第二反应器入口温度(T1)的传热介质，诸如水或蒸汽，并且将来自在第二阶段产物气体发生系统(3B)之间发生的放热反应的热量传递到传热介质输入(3B-IN2)的内容物，以产生高于第二反应器入口温度(T1)的第二反应器出口温度T2下的第二反应器传热介质输出(3B-OUT2)。
第一反应器反应物输入(3A-IN2)与第二反应器传热介质输出(3B-OUT2)流体连通，并被配置成将其中的至少一部分内容物引入第一阶段产物气体发生系统(3A)与碳质材料(500)反应以实现第一反应器产物气体输出(3A-OUT1)。
第二反应器反应物输入(208)与第二反应器传热介质输出(3B-OUT2)流体连通，并被配置成将其中的至少一部分内容物引入第二阶段产物气体发生系统(3B)与第一反应器产物气体输入(3B-IN1)的一部分内容物放热反应，以实现产物气体输出(3B-OUT1)。
第一反应器热交换器(HX-A)与第一阶段产物气体发生系统(3A)热接触，以提供能量使碳质材料(500)与第一反应器反应物输入(3A-IN2)吸热反应以实现第一反应器产物气体输出(3A-OUT1)。
第一反应器热交换器(HX-A)由燃料输入(3A-IN4)和燃烧产物输出(3A-OUT2)组成，并被配置成燃烧燃料输入(3A-IN4)的内容物以间接加热第一阶段产物气体发生系统(3A)中的内容物然后促进第二反应器传热介质输出物(3B-OUT2)的一部分内容物与碳质材料(500)反应之间的吸热反应，以实现第一反应器产物气体输出(3A-OUT1)。
图31
图31示出了两阶段能量集成产物气体发生方法的实施方式。图30的产物气体发生系统(3000)可以被配置为采用如图31中详细描述的两阶段能量集成产物气体发生方法。在实施方式中，图31的方法可以应用于所公开的两阶段能量集成产物气体发生系统(1001)，其包括第一反应器(100)、第一固体分离装置(150)、第二反应器(200)和第二反应器热交换器(HX-B)，其被配置成将热量从第二反应器(200)传递到传热介质(210)以用作第一反应器(100)中的反应物(106)。在实施方式中，图31中描绘的方法步骤可用于描述图31中所示的实施方式，其示出了用作产物气体发生系统(3000)的两阶段能量集成产物气体发生系统(1001)。在实施方式中，图31中描绘的方法可以用于描述如图32和33所示的炼油厂上层建筑系统(RSS)的实施方式的操作，其中，第一阶段产物气体发生系统(3A)与第二阶段产物气体发生系统(3B)配合以实现热集成以最终产生液体燃料。
图31公开了使用具有第一内部(101)的第一反应器(100)和具有第二内部(201)的第二反应器(200)从碳质材料生产第一反应器产物气体和第二反应器产物气体的方法，该方法包括：(a)使碳质材料与蒸汽在第一反应器中反应，以产生含有焦炭的第一反应器产物气体；(b)从第一反应器产物气体中分离焦炭；(c)使分离的焦炭与含氧气体在第二反应器中反应以产生第二反应器产物气体；(d)通过热交换器将热量从第二反应器传递到传热介质，传热介质包括蒸汽；和(e)引入至少第一部分已由第二反应器加热的蒸汽到第一反应器，与碳质材料反应；和(f)将由第二反应器加热的第二部分蒸汽引入回到第二反应器的第二内部中，与分离的焦炭反应。
图32
图32示出了在整个炼油厂上层建筑系统(RSS)的框架中使用的图30的产物气体发生系统(3000)。在实施方式中，如图32所示的RSS系统可以被配置为采用如图31中详细描述的两阶段能量集成产物气体发生方法。
图32的炼油厂上层建筑系统(RSS)包括：包含在原料制备控制体积(CV-1000)中的原料制备系统(1000)；包含在原料输送控制体积(CV-2000)内的原料输送系统(2000)；包含在第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)中的第一阶段产物气体发生系统(3A)；包含在第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)中的第二阶段产物气体发生系统(3B)；包含在一次气体净化控制体积(CV-4000)中的一次气体净化系统(4000)；包含在压缩控制体积(CV-5000)中的压缩系统(5000)；包含在二次气体净化控制体积(CV-6000)中的二次气体净化系统(6000)；包含在合成控制体积(CV-7000)中的合成系统(7000)；以及包含在升级控制体积(CV-8000)中的升级系统(8000)。
原料制备系统(1000)被配置成接受碳质材料输入(1-IN1)并排出碳质材料输出(1-OUT1)。可用于原料制备系统(1000)的一些典型的顺序系统包括，大物体去除、可回收物质去除、黑色金属去除、尺寸减小、除水、有色金属去除、聚氯乙烯去除、玻璃去除、减小尺寸和病原体去除。
原料输送系统(2000)被配置成接受来自原料制备系统(1000)的输出(1-OUT1)的碳质材料输入(2-IN1)并将来自输入(2-IN1)的碳质材料与二氧化碳输入(2-IN2)混合实现碳质材料输出(2-OUT1)。
到原料输送系统(2000)的二氧化碳输入(2-IN2)是来自下游二次气体净化系统(6000)的二氧化碳输出(6-OUT2)。
第一阶段产物气体发生系统(3A)被配置为接受来自原料输送系统(2000)的碳质材料输出(2-OUT1)作为碳质材料输入(3A-IN1)并且使通过输入(3A-IN1)输送的碳质材料与第一反应器反应物输入(3A-IN2)提供的反应物反应产生第一反应器产物气体输出(3A-OUT1)。
第一阶段产物气体发生系统(3A)还配备有来自下游二次气体净化系统(6000)的二氧化碳输出(6-OUT2)的气体输入(3A-IN5)。第一阶段产物气体发生系统(3A)被配置成以惰性原料污染物的形式输出Geldart D组固体形式的固体(3A-OUT4)。
第二阶段产物气体发生系统(3B)接受第一反应器产物气体输出(3A-OUT1)作为第一反应器产物气体输入(3B-IN1)并且使第一反应器产物气体输入的一部分内容物(3B-IN1)与含氧气体输入(3B-IN3)放热反应以产生热量和产物气体，后者经由产物气体输出(3B-OUT1)从第二阶段产物气体发生系统(3B)中排出。第二阶段产物气体发生系统(3B)还配备有来自下游二次气体净化系统(6000)的二氧化碳输出(6-OUT2)的气体输入(3B-IN4)。
