CN111065459A - 具有不相等反应器组件运行压力的反应器系统 - Google Patents

具有不相等反应器组件运行压力的反应器系统 Download PDF

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Abstract

一种反应器系统，包括第一反应器组件、第一压力转变组件、第二反应器组件以及第二压力转变组件。

Description

具有不相等反应器组件运行压力的反应器系统
相关申请的交叉引用
本申请在适当的程度上要求以下每一个申请的优先权：2017年7月31日提交的美国临时专利申请62/539,374号、2017年9月29日提交的美国临时专利申请62/565,565号以及2017年11月21日提交的美国临时专利申请62/589,144号，其中每一个申请的公开内容通过引用被整体并入本文。
技术领域
本公开涉及用于反应器系统的系统和方法，该反应器系统包含在反应器组件之间循环的固体颗粒。更特别地，本公开涉及反应器系统，在该反应器系统中，两个或更多个反应器在不相等的压力下运行。
背景技术
对于大多数反应系统，选择运行压力以生产期望的产物是系统设计的一部分。运行压力直接影响系统性能和经济性。例如，在甲烷制合成气的化学循环系统中，还原反应器压力从1atm到10atm的升高将甲烷转化动力学提高了‘2’因子。然而，还原器压力从1atm到10atm的升高导致甲烷制合成气的最大热力学平衡转化降低。
除了影响诸如热力学平衡、反应动力学以及净系统热平衡之类的固有参数以外，运行压力的选择还会影响与反应器系统相关联的压缩成本和能量消耗。例如，当在费托类气液工厂中集成甲烷制合成气的化学循环系统时，典型的合成气供应压力要求是30atm。如果甲烷制合成气系统在30atm下运行，则需要大量空气压缩能量用于使所还原的金属氧化物在30atm下再氧化，从而维持固体循环。可替代地，在1atm下运行的化学循环系统需要合成气压缩机，以将所产生的合成气从1atm压缩到30atm。在1atm和30atm之间的中等压力下，需要合成气压缩机和空气压缩机的组合来运行之前实施的化学循环系统。
取决于运行压力和能量回收方案的选择，压缩机和/或膨胀机可能累积花费总体反应器系统投资成本的40％至70％。在另一个示例中，在具有CO2捕集的化学循环燃烧系统中，相对于没有CO2捕集的基线超临界工厂，俄亥俄州的煤炭直接化学循环(CDCL)系统具有10.6％的能量损失。这种能量损失中大约一半来自于将还原反应器出口中的CO2从约大气压力压缩到约150atm，这通常是为了封存需要。用于CDCL应用的CO2压缩机的成本是CDCL还原反应器的成本的约80％。通常，对于被设计成在比大气压力高的压力下生成产物的反应器系统，压缩成本在确定总体经济性和能量效率方面起到重要作用。
发明内容
本申请公开了反应器系统和用于反应器系统的方法。具体地，本申请公开了如下反应器系统，该反应器系统包括：(a)第一反应器组件，该第一反应器组件包括一个或多个第一反应器组件反应器，每一个第一反应器组件反应器均被构造成在压力P1下运行，其中，该第一反应器组件被构造成接收压力P1下的第一固体颗粒、将压力P1下的第一固体颗粒转变为压力P1下的第二固体颗粒并且排出压力P1下的第二固体颗粒；(b)第一压力转变组件，该第一压力转变组件与第一反应器组件和第二反应器组件流体连通，其中，该第一压力转变组件被构造成接收压力P1下的第二固体颗粒、将第二固体颗粒周围的压力从压力P1转变为不同于压力P1的压力P2并且排出压力P2下的第二固体颗粒；(c)第二反应器组件，该第二反应器组件包括一个或多个第二反应器组件反应器，每一个第二反应器组件反应器被构造成在压力P2下运行，其中，该第二反应器组件被构造成接收压力P2下的第二固体颗粒、将压力P2下的第二固体颗粒转变为压力P2下的第三固体颗粒并且排出压力P2下的第三固体颗粒；以及第二压力转变组件，该第二压力转变组件与第二反应器组件和第一反应器组件流体连通，该第二压力转变组件被构造成接收压力P2下的第三固体颗粒、将第三固体颗粒周围的压力从压力P2转变为不同于压力P2的压力P3并且从第二压力转变组件排出压力P3下的第三固体颗粒。
本公开的反应器系统的第一压力转变组件可以包括第一非机械阀、第一机械阀、第二非机械阀以及第二机械阀。第一非机械阀可以位于第一反应器组件和第一机械阀之间并且与该第一反应器组件和第一机械阀流体连通。第一机械阀可以能够在打开位置和闭合位置中运行。第二非机械阀可以位于第一非机械阀和第一机械阀之间并且与该第一非机械阀和第一机械阀流体连通。第二机械阀可以能够在打开位置和闭合位置中运行。第二非机械阀进一步可以包括气体入口和第二非机械阀气体出口，该气体入口用于接收加压惰性气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行，该第二非机械阀气体出口用于释放加压气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行。
本公开的反应器系统的第一压力转变组件进一步可以包括至少一个附加的非机械阀，所述至少一个附加的非机械阀与如下部件流体连通并且位于如下部件之间：第一反应器组件和第一非机械阀、第一非机械阀和第一机械阀、第一机械阀和第二非机械阀、第二非机械阀和第二机械阀以及第二机械阀和第二反应器组件。
本公开的反应器系统的第一压力转变组件可以在如下模式中运行：(a)第一模式，其中，第一非机械阀和第二非机械阀内的压力是P1，第一机械阀在闭合位置中，并且压力P1下的第一多个第二固体颗粒由第一非机械阀以如下方式接收，该方式防止压力P1下的第一多个第二固体颗粒与第一机械阀直接接触；(b)第二模式，其中，第一机械阀在打开位置中，第二机械阀在闭合位置中，第二非机械阀气体入口在闭合位置中，并且第二非机械阀气体出口在闭合位置中，其中，第一非机械阀被构造成将压力P1下的第一多个第二固体颗粒通过第一机械阀排出并且使其进入第二非机械阀中，其中，随后第二非机械阀以如下方式接收压力P1下的第一多个第二固体颗粒，该方式防止压力P1下的第一多个第二固体颗粒直接接触第一机械阀或第二机械阀；(c)第三模式，其中，第一机械阀和第二机械阀在闭合位置中，第二非机械阀气体入口在闭合位置中，并且第二非机械阀气体出口在打开位置中，由此，第二非机械阀中的第一多个第二固体颗粒周围的压力从压力P1转变为压力P2；(d)第四模式，其中，第一机械阀在闭合位置中，第二机械阀在打开位置中，并且第二非机械阀气体入口和第二非机械阀气体出口均在闭合位置中，由此，第二非机械阀被构造成将压力P2下的第一多个第二固体颗粒从第二非机械阀通过第二机械阀排出；以及(e)第五模式，其中，第一机械阀和第二机械阀均在闭合位置中，第二非机械阀气体入口在打开位置中，并且第二非机械阀气体出口在闭合位置中，由此，第二非机械阀内的压力从压力P2转变为压力P1。
本公开的反应器系统的第二压力转变组件可以包括第三非机械阀、第三机械阀、第四非机械阀以及第四机械阀。第三非机械阀可以位于第二反应器组件和第三机械阀之间并且与该第二反应器组件和第三机械阀流体连通。第三机械可以阀能够在打开位置和闭合位置中运行。第四非机械阀可以位于第三机械阀和第四机械阀之间并且与该第三机械阀和第四机械阀流体连通。第四机械阀可以能够在打开位置和闭合位置中运行。第四非机械阀进一步可以包括第四非机械阀气体入口和第四非机械阀气体出口，该第四非机械阀气体入口用于接收加压惰性气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行，该第四非机械阀气体出口用于释放加压气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行。
本公开的反应器系统的第二压力转变组件进一步可以包括至少一个附加的非机械阀，所述至少一个附加的非机械阀与如下部件流体连通并且位于如下部件之间：第二反应器组件和第三非机械阀、第三非机械阀和第三机械阀、第三机械阀和第四非机械阀以及第四非机械阀和第四机械阀。
本公开的反应器系统的第二压力转变组件进一步可以在如下模式中运行：(a)第一模式，其中，第三非机械阀和第四非机械阀内的压力是P2，第三机械阀在闭合位置中，并且压力P2下的第一多个第三固体颗粒由第三非机械阀以如下方式接收，该方式防止压力P2下的第一多个第三固体颗粒与第三机械阀直接接触；(b)第二模式，其中，第三机械阀在打开位置中，第四机械阀在闭合位置中，第四非机械阀气体入口在闭合位置中，并且第四非机械阀气体出口在闭合位置中，其中，第三非机械阀被构造成将压力P2下的第一多个第三固体颗粒通过第三机械阀排出并且使其进入第四非机械阀中，其中，随后第四非机械阀以如下方式接收压力P2下的第一多个第三固体颗粒，该方式防止压力P2下的第一多个第三固体颗粒与第三机械阀或第四机械阀直接接触；(c)第三模式，其中，第三机械阀和第四机械阀在闭合位置中，并且第四非机械阀气体出口或第四非机械阀气体入口在打开位置中，由此，第四非机械阀中的第一多个第三固体颗粒周围的压力从压力P2转变为压力P3；(d)第四模式，其中，第三机械阀在闭合位置中，第四机械阀在打开位置中，并且第四非机械阀气体入口和第四非机械阀气体出口均在闭合位置中，由此，第四非机械阀被构造成将压力P3下的第一多个第三固体颗粒从第四非机械阀通过第四机械阀排出；以及(e)第五模式，其中，第三机械阀和第四机械阀均在闭合位置中，并且第四非机械阀气体入口或第四非机械阀气体出口在打开位置中，由此，第二非机械阀内的压力从压力P3转变为压力P2。
本公开还提供用于运行反应器系统的方法。具体地，本公开的方法可以包括：(a)将压力P1下的第一固体颗粒提供给第一反应器组件；(b)在压力P1下运行第一反应器组件，该第一反应器组件包括一个或多个第一反应器组件反应器，每一个第一反应器组件反应器均被构造成在压力P1下运行；(c)在第一反应器组件中，将压力P1下的第一固体颗粒转变为压力P1下的第二固体颗粒；(d)将压力P1下的第二固体颗粒提供给第一压力转变组件；(e)在第一压力转变组件中，将第二固体颗粒周围的压力从压力P1转变为不同于压力P1的压力P2；(f)将压力P2下的第二固体颗粒从第一压力转变组件排出，并且将压力P2下的第二固体颗粒提供给第二反应器组件；(g)在压力P2下运行第二反应器组件，该第二反应器组件包括一个或多个第二反应器组件反应器，每一个第二反应器组件反应器均被构造成在压力P2下运行；(h)在第二反应器组件中，将压力P2下的第二固体颗粒转变为压力P2下的第三固体颗粒；(i)将压力P2下的第三固体颗粒提供给第二压力转变组件；(j)在第二压力转变组件中，将第三固体颗粒周围的压力从压力P2转变为不同于压力P2的压力P3；以及(k)将压力P3下的第三固体颗粒从第二压力转变组件排出。
本公开的方法的第一压力转变组件可以包括第一非机械阀、第一机械阀、第二非机械阀以及第二机械阀，其中，该第一非机械阀位于第一反应器组件和第一机械阀之间并且与该第一反应器组件和第一机械阀流体连通，该第一机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，该第二非机械阀位于第一机械阀和第二机械阀之间并且与该第一机械阀和第二机械阀流体连通，并且该第二机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，并且其中，该第二非机械阀进一步包括第二非机械阀气体入口和第二非机械阀气体出口，该第二非机械阀气体入口用于接收加压惰性气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行，该第二非机械阀气体出口用于释放加压气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行，并且该方法进一步可以依次包括以下步骤：(a)当第一机械阀在闭合位置中并且第一非机械阀内的压力是P1时，在第一非机械阀处接收压力P1下的第一多个第二固体颗粒，其中，以如下方式接收压力P1下的第一多个第二固体颗粒，该方式防止在第一机械阀在闭合位置中时压力P1下的第一多个第二固体颗粒与第一机械阀直接接触；(b)当第一非机械阀内的压力是P1、第二非机械阀内的压力是P1、第二机械阀在闭合位置中、第二非机械阀气体入口在闭合位置中并且第二非机械阀气体出口在闭合位置中时，打开第一机械阀；(c)将压力P1下的第一多个第二固体颗粒从第一非机械阀通过第一机械阀排出并且使其进入第二非机械阀中，由此，第二非机械阀随后以如下方式接收压力P1下的第一多个第二固体颗粒，该方式防止压力P1下的第一多个第二固体颗粒直接接触第一机械阀或第二机械阀；(d)闭合第一机械阀；(e)打开第二非机械阀气体出口，并且将第二非机械阀中的第一多个第二固体颗粒周围的压力从压力P1转变为压力P2；(f)闭合第二非机械阀气体出口；(g)打开第二机械阀；(h)将压力P2下的第一多个第二固体颗粒从第二非机械阀通过第二机械阀排出；(i)闭合第二机械阀；以及(j)打开第二非机械阀气体入口，并且将第二非机械阀内的压力从压力P2转变为压力P1。