在第二阶段产物气体发生系统(3B)中，第二反应器热交换器(HX-B)与通过第一反应器产物气体输入(3B-IN1)转移的产物气体中包含的至少一部分焦炭与含氧气体输入(3B-IN3)之间发生的放热反应热接触。第二反应器热交换器(HX-B)被配置成从第二反应器传热介质输入(3B-IN2)接收传热介质，诸如水，并将来自第二阶段产物气体发生系统(3B)之间发生的放热反应的热量传递到传热介质输入(3B-IN2)的内容物导致第二反应器传热介质输出(3B-OUT2)。
第一反应器反应物输入(3A-IN2)与第二反应器传热介质输出(3B-OUT2)流体连通，并被配置成将其中的至少一部分内容物引入第一阶段产物气体发生系统(3A)，与碳质材料(500)反应以实现第一反应器产物气体输出(3A-OUT1)。
第二反应器反应物输入(208)与第二反应器传热介质输出(3B-OUT2)流体连通，并被配置成将其中的至少一部分内容物引入第二阶段产物气体发生系统(3B)中，与第一反应器产物气体输入(3B-IN1)的一部分内容物放热反应，以实现产物气体输出(3B-OUT1)。
第一反应器热交换器(HX-A)与第一阶段产物气体发生系统(3A)热接触，以提供能量使碳质材料(500)与第一反应器反应物输入(3A-IN2)吸热反应以实现第一反应器产物气体输出(3A-OUT1)。
第一反应器热交换器(HX-A)由燃料输入(3A-IN4)和燃烧产物输出(3A-OUT2)组成，并被配置成燃烧燃料输入(3A-IN4)的内容物以间接加热第一阶段产物气体发生系统(3A)中的内容物然后促进第二反应器传热介质输出(3B-OUT2)的一部分内容物与碳质材料(500)反应之间的吸热反应，以实现第一反应器产物气体输出(3A-OUT1)。
到第一反应器热交换器(HX-A)的燃料输入(3A-IN4)可以由下游合成系统(7000)提供作为第一合成烃输出(7-OUT2)并且可以由费-托产品组成，诸如尾气。
到第一反应器热交换器(HX-A)的燃料输入(3A-IN4)可以由下游改质系统(8000)提供作为第一烃输出(8-OUT2)，诸如石脑油。
第二阶段产物气体发生系统(3B)还被配置成接收来自下游一次气体净化系统(4000)的燃料输出(4-OUT2)，诸如焦炭、SVOC、VOC或溶剂作为燃料输入(3B-IN5)。
一次气体净化系统(4000)配备用于接受来自第二阶段产物气体发生系统(3B)的产物气体输出(3B-OUT1)的产物气体输入(4-IN1)。一次气体净化系统(4000)还可以被配置成通过任何传统的公知系统(诸如燃气轮机、联合循环和/或蒸汽轮机)从一部分产物气体发电。
一次气体净化系统(4000)被配置为降低温度，从通过产物气体输入(4-IN1)输送的产物气体中去除固体、SVOC、VOC和水，从而排出产物气体输出(4-OUT1)。
包括VOC、SVOC、焦炭或溶剂的燃料输出(4-OUT2)也可从一次气体净化系统(4000)中排出，并引入第二阶段产物气体发生系统(3B)作为燃料输入(3B-IN5)。
压缩系统(5000)被配置为接收并增加来自一次气体净化系统(4000)的产物气体输出(4-OUT1)的压力，从而排出产物气体输出(5-OUT1)。
二次气体净化系统(6000)被配置为接受和移除压缩系统(5000)的产物气体输出(5-OUT1)中的至少二氧化碳，以输出产物气体输出(6-OUT1)和二氧化碳输出(6-OUT2)。
产物气体输出(6-OUT1)被导向下游合成系统(7000)作为产物气体输入(7-IN1)。
二氧化碳输出(6-OUT2)可以被导向上游：第二阶段产物气体发生系统(3B)作为气体输入(3B-IN4)；第一阶段产物气体发生系统(3A)作为气体输入(3A-IN5)；或者，原料输送系统(2000)作为二氧化碳输入(2-IN2)。
合成系统(7000)被配置为接受来自二次气体净化系统(6000)的产物气体输出(6-OUT1)作为产物气体输入(7-IN1)并从通过输入(7-IN1)转移的产物气体催化合成烃。在实施方式中，合成系统含有催化剂并且可以是乙醇、混合醇、甲醇、二甲醚、费-托产品等。
合成产物输出(7-OUT1)从合成系统(7000)中排出，并被导向升级系统(8000)，在那里它被接受作为合成产物输入(8-IN1)。
第一合成烃输出(7-OUT2)，包括费-托产品，诸如尾气，也可以从合成系统(7000)中排出，用作上游第一阶段产物气体发生系统(3A)的第一反应器第一热交换器(HX-A)中的燃料输入(3A-IN4)。
升级系统(8000)被配置为生成升级产品(1500)，其包括可再生燃料和其他有用的化学化合物，包括醇、乙醇、汽油、柴油和/或喷气燃料，经由升级的产物输出(8-OUT1)排出。
第一烃输出(8-OUT2)，诸如石脑油，也可以从升级系统(8000)排出，用作上游第一阶段产物气体发生系统(3A)的第一反应器第一热交换器(HX-A)中的燃料输入(3A-IN4)。
图32公开了一种将碳质材料转化为至少一种液体燃料的方法，该方法包括：(a)在原料输送系统中组合碳质材料和二氧化碳；(b)将组合的碳质材料和二氧化碳引入含有第一颗粒状传热材料的第一反应器；(c)将蒸汽引入第一反应器；(d)使碳质材料与蒸汽和二氧化碳在吸热热化学反应中反应，以产生含有焦炭的第一反应器产物气体；(e)将一部分焦炭引入含有第二种颗粒状传热材料的第二反应器中；(f)将含氧气体引入第二反应器；(g)使焦炭与含氧气体在第二反应器中反应，以放热的热化学反应产生第二反应器产物气体；(h)经由第二反应器热交换器从放热的热化学反应传递热量到与第二反应器热接触的第一传热介质，传热介质包括蒸汽；(i)将至少一部分加热的第一传热介质引入第一反应器中以用作(c)中的蒸汽源；(j)压缩第一和/或第二反应器产物气体从而形成压缩的产物气体；(k)从压缩的产物气体中除去二氧化碳，并将至少第一部分除去的二氧化碳供给原料输送系统用作在步骤(a)中与碳质材料结合；(l)在除去二氧化碳后使压缩的产物气体与催化剂反应；和(m)在压缩的产物气体与催化剂反应后，从压缩的产物气体合成至少一种液体燃料。
图32还公开了用第二部分被除去的二氧化碳清洁第一颗粒状传热材料，以从第一反应器中除去惰性原料污染物。用二氧化碳清洗床料以除去未反应的Geldart D组惰性原料污染物可以通过任何公开的系统完成，诸如参考图28和/或图29中公开的技术、方法和系统。图28和29中公开的系统和方法描述了用二氧化碳清洁第一反应器内所含的床料以除去未反应的Geldart D组惰性原料污染物的几个有价值的方面和优点。
图32与图28和图29结合使用，进一步公开了一种将城市固体废物(MSW)转化为至少一种液体燃料的方法，该MSW含有Geldart D组惰性原料污染物，该方法包括：(i)将MSW和二氧化碳在原料输送系统中组合；(ii)生产第一反应器产物气体；(iii)压缩至少一部分第一反应器产物气体，从而形成压缩的产物气体；(iv)从压缩的产物气体中除去二氧化碳，并提供第一部分去除的二氧化碳至原料输送系统，在步骤(i)中与MSW组合，并提供第二部分除去的二氧化碳作为第一反应器产物气体的所述部分，用于在步骤(ii)中夹带床料；(v)在除去二氧化碳后使压缩的产物气体与催化剂反应；和(vi)在压缩的产物气体与催化剂反应之后从压缩的产物气体合成至少一种液体燃料。
图32与图28和图29结合使用，进一步公开了一种将城市固体废物(MSW)转化为至少一种液体燃料的方法，该MSW含有Geldart D组惰性原料污染物，该方法包括：(a)将MSW和二氧化碳在原料输送系统中组合；(b)将组合的MSW和二氧化碳引入含有床料的第一反应器(100)的第一内部(101)；(c)将蒸汽引入第一反应器；(d)使MSW与蒸汽和二氧化碳反应在吸热热化学反应中反应，产生含有焦炭的第一反应器产物气体，并在床料中留下未反应的Geldart D组惰性原料污染物；(e)用二氧化碳清洁床料以除去所述未反应的Geldart D组惰性原料污染物；(f)将一部分焦炭引入含有第二颗粒状传热材料的第二反应器中；(g)将含氧气体引入第二反应器；(h)使焦炭与含氧气体在第二反应器中反应，以放热的热化学反应产生第二反应器产物气体；(i)压缩第一和/或第二反应器产物气体，从而形成压缩的产物气体；(j)从压缩的产物气体中除去二氧化碳，并将第一部分除去的二氧化碳供给原料输送系统，以便在步骤(a)中与MSW组合；和供应第二部分除去的二氧化碳以在步骤(e)中清洁床料；(k)在除去二氧化碳后使压缩的产物气体与催化剂反应；和(l)在压缩产物气体与催化剂反应后，从压缩的产物气体合成至少一种液体燃料；其中：Geldart D组固体包括一个或多个的以下物品的整个元件和/或片段：艾伦扳手、滚珠轴承、电池、螺栓、瓶盖、拉刀、衬套、纽扣、电缆、水泥、链条、夹子、硬币、电脑硬盘碎片、门铰链、门把手、钻头、钻套、石膏锚、电子元件、电插头、活节螺栓、织物按扣、紧固件、鱼钩、闪存驱动器、保险丝、齿轮、玻璃、砾石、扣眼、软管夹、软管配件、珠宝、钥匙链、钥匙包、车床刀片、灯泡底座、磁体、金属视听组件、金属支架、金属碎片、金属手术用品、镜子碎片、钉子、针、螺母、销、管件、图钉、剃须刀片、铰刀、挡圈、铆钉、岩石、杆、路达刀、锯片、螺钉、插座、弹簧、链轮、钉书钉、螺柱、注射器、USB连接器、垫圈、电线、电线连接器和拉链。
图32与图30和图31结合使用，公开了一种将碳质材料转化为至少一种液体燃料的方法，该方法包括：(a)将碳质材料和二氧化碳在原料输送系统中组合；(b)使碳质材料与蒸汽在第一反应器中反应以生产含有焦炭的第一反应器产物气体；(c)从第一反应器产物气体中分离焦炭；(d)使分离的焦炭与含氧气体在第二反应器中反应以产生第二反应器产物气体；(e)通过热交换器将热量从第二反应器传递到传热介质，传热介质包括蒸汽；(f)将已经由第二反应器加热的至少第一部分蒸汽引入第一反应器中以与碳质材料反应；(g)压缩第一和/或第二反应器产物气体，从而形成压缩的产物气体；(h)从压缩的产物气体中除去二氧化碳，并供应至少第一部分被除去的二氧化碳至原料输送系统，用于在步骤(a)中与碳质材料组合；(i)在除去二氧化碳后使压缩的产物气体与催化剂反应；和(j)在压缩的产物气体与催化剂反应之后，从压缩的产物气体合成至少一种液体燃料。
图33
图33示出了一次气体净化热交换器(HX-4)，其与第二反应器传热介质入口(212)流体连通并且被配置为从至少一部分产物气体输入(4-IN1)移除热量。在实施方式中，如图32所示的RSS系统可以被配置为采用如图31中详细描述的两阶段能量集成产物气体发生方法。
图33示出了在第二反应器入口温度(T1)由所述第二反应器传热介质入口(212)接收的传热介质(210)由与被配置为清洁产物气体的一次气体净化系统相关联的下游热交换器提供。
到一次气体净化系统(4000)的产物气体输入(4-IN1)与一次气体净化热交换器(HX-4)热接触，从而实现温度降低以实现产物气体系统(4000)的产物气体输出(4-OUT1)的温度低于输入(4-IN1)的温度。
一次气体净化热交换器(HX-4)包括：一次气体净化传热介质输入(4-IN2)，其被配置成接收在一次气体净化入口温度(T0)的传热介质(210)；以及一次气体净化传热介质输出(4-OUT3)，其被配置为输出在较高的一次气体净化出口温度(T1)的传热介质(210)，其对应于第二反应器入口温度(T1)。第二反应器传热介质入口(212)与一次气体净化传热介质输出(4-OUT3)流体连通，并且被配置成在在第二反应器传热介质输入(3B-IN2)处接收在所述一次气体净化出口温度(T1)的至少一部分所述传热介质(210)。
应当理解，出于说明的目的给出的前述实例不应被解释为限制本公开的范围。尽管上面仅详细描述了本公开的一些示例性实施方式，但是本领域技术人员将容易理解，在示例性实施方式中可以对主题进行许多变化而不实质上脱离本公开的新颖教导和优点。因此，所有这些修改旨在包括在由以下权利要求及其所有等同物限定的本公开的范围内。此外，应当认识到，在给定系统的设计中可以构思出许多实施方式，这些实施方式没有实现一些实施方式的所有优点，但是没有特定优点不应被解释为必然意味着这样的实施方式在本公开的范围之外。。
尽管前述文本阐述了本公开的许多不同实施方式的详细描述，但是应当理解，本公开的范围由本专利结尾处阐述的权利要求的文字限定。详细描述仅被解释为示例性的，并未描述本公开的每个可能的实施方式，因为如果不是不可能的话，描述每个可能的实施方式将是不切实际的。使用当前技术或在本专利申请日之后开发的技术可以实施许多替代实施方式，这仍然落入限定本公开的权利要求的范围内。
因此，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本文描述和示出的技术和结构进行许多修改和变化。因此，应该理解的是，本文描述的方法和装置仅是说明性的，并不限制本公开的范围。