本公开的方法的第二压力转变组件可以包括第三非机械阀、第三机械阀、第四非机械阀以及第四机械阀，其中，该第三非机械阀位于第二反应器组件和第三机械阀之间并且与该第二反应器组件和第三机械阀流体连通，该第三机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，该第四非机械阀位于第三机械阀和第四机械阀之间并且与该第三机械阀和第四机械阀流体连通，并且该第四机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，并且其中，该第四非机械阀进一步包括第四非机械阀气体入口和第四非机械阀气体出口，该第四非机械阀气体入口用于接收加压惰性气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行，该第四非机械阀气体出口用于释放加压气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行，并且该方法进一步可以依次包括以下步骤：(a)当第三机械阀在闭合位置中并且第三非机械阀内的压力是P2时，在第三非机械阀处接收压力P2下的第一多个第三固体颗粒，其中，以如下方式接收压力P2下的第一多个第三固体颗粒，该方式防止在第三机械阀在闭合位置中时压力P2下的第一多个第三固体颗粒与第三机械阀直接接触；(b)当第三非机械阀内的压力是P2、第四非机械阀内的压力是P2、第四机械阀在闭合位置中、第四非机械阀气体入口在闭合位置中并且第四非机械阀气体出口在闭合位置中时，打开第三机械阀；(c)将压力P2下的第一多个第三固体颗粒从第三非机械阀通过第三机械阀排出并且使其进入第四非机械阀中，由此，第四非机械阀随后以如下方式接收压力P2下的第一多个第三固体颗粒，该方式防止压力P2下的第一多个第二固体颗粒直接接触第三机械阀或第四机械阀；(d)闭合第三机械阀；(e)打开第四非机械阀气体入口或第四非机械阀气体出口，并且将第四非机械阀中的第一多个第三固体颗粒周围的压力从压力P2转变为压力P3；(f)闭合第四非机械阀气体入口或第四非机械阀气体出口；(g)打开第四机械阀；(h)将压力P3下的第一多个第三固体颗粒从第四非机械阀通过第四机械阀排出；(i)闭合第四机械阀；以及(j)打开第四非机械阀气体入口或第四非机械阀气体出口，并且将第四非机械阀内的压力从压力P3转变为压力P2。
该反应器系统以及用于运行反应器系统的方法的其它方面会在下文详细地描述、在附图中示出并且由权利要求所限定。
附图说明
图1是示例反应器系统的示意图。
图2是图1的反应器系统的示例压力转变组件系统的示意图。
图3是用在图2的压力转变组件系统中的示例性非机械阀的示意图。
图4是用在图2的压力转变组件系统中的示例性非机械阀的另一个示意图。
图5是用在图2的压力转变组件系统中的示例性非机械阀的另一个示意图。
图6是用在图2的压力转变组件系统中的示例性非机械阀的另一个示意图。
图7是用在图2的压力转变组件系统中的示例性非机械阀的另一个示意图。
图8是用在图2的压力转变组件系统中的示例性非机械阀的另一个示意图。
图9是示出根据本公开的用于运行反应器系统的示例性方法的流程图。
图10是示出在图9的方法期间的用于运行第一压力转变组件的示例性方法的流程图。
图11是示出在图9的方法期间的用于运行第二压力转变组件的示例性方法的流程图。
具体实施方式
本文中公开了循环式反应器系统和用于运行反应器系统的方法，所述反应器系统包括第一反应器组件、第一压力转变组件、第二反应器组件以及第二压力转变组件。第一反应器组件被构造成在压力P1下运行，其中，该第一反应器组件被构造成接收压力P1下的第一固体颗粒、将压力P1下的第一固体颗粒转变为压力P1下的第二固体颗粒并且排出压力P1下的第二固体颗粒。第一压力转变组件与第一反应器组件和第二反应器组件流体连通，并且被构造成接收压力P1下的第二固体颗粒、将第二固体颗粒周围的压力从压力P1转变为不同于压力P1的压力P2并且排出压力P2下的第二固体颗粒。第二反应器组件包括一个或多个第二反应器组件反应器，每一个第二反应器组件反应器被构造成在压力P2下运行，其中，该第二反应器组件被构造成接收压力P2下的第二固体颗粒、将压力P2下的第二固体颗粒转变为压力P2下的第三固体颗粒并且排出压力P2下的第三固体颗粒。第二压力转变组件与第二反应器组件和第一反应器组件流体连通，并且被构造成接收压力P2下的第三固体颗粒、将第三固体颗粒周围的压力从压力P2转变为不同于压力P2的压力P3以及从第二压力转变组件排出压力P3下的第三固体颗粒。
如下文更详细地讨论的，本文中所公开的系统和方法并不需要使用高能耗压缩机来改变反应器原料流或反应器产物流的压力。而是，本文中所公开的反应器系统包括压力转变组件，这些压力转变组件被设置在相邻的反应器组件之间，并且在无需使用压缩机的情况下允许升高和降低流过反应器组件的固体颗粒的压力，使得反应器原料流和反应器产物流能够以期望压力进入和离开反应器系统的反应器，而无需利用压缩机(或者压力和/或容量需求小得多的压缩机)。这允许大大地降低运行反应器系统所需的能量，并且大大地提高了反应器系统的总体效率。去掉用于压缩反应器原料和/或产物流的压缩机可以将成本投资降低高达70％或更高，并且可以将带有CO2捕集的发电过程的能量损失减小为低至4％。
I.定义
除非另外限定，否则本文中所使用的所有技术和科学术语具有如本领域普通技术人员通常所理解的相同含义。如果发生冲突，以包括定义的本文件为准。虽然下文描述了示例方法和材料，但在本公开的实施或测试中可以使用与本文中所述的那些方法和材料类似或等同的方法和材料。本文中述及的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献都通过引用被整体并入本文中。本文中所公开的材料、方法和示例都仅是说明性的，并且不旨在构成限制。
如本文中所使用的那样，术语“包括“、”包含“、”具有”、“具备”、“能够”、“含有”及其变型旨在是开放式的过渡短语、术语或词语，这些过渡短语、术语或词语并不排除附加的动作或结构的可能性。除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一个”、“一”和“该”包括复数形式。无论是否明确阐述，本公开还设想其它实施例“包括”、“由...构成”、“基本上由...构成”本文中所提出的实施例或元件。
与数量结合使用的修饰语“约”包括所述数值，并且具有上下文所指示的含义(例如，其至少包括与特定数量的测量相关的误差程度)。修饰语“约”也应被视为公开了由两个端点的绝对值所限定的范围。例如，表述“从约2到约4”也公开了“从2到4”的范围。术语“约”可以指代所指示数字的正负10％。例如，“约10％”可以指示9％到11％的范围，并且“约1”可以意指从0.9到1.1。“约”的其它含义可以从上下文明显看出，例如四舍五入，因此例如“约1”也可以意指0.5到1.4。
如本文中所使用的那样，术语“环境压力”指代在运行本公开的系统和/或过程的位置处的外部环境的压力。环境压力通常是大气压力。
特定官能团和化学术语的定义在下文更详细地描述。出于本公开的目的，化学元素根据元素周期表(CAS版本，Handbook of Chemistry and Physics(化学物理手册)，第75版，内封面)来识别，并且特定官能团大体如本文中所述的那样定义。
为了列举本文中的数值范围，明确设想了其间具有相同精确度的每一个中间数字。例如，对于6到9的范围，除了6和9外，还可以设想数字7和8；对于6.0到7.0的范围，可以明确设想6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9和7.0。例如，当将压力范围描述为在环境压力和另一个压力之间时，明确设想到为环境压力的压力。
II.反应器系统
图1是示例性反应器系统100的示意图。反应器系统100被构造成将固体颗粒以循环方式移动通过多个反应器组件，其中，固体颗粒与由反应器系统中的反应器所接收的原料(例如，气体、液体和/或固体原料)化学地、物体地和/或化学且物理地发生反应并生成产物，这些产物由反应器系统中的反应器排出。反应器系统100能够在不同压力下运行相邻的反应器组件并且在那些相同压力下接收原料流和/或排出产物流，而无需使用高能耗压缩机单元来升高由反应器系统接收的原料流的压力或者由那些反应器组件排出的产物流的压力。
反应器系统100可以至少包括第一反应器组件102、第一压力转变组件104、第二反应器组件106以及第二压力转变组件108。反应器系统100可以可选地包括其它部件，包括但不限于气固分离单元110和/或一个或多个(多达z个)附加的反应器组件和压力转变组件对112(例如，第三反应器组件113和第三压力转变组件114)。
第一反应器组件102可以包括一个或多个第一反应器组件反应器，每一个第一反应器组件反应器均被构造成在压力P1下运行，其中，该第一反应器组件被构造成接收压力P1下的第一固体颗粒、将压力P1下的第一固体颗粒转变为压力P1下的第二固体颗粒并且排出压力P1下的第二固体颗粒，例如，第一反应器组件102可以包括第一反应器组件反应器116并且可选地包括w个附加的第一反应器组件反应器118，每一个第一反应器组件反应器均被构造成在压力P1下运行。第一反应器组件102可以接收压力P1下的第一固体颗粒120，由此，压力P1下的第一固体颗粒可以由第一反应器组件反应器116和可选的w个第一反应器组件反应器118转变为压力P1下的第二固体颗粒122，该压力P1下的第二固体颗粒被从第一反应器组件102排出。本领域技术人员将认识到的是，第一反应器组件102中的每一个反应器均包括固体入口和固体出口，该固体入口被构造成接收固体颗粒，该固体出口被构造成将固体颗粒从反应器排出。在一些实施例中，第一反应器组件102中的每一个反应器均可以独立地包括反应器原料入口和/或反应器产物出口，该反应器原料入口被构造成接收原料124，该反应器产物出口被构造成排出产物126。由第一反应器组件中的反应器接收的原料可以与该反应器内的固体颗粒化学地和/或物理地发生反应，以将该颗粒转变为具有替代的化学或物理成分的颗粒和/或形成可以通过反应器产物出口从反应器排出的产物。本领域技术人员还将认识到的是，第一反应器组件反应器116和118内的原料124和固体颗粒之间的各种化学反应和/或物理反应的最终结果是将压力P1下的第一颗粒120转变为压力P2下的第二颗粒122。
第一压力转变组件104与第一反应器组件102和第二反应器组件106流体连通，并且被构造成接收压力P1下的第二固体颗粒122、将第二固体颗粒周围的压力从压力P1转变为不同于压力P1的压力P2并且排出压力P2下的第二固体颗粒128。压力P2不同于压力P1。例如，在一些实施例中，压力P2小于压力P1。
第二反应器组件106可以包括一个或多个第二反应器组件反应器，每一个第二反应器组件反应器被构造成在压力P2下运行，其中，该第二反应器组件被构造成接收压力P2下的第二固体颗粒128、将压力P2下的第二固体颗粒转变为压力P2下的第三固体颗粒并且排出压力P2下的第二第三固体颗粒130。例如，第二反应器组件106可以包括第二反应器组件反应器132并且可选地包括x个附加的第二反应器组件反应器134，每一个第二反应器组件反应器均被构造成在压力P2下运行。第二反应器组件106可以接收压力P2下的第二固体颗粒128，由此，压力P2下的第二固体颗粒可以由第二反应器组件反应器132和可选的x个第二反应器组件反应器134转变为压力P2下的第三固体颗粒130，该压力P2下的第三固体颗粒被从第二反应器组件106排出。本领域技术人员将认识到的是，第二反应器组件106中的每一个反应器均包括固体入口和固体出口，该固体入口被构造成接收固体颗粒，该固体出口被构造成将固体颗粒从反应器排出。在一些实施例中，第二反应器组件106中的每一个反应器均可以独立地包括反应器原料入口和/或反应器产物出口，该反应器原料入口被构造成接收原料136，该反应器产物出口被构造成排出产物138。由第二反应器组件中的反应器接收的原料可以与该反应器内的固体颗粒化学地和/或物理地发生反应，以将该颗粒转变为具有替代的化学或物理成分的颗粒和/或形成可以通过反应器产物出口从反应器排出的产物。本领域技术人员还将认识到的是，第二反应器组件反应器132和134内的原料136和固体颗粒之间的各种化学反应和/或物理反应的最终结果是将压力P2下的第二颗粒128转变为压力P2下的第三颗粒130。
第二压力转变组件108与第一反应器组件102和第二反应器组件106流体连通，并且被构造成接收压力P2下的第三固体颗粒130、将第三固体颗粒周围的压力从压力P2转变为不同于压力P2的压力P3并且排出压力P3下的第三固体颗粒140。在一些实施例中，压力P3与压力P1相同，使得第二压力转变组件108被构造成将第三固体颗粒周围的压力从压力P2转变为压力P1并且将压力P1下的第三固体颗粒从第二压力转变组件排出，并且其中，压力P1下的第三固体颗粒是由第一反应器组件所接收的压力P1下的第一固体颗粒。在这样的实施例中，反应器系统100可以不包括任何反应器组件112或压力转变组件114(即，n可以等于0)。