除非上下文相反指出的情况，否则本文所述的所有范围应解释为包括其端点，并且开放式范围应解释为包括商业实用值。同样，除非上下文指出相反的情况，否则应将所有值列表视为包含中间值。
本文中对数值范围的描述仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独值的简写方法。除非本文另有说明，否则将各个单独的值并入本说明书中，如同其在本文中单独引用一样。除非本文另有说明或上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法均可以任何合适的顺序进行。关于本文的某些实施方式提供的任何和所有实例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地说明本公开，而不是对以其他方式要求保护的本公开的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应被解释为表示对于本公开的实践必不可少的任何未要求保护的要素。
本文公开的替代元素或实施方式的组合不应被解释为限制。每个组成员可以单独地或与该组中的其他成员或本文中找到的其他元素任意组合地提及和要求保护。出于方便和/或可专利性的原因，可以将一个或多个组成员包括在组中或从组中删除。当发生任何这样的包含或删除时，本说明书在此被认为包含经修改的组，从而实现所附权利要求中使用的所有马库什组的书面描述。
对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本文的发明构思的情况下，除了已经描述的那些之外的更多修改是可能的。因此，除了所附权利要求的精神之外，本发明的主题不受限制。此外，在解释说明书和权利要求时，所有术语应以与上下文一致的最广泛的方式解释。特别地，术语“包括”和“包含”应该被解释为以非排他的方式指代元素、组件或步骤，指示所引用的元素、组件或步骤可以存在，或者被利用或与未明确引用的其他元素、组件或步骤组合。当说明书权利要求涉及选自A、B、C……和N组成的组中的至少一种时，文本应解释为只需要组中的一个元素，而不是A加N，或B加N等。
附图标记列表
第一反应器(100)
碳质材料(102A)
碳质材料(102B)
碳质材料(102C)
碳质材料(102D)
碳质材料(102E)
碳质材料(102F)
第一内部(101)
碳质材料(102)
第一反应器碳质材料输入(104)
第一反应器第一碳质材料输入(104A)
第一反应器第二碳质材料输入(104B)
第一反应器第三碳质材料输入(104C)
第一反应器第四碳质材料输入(104D)
第一反应器第五碳质材料输入(104E)
第一反应器第六碳质材料输入(104F)
第一反应器颗粒状传热材料(105)
第一反应器反应物(106)
第一反应器致密床区反应物(106A)
第一反应器进料区反应物(106B)
第一反应器飞溅区反应物(106C)
第一反应器固体输入(107)
第一反应器反应物输入(108)
第一反应器致密床区反应物输入(108A)
第一反应器进料区反应物输入(108B)
第一反应器飞溅区反应物输入(108C)
第一反应器热交换器燃料(110)
第一反应器第一热交换器燃料(110A)
烃(110AA)
烃(110AB)
烃(110AC)
烃(110AD)
第一反应器第二热交换器燃料(110B)
含氧气体(110BA)
含氧气体(110BB)
含氧气体(110BC)
含氧气体(110BD)
第一反应器第三热交换器燃料(110C)
第一反应器第四热交换器燃料(110D)
第一反应器第一热交换器燃烧室(111)
第一反应器第一热交换器燃烧室(111A)
第一反应器第二热交换器燃烧室(111B)
第一反应器第三热交换器燃烧室(111C)
第一反应器第四热交换器燃烧室(111D)
第一反应器热交换器燃料入口(112)
第一反应器第一热交换器燃料入口(112A)
第一烃入口(112A1)
第二烃入口(112A2)
含氧气体入口(112A3)
第一反应器第二热交换器燃料入口(112B)
第一烃入口(112B1)
第二烃入口(112B2)
含氧气体入口(112B3)
第一反应器第三热交换器燃料入口(112C)
第一烃入口(112C1)
第二烃入口(112C2)
含氧气体入口(112C3)
第一反应器第四热交换器燃料入口(112D)
第一烃入口(112D1)
第二烃入口(112D2)
含氧气体入口(112D3)
第一热交换器谐振管(113)
第一热交换器谐振管(113A)
第二热交换器谐振管(113B)
第三热交换器谐振管(113C)
第四热交换器谐振管(113D)
组合的燃烧流(114)
第一反应器第一热交换器燃烧流(114A)
第一反应器第二热交换器燃烧流(114B)
第一反应器第三热交换器燃烧流(114C)
第一反应器第四热交换器燃烧流(114D)
热交换器燃烧流出口(116)
第一反应器第一热交换器燃烧流出口(116A)
第一反应器第二热交换器燃烧流出口(116B)
第一反应器第三热交换器燃烧流出口(116C)
第一反应器第四热交换器燃烧流出口(116D)
第一反应器第一热交换器去耦器(117)
第一反应器第一热交换器去耦器(117A)
第一反应器第二热交换器去耦器(117B)
第一反应器第二热交换器去耦器(117C)
第一反应器第四热交换器去耦器(117D)
第一反应器含氧气体(118)
第一反应器致密床区含氧气体(118A)
第一反应器进料区含氧气体(118B)
第一反应器飞溅区含氧气体(118C)
第一反应器含氧气体输入(120)
第一反应器致密床区含氧气体输入(120A)
第一反应器进料区含氧气体输入(120B)
第一反应器飞溅区含氧气体输入(120C)
第一反应器产物气体(122)
第一反应器产物气体(122A1)
第一反应器产物气体(122A2)
第一反应器产物气体输出(124)
内部旋风分离器(125)
焦炭贫化的第一反应器产物气体(126)
焦炭贫化的第一反应器产物气体(126A1)
焦炭贫化的第一反应器产物气体(126A2)
焦炭贫化的第一反应器产物气体conduit(128)
焦炭贫化的第一反应器产物气体conduit(128A1)
焦炭贫化的第一反应器产物气体conduit(128A2)