如上所述，反应器系统100可以可选地包括气固分离单元110，该气固分离单元110在第二反应器组件106和第一反应器组件102之间并且与该第二反应器组件106和第一反应器组件102流体连通。气固分离单元110可以包括分离单元固体入口、分离单元气体出口以及分离单元固体出口，该分离单元固体入口被构造成接收压力P2下的第三固体颗粒130或压力P3下的第三固体颗粒140，该分离单元气体出口被构造成将第三颗粒周围的气体从气固分离单元排出144，该分离单元固体出口被构造成将压力P2下的第三固体颗粒130或压力P3下的第三固体颗粒140分别从气固分离单元排出。
此外，如上所述，反应器系统100可以可选地包括一个或多个(多达z个)的附加的反应器组件和压力转变组件对112。n个反应器组件和压力转变组件对被构造成接收压力P3下的第三颗粒140并且排出压力P1下的第一颗粒120。为此，z对附加的反应器组件共同用于将第三颗粒化学地和/或物理地转变为第一颗粒，并且n个压力转变组件共同用于将颗粒周围的压力从压力P3转变为压力P1。
例如，反应器系统100可以包括第三反应器组件113，该第三反应器组件113包括一个或多个第三反应器组件反应器，每一个第三反应器组件反应器均被构造成在压力P3下运行，其中，该第三反应器组件被构造成接收压力P3下的第三固体颗粒、将压力P3下的第三固体颗粒转变为压力P3下的第一固体颗粒并且排出压力P3下的第一固体颗粒。类似于反应器组件102和106，第三反应器组件113可以包括第三反应器组件反应器150并且可选地包括y个附加的第三反应器组件反应器152，每一个第三反应器组件反应器均被构造成在压力P3下运行。第三反应器组件113可以接收压力P3下的第三固体颗粒140，由此，压力P3下的第三固体颗粒可以由第三反应器组件反应器150和可选的y个第三反应器组件反应器152转变为压力P3下的第一固体颗粒154，该压力P3下的第一固体颗粒被从第三反应器组件113排出。本领域技术人员将认识到的是，第三反应器组件113中的每一个反应器均包括固体入口和固体出口，该固体入口被构造成接收固体颗粒，该固体出口被构造成将固体颗粒从反应器排出。在一些实施例中，第三反应器组件113中的每一个反应器均可以独立地包括反应器原料入口和/或反应器产物出口，该反应器原料入口被构造成接收原料156，该反应器产物出口被构造成排出产物158。由第三反应器组件中的反应器接收的原料可以与反应器内的固体颗粒化学地和/或物理地发生反应，以将该颗粒转变为具有替代的化学或物理成分的颗粒和/或形成可以通过反应器产物出口从反应器排出的产物。本领域技术人员还将认识到的是，第三反应器组件反应器150和152内的原料156和固体颗粒之间的各种化学反应和/或物理反应的最终结果是将压力P3下的第三颗粒140转变为压力P3下的第一颗粒154。
第三压力转变组件114与第三反应器组件113和第一反应器组件102流体连通，并且被构造成接收压力P3下的第一固体颗粒154、将第一固体颗粒周围的压力从压力P3转变为压力P1并且排出压力P1下的第一固体颗粒120。
从图1中应容易看出，z个附加的反应器组件和压力转变组件对112可以包括任何期望数目的n个对112。每一对可以用于将由该对接收的颗粒化学地和/或物理地转变为具有替代的化学和/或物理成分的颗粒，这些颗粒随后由该对排出。每一对还用于将颗粒周围的压力从一个压力转变为另一个压力。
在反应器系统100的稳态运行期间，各种压力转变组件104、108和114中的每一个均可以被构造成在稳态运行期间以恒定且连续的流量或者分批地排出固体颗粒。
A.压力转变组件
图2是示例性压力转变组件系统200的示意图，该压力转变组件系统200可以用于压力转变组件104、108和114中的的任一个或全部。压力转变组件200被构造成接收第一压力Pm下的固体颗粒201、将颗粒周围的压力转变为不同的第二压力Pn并且将第二压力Pn下的颗粒215排出。每一个压力转变组件均至少包括第一组件202，该第一组件202包括第一非机械阀204、第一机械阀206、第二非机械阀208以及第二机械阀210，其中，该第一非机械阀204位于上游反应器组件(未示出)和第一机械阀206之间并且与该上游反应器组件和第一机械阀206流体连通，该第一机械阀206能够在打开位置和闭合位置中运行，该第二非机械阀208位于第一机械阀206和第二机械阀210之间并且与该第一机械阀206和第二机械阀210流体连通，并且该第二机械阀210能够在打开位置和闭合位置中运行，并且其中，该第二非机械阀208还包括第二非机械阀气体入口216和第二非机械阀气体出口218，该第二非机械阀气体入口216用于接收加压惰性气体207，其中该入口216能够在打开位置和闭合位置中运行，该第二非机械阀气体出口218用于释放加压气体209，其中该出口218能够在打开位置和闭合位置中运行。
每一个组件202可以可选地包括至少一个附加的非机械阀，所述至少一个附加的非机械阀与如下部件流体连通并且位于如下部件之间：(a)上游反应器组件和第一非机械阀；(b)第一非机械阀和第一机械阀；(c)第一机械阀和第二非机械阀，第二非机械阀和第二机械阀，以及第二机械阀和下游反应器组件。例如，如图2中所示，第一非机械组件202可以可选地包括串联的多个(m个)第一非机械阀204、串联的多个(n个)第二非机械阀208、位于第二机械阀210和下游反应器组件(未示出)之间且与该第二机械阀210和下游反应器组件流体连通的第三非机械阀212或串联的多个(o个)第三非机械阀212。
在一些实施例中，压力转变组件200可以包括串联的多个(m个)组件202。在一些实施例中，压力转变组件200进一步可以包括并联的多个组件202，其中，所述多个组件202的每一个均可以被构造成彼此相同或不同。
在一些实施例中，为了减小非机械阀的体积和停留时间，并且为了减少对系统中所使用的固体颗粒的需求以及来自非机械阀的热损失，压力转变组件中的每一个非机械阀均以类似的方式确定尺寸。在一些实施例中，通过非机械阀的固体颗粒的流量均是类似的。
通常，诸如非机械阀204、208和/或212之类的非机械阀是如下组件，该组件包括固体入口、固体出口、各个导管、至少一个保留部以及一个或多个入口，该固体入口用于接收固体颗粒，该固体出口用于排出固体颗粒，所述一个或多个入口用于接收流动气体，其中，该组件能够选择性地控制固体通过非机械阀的流动。在图3到图8中示出了示例性非机械阀并且在下文对其进行更详细地描述。
通常，机械阀206和210是能够选择性致动的阀，这些阀能够在打开位置和闭合位置之间被致动。机械阀可以被手动地运行或使用控制器来运行。机械阀在本领域中是众所周知的，并且包括诸如电磁阀、气动或电动控制阀、球阀、闸阀、蝶形阀、止回阀之类的阀。可以基于机械阀对于反应器系统的运行条件的容限来选择机械阀的具体类型。
本公开的每一个压力转变组件可以包括一个或多个流动气体入口，每一个流动气体入口均被构造成提供流动气体，以使转变组件内的颗粒移动通过转变组件的各个部分。用于使颗粒移动通过反应器系统的流动气体在本领域中是众所周知的，并且例如包括用于使颗粒移动通过反应器系统的曝气气体和润滑气体。流动气体进一步可以包括用于将颗粒从非机械阀以及机械阀清除的吹扫气体。吹扫气体对于将颗粒从机械阀清除而言尤为重要，以防止当机械阀在打开位置和闭合位置之间被致动时，颗粒损坏机械阀。流动气体可以包括但不限于不与反应器系统中的颗粒发生反应的惰性气体，例如氮气或者在一些实施例中是蒸汽。流动气体可以通过流动气体入口被引入到压力转变组件中，该流动气体入口例如可以由流动气体入口阀来控制，该流动气体入口阀可以例如由控制组件来选择性地致动。流动气体入口可以被设置在非机械阀中以及非机械阀之间的导管中的一个或多个位置处。在图3到图8中示出了流动气体入口并且在下文对其进行更详细地描述。流动气体源可以是包含惰性气体的储箱，其中，通过流动气体入口的惰性气体的压力由调节器来调节。
当第一机械阀206和第二机械阀210均在闭合位置中时，固体颗粒周围的压力在第二非机械阀208内从Pm转变到Pn。如下文更详细描述的那样，非机械阀208经由阀206从非机械阀204接收固体颗粒。非机械阀208还包括气体入口216，该气体入口216被构造成接收加压惰性气体207，其中，气体入口216能够在打开位置和闭合位置中运行。非机械阀208还包括气体出口218，该气体出口218被构造成释放加压气体209，其中，气体出口218能够在打开位置和闭合位置中运行。
压力转变组件202包括各种运行模式。在第一模式中，非机械阀204和非机械阀208内的压力是Pm。压力Pm下的第一多个固体颗粒由非机械阀204以如下方式接收，该方式防止压力Pm下的第一多个固体颗粒与阀206直接接触。
在第二模式中，机械阀206在打开位置中，机械阀210在闭合位置中，非机械阀气体入口216在闭合位置中，并且非机械阀气体出口218在闭合位置中。非机械阀204被构造成将压力Pm下的第一多个固体颗粒(例如，利用流动气体)通过阀206排出并使其进入非机械阀208中，其中，非机械阀208随后以如下方式接收压力Pm下的第一多个固体颗粒，该方式防止压力Pm下的第一多个固体颗粒直接接触机械阀206或机械阀208。
在第三模式中，机械阀206和机械阀210在闭合位置中，并且非机械阀气体入口216在闭合位置中且非机械阀气体出口218在打开位置中，或者非机械阀气体入口216在打开位置中且非机械阀气体出口218在闭合位置中。具体地，如果压力转变组件用于升高第一多个固体颗粒周围的压力(即，如果Pn大于Pm)，则非机械阀气体入口216在打开位置中，并且非机械气体出口218在闭合位置中。相反，如果压力转变组件用于降低第一多个固体颗粒周围的压力(即，如果Pm大于Pn)，则非机械阀气体入口216在闭合位置中，并且非机械气体出口218在打开位置中。在该第三模式期间，非机械阀208中的第一多个固体颗粒周围的压力从压力Pn转变为压力Pm。
在第四模式中，机械阀206在闭合位置中，机械阀210在打开位置中，非机械阀气体入口216在闭合位置中，并且非机械阀气体出口218在闭合位置中。然后，非机械阀208被构造成将压力Pn下的第一多个固体颗粒从非机械阀208通过阀210排出。这些颗粒作为压力Pn下的固体颗粒215从压力转变组件分批地排出，或者这些固体颗粒由可选的非机械阀212接收。
在第五模式中，机械阀206和机械阀210均在闭合位置中，并且非机械阀气体入口216在打开位置中且非机械阀气体出口218在闭合位置中，或者非机械阀气体入口216在闭合位置中且非机械阀气体出口218在打开位置中。入口和出口在第五模式中的构造将与第三模式中所使用的构造相反，以将第二非机械阀内的压力从压力Pn转变回到压力Pm，以使非机械阀208准备好接收压力Pm下的下一批颗粒。
应当认识到的是，当在反应器系统100内使用多个压力转变组件时，至少一个压力转变组件将导致移动通过该压力转变组件的颗粒周围的压力降低，并且至少一个其它的压力转变组件将导致移动通过该压力转变组件的颗粒周围的压力升高。
B.非机械阀
图3到图8是能够用在反应器系统100和压力转变组件系统200中的示例性非机械阀的示意图。图3到图8中示出的每一个非机械阀300均包括固体入口304、保留部306以及固体出口308，该固体入口304用于接收固体颗粒，该固体出口308用于排出固体颗粒。固体颗粒302被示意性地示出在非机械阀中，并且箭头312大体上示出固体颗粒302通过非机械阀的流动。示例非机械阀300包括但不限于诸如L阀、J阀、环路密封阀、倒V阀、H阀之类的装置，其中，提供了惰性气体以辅助固体流动。
每一个非机械阀还包括一个或多个惰性气体入口310，所述一个或多个惰性气体入口310被构造成接收惰性气体314，并且能够在打开位置和闭合位置中运行。惰性气体314能够用作流动气体和/或润滑气体，以辅助固体颗粒302流动通过非机械阀。示例惰性气体包括N2、CO2、He等等(取决于流动通过反应器系统的颗粒的类型)。
每一个非机械阀均被构造成使得阀以如下方式将多个颗粒保留在保留部中，该方式防止当上游和/或下游的机械阀在闭合位置中时颗粒直接接触那些机械阀。这种构造对于防止高温固体颗粒302接触机械阀而言是关键的，当这些机械阀长时间暴露于高温颗粒时，这些机械阀会迅速劣化。
C.方法
图9示出了用于运行反应器系统的示例方法400。本文中所描述和设想的反应器系统能够用于执行方法400的操作。
方法400开始于将压力P1下的第一固体颗粒提供给第一反应器组件(操作402)。
第一反应器组件在压力P1下运行(操作406)。在各种实施例中，第一反应器组件包括一个或多个第一反应器组件反应器，每一个第一反应器组件反应器均被构造成在压力P1下运行。在第一反应器组件中，压力P1下的第一固体颗粒被转变为压力P1下的第二固体颗粒(操作410)。