第一固体分离装置(150)
第一固体分离装置(150A1)
第一固体分离装置(150A2)
第一分离输入(152)
第一分离输入(152A1)
第一分离输入(152A2)
第一分离焦炭输出(154)
第一分离焦炭输出(154A1)
第一分离焦炭输出(154A2)
第一分离气体输出(156)
第一分离气体输出(156A1)
第一分离气体输出(156A2)
辅助热交换器燃烧流入口(160)
辅助热交换器传热介质(164)
辅助热交换器传热介质入口(166)
辅助热交换器燃烧流出口(167)
辅助热交换器传热介质出口(168)
辅助热交换器传热介质出口导管(170)
第一反应器组合的反应物导管(172)
组合的传热介质导管(174)
第二反应器(200)
第二内部(201)
焦炭(202)
焦炭(202A)
焦炭(202B)
焦炭(202C)
焦炭(202D)
第二反应器焦炭输入(204)
第二反应器第一焦炭输入(204A)
第二反应器第二焦炭输入(204B)
第二反应器第三焦炭输入(204C)
第二反应器第四焦炭输入(204D)
第二反应器颗粒状传热材料(205)
第二反应器反应物(206)
第二反应器致密床区反应物(206A)
第二反应器进料区反应物(206B)
第二反应器飞溅区反应物(206C)
第二反应器固体输出(207)
第二反应器反应物输入(208)
第二反应器致密床区反应物输入(208A)
第二反应器进料区反应物输入(208B)
第二反应器飞溅区反应物输入(208C)
第二反应器传热介质(210)
第二反应器传热介质入口(212)
第二反应器传热介质出口(216)
第二反应器含氧气体(218)
第二反应器致密床区含氧气体(218A)
第二反应器进料区含氧气体(218B)
第二反应器飞溅区含氧气体(218C)
第二反应器含氧气体输入(220)
第二反应器致密床区含氧气体输入(220A)
第二反应器进料区含氧气体输入(220B)
第二反应器飞溅区含氧气体输入(220C)
第二反应器产物气体(222)
第二反应器产物气体输出(224)
第二内部旋风分离器(225)
固体贫化的第二反应器产物气体(226)
固体贫化的第二反应器产物气体导管(228)
组合的反应器产物气体导管(230)
第二反应器分离的固体(232)
固体转移导管(234)
提升管(236)
提升管连接(238)
提升管输送流体(240)
末端部分(242)
浸入管(244)
浸入管(244A)
浸入管(244B)
固体流量调节器(245)
第一固体流量调节器(245A)
第二固体流量调节器(245B)
固体流量调节器固体输入(246)
第一固体流量调节器固体输入(246A)
第二固体流量调节器固体输入(246B)
固体流量调节器固体输出(247)
第一固体流量调节器固体输出(247A)
第二固体流量调节器固体输出(247B)
第三固体流量调节器固体输出(247C)
第四固体流量调节器固体输出(247D)
固体流量调节器气体输入(248)
固体流量调节器气体输入(248A)
固体流量调节器气体输入(248B)
固体流量调节器气体(249)
第二固体分离装置(250)
第二分离输入(252)
第二分离固体输出(254)
第二分离气体输出(256)
燃料(262)
燃料输入(264)
水(411)
水入口(413)
蒸汽(415)
蒸汽出口(417)
蒸汽鼓(425)
蒸汽鼓泵(430)
碳质材料(500)
原料制备系统(1000)
两阶段能量集成产物气体发生系统(1001)
产物气体发生和颗粒分级系统(1002)
升级产品(1500)
原料输送系统(2000)
产物气体发生系统(3000)
一次气体净化系统(4000)
压缩系统(5000)
二次气体净化系统(6000)
合成系统(7000)
升级系统(8000)
碳质材料输入(1-IN1)
碳质材料输出(1-OUT1)
碳质材料输入(2-IN1)
二氧化碳输入(2-IN2)
碳质材料输出(2-OUT1)
第一阶段产物气体发生系统(3A)
碳质材料输入(3A-IN1)
第一反应器反应物输入(3A-IN2)
含氧气体输入(3A-IN3)
燃料输入(3A-IN4)
烃输入(3A-IN4A)
含氧气体输入(3A-IN4B)
气体输入(3A-IN5)
固体输入(3A-IN6)
水输入(3A-IN7)
第一反应器产物气体输出(3A-OUT1)
燃烧产物输出(3A-OUT2)
蒸汽输出(3A-OUT3)
固体(3A-OUT4)
排气(3A-OUT5)
第二阶段产物气体发生系统(3B)
第一反应器产物气体输入(3B-IN1)
第二反应器传热介质输入(3B-IN2)
含氧气体输入(3B-IN3)
气体输入(3B-IN4)
燃料输入(3B-IN5)
燃烧产物输入(3B-IN6)
蒸汽输入(3B-IN7)
产物气体输出(3B-OUT1)
第二反应器传热介质输出(3B-OUT2)
固体输出(3B-OUT3)
碳质材料输入(3-IN1)
产物气体输出(3-OUT1)
产物气体输入(4-IN1)
一次气体净化传热介质输入(4-IN2)
产物气体输出(4-OUT1)
燃料输出(4-OUT2)
一次气体净化传热介质输出(4-OUT3)
产物气体输入(5-IN1)
产物气体输出(5-OUT1)
产物气体输入(6-IN1)
产物气体输出(6-OUT1)
二氧化碳输出(6-OUT2)
产物气体输入(7-IN1)
合成产物输出(7-OUT1)
第一合成烃输出(7-OUT2)
合成产物输入(8-IN1)
升级产物输出(8-OUT1)
第一烃输出(8-OUT2)
前管板(A1)
热交换器回路组合的混合物入口(A1F)
热交换器回路水出口(A1O)
后管板(A2)
前管板传热介质(AF)
前管板传热介质入口(AF1)
前管板传热介质出口(AF2)
后管板传热介质(AR)
后管板传热介质入口(AR1)
后管板传热介质出口(AR2)
致密床区(AZ-A)
致密床区蒸汽/氧气连接(AZA0)
致密床区蒸汽/氧气(AZA1)
致密床区蒸汽/氧气输入(AZA2)
进料区(AZ-B)
进料区蒸汽/氧气连接(AZB0)
进料区蒸汽/氧气(AZB1)
第一进料区蒸汽/氧气输入(AZB2)
第二进料区蒸汽/氧气输入(AZB3)
第三进料区蒸汽/氧气输入(AZB4)
第四进料区蒸汽/氧气输入(AZB5)
第五进料区蒸汽/氧气输入(AZB6)