在一些实施例中，第一反应器原料被提供给第一反应器组件中的第一反应器。在那里，第一反应器原料与第一固体颗粒化学地和/或物理地发生反应，以形成压力P1下的第二固体颗粒和第一反应器产物。第一反应器产物被从第一反应器排出。
然后，压力P1下的第二固体颗粒被提供给第一压力转变组件(操作414)。第一压力转变组件将第二固体颗粒周围的压力从压力P1转变为压力P2(操作418)。压力P2不同于压力P1。接下来，压力P2下的第二固体颗粒被从第一压力转变组件排出，并且被提供给第二反应器组件(操作422)。
第二反应器组件在压力P2下运行(操作426)。在各种实施方式中，第二反应器组件包括一个或多个第二反应器组件反应器，每一个第二反应器组件反应器均被构造成在压力P2下运行。在第二反应器组件中，压力P2下的第二固体颗粒被转变为压力P2下的第三固体颗粒(操作430)。
在一些实施例中，第二反应器原料被提供给第二反应器组件中的第二反应器。在那里，第二反应器原料与第二固体颗粒化学地和/或物理地发生反应，以形成压力P2下的第三固体颗粒，并且在一些情形中是形成第二反应器产物。第二反应器产物被从第二反应器排出。
接下来，压力P2下的第三固体颗粒被提供给第二压力转变组件(操作434)。第二压力转变组件将第三固体颗粒周围的压力从压力P2转变为压力P3(操作438)。压力P3不同于压力P2。然后，压力P3下的第三固体颗粒被从第二压力转变组件排出(操作442)。
在一些实施例中，压力P3与压力P1相同。然后，操作438包括将第三固体颗粒周围的压力从压力P2转变为压力P1。操作442则还包括将压力P1下的第三固体颗粒排出，并且将那些颗粒提供给第一反应器组件。
在一些实施例中，压力P2或压力P3下的第三固体颗粒被提供给气固分离单元，该气固分离单元与第二反应器组件和第一反应器组件流体连通。然后，第三固体颗粒周围的气体被从气固分离单元排出。附加地，压力P2或压力P3下的第三固体颗粒被从气固分离单元排出。
在一些实施例中，方法400包括将压力P3下的第三固体颗粒提供给第三反应器组件。在这样的实施方式中，方法400包括使第三反应器组件在压力P3下运行，其中，该第三反应器组件包括一个或多个第三反应器组件反应器，每一个第三反应器组件反应器均被构造成在压力P3下运行，由第三反应器组件中的反应器接收的原料可以与该反应器内的固体颗粒化学地和/或物理地发生反应，以将颗粒转变为具有替代的化学或物理成分的颗粒和/或形成可以通过反应器产物出口从反应器排出的产物。也就是说，第三反应器组件将压力P3下的第三固体颗粒转变为压力P3下的第一固体颗粒。
在一些实施方式中，第三反应器组件将压力P3下的固体颗粒提供给第三压力转变组件。该第三压力转变组件与第三反应器组件和第一反应器组件连通。第三压力转变组件将第一固体颗粒周围的压力从压力P3转变为压力P1。然后，第三压力转变组件将压力P1下的第一固体颗粒排出。
1.用于运行第一压力转变组件的示例方法
图10示出用于在示例方法400期间运行第一压力转变组件的示例方法418。特别是参照图2和上文的对应讨论，本文中所描述和设想的压力转变组件能够用于执行方法418的操作。下文的讨论参照了上文参照图2所描述的各个部件。通常，示例方法418包括用于在压力转变组件中转变颗粒周围的压力的操作。通常，示例方法418用于将固体颗粒周围的压力从压力P1降低为压力P2。
方法418开始于接收压力P1下的第二固体颗粒(操作502)。在操作502期间，第一机械阀在闭合位置中，并且第一非机械阀内的压力是P1。以如下方式执行接收压力P1下的固体颗粒(操作502)，该方式防止当第一机械阀在闭合位置中时压力P1下的固体颗粒与第一机械阀直接接触。
接下来，第一机械阀被打开(操作504)。当第一非机械阀内的压力是P1、第二机械阀在闭合位置中、第二非机械阀气体入口在闭合位置中并且第二非机械阀气体出口在闭合位置中时，打开第一机械阀。
然后，固体颗粒被从第一非机械阀排出并且进入第二非机械阀中(操作506)。固体颗粒以如下方式通过第一机械阀，该方式防止压力P1下的固体颗粒直接接触第一机械阀或第二机械阀。接下来，第一机械阀被闭合(操作508)。如上所述，第二机械阀也被闭合。
通过打开第二非机械阀气体出口来转变压力(操作510)。操作510进一步可以包括监测第二非机械阀内的压力。当达到压力P2时，第二非机械阀气体出口被闭合(操作512)。然后，第二机械阀被打开(操作514)，并且压力P2下的固体颗粒被从第二非机械阀排出(操作516)。
在压力P2下的固体颗粒通过第二机械阀(操作516)之后，第二机械阀被闭合(操作518)。然后，通过打开非机械阀气体入口，第二非机械阀内的压力从压力P2转变为压力P1(操作520)。
2.用于运行第二压力转变组件的示例方法
图11示出用于在示例方法400期间运行第二压力转变组件的示例方法438。特别是参照图2和上文的对应讨论，本文中所描述和设想的压力转变组件能够用于执行方法438的操作。下文的讨论参照了上文参照图2所描述的各个部件。通常，示例方法438包括用于在压力转变组件中转变颗粒周围的压力的操作。示例方法438能够用于将固体颗粒周围的压力从压力P2升高或降低为压力P3。
方法438开始于接收压力P2下的第二固体颗粒(操作550)。在操作550期间，第三机械阀在闭合位置中，并且第三非机械阀内的压力是P2。以如下方式执行接收压力P2下的第三固体颗粒(操作550)，该方式防止当第三机械阀在闭合位置中时压力P2下的第三固体颗粒与第三机械阀直接接触。
接下来，第三机械阀被打开(操作552)。当第三非机械阀内的压力是P2、第四机械阀在闭合位置中、第四非机械阀气体入口在闭合位置中并且第四非机械阀气体出口在闭合位置中时，打开第三机械阀。
然后，固体颗粒被从第三非机械阀排出并且进入第四非机械阀中(操作554)。固体颗粒以如下方式通过第三机械阀，该方式防止压力P2下的第三固体颗粒直接接触第三机械阀或第四机械阀。接下来，第三机械阀被闭合(操作556)。如上所述，第四机械阀也被闭合。
通过打开第四非机械阀气体出口或入口来转变压力(操作558)。也就是说，为了升高第四非机械阀中的压力，将第四非机械阀气体入口打开。相反，为了降低第四非机械阀中的压力，将第四非机械阀气体出口打开。操作558进一步可以包括监测第四非机械阀内的压力。
当达到压力P3时，取决于期望的压力变化，将第二非机械阀气体入口或出口闭合(操作560)。然后，第四机械阀被打开(操作562)，并且压力P3下的固体颗粒被从第四非机械阀排出(操作564)。
在压力P3下的固体颗粒通过第四机械阀(操作564)之后，第四机械阀被闭合(操作566)。然后，通过打开非机械阀气体入口或出口来将第四非机械阀内的压力从压力P3转变为压力P2，这取决于在操作558和560期间打开和闭合非机械阀气体入口还是出口。
II.示例性构造和应用
上文描述的系统和方法能够应用于各种反应器系统类型、固体颗粒类型以及运行条件。例如，本文中所公开的系统和方法应用于化学循环反应器系统、产物纯化系统以及反应性吸附系统中。下文提供了上文描述的系统和方法的示例构造和应用。
A.反应器流动方案
取决于实施方式，本公开中所描述的反应器组件能够被构造成以各种流动方案运行。用于反应器系统中的一个或多个反应器组件中的固体颗粒和气态组分的示例流动方案包括：逆流或顺流的移动床、任何流化方式的流化床、逆流或顺流的固定床以及这些反应器的任何组合。
B.化学循环反应器系统
本文中所公开和设想的系统和方法能够被实施为化学循环反应器系统。化学循环反应器系统通常包括使用催化或非催化金属衍生物材料(例如，金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物、金属硼化物以及金属硅化物)执行还原-氧化和/或反应-再生的系统。1-2在上文描述的系统和方法的背景中，第一反应器组件、第二反应器组件以及第三反应器组件能够包括如下中的一个或多个：还原反应器、氧化反应器以及燃烧反应器。
化学循环反应器系统具有广泛的能源应用，包括发电、化学合成、液体燃料生产、CO2利用和太阳能转化。1-4化学循环反应器系统利用如下两种反应器类型来执行这些反应功能：还原器/反应器和燃烧器/再生器。还原器/反应器和燃烧器/再生器的分离允许产生越来越纯的产物气体。
这些反应器中的的每一个反应器的功能能够通过在化学循环系统中使用金属氧化物作为示例催化金属衍生物以及使用甲烷来作为示例能源来证实。在该示例中，取决于金属氧化物和期望的下游产物，化学循环还原反应器将甲烷氧化，以产生部分燃烧产物(CO+H2)或完全燃烧产物(CO2+H2O)。利用来自金属氧化物的氧来发生甲烷的氧化，该金属氧化物被还原成较低的氧化态。使用空气作为氧气源，在燃烧反应器中再生贫氧金属氧化物。
在某些化学循环应用中，在还原器和燃烧反应器之间包括第三反应器，即氧化剂反应器。氧化剂使用蒸汽和/或CO2将来自还原剂反应器的经还原的金属氧化物部分氧化，以产生H2和/或CO。在燃烧反应器中，使用空气将这种部分氧化的金属氧化物再氧化。存在具有四个或五个不同反应器功能的化学循环系统的若干示例，因此，本公开适用于包含“n个”不同的反应器和反应器功能的化学循环系统。
C.产物纯化和反应性吸附系统
本文中所公开和设想的系统和方法能够被实施为产物纯化系统以及反应性吸附系统。产物纯化包括如下过程：例如，从空气中产生氮气，在用于氨生产之前从氢气中去除CO2，在氢化处理和氢化裂化单元中从氢气中去除H2S，以及从沼气中去除CO2以增加甲烷含量。这些过程中所使用的技术也被称为变压吸附技术(PSA)，并且通常采用两个或更多个在不同压力下运行的反应器以进行连续操作。
在双反应器系统中，一个反应器在较高压力下运行以增强期望气体的吸附，而另一个反应器在较低压力下运行以再生吸附剂并回收所吸附的气体。取决于所选择的过程方案，在变压吸附循环中可以存在输送、吹扫和回填的中间步骤。
反应性吸附过程(也被称为吸附增强回收过程(SERP))在单个反应器中进行反应以及产物分离。反应器包含均匀混合的催化剂和吸附材料的混合物。将反应物在高压下注入到反应器中，在该反应器中，这些反应物由催化剂转变为产物。吸附剂吸附所产生的产物，并使反应平衡向形成更多产物的方向偏移，这增加了反应物的转化率并且还提高了产物的纯度。然后，在再生器中以较低的压力将所吸附的产物从吸附剂中解吸。反应器和再生器可以在固定床、移动床或流化床反应器构造中运行。以下是一些示例实施方式。
在一个实施例中，上述系统能够用于纯氮生产。该系统通过多个颗粒来运行，这些颗粒包含吸附剂，例如沸石5A、沸石13X和粒径范围为2mm至5mm的碳分子筛。在具有双反应器的系统中，一个反应器在升高的压力(例如8bara)下运行，用于通过吸附剂颗粒吸附氧，因此在反应器出口处获得了纯氮。另一个反应器在较低压力(例如1bara)下运行，用于从吸附剂颗粒中解吸氧气。两个反应器均在35℃到40℃的温度范围内运行。
在又一个实施例中，上述系统能够用于从氢气中去除COx。蒸汽甲烷重整所产生的氢气包含CO和CO2(COx)的杂质，在将该氢气用于下游过程之前需要将这些杂质去除。该系统通过多个颗粒来运行，这些颗粒包含吸附剂，例如沸石5A、活性炭和沸石13X。在具有双反应器的系统中，一个反应器在升高的压力(例如7bara)下运行，用于通过吸附剂颗粒吸附COx杂质，因此在反应器出口处获得了纯度为99.999％的氢流。另一个反应器在较低压力(例如0.1bara)下运行，用于从吸附剂颗粒中解吸COx。两个反应器均在30℃到35℃的温度范围内运行。
在又一个实施例中，上述系统能够用于从过程气体中去除H2S。在炼油厂、煤气化单元和地热发电厂中，H2S被从过程气体和/或排放气体中去除。该系统通过多个颗粒来运行，这些颗粒包含吸附剂，例如硅质岩和氧化铝。在具有双反应器的系统中，一个反应器在升高的压力(例如，1.05bara到1.5bara)下运行，用于通过吸附剂颗粒从过程气体中吸附H2S。另一个反应器在较低压力(例如0.05bara到0.3bara)下运行，用于从吸附剂颗粒中解吸H2S。两个反应器均在10℃到50℃的温度范围内运行。
在又一个实施例中，上述系统能够用于沼气提纯净化。沼气包含约30％到40％的CO2。使用通过多个颗粒运行的系统从沼气中去除CO2，这些颗粒包括吸附剂，例如分子筛、活性炭、沸石和钛硅酸盐。在该系统中，一个反应器在升高的压力(例如，4bara到10bara)下运行，用于通过吸附剂颗粒吸附CO2。另一个反应器在较低压力(例如0.1bara到0.3bara)下运行，用于从吸附剂颗粒中解吸CO2。两个反应器均在25℃到50℃的温度范围内运行。
在又一个实施例中，上述系统能够用于逆水气变换反应，用于从CO2和H2中生产CO。该系统通过多个颗粒来运行，这些颗粒包括低温变换催化剂和NaX沸石吸附剂。在该系统中，一个反应器在升高的压力(例如，4.8bara)和约250℃的温度下运行，用于从CO2和H2中生产纯度＞99％的CO。存在平衡控制反应，该平衡控制反应可以在低温变换催化剂和NaX沸石吸附剂的存在下在480kPa和250℃下执行。另一个反应器在较低压力(例如1.15bara到1.29bara)下运行，用于颗粒的再生。
在又一个实施例中，上述系统能够用于通过脱氢反应从1-丁烯中生产丁二烯。该系统通过多个颗粒来运行，这些颗粒包括与沸石K-Y吸附剂混合的CrO2-氧化铝催化剂。在该系统中，一个反应器在升高的压力(例如1.2bara到2.5bara)和温度(例如，250℃到500℃)下运行，用于产生1,3-丁二烯，该1,3-丁二烯随后由沸石吸附剂吸附。然后，在另一个在较低压力(例如1bara)下运行的反应器中，从吸附剂颗粒中解吸所吸附的1,3-丁二烯，并产生纯的1,3-丁二烯流。该系统还能够用于由环己烷生产苯和/或由甲基环己烷生产甲苯。
在又一个实施例中，上述系统能够用于将正构烷烃异构化为异构烷烃，用于提纯净化石脑油。该系统通过多个颗粒来运行，这些颗粒包括Pd/H八面沸石催化剂和沸石吸附剂。在该系统中，一个反应器在升高的压力(例如14bara到20bara)和温度(例如，200℃到400℃)下运行，用于通过部分地转变正戊烷来产生异戊烷，并且未转变的正戊烷被吸附在沸石吸附剂床中。然后，在另一个在较低压力(例如1bara)下运行的反应器中，从吸附剂颗粒中解吸所吸附的正戊烷。
在又一个实施例中，上述系统能够用于从蒸汽甲烷重整中生产氢气。该系统通过多个颗粒来运行，这些颗粒包括镍类催化剂和水滑石类CO2吸附剂。在该系统中，一个反应器在升高的压力(例如，5bara)和温度(例如，450℃)下运行，用于产生氢气。在反应器期间产生的CO2由吸附剂吸附。然后，在另一个在较低压力(例如1bara)下运行的反应器中，从吸附剂颗粒中解吸所吸附的CO2，并且同时使颗粒再生。
D.压缩机用途
如上所述，反应器系统的各种现有技术的实施方式利用在不同压力下运行的反应器。通常，需要一个或多个压缩机单元来压缩反应器输入流和/或反应器出口或产物流。
例如，示例顺流化学循环系统在可比压力下运行还原反应器和燃烧反应器。当期望的下游产物处于较高压力下时，这种在可比压力下运行的化学循环系统需要使用压缩机和膨胀机。在化学循环燃烧应用中，用于由煤来发电的煤直接化学循环系统在大气压力下运行，但需要压缩机将所产生的CO2加压至150atm来进行封存。与没有CO2捕集的基线粉煤电厂相比，具有90％CO2捕集的此种煤直接化学循环系统的能量损失为10％。此种能量损失中大约一半(约5％)来自CO2压缩，该CO2压缩的资本成本是还原反应器的约80％。在化学循环系统之后的煤直接化学循环(CDCL)系统的高压运行需要使用空气压缩机来压缩空气，用于氧化还原活性催化剂颗粒的再生(即，再氧化)。在两种情形(较高压力和大气压力)中，CDCL系统需要在150atm下供应CO2以进行封存，这会由于压缩和压缩中的可比资本成本投资而导致能量损失。
在化学循环气化应用中，在将甲烷制合成气(MTS)化学循环系统集成到气液工厂中时，需要为费托反应器提供30atm下的合成气。此种MTS合成气发电技术在50000桶/天的气液工厂中的经济分析表明，40％到70％的资本成本来自于压缩需求。通常，在需要在高于大气压力的压力下的产物的反应器系统中，压缩成本对于确定总体经济性和能量效率起到了重要作用。
相反，本公开的系统和方法能够在无需使用用于反应器输入流和/或反应器出口或产物流的压缩机的情况下使反应器组件在不同的压力下运行。
E.阀冷却
在各种实施方式中，可以强制冷却阀周围的管道和阀体本身。热交换策略和冷却方法可以包括但不限于：气体冷却、液体冷却、气体冷却和液体冷却的组合等。在示例实施方式中，在阀之前和之后将冷却端口添加到管道，以允许冷却气体流过管道。因此，阀的工作环境保持凉爽。在另一个构造中，在阀之前和之后沿着管道区段安装热交换器，并且通过流过热交换器的冷却剂将热量除去。
F.阀吹扫
在一些情形中，固体颗粒的碎屑可能会严重损坏机械阀，从而缩短阀的服务时间并增加系统的维护和运行成本。可以在阀的上游添加惰性气体入口，以在闭合阀之前从阀区域去除碎屑。
在示例运行期间，当关闭位于上游的非机械阀时，将惰性气体引导通过在阀区域处的管道，以使碎屑移动到阀附近。为了避免惰性气体对系统造成任何干扰，可以紧跟在阀之后将排气管添加到管道，以用作惰性气体的出口。
G.运行条件
在一些实施例中，系统或方法中的一个反应器(例如，双反应器系统或方法的第一反应器或三反应器系统或方法的第一反应器和第二反应器)在如下压力下运行：约2atm到约150atm，或者约5atm到约150atm，或者约10atm到约150atm，例如，约2atm、约3atm、约4atm、约5atm、约6atm、约7atm、约8atm、约9atm、约10atm、约15atm、约20atm、约25atm、约30atm、约35atm、约40atm、约45atm、约50atm、约55atm、约60atm、约65atm、约70atm、约75atm、约80atm、约85atm、约90atm、约95atm、约100atm、约105atm、约110atm、约115atm、约120atm、约125atm、约130atm、约135atm、约140atm、约145atm或者约150atm。
在一些实施例中，系统或方法中的另一个反应器(例如，双反应器系统或方法的第二反应器或三反应器系统或方法的第三反应器)在如下压力下运行：该压力在环境压力和比系统的较高压力反应器的压力小的压力之间。例如，该反应可以在环境压力下运行。在其它实施例中，与系统或方法的较高压力的反应器相比，该反应器能够在如下压力下运行：该压力是约1atm以下、约2atm以下、约3atm以下、约4atm以下、约5atm以下、约6atm以下、约7atm以下、约8atm以下、约9atm以下、约10atm以下、约15atm以下、约20atm以下、约25atm以下、约30atm以下、约35atm以下、约40atm以下、约45atm以下、约50atm以下、约55atm以下、约60atm以下、约65atm以下、约70atm以下、约75atm以下、约80atm以下、约85atm以下、约90atm以下、约95atm以下、约100atm以下、约105atm以下、约110atm以下、约115atm以下、约120atm以下、约125atm以下、约130atm以下、约135atm以下、约140atm以下或者约145atm以下。
H.颗粒
术语“颗粒”、“固体颗粒”和“金属氧化物颗粒”可以在本文中互换使用。
本文中所描述的系统和方法使用多个颗粒来与原料化学地或物理地发生反应。例如，这些颗粒可以包括金属氧化物，以氧化燃料，其中，该金属选自Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Mn、Sn、Ru和Rh或其任何组合。在一些实施例中，金属氧化物包括Fe2O3或者诸如FeO·TiO2或FeO·Al2O3之类的复合金属氧化物。在这些方法期间，在本文中所描述的系统中，金属氧化物循环经过多个氧化态。在一些实施例中，金属氧化物可以循环经过如下氧化态：这些氧化态包括被还原的金属(例如Fe)、被还原的金属氧化物(例如FeO)和中间氧化态金属氧化物(例如Fe3O4)。作为另一个示例，这些颗粒可以是由非常多孔的材料制成的吸附剂，因为这些吸附剂具有较大的比表面积。典型的吸附剂包括但不限于活性炭、硅胶、氧化铝、树脂和沸石。
这些颗粒可以包括一种或多种载体材料。一种或多种载体材料可以选自金属、金属氧化物、金属碳化物、金属硝酸盐和金属卤化物，其中所述金属选自Li、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ce和Th。在一些实施例中，一种或多种载体材料选自氧化铝、二氧化铈、氧化铌、二氧化硅、氧化钽、氧化锡和二氧化钛或其任何组合。
在一些实施例中，多个颗粒进一步可以包括掺杂剂，例如选自如下的掺杂剂：Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt和Au或其任何组合。在一些实施例中，掺杂剂可以选自Co、Ni和Cu。可以用在本文中所描述的系统和方法中的颗粒包括在国际专利公开号WO2010/037011、WO2012/155059和WO2014/160223中以及在美国临时专利申请号62/519,376(2017年6月27日提交)和62/546,886(2017年8月17日提交)中描述的颗粒。
III.反应器系统效率
基准美国能源部报告表明50000桶每天(bpd)的气液工厂的资本成本投资是$86,000/bpd。Goellner,J.F.,V.Shah,M.J.Turner,N.J.Kuehn,J.Littlefield,G.Cooney和J.Marriott,“对经由费托反应的天然气制液体运输燃料的分析”，美国能源部/NETL，DOE/NETL-2013/1597，宾夕法尼亚州匹兹堡(2013)。不使用本发明的化学循环合成气发电的规模被设定为产生约$80,000/bpd的GTL厂的资本成本。Kathe,M.,D.Xu,T.-L.Hsieh,J.Simpson,R.Statnick,A.Tong和L.-S.Fan，“具有现场CO2捕集的用于氢气增强合成气生产的化学循环气化”，美国能源部，OSTI：1185194,(2015)。本发明允许化学循环系统中的资本成本投资低至$65,000/bpd(与常规系统相比，总工厂成本降低约25％)。
参考文献
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2、Fan,L.-S.，“用于化石能源转化的化学循环系统”，John Wiley&Sons，新泽西州霍博肯(2010)。
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4、Ishida,M.,D.Zheng和T.Akehata，“通过图形能量分析来评估化学循环燃烧发电系统”，《Energy(能源)》，12(2)，147-154(1987)。
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8、Luo,S.,L.Zeng,D.Xu,M.Kathe,E.Chung,N.Deshpande,L.Qin,A.Majumder,T.-L.Hsieh,A.Tong,Z.Sun和L.-S.Fan，“用于将页岩气稳定转化为H2：CO比为2：1的高纯度合成气的页岩气制合成气的化学循环过程”，《能源与环境科学》，7(12)，4104-4117，(2014)。
9、Kathe,M.,D.Xu,T.-L.Hsieh,J.Simpson,R.Statnick,A.Tong以及L.-S.Fan，“具有现场CO2捕集的用于氢气增强合成气生产的化学循环气化”，美国能源部，OSTI：1185194,(2015)。
实施例
在以下条款中公开了本公开的实施例。
条款1.一种反应器系统，包括：
第一反应器组件，该第一反应器组件包括一个或多个第一反应器组件反应器，每一个第一反应器组件反应器均被构造成在压力P1下运行，其中，该第一反应器组件被构造成接收压力P1下的第一固体颗粒、将压力P1下的第一固体颗粒转变为压力P1下的第二固体颗粒并且排出压力P1下的第二固体颗粒；
第一压力转变组件，该第一压力转变组件与第一反应器组件和第二反应器组件流体连通，其中，该第一压力转变组件被构造成接收压力P1下的第二固体颗粒、将第二固体颗粒周围的压力从压力P1转变为不同于压力P1的压力P2并且排出压力P2下的第二固体颗粒；
第二反应器组件，该第二反应器组件包括一个或多个第二反应器组件反应器，每一个第二反应器组件反应器被构造成在压力P2下运行，其中，该第二反应器组件被构造成接收压力P2下的第二固体颗粒、将压力P2下的第二固体颗粒转变为压力P2下的第三固体颗粒并且排出压力P2下的第三固体颗粒；
第二压力转变组件，该第二压力转变组件与第二反应器组件和第一反应器组件流体连通，该第二压力转变组件被构造成接收压力P2下的第三固体颗粒、将第三固体颗粒周围的压力从压力P2转变为不同于压力P2的压力P3并且从第二压力转变组件排出压力P3下的第三固体颗粒。
条款2.根据条款1所述的反应器系统，其中，第一反应器组件包括第一反应器，该第一反应器包括：
第一反应器入口，该第一反应器入口被构造成接收第一反应器原料，该第一反应器原料与第一反应器内的固体颗粒化学地、物理地或者化学且物理地发生反应，以形成压力P1下的第二固体颗粒；以及
第一反应器固体出口，该第一反应器固体出口被构造成排出压力P1下的第二固体颗粒。
条款3.根据条款2所述的反应器系统，其中，第一反应器原料与第一反应器内的固体颗粒化学地、物理地或者化学且物理地发生反应，以进一步形成第一反应器产物，并且其中，第一反应器进一步包括第一反应器产物出口，该第一反应器产物出口被构造成排出压力P1下的第一反应器产物。