第六进料区蒸汽/氧气输入(AZB7)
飞溅区(AZ-C)
飞溅区蒸汽/氧气连接(AZC0)
飞溅区蒸汽/氧气(AZC1)
第一飞溅区蒸汽/氧气输入(AZC2)
第二飞溅区蒸汽/氧气输入(AZC3)
第三飞溅区蒸汽/氧气输入(AZC4)
第四飞溅区蒸汽/氧气输入(AZC5)
第五飞溅区蒸汽/氧气输入(AZC6)
第六飞溅区蒸汽/氧气输入(AZC7)
第七飞溅区蒸汽/氧气输入(AZC8)
第八飞溅区蒸汽/氧气输入(AZC9)
前管板(B1)
后管板(B2)
前管板传热介质(BF)
前管板传热介质入口(BF1)
前管板传热介质出口(BF2)
后管板传热介质(BR)
后管板传热介质入口(BR1)
后管板传热介质出口(BR2)
致密床区(BZ-A)
致密床区蒸汽/氧气连接(BZA0)
致密床区蒸汽/氧气(BZA1)
致密床区蒸汽/氧气(BZA2)
进料区(BZ-B)
进料区蒸汽/氧气连接(BZB0)
进料区蒸汽/氧气(BZB1)
进料区蒸汽/氧气输入(BZB2)
进料区蒸汽/氧气输入(BZB3)
进料区蒸汽/氧气输入(BZB4)
进料区蒸汽/氧气输入(BZB5)
飞溅区(BZ-C)
飞溅区蒸汽/氧气连接(BZC0)
飞溅区蒸汽/氧气(BZC1)
飞溅区蒸汽/氧气输入(BZC2)
飞溅区蒸汽/氧气输入(BZC3)
飞溅区蒸汽/氧气输入(BZC4)
飞溅区蒸汽/氧气输入(BZC5)
前管板(C1)
后管板(C2)
前管板传热介质(CF)
前管板传热介质入口(CF1)
前管板传热介质出口(CF2)
热交换器回路组合的混合物(CM)
后管板传热介质(CR)
后管板传热介质入口(CR1)
后管板传热介质出口(CR2)
进料制备控制体积(CV-1000)
进料输送控制体积(CV-2000)
产物气体发生控制体积(CV-3000)
一次气体净化控制体积(CV-4000)
压缩控制体积(CV-5000)
二次气体净化控制体积(CV-6000)
合成控制体积(CV-7000)
升级控制体积(CV-8000)
第一阶段产物气体发生控制体积(CV-3A)
第二阶段产物气体发生控制体积(CV-3B)
前管板(D1)
后管板(D2)
前管板传热介质(DF)
前管板传热介质入口(DF1)
前管板传热介质出口(DF2)
限流孔差压(DP-AB)
后管板传热介质(DR)
后管板传热介质入口(DR1)
后管板传热介质出口(DR2)
干舷区(FB-A)
干舷区(FB-B)
辅助热交换器(HX-2)
一次气体净化热交换器(HX-4)
第一反应器热交换器(HX-A)
第一反应器第一热交换器(HX-A1)
前管板式热交换器(HX-A1A1)
后管板式热交换器(HX-A1A2)
第一反应器第二热交换器(HX-A2)
前管板式热交换器(HX-A2A1)
后管板式热交换器(HX-A2A2)
第一反应器第三热交换器(HX-A3)
前管板式热交换器(HX-A3A1)
后管板式热交换器(HX-A3A2)
第一反应器第四热交换器(HX-A4)
前管板式热交换器(HX-A4A1)
后管板式热交换器(HX-A4A2)
第二反应器热交换器(HX-B)
流化床水平(L-A)
流化床水平(L-B)
蒸汽鼓水平传感器(LT1)
蒸汽鼓水平阀(LV1)
第一反应器压力(P-A)
第二反应器压力(P-B)
蒸汽鼓压力传感器(PT1)
蒸汽鼓压力阀(PV1)
第一象限(Q1)
第二象限(Q2)
第三象限(Q3)
第四象限(Q4)
限流孔(RO-B)
炼油厂上层建筑系统(RSS)
热交换器(HX-4)传热介质一次气体净化入口温度(T0)
传热介质第二反应器入口温度(T1)
传热介质第二反应器出口温度(T2)
第一反应器热交换器燃料入口温度(T3)
第一反应器第一热交换器燃料入口温度(T3A)
第一反应器第二热交换器燃料入口温度(T3B)
第一反应器第三热交换器燃料入口温度(T3C)
第一反应器热交换器组合的燃烧流出口温度(T4)
第一反应器第一热交换器燃烧流出口温度(T4A)
第一反应器第二热交换器燃烧流出口温度(T4B)
第一反应器第三热交换器燃烧流出口温度(T4C)
第一反应器第四热交换器燃烧流出口温度(T4D)
第一反应器辅助热交换器燃烧流出口温度(T5)
第一反应器辅助热交换器传热介质入口温度(T6)
第一反应器辅助热交换器传热介质出口温度(T7)
水蒸汽鼓入口温度(T8)
蒸汽鼓出口温度(T9)
第一反应器温度(T-A)
第二反应器温度(T-B)
第一反应器致密床区反应物阀(VA1)
第一反应器致密床区反应物阀控制器(CA1)
第一反应器致密床区反应物阀信号(XA1)
第一反应器致密床区含氧气体阀(VA2)
第一反应器致密床区含氧气体阀控制器(CA2)
第一反应器致密床区含氧气体阀信号(XA2)
第一反应器进料区反应物阀(VA3)
第一反应器进料区反应物阀控制器(CA3)
第一反应器进料区反应物阀信号(XA3)
第一反应器进料区含氧气体阀(VA4)
第一反应器进料区含氧气体阀控制器(CA4)
第一反应器进料区含氧气体阀信号(XA4)
第一反应器飞溅区反应物阀(VA5)
第一反应器飞溅区反应物阀控制器(CA5)
第一反应器飞溅区反应物阀信号(XA5)
第一反应器飞溅区含氧气体阀(VA6)
第一反应器飞溅区含氧气体阀控制器(CA6)
第一反应器飞溅区含氧气体阀信号(XA6)
第一烃阀(VA7A)
第一烃阀控制器(CA7A)
第一烃阀信号(XA7A)
第二烃阀(VA7B)
第二烃阀控制器(CA7B)
第二烃阀信号(XA7B)
第三烃阀(VA7C)
第三烃阀控制器(CA7C)
第三烃阀信号(XA7C)
第四烃阀(VA7D)
第四烃阀控制器(CA7D)
第四烃阀信号(XA7D)
第一含氧气体阀(VA8A)
第一含氧气体阀控制器(CA8A)
第一含氧气体阀信号(XA8A)
第二含氧气体阀(VA8B)
第二含氧气体阀控制器(CA8B)
第二含氧气体阀信号(XA8B)
第三含氧气体阀(VA8C)
第三含氧气体阀控制器(CA8C)
第三含氧气体阀信号(XA8C)
第四含氧气体阀(VA8D)
第四含氧气体阀控制器(CA8D)
第四含氧气体阀信号(XA8D)
第二反应器传热介质供给阀(VB0)
第二反应器传热介质供给阀控制器(CB0)
第二反应器传热介质供给阀信号(XB0)
第二反应器致密床区反应物阀(VB1)
第二反应器致密床区反应物阀控制器(CB1)
第二反应器致密床区反应物阀信号(XB1)
第二反应器致密床区含氧气体阀(VB2)