条款4.根据条款1到3中的任一项所述的反应器系统，其中，第二反应器组件包括第二反应器，该第二反应器包括第二反应器固体出口，该第二反应器固体出口被构造成排出压力P2下的第三固体颗粒。
条款5.根据条款4所述的反应器系统，其中，第二反应器进一步包括第二反应器入口，该第二反应器入口被构造成接收第二反应器原料，该第二反应器原料与第二反应器内的固体颗粒化学地、物理地或者化学且物理地发生反应，以形成压力P2下的第三固体颗粒。
条款6.根据条款4或条款5所述的反应器系统，其中，第二反应器进一步包括第二反应器出口，该第二反应器出口被构造成排出压力P2下的第二反应器产物。
条款7.根据条款1到6中的任一项所述的反应器系统，其中，压力P3与压力P1相同，使得第二压力转变组件被构造成将第三固体颗粒周围的压力从压力P2转变为压力P1并且将压力P1下的第三固体颗粒从第二压力转变组件排出，并且其中，压力P1下的第三固体颗粒是由第一反应器组件所接收的压力P1下的第一固体颗粒。
条款8.根据条款1到7中的任一项所述的反应器，其中，第一固体颗粒是金属氧化物颗粒，第二固体颗粒是被还原的金属氧化物颗粒，并且第三固体颗粒是被氧化的金属氧化物颗粒。
条款9.根据条款1到8中的任一项所述的反应器系统，其中，P2小于P1。
条款10.根据条款1到9中的任一项所述的反应器系统，进一步包括：气固分离单元，该气固分离单元在第二反应器组件和第一反应器组件之间，并且与第二反应器组件和第一反应器组件流体连通，该气固分离单元包括分离单元固体入口、分离单元气体出口以及分离单元固体出口，该分离单元固体入口被构造成接收压力P2或压力P3下的第三固体颗粒，该分离单元气体出口被构造成将第三颗粒周围的气体从气固分离单元排出，该分离单元固体出口被构造成分别将压力P2或压力P3下的第三固体颗粒从气固分离单元排出。
条款11.根据条款1到10中的任一项所述的反应器系统，进一步包括：
第三反应器组件，该第三反应器组件包括一个或多个第三反应器组件反应器，每一个第三反应器组件反应器被构造成在压力P3下运行，其中，该第三反应器组件被构造成接收压力P3下的第三固体颗粒、将压力P3下的第三固体颗粒转变为压力P3下的第一固体颗粒并且排出压力P3下的第一固体颗粒；以及
第三压力转变组件，该第三压力转变组件与第三反应器组件和第一反应器组件流体连通，该第三压力转变组件被构造成接收压力P3下的第一固体颗粒、将第一固体颗粒周围的压力从压力P3转变为压力P1并且从第三转变组件排出压力P1下的第一固体颗粒。
条款12.根据条款1到11中的任一项所述的反应器系统，其中，第一压力转变组件包括：
第一非机械阀、第一机械阀、第二非机械阀以及第二机械阀，其中，该第一非机械阀位于第一反应器组件和第一机械阀之间并且与该第一反应器组件和第一机械阀流体连通，该第一机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，该第二非机械阀位于第一非机械阀和第一机械阀之间并且与该第一非机械阀和第一机械阀流体连通，并且该第二机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，并且其中，该第二非机械阀进一步包括第二非机械阀气体入口和第二非机械阀气体出口，该第二非机械阀气体入口用于接收加压惰性气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行，该第二非机械阀气体出口用于释放加压气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行。
条款13.根据条款12所述的反应器系统，其中，第一压力转变组件进一步包括至少一个附加的非机械阀，所述至少一个附加的非机械阀与如下部件流体连通并且位于如下部件之间：
第一反应器组件和第一非机械阀；
第一非机械阀和第一机械阀；
第一机械阀和第二非机械阀；
第二非机械阀和第二机械阀；以及
第二机械阀和第二反应器组件。
条款14.根据条款12或条款13所述的反应器系统，其中，第一压力转变组件在如下模式中运行：
第一模式，其中，第一非机械阀和第二非机械阀内的压力是P1，第一机械阀在闭合位置中，并且压力P1下的第一多个第二固体颗粒由第一非机械阀以如下方式接收，该方式防止压力P1下的第一多个第二固体颗粒与第一机械阀直接接触；
第二模式，其中，第一机械阀在打开位置中，第二机械阀在闭合位置中，第二非机械阀气体入口在闭合位置中，并且第二非机械阀气体出口在闭合位置中，其中，第一非机械阀被构造成将压力P1下的第一多个第二固体颗粒通过第一机械阀排出并且使其进入第二非机械阀中，其中，随后第二非机械阀以如下方式接收压力P1下的第一多个第二固体颗粒，该方式防止压力P1下的第一多个第二固体颗粒直接接触第一机械阀或第二机械阀；
第三模式，其中，第一机械阀和第二机械阀在闭合位置中，第二非机械阀气体入口在闭合位置中，并且第二非机械阀气体出口在打开位置中，由此，第二非机械阀中的第一多个第二固体颗粒周围的压力从压力P1转变为压力P2；
第四模式，其中，第一机械阀在闭合位置中，第二机械阀在打开位置中，并且第二非机械阀气体入口和第二非机械阀气体出口均在闭合位置中，由此，第二非机械阀被构造成将压力P2下的第一多个第二固体颗粒从第二非机械阀通过第二机械阀排出；以及
第五模式，其中，第一机械阀和第二机械阀均在闭合位置中，第二非机械阀气体入口在打开位置中，并且第二非机械阀气体出口在闭合位置中，由此，第二非机械阀内的压力从压力P1转变为压力P2。
条款15.根据条款1到14中的任一项所述的反应器系统，其中，第二压力转变组件包括：
第三非机械阀、第三机械阀、第四非机械阀以及第四机械阀，其中，该第三非机械阀位于第二反应器组件和第三机械阀之间并且与该第二反应器组件和第三机械阀流体连通，该第三机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，该第四非机械阀位于第三机械阀和第四机械阀之间并且与该第三机械阀和第四机械阀流体连通，并且该第四机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，并且其中，该第四非机械阀进一步包括第四非机械阀气体入口和第四非机械阀气体出口，该第四非机械阀气体入口用于接收加压惰性气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行，该第四非机械阀气体出口用于释放加压气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行。
条款16.根据条款15所述的反应器系统，其中，第二压力转变组件进一步包括至少一个附加的非机械阀，所述至少一个附加的非机械阀与如下部件流体连通并且位于如下部件之间：
第二反应器组件和第三非机械阀；
第三非机械阀和第三机械阀；
第三机械阀和第四非机械阀；以及
第四非机械阀和第四机械阀。
条款17.根据条款16所述的反应器系统，其中，第二压力转变组件在如下模式中运行：
第一模式，其中，第三非机械阀和第四非机械阀内的压力是P2，第三机械阀在闭合位置中，并且压力P2下的第一多个第三固体颗粒由第三非机械阀以如下方式接收，该方式防止压力P2下的第一多个第三固体颗粒与第三机械阀直接接触；
第二模式，其中，第三机械阀在打开位置中，第四机械阀在闭合位置中，第四非机械阀气体入口在闭合位置中，并且第四非机械阀气体出口在闭合位置中，其中，第三非机械阀被构造成将压力P2下的第一多个第三固体颗粒通过第三机械阀排出并且使其进入第四非机械阀中，其中，随后第四非机械阀以如下方式接收压力P2下的第一多个第三固体颗粒，该方式防止压力P2下的第一多个第三固体颗粒与第三机械阀或第四机械阀直接接触；
第三模式，其中，第三机械阀和第四机械阀在闭合位置中，并且第四非机械阀气体出口或第四非机械阀气体入口在打开位置中，由此，第四非机械阀中的第一多个第三固体颗粒周围的压力从压力P2转变为压力P3；
第四模式，其中，第三机械阀在闭合位置中，第四机械阀在打开位置中，并且第四非机械阀气体入口和第四非机械阀气体出口均在闭合位置中，由此，第四非机械阀被构造成将压力P3下的第一多个第三固体颗粒从第四非机械阀通过第四机械阀排出；以及
第五模式，其中，第三机械阀和第四机械阀均在闭合位置中，并且第四非机械阀气体入口或第四非机械阀气体出口在打开位置中，由此，第二非机械阀内的压力从压力P3转变为压力P2。
条款18.根据条款1到17中的任一项所述的反应器系统，其中，第一压力转变组件和第二压力转变组件中的的每一个均包括一个或多个流动气体入口，每一个流动气体入口均被构造成提供流动气体，以使转变组件内的颗粒移动通过转变组件的各个部分。
条款19.根据条款1到18中的任一项所述的反应器系统，其中，反应器系统不包括压缩机单元，该压缩机单元用以压缩进入反应器系统的反应物气体或者离开反应器系统的产物气体。
条款20.一种用于运行反应器系统的方法，该方法包括：
将压力P1下的第一固体颗粒提供给第一反应器组件；
在压力P1下运行第一反应器组件，该第一反应器组件包括一个或多个第一反应器组件反应器，每一个第一反应器组件反应器均被构造成在压力P1下运行；
在第一反应器组件中，将压力P1下的第一固体颗粒转变为压力P1下的第二固体颗粒；
将压力P1下的第二固体颗粒提供给第一压力转变组件；
在第一压力转变组件中，将第二固体颗粒周围的压力从压力P1转变为不同于压力P1的压力P2；
将压力P2下的第三第二颗粒从第一压力转变组件排出，并且将压力P2下的第二固体颗粒提供给第二反应器组件；
在压力P2下运行第二反应器组件，该第二反应器组件包括一个或多个第二反应器组件反应器，每一个第二反应器组件反应器均被构造成在压力P2下运行；
在第二反应器组件中，将压力P2下的第二固体颗粒转变为压力P2下的第三固体颗粒；
将压力P2下的第三固体颗粒提供给第二压力转变组件；
在第二压力转变组件中，将第三固体颗粒周围的压力从压力P2转变为不同于压力P2的压力P3；以及
将压力P3下的第三固体颗粒从第二压力转变组件排出。
条款21.根据条款20所述的方法，进一步包括：
将第一反应器原料提供给第一反应器组件中的第一反应器，该第一反应器原料与第一反应器内的固体颗粒化学地和/或物理地发生反应，以形成压力P1下的第二固体颗粒，其中，第一反应器原料与第一反应器内的固体颗粒化学地、物理地或化学且物理地发生反应，以进一步形成第一反应器产物；以及
将压力P1下的第一反应器产物从第一反应器排出。
条款22.根据条款20或条款21所述的方法，进一步包括：将第二反应器原料提供给第二反应器组件中的第二反应器，该第二反应器原料与第二反应器内的固体颗粒化学地和/或物理地发生反应，以形成压力P2下的第三固体颗粒。
条款23.根据条款20到22中的任一项所述的方法，进一步包括：将压力P2下的第二反应器产物从第二反应器排出。
条款24.根据条款20到23中的任一项所述的方法，其中，压力P3与压力P1相同，使得将第三固体颗粒周围的压力从压力P2转变为压力P3的步骤包括将第三固体颗粒周围的压力从压力P2转变为压力P1，并且其中，将压力P3下的第三固体颗粒从第二压力转变组件排出的步骤包括将压力P1下的第三固体颗粒从第二压力转变组件排出，并且其中，压力P1下的第三固体颗粒是提供给第一反应器组件的压力P1下的第一固体颗粒。
条款25.根据条款20到24中的任一项所述的方法，进一步包括：
将压力P2或压力P3下的第三固体颗粒提供给气固分离单元，该气固分离单元与第二反应器组件和第一反应器组件流体连通；
将在第三固体颗粒周围的气体从气固分离单元排出；以及
将压力P2或压力P3下的第三固体颗粒从气固分离单元排出。
条款26.根据条款20到25中的任一项所述的方法，进一步包括：
将压力P3下的第三固体颗粒提供给第三反应器组件；
在压力P3下运行第三反应器组件，该第三反应器组件包括一个或多个第三反应器组件反应器，每一个第二反应器组件反应器均被构造成在压力P3下运行；
在第三反应器组件中，将压力P3下的第三固体颗粒转变为压力P3下的第一固体颗粒；
将压力P3下的第一固体颗粒提供给第三压力转变组件；
在第三压力转变组件中，将第一固体颗粒周围的压力从压力P3转变为压力P1；以及
将压力P1下的第一固体颗粒从第三压力转变组件排出。
条款27.根据条款20到26中的任一项所述的方法，其中，第一压力转变组件包括：
第一非机械阀、第一机械阀、第二非机械阀以及第二机械阀，其中，该第一非机械阀位于第一反应器组件和第一机械阀之间并且与该第一反应器组件和第一机械阀流体连通，该第一机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，该第二非机械阀位于第一机械阀和第二机械阀之间并且与该第一机械阀和第二机械阀流体连通，并且该第二机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，并且其中，该第二非机械阀进一步包括第二非机械阀气体入口和第二非机械阀气体出口，该第二非机械阀气体入口用于接收加压惰性气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行，并且该第二非机械阀气体出口用于释放加压气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行，该方法还依次包括以下步骤：
当第一机械阀在闭合位置中并且第一非机械阀内的压力是P1时，在第一非机械阀处接收压力P1下的第一多个第二固体颗粒，其中，以如下方式接收压力P1下的第一多个第二固体颗粒，该方式防止在第一机械阀在闭合位置中时压力P1下的第一多个第二固体颗粒与第一机械阀直接接触；
当第一非机械阀内的压力是P1、第二非机械阀内的压力是P1、第二机械阀在闭合位置中、第二非机械阀气体入口在闭合位置中并且第二非机械阀气体出口在闭合位置中时，打开第一机械阀；
将压力P1下的第一多个第二固体颗粒从第一非机械阀通过第一机械阀排出并且使其进入第二非机械阀中，由此，第二非机械阀随后以如下方式接收压力P1下的第一多个第二固体颗粒，该方式防止压力P1下的第一多个第二固体颗粒直接接触第一机械阀或第二机械阀；
闭合第一机械阀；
打开第二非机械阀气体出口，并且将第二非机械阀中的第一多个第二固体颗粒周围的压力从压力P1转变为压力P2；
闭合第二非机械阀气体出口；
打开第二机械阀；
将压力P2下的第一多个第二固体颗粒从第二非机械阀通过第二机械阀排出；
闭合第二机械阀；
打开第二非机械阀气体入口，并且将第二非机械阀内的压力从压力P2转变为压力P1。
条款28.根据条款20到27中的任一项所述的方法，其中，第二压力转变组件包括第三非机械阀、第三机械阀、第四非机械阀以及第四机械阀，其中，该第三非机械阀位于第二反应器组件和第三机械阀之间并且与该第二反应器组件和第三机械阀流体连通，该第三机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，该第四非机械阀位于第三机械阀和第四机械阀之间并且与该第三机械阀和第四机械阀流体连通，并且该第四机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，并且其中，该第四非机械阀进一步包括第四非机械阀气体入口和第四非机械阀气体出口，该第四非机械阀气体入口用于接收加压惰性气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行，并且该第四非机械阀气体出口用于释放加压气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行，并且该方法还依次包括以下步骤：
当第三机械阀在闭合位置中并且第三非机械阀内的压力是P2时，在第三非机械阀处接收压力P2下的第一多个第三固体颗粒，其中，以如下方式接收压力P2下的第一多个第三固体颗粒，该方式防止在第三机械阀在闭合位置中时压力P2下的第一多个第三固体颗粒与第三机械阀直接接触；
当第三非机械阀内的压力是P2、第四非机械阀内的压力是P2、第四机械阀在闭合位置中、第四非机械阀气体入口在闭合位置中并且第四非机械阀气体出口在闭合位置中时，打开第三机械阀；
将压力P2下的第一多个第三固体颗粒从第三非机械阀通过第三机械阀排出并且使其进入第四非机械阀中，由此，第四非机械阀随后以如下方式接收压力P2下的第一多个第三固体颗粒，该方式防止压力P2下的第一多个第二固体颗粒直接接触第三机械阀或第四机械阀；
闭合第三机械阀；
打开第四非机械阀气体入口或第四非机械阀气体出口，并且将第四非机械阀中的第一多个第三固体颗粒周围的压力从压力P2转变为压力P3；
闭合第四非机械阀气体入口或第四非机械阀气体出口；
打开第四机械阀；
将压力P3下的第一多个第三固体颗粒从第四非机械阀通过第四机械阀排出；
闭合第四机械阀；
打开第四非机械阀气体入口或第四非机械阀气体出口，并且将第四非机械阀内的压力从压力P3转变为压力P2。
条款29.根据条款20到28中的任一项所述的方法，其中，压力P2小于压力P1。
条款30.根据条款20到29中的任一项所述的方法，其中，反应器系统不包括压缩机单元，该压缩机单元用以压缩进入反应器系统的反应物气体或者离开反应器系统的产物气体。
应当理解，前述详细描述和所附示例仅是说明性的，并且不应被视为对本公开范围有所限制。
对于本领域技术人员来说，所公开实施例的各种修改和变型是显而易见的。可以在脱离本公开的精神和范围的情况下做出如下修改和变型：包括但不限于与化学结构、取代物、衍生物、中间体、合成物、组合物、配方或使用方法有关的修改和变型。

Claims (30)

1.一种反应器系统，包括：
第一反应器组件，所述第一反应器组件包括一个或多个第一反应器组件反应器，每一个第一反应器组件反应器均被构造成在压力P1下运行，其中，所述第一反应器组件被构造成接收所述压力P1下的第一固体颗粒、将所述压力P1下的所述第一固体颗粒转化为所述压力P1下的第二固体颗粒，并且排出所述压力P1下的所述第二固体颗粒；
第一压力转变组件，所述第一压力转变组件与所述第一反应器组件和第二反应器组件流体连通，其中，所述第一压力转变组件被构造成接收所述压力P1下的所述第二固体颗粒、将所述第二固体颗粒周围的压力从所述压力P1转变为与所述压力P1不同的压力P2，并且排出所述压力P2下的所述第二固体颗粒；
所述第二反应器组件，所述第二反应器组件包括一个或多个第二反应器组件反应器，每一个第二反应器组件反应器被构造成在所述压力P2下运行，其中，所述第二反应器组件被构造成接收所述压力P2下的所述第二固体颗粒、将所述压力P2下的所述第二固体颗粒转化为所述压力P2下的第三固体颗粒，并且排出所述压力P2下的所述第三固体颗粒；
第二压力转变组件，所述第二压力转变组件与所述第二反应器组件和所述第一反应器组件流体连通，所述第二压力转变组件被构造成接收所述压力P2下的第三固体颗粒、将所述第三固体颗粒周围的压力从所述压力P2转变为与所述压力P2不同的压力P3，并且从所述第二压力转变组件排出所述压力P3下的所述第三固体颗粒。
2.根据权利要求1所述的反应器系统，其中，所述第一反应器组件包括第一反应器，所述第一反应器包括：
第一反应器入口，所述第一反应器入口被构造成接收第一反应器原料，所述第一反应器原料与所述第一反应器内的固体颗粒化学地、物理地或化学且物理地发生反应以形成所述压力P1下的所述第二固体颗粒；以及
第一反应器固体出口，所述第一反应器固体出口被构造成排出所述压力P1下的所述第二固体颗粒。
3.根据权利要求2所述的反应器系统，其中，所述第一反应器原料与所述第一反应器内的固体颗粒化学地、物理地或化学且物理地发生反应以进一步形成第一反应器产物，并且其中，所述第一反应器进一步包括第一反应器产物出口，所述第一反应器产物出口被构造成排出所述压力P1下的所述第一反应器产物。
4.根据权利要求1所述的反应器系统，其中，所述第二反应器组件包括第二反应器，所述第二反应器包括第二反应器固体出口，所述第二反应器固体出口被构造成排出所述压力P2下的所述第三固体颗粒。
5.根据权利要求4所述的反应器系统，其中，所述第二反应器进一步包括第二反应器入口，所述第二反应器入口被构造成接收第二反应器原料，所述第二反应器原料与所述第二反应器内的固体颗粒化学地、物理地或化学且物理地发生反应以形成所述压力P2下的所述第三固体颗粒。
6.根据权利要求4所述的反应器系统，其中，所述第二反应器进一步包括第二反应器出口，所述第二反应器出口被构造成排出所述压力P2下的第二反应器产物。
7.根据权利要求1所述的反应器系统，其中，所述压力P3与所述压力P1相同，使得所述第二压力转变组件被构造成将所述第三固体颗粒周围的压力从所述压力P2转变为所述压力P1并且从所述第二压力转变组件排出所述压力P1下的所述第三固体颗粒，并且其中，所述压力P1下的所述第三固体颗粒是由所述第一反应器组件所接收的所述压力P1下的所述第一固体颗粒。
8.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述第一固体颗粒是金属氧化物颗粒，所述第二固体颗粒是被还原的金属氧化物颗粒，并且所述第三固体颗粒是被氧化的金属氧化物颗粒。
9.根据权利要求1到8中的任一项所述的反应器，其中，P2小于P1。
10.根据权利要求1所述的反应器系统，进一步包括气固分离单元，所述气固分离单元在所述第二反应器组件和所述第一反应器组件之间并且与所述第二反应器组件和所述第一反应器组件流体连通，所述气固分离单元包括分离单元固体入口、分离单元气体出口以及分离单元固体出口，所述分离单元固体入口被构造成接收所述压力P2或所述压力P3下的所述第三固体颗粒，所述分离单元气体出口被构造成从所述气固分离单元排出所述第三颗粒周围的气体，所述分离单元固体出口被构造成从所述气固分离单元分别排出所述压力P2或所述压力P3下的所述第三颗粒。
11.根据权利要求1所述的反应器系统，进一步包括：
第三反应器组件，所述第三反应器组件包括一个或多个第三反应器组件反应器，每一个第三反应器组件反应器被构造成在所述压力P3下运行，其中，所述第三反应器组件被构造成接收所述压力P3下的所述第三固体颗粒、将所述压力P3下的所述第三固体颗粒转化为所述压力P3下的所述第一固体颗粒，并且排出所述压力P3下的所述第一固体颗粒；以及
第三压力转变组件，所述第三压力转变组件与所述第三反应器组件和所述第一反应器组件流体连通，所述第三压力转变组件被构造成接收所述压力P3下的所述第一固体颗粒、将所述第一固体颗粒周围的压力从所述压力P3转变为所述压力P1，并且从所述第三转变组件排出所述压力P1下的所述第一固体颗粒。
12.根据权利要求1所述的反应器系统，其中，所述第一压力转变组件包括：
第一非机械阀、第一机械阀、第二非机械阀以及第二机械阀，
其中，所述第一非机械阀位于所述第一反应器组件和所述第一机械阀之间并且与所述第一反应器组件和所述第一机械阀流体连通，所述第一机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，所述第二非机械阀位于所述第一非机械阀和所述第一机械阀之间并且与所述第一非机械阀和所述第一机械阀流体连通，并且所述第二机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，并且
其中，所述第二非机械阀进一步包括第二非机械阀气体入口和第二非机械阀气体出口，所述第二非机械阀气体入口用于接收加压惰性气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行，所述第二非机械阀气体出口用于释放加压气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行。
13.根据权利要求12所述的反应器系统，其中，所述第一压力转变组件进一步包括至少一个附加的非机械阀，所述至少一个附加的非机械阀与如下部件流体连通并且位于如下部件之间：
所述第一反应器组件和所述第一非机械阀；
所述第一非机械阀和所述第一机械阀；
所述第一机械阀和所述第二非机械阀；
所述第二非机械阀和所述第二机械阀；以及
所述第二机械阀和所述第二反应器组件。
14.根据权利要求12所述的反应器系统，其中，所述第一压力转变组件在如下模式中运行：
第一模式，其中，所述第一非机械阀和所述第二非机械阀内的压力是P1，所述第一机械阀在闭合位置中，并且所述压力P1下的第一多个第二固体颗粒由所述第一非机械阀以如下方式接收，所述方式防止所述压力P1下的所述第一多个第二固体颗粒与所述第一机械阀直接接触；
第二模式，其中，所述第一机械阀在打开位置中，所述第二机械阀在闭合位置中，所述第二非机械阀气体入口在闭合位置中，并且所述第二非机械阀气体出口在闭合位置中，其中，所述第一非机械阀被构造成将所述压力P1下的所述第一多个第二固体颗粒通过所述第一机械阀排出并且使其进入所述第二非机械阀中，其中，随后所述第二非机械阀以如下方式接收所述压力P1下的所述第一多个第二固体颗粒，所述方式防止所述压力P1下的所述第一多个第二固体颗粒直接接触所述第一机械阀或所述第二机械阀；
第三模式，其中，所述第一机械阀和所述第二机械阀在闭合位置中，所述第二非机械阀气体入口在闭合位置中，并且所述第二非机械阀气体出口在打开位置中，由此，所述第二非机械阀中的所述第一多个第二固体颗粒周围的压力从所述压力P1转变为所述压力P2；
第四模式，其中，所述第一机械阀在所述闭合位置中，所述第二机械阀在所述打开位置中，并且所述第二非机械阀气体入口和第二非机械阀气体出口均在所述闭合位置中，由此，所述第二非机械阀被构造成将所述压力P2下的所述第一多个第二固体颗粒从所述第二非机械阀且通过所述第二机械阀排出；以及
第五模式，其中，所述第一机械阀和所述第二机械阀均在所述闭合位置中，所述第二非机械阀气体入口在所述打开位置中，并且所述第二非机械阀气体出口在所述闭合位置中，由此，所述第二非机械阀内的压力从所述压力P2转变为所述压力P1。