第二反应器致密床区含氧气体阀控制器(CB2)
第二反应器致密床区含氧气体阀信号(XB2)
第二反应器进料区反应物阀(VB3)
第二反应器进料区反应物阀控制器(CB3)
第二反应器进料区反应物阀信号(XB3)
第二反应器进料区含氧气体阀(VB4)
第二反应器进料区含氧气体阀控制器(CB4)
第二反应器进料区含氧气体阀信号(XB4)
第二反应器飞溅区反应物阀(VB5)
第二反应器飞溅区反应物阀控制器(CB5)
第二反应器飞溅区反应物阀信号(XB5)
第二反应器飞溅区含氧气体阀(VB6)
第二反应器飞溅区含氧气体阀控制器(CB6)
第二反应器飞溅区含氧气体阀信号(XB6)
第二反应器烃阀(VB7)
第二反应器烃阀控制器(CB7)
第二反应器烃阀信号(XB7)
连接(X0)
连接(X1)
连接(X2)
连接(X3)
连接(X4)
连接(X5)
连接(X6)
连接(X7)
连接(X8)
连接(X9)
第一反应器进料区横截面图(XAZ-B)
第一反应器飞溅区横截面图(XAZ-C)
第二反应器进料区横截面图(XBZ-B)
第二反应器飞溅区横截面图(XBZ-C)
分级器内部(INA、INB)
颗粒分级容器(A1A、A1B)
床料和惰性原料污染物混合物输出(A2A、A2AA)
床料和惰性原料污染物混合物转移导管(A3A、A3AA)
床料和惰性原料污染物混合物(A4A、A4AA)
床料和惰性原料污染物混合物输入(A5A、A5AA)
分级器气体输入(A6A、A6AA)
分级的再循环床料输出(A7A、A7AA)
分级器减压气体输出(A8A、A8AA)
分级器惰性原料污染物输出(A9A、A9AA)
分级器气体(A16、A16A)
分级器提升管(A17、A17A)
分级器减压气体(A18、A18A)
分级的惰性原料污染物(A19、A19A)
分级的再循环床料输入(A27、A27A)
分级的再循环床料(A37、A37A)
混合物转移阀(V9、V9A、V9AA)
混合物转移阀控制器(C9A、C9AA)
分级气体转移阀(V10、V10A、V10AA)
分级气体转移阀控制器(C10A、C10AA)
床料提升管再循环转移阀(V11、V11A、V11AA)
床料提升管再循环转移阀控制器(C11A、C11AA)
减压排气阀(V12、V12A、V12AA)
减压排气阀控制器(C12A、VC12AA)
惰性原料污染物排放阀(V13、V13A、V13AA)
惰性原料污染物排放阀控制器(C13A、C13AA)
质量传感器(WT-1)
质量传感器信号(XWT1)
主控制计算机(COMP)
处理器(PROC)
存储器(MEM)
输入/输出接口(I/O)
代码(CODE)。

Claims (20)

1.两阶段产物气体发生系统(1001)，其被配置成由碳质材料(102)产生产物气体，所述系统包括：
(a)第一反应器(100)，其具有第一内部(101)并包括：
到第一内部(101)的第一反应器碳质材料输入(104)；
到第一内部(101)的第一反应器反应物输入(108)，和
第一反应器产物气体输出(124)；和
(b)第二反应器(200)，其具有第二内部(201)并包括：
到第二内部(201)的第二反应器焦炭输入(204)，所述第二反应器焦炭输入(204)与第一反应器产物气体输出(124)流体连通；
到第二内部(201)的第二反应器含氧气体输入(220)；
第二反应器产物气体输出(224)；和
与第二内部(201)热接触的第二反应器热交换器(HX-B)；
(c)第一固体分离装置(150)，其具有：
与第一反应器产物气体输出(124)流体连通的第一分离输入(152)；
与第二反应器焦炭输入(204)流体连通的第一分离焦炭输出(154)；和
第一分离气体输出(156)；和
(d)第二固体分离装置(250)，其具有：
与第二反应器产物气体输出(224)流体连通的第二分离输入(252)；
与固体转移导管(234)流体连通的第二分离固体输出物(254)；和
第二分离气体输出(256)；
其中：
第二反应器热交换器(HX-B)包括：
第二反应器传热介质入口(212)，其被配置成于第二反应器入口温度(T1)接收传热介质(210)；和
第二反应器传热介质出口(216)，其被配置成于较高的第二反应器出口温度(T2)输出传热介质(210)，和
第一反应器反应物输入(108)与第二反应器传热介质出口(216)流体连通，并被配置成将至少一部分所述传热介质(210)作为第一反应器(100)的反应物(106)引入第一内部(101)；
第一反应器在第一反应器压力下操作；和
第二反应器在第二反应器压力下操作，该第一反应器压力大于第二反应器压力。
2.根据权利要求1所述的两阶段产物气体发生系统(1001)，还包括：
到第二内部(201)的第二反应器反应物输入(208)；其中：
第二反应器反应物输入(208)与第二反应器传热介质出口(216)流体连通，并被配置成将至少一部分所述传热介质(210)作为第二反应器(200)的反应物引入第二内部(201)。
3.根据权利要求1所述的两阶段产物气体发生系统(1001)，还包括：
到第一内部(101)的第一反应器含氧气体输入(120)，其被配置成接收第一反应器含氧气体(118)。
4.根据权利要求1所述的两阶段产物气体发生系统(1001)，还包括：
组合的反应器产物气体导管(230)，其与第一分离气体输出(156)和第二分离气体输出(256)流体连通，并被配置成将由第一反应器(100)和第二反应器(200)两者产生的产物气体组合。
5.根据权利要求1所述的两阶段产物气体发生系统(1001)，还包括：
第二反应器固体输出(207)；和
第一反应器固体输入(107)，其与第二反应器固体输出(207)流体连通，其中：
第一反应器固体输入(107)被配置成将存在于第二内部(201)中的第二反应器颗粒状传热材料(205)接收到第一内部(101)中。
6.根据权利要求1所述的两阶段产物气体发生系统(1001)，其中所述第一反应器还包括：
第一反应器第一热交换器(HX-A1)，其与第一内部(101)热接触，所述第一反应器第一热交换器(HX-A1)包括：
第一反应器第一热交换器燃料入口(112A)，其被配置成在第一入口温度(T3A)接收第一反应器第一热交换器燃料(110A)；和
第一反应器第一热交换器燃烧流出口(116A)，其被配置成在第一出口温度(T4A)输出第一反应器第一热交换器燃烧流(114A)。