15.根据权利要求1所述的反应器系统，其中，所述第二压力转变组件包括：
第三非机械阀、第三机械阀、第四非机械阀以及第四机械阀，
其中，所述第三非机械阀位于所述第二反应器组件和所述第三机械阀之间并且与所述第二反应器组件和所述第三机械阀流体连通，所述第三机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，所述第四非机械阀位于所述第三机械阀和所述第四机械阀之间并且与所述第三机械阀和所述第四机械阀流体连通，并且所述第四机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，并且
其中，所述第四非机械阀进一步包括第四非机械阀气体入口和第四非机械阀气体出口，所述第四非机械阀气体入口用于接收加压惰性气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行，所述第四非机械阀气体出口用于释放加压气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行。
16.根据权利要求15所述的反应器系统，其中，所述第二压力转变组件进一步包括至少一个附加的非机械阀，所述至少一个附加的非机械阀与如下部件流体连通并且位于如下部件之间：
所述第二反应器组件和所述第三非机械阀；
所述第三非机械阀和所述第三机械阀；
所述第三机械阀和所述第四非机械阀；以及
所述第四非机械阀和所述第四机械阀。
17.根据权利要求16所述的反应器系统，其中，所述第二压力转变组件在如下模式中运行：
第一模式，其中，所述第三非机械阀和所述第四非机械阀内的压力是P2，所述第三机械阀在闭合位置中，并且所述压力P2下的第一多个第三固体颗粒由所述第三非机械阀以如下方式接收，所述方式防止所述压力P2下的所述第一多个第三固体颗粒与所述第三机械阀直接接触；
第二模式，其中，所述第三机械阀在打开位置中，所述第四机械阀在闭合位置中，所述第四非机械阀气体入口在闭合位置中，并且所述第四非机械阀气体出口在闭合位置中，其中，所述第三非机械阀被构造成将所述压力P2下的所述第一多个第三固体颗粒通过所述第三机械阀排出并且使其进入所述第四非机械阀中，其中，随后所述第四非机械阀以如下方式接收所述压力P2下的所述第一多个第三固体颗粒，所述方式防止所述压力P2下的所述第一多个第三固体颗粒与所述第三机械阀或所述第四机械阀直接接触；
第三模式，其中，所述第三机械阀和所述第四机械阀在闭合位置中，并且所述第四非机械阀气体出口或所述第四非机械阀气体入口在打开位置中，由此，所述第四非机械阀中的所述第一多个第三固体颗粒周围的压力从所述压力P2转变为所述压力P3；
第四模式，其中，所述第三机械阀在闭合位置中，所述第四机械阀在打开位置中，并且所述第四非机械阀气体入口和所述第四非机械阀气体出口均在闭合位置中，由此，所述第四非机械阀被构造成将所述压力P3下的所述第一多个第三固体颗粒从所述第四非机械阀且通过所述第四机械阀排出；以及
第五模式，其中，所述第三机械阀和所述第四机械阀均在闭合位置中，并且所述第四非机械阀气体入口或所述第四非机械阀气体出口在打开位置中，由此，所述第二非机械阀内的压力从所述压力P3转变为所述压力P2。
18.根据权利要求1所述的反应器系统，其中，所述第一压力转变组件和所述第二压力转变组件中的每一个压力转变组件均包括一个或多个流动气体入口，每一个流动气体入口均被构造成提供流动气体，以使所述转变组件内的颗粒移动通过所述转变组件的各个部分。
19.根据权利要求1所述的反应器系统，其中，所述反应器系统不包括用以压缩进入所述反应器系统的反应物气体或离开所述反应器系统的产物气体的压缩机单元。
20.一种用于运行反应器系统的方法，所述方法包括：
将压力P1下的第一固体颗粒提供给第一反应器组件；
在所述压力P1下运行所述第一反应器组件，所述第一反应器组件包括一个或多个第一反应器组件反应器，每一个第一反应器组件反应器均被构造成在所述压力P1下运行；
在所述第一反应器组件中，将所述压力P1下的所述第一固体颗粒转变为所述压力P1下的第二固体颗粒；
将所述压力P1下的所述第二固体颗粒提供给第一压力转变组件；
在所述第一压力转变组件中，将所述第二固体颗粒周围的压力从所述压力P1转变为与所述压力P1不同的压力P2；
将所述压力P2下的所述第二固体颗粒从所述第一压力转变组件排出，并且将所述压力P2下的所述第二固体颗粒提供给第二反应器组件；
在所述压力P2下运行所述第二反应器组件，所述第二反应器组件包括一个或多个第二反应器组件反应器，每一个第二反应器组件反应器均被构造成在所述压力P2下运行；
在所述第二反应器组件中，将所述压力P2下的所述第二固体颗粒转化为所述压力P2下的第三固体颗粒；
将所述压力P2下的所述第三固体颗粒提供给第二压力转变组件；
在所述第二压力转变组件中，将所述第三固体颗粒周围的压力从所述压力P2转变为与所述压力P2不同的压力P3；以及
将所述压力P3下的所述第三固体颗粒从所述第二压力转变组件排出。
21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括：
将第一反应器原料提供给所述第一反应器组件中的第一反应器，所述第一反应器原料与所述第一反应器内的固体颗粒化学地和/或物理地发生反应以形成所述压力P1下的所述第二固体颗粒，其中，所述第一反应器原料与所述第一反应器内的固体颗粒化学地、物理地或化学且物理地发生反应以进一步形成第一反应器产物；以及
将所述压力P1下的所述第一反应器产物从所述第一反应器排出。
22.根据权利要求20所述的方法，进一步包括将第二反应器原料提供给所述第二反应器组件中的第二反应器，所述第二反应器原料与所述第二反应器内的固体颗粒化学地和/或物理地发生反应以形成所述压力P2下的所述第三固体颗粒。
23.根据权利要求20所述的方法，进一步包括将所述压力P2下的第二反应器产物从所述第二反应器排出。
24.根据权利要求20所述的方法，其中，所述压力P3与所述压力P1相同，使得将所述第三固体颗粒周围的压力从所述压力P2转变为压力P3的步骤包括将所述第三固体颗粒周围的压力从所述压力P2转变为所述压力P1，并且
其中，将所述压力P3下的所述第三固体颗粒从所述第二压力转变组件排出的步骤包括将所述压力P1下的所述第三固体颗粒从所述第二压力转变组件排出，并且
其中，所述压力P1下的所述第三固体颗粒是被提供给所述第一反应器组件的所述压力P1下的所述第一固体颗粒。
25.根据权利要求20所述的方法，进一步包括：
将所述压力P2或所述压力P3下的所述第三固体颗粒提供给气固分离单元，所述气固分离单元与所述第二反应器组件和所述第一反应器组件流体连通；
将在所述第三固体颗粒周围的气体从所述气固分离单元排出；以及
将所述压力P2或所述压力P3下的所述第三固体颗粒从所述气固分离单元排出。
26.根据权利要求20到25中的任一项所述的方法，进一步包括：
将所述压力P3下的所述第三固体颗粒提供给第三反应器组件；
在所述压力P3下运行所述第三反应器组件，所述第三反应器组件包括一个或多个第三反应器组件反应器，每一个第三反应器组件反应器均被构造成在所述压力P3下运行；
在所述第三反应器组件中，将所述压力P3下的所述第三固体颗粒转化为所述压力P3下的所述第一固体颗粒；
将所述压力P3下的所述第一固体颗粒提供给第三压力转变组件；
在所述第三压力转变组件中，将所述第一固体颗粒周围的压力从所述压力P3转变为所述压力P1；以及
将所述压力P1下的所述第一固体颗粒从所述第三压力转变组件排出。
27.根据权利要求20所述的方法，其中，所述第一压力转变组件包括：
第一非机械阀、第一机械阀、第二非机械阀以及第二机械阀，
其中，所述第一非机械阀位于所述第一反应器组件和所述第一机械阀之间并且与所述第一反应器组件和所述第一机械阀流体连通，所述第一机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，所述第二非机械阀位于所述第一机械阀和所述第二机械阀之间并且与所述第一机械阀和所述第二机械阀流体连通，并且所述第二机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，并且
其中，所述第二非机械阀进一步包括第二非机械阀气体入口和第二非机械阀气体出口，所述第二非机械阀气体入口用于接收加压惰性气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行，所述第二非机械阀气体出口用于释放加压气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行，
所述方法进一步依次包括以下步骤：
当所述第一机械阀在闭合位置中并且所述第一非机械阀内的压力是P1时，在所述第一非机械阀处接收所述压力P1下的第一多个第二固体颗粒，其中，以如下方式接收所述压力P1下的所述第一多个第二固体颗粒，所述方式防止在所述第一机械阀在闭合位置中时所述压力P1下的所述第一多个第二固体颗粒与所述第一机械阀直接接触；
当所述第一非机械阀内的压力是P1、所述第二非机械阀内的压力是P1、所述第二机械阀在闭合位置中、所述第二非机械阀气体入口在闭合位置中并且所述第二非机械阀气体出口在闭合位置中时，打开所述第一机械阀；
将所述压力P1下的所述第一多个第二固体颗粒从所述第一非机械阀通过所述第一机械阀排出并且使其进入所述第二非机械阀中，由此，所述第二非机械阀随后以如下方式接收所述压力P1下的所述第一多个第二固体颗粒，所述方式防止所述压力P1下的所述第一多个第二固体颗粒直接接触所述第一机械阀或所述第二机械阀；
闭合所述第一机械阀；
打开所述第二非机械阀气体出口，并且将所述第二非机械阀中的所述第一多个第二固体颗粒周围的压力从所述压力P1转变为所述压力P2；
闭合所述第二非机械阀气体出口；
打开所述第二机械阀；
将所述压力P2下的所述第一多个第二固体颗粒从所述第二非机械阀且通过所述第二机械阀排出；
闭合所述第二机械阀；
打开所述第二非机械阀气体入口，并且将所述第二非机械阀内的压力从所述压力P2转变为所述压力P1。
28.根据权利要求20所述的方法，其中，所述第二压力转变组件包括第三非机械阀、第三机械阀、第四非机械阀以及第四机械阀，
其中，所述第三非机械阀位于所述第二反应器组件和所述第三机械阀之间并且与所述第二反应器组件和所述第三机械阀流体连通，所述第三机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，所述第四非机械阀位于所述第三机械阀和所述第四机械阀之间并且与所述第三机械阀和所述第四机械阀流体连通，并且所述第四机械阀能够在打开位置和闭合位置中运行，并且
其中，所述第四非机械阀进一步包括第四非机械阀气体入口和第四非机械阀气体出口，所述第四非机械阀气体入口用于接收加压惰性气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行，所述第四非机械阀气体出口用于释放加压气体并且能够在打开位置和闭合位置中运行，并且
所述方法进一步依次包括以下步骤：
当所述第三机械阀在闭合位置中并且所述第三非机械阀内的压力是P2时，在所述第三非机械阀处接收所述压力P2下的第一多个第三固体颗粒，其中，以如下方式接收所述压力P2下的所述第一多个第三固体颗粒，所述方式防止在所述第三机械阀在闭合位置中时所述压力P2下的所述第一多个第三固体颗粒与所述第三机械阀直接接触；
当所述第三非机械阀内的压力是P2、所述第四非机械阀内的压力是P2、所述第四机械阀在闭合位置中、所述第四非机械阀气体入口在闭合位置中并且所述第四非机械阀气体出口在闭合位置中时，打开所述第三机械阀；
将所述压力P2下的所述第一多个第三固体颗粒从所述第三非机械阀通过所述第三机械阀排出并且使其进入所述第四非机械阀中，由此，所述第四非机械阀随后以如下方式接收所述压力P2下的所述第一多个第三固体颗粒，所述方式防止所述压力P2下的所述第一多个第二固体颗粒直接接触所述第三机械阀或所述第四机械阀；
闭合所述第三机械阀；
打开所述第四非机械阀气体入口或所述第四非机械阀气体出口，并且将所述第四非机械阀中的所述第一多个第三固体颗粒周围的压力从所述压力P2转变为所述压力P3；
闭合所述第四非机械阀气体入口或所述第四非机械阀气体出口；
打开所述第四机械阀；
将所述压力P3下的所述第一多个第三固体颗粒从所述第四非机械阀且通过所述第四机械阀排出；
闭合所述第四机械阀；
打开所述第四非机械阀气体入口或所述第四非机械阀气体出口，并且将所述第四非机械阀内的压力从所述压力P3转变为所述压力P2。
29.根据权利要求20所述的方法，其中，所述压力P2小于所述压力P1。
30.根据权利要求20所述的方法，其中，所述反应器系统不包括用以压缩进入所述反应器系统的反应物气体或离开所述反应器系统的产物气体的压缩机单元。
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