7.根据权利要求6所述的两阶段产物气体发生系统(1001)，还包括：
第一反应器(100)外部的辅助热交换器(HX-2)，其与离开第一反应器第一热交换器燃烧流出口(116A)的第一反应器第一热交换器燃烧流(114A)热接触；其中，
辅助热交换器(HX-2)被配置成将热量从第一反应器第一热交换器燃烧流(114A)传递到辅助热交换器传热介质(164)，辅助热交换器传热介质(164)经由辅助热交换器传热介质出口导管(170)离开辅助热交换器(HX-2)。
8.根据权利要求7所述的两阶段产物气体发生系统(1001)，其中：
辅助热交换器传热介质出口导管(170)与第一反应器(100)的第一反应器反应物输入(108)流体连通，从而供应辅助热交换器传热介质(164)作为第一个反应器(100)的反应物。
9.根据权利要求7所述的两阶段产物气体发生系统(1001)，其中：
辅助热交换器传热介质出口导管(170)与第二反应器传热介质入口(212)流体连通，从而将辅助热交换器传热介质(164)供应到第二反应器热交换器(HX-B)。
10.根据权利要求6所述的两阶段产物气体发生系统(1001)，其中所述第一反应器包括：
两个第一反应器热交换器(HX-A1、HX-A2)，其位于第一内部(101)中并沿第一内部的第一高度尺寸彼此垂直间隔开；其中：
沿着所述第一高度尺寸的交替的第一反应器热交换器彼此交叉布置，使得在第一内部的俯视图中，四个第一反应器热交换器限定四个开放的垂直延伸的象限(Q1,Q2,Q3,Q4)。
11.根据权利要求10所述的两阶段产物气体发生系统(1001)，包括：
到第一内部(101)的六个第一反应器碳质材料输入(104A-104F)；其中：
六个第一反应器碳质材料输入中仅有两个被配置成将碳质材料注入垂直延伸的象限(Q1,Q2,Q3,Q4)。
12.根据权利要求6所述的两阶段产物气体发生系统(1001)，还包括：
前管板式热交换器(HX-A1A1)，其与第一反应器(100)热接触，并包括：
前管板传热介质入口(AF1)和与前管板传热介质入口(AF1)流体连通的前管板传热介质出口(AF2)。
13.根据权利要求12所述的两阶段产物气体发生系统(1001)，还包括：
后管板式热交换器(HX-A1A2)，其与第一反应器(100)热接触，并包括：
后管板传热介质入口(AR1)和与后管板传热介质入口(AR1)流体连通的后管板传热介质出口(AR2)。
14.根据权利要求13所述的两阶段产物气体发生系统(1001)，其中：
前管板传热介质出口(AF2)和后管板传热介质出口(AR2)都与第二反应器传热介质入口(212)流体连通，使得：
离开前管板传热介质出口(AF2)和后管板传热介质出口(AR2)的至少一部分流体作为所述传热介质(210)的至少一部分在第二反应器传热介质入口(212)处提供。
15.根据权利要求14所述的两阶段产物气体发生系统(1001)，还包括蒸汽鼓(425)，其具有：
一个或多个入口，其与前管板传热介质出口(AF2)和后管板传热介质出口(AR2)流体连通；和
一个或多个出口，其与第二反应器传热介质入口(212)流体连通。
16.根据权利要求15所述的两阶段产物气体发生系统(1001)，其中：
前管板式传热介质(AF)的一部分以液相进入前管板传热介质入口(AF1)，作为第一气相离开前管板传热介质出口(AF2)；
后管板式传热介质(AR)的一部分以液相进入后管板传热介质入口(AR1)，作为第二气相离开后管板传热介质出口(AR2)；和
第一和第二气相进入所述蒸汽鼓(425)。
17.根据权利要求1所述的两阶段产物气体发生系统(1001)，其中：
由所述第二反应器传热介质入口(212)在所述第二反应器入口温度(T1)接收的传热介质(210)由与一次气体净化系统相关联的下游热交换器提供，所述一次气体净化系统被配置为清洁所述产物气体。
18.使用具有第一内部(101)的第一反应器(100)和具有第二内部(201)的第二反应器(200)从碳质材料制备第一反应器产物气体和第二反应器产物气体的方法，该方法包括：
(a)在第一反应器热交换器(HX-A)中燃烧燃料源以形成燃烧流；
(b)用所述燃烧流间接加热存在于第一反应器中的颗粒状传热材料，以在第一反应器中提供使碳质材料与蒸汽反应并且任选还与二氧化碳和/或含氧气体反应以产生含有焦炭的第一反应器产物气体所需的至少一部分热量；
(c)将焦炭与第一反应器产物气体分离；
(d)使分离的焦炭与含氧气体在第二反应器中反应，以产生第二反应器产物气体；
(e)将热量从第二反应器通过热交换器传递到传热介质，传热介质包括蒸汽；和
(f)将已经由第二反应器加热的至少第一部分蒸汽引入第一反应器，以与碳质材料反应；
其中：
第一反应器在第一反应器压力下操作；和
第二反应器在第二反应器压力下操作，该第一反应器压力大于第二反应器压力。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
将由第二反应器加热的第二部分蒸汽引回到第二反应器的第二内部，以与分离的焦炭反应。
20.将碳质材料转化为至少一种液体燃料的方法，该方法包括：
(a)在原料输送系统中组合碳质材料和二氧化碳；
(b)将组合的碳质材料和二氧化碳引入含有第一颗粒状传热材料的第一反应器中；
(c)将蒸汽引入第一反应器；
(d)使碳质材料与蒸汽和二氧化碳在吸热的热化学反应中反应，生成含有焦炭的第一反应器产物气体；
(e)将一部分焦炭引入含有第二颗粒状传热材料的第二反应器中；
(f)将含氧气体引入第二反应器；
(g)使焦炭与含氧气体在第二反应器中反应，在放热的热化学反应中生成第二反应器产物气体；
(h)经由第二反应器热交换器将热量从放热的热化学反应传递到与第二反应器热接触的第一传热介质，所述传热介质包括蒸汽；
(i)将至少一部分加热的第一传热介质引入第一反应器中，用作(c)中的蒸汽源；
(j)压缩第一和/或第二反应器产物气体，从而形成压缩产物气体；
(k)从压缩产物气体中除去二氧化碳，并将至少第一部分除去的二氧化碳供给原料输送系统，以便在步骤(a)中与碳质材料组合；
(l)在除去二氧化碳后使压缩产物气体与催化剂反应；和
(m)在压缩产物气体与催化剂反应后，从压缩产物气体合成至少一种液体燃料。
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