CN205774355U

CN205774355U - 流化床气化反应器组件

Info

Publication number: CN205774355U
Application number: CN201520384597.4U
Authority: CN
Inventors: E.T.鲁宾逊; K.凯克勒; A.西尔德什潘德
Original assignee: Greatpoint Energy Inc
Current assignee: Shunguan Investment Co., Ltd
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2015-06-05
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2025-06-05
Also published as: CN204735355U; CN204958834U

Abstract

本实用新型提供了用于转化非气态碳质原料为贫细粉富甲烷原料气流和固体焦炭副产物的流化床气化反应器组件。所述流化床气化反应器组件包括反应器，并且特征在于包括：圆筒形内衬耐火材料的垂直容器；顶盖；底盖；第一进料口；第一排气口；第二进料口；内部格栅板；第二区；第一固体排放口；第三固体排放口；第三进料口；流化气体进料系统；多个温度传感器；多个压力传感器；一个或多个进入口；和一个或多个采样口。

Description

流化床气化反应器组件

技术领域

本实用新型通常涉及用于转化(催化气化、加氢甲烷化)非气态碳质原料以制造富甲烷原料气流和固体焦炭副产物的反应器组件。

背景技术

考虑到许多因素，如更高的能源价格和环境意识，由较低燃料值的碳质原料(如石油焦、渣油、沥青质、煤和生物质)生产增值产物(如符合管道外输标准的代用天然气、氢气、甲醇、高级烃、氨和电力)重新受到关注。

此类较低燃料值的碳质原料可以在提高的温度和压力下气化以产生合成气流，后者随后转化成此类增值产物。

一种有利的气化工艺是加氢甲烷化(hydromethanation)，其中碳质原料在流化床加氢甲烷化反应器中在催化剂源和水蒸气存在下在提高的温度和压力下转化以直接制造富甲烷的合成气流(中等BTU合成气流)粗产物。这有别于常规气化工艺，如基于碳源在极大提高的温度和压力下的部分燃烧/氧化的那些(热气化，通常是非催化的)，其中合成气(一氧化碳+氢气)是主要产物(几乎没有或完全没有直接产生甲烷)，其可随后进一步加工以制造甲烷(经由催化甲烷化，参见下面的反应(III))或许多其它更高级的烃产物。

例如在US3828474、US3958957、US3998607、US4057512、US4092125、US4094650、US4204843、US4243639、US4468231、US4500323、US4541841、US4551155、US4558027、US4604105、US4617027、US4609456、US5017282、US5055181、US6187465、US6790430、US6894183、US6955695、US2003/0167691A1、US2006/0265953A1、US2007/000177A1、US2007/083072A1、US2007/0277437A1、US2009/0048476A1、US2009/0090056A1、US2009/0090055A1、US2009/0165383A1、US2009/0166588A1、 US2009/0165379A1、US2009/0170968A1、US2009/0165380A1、US2009/0165381A1、US2009/0165361A1、US2009/0165382A1、US2009/0169449A1、US2009/0169448A1、US2009/0165376A1、US2009/0165384A1、US2009/0217582A1、US2009/0220406A1、US2009/0217590A1、US2009/0217586A1、US2009/0217588A1、US2009/0218424A1、US2009/0217589A1、US2009/0217575A1、US2009/0229182A1、US2009/0217587A1、US2009/0246120A1、US2009/0259080A1、US2009/0260287A1、US2009/0324458A1、US2009/0324459A1、US2009/0324460A1、US2009/0324461A1、US2009/0324462A1、US2010/0071235A1、US2010/0071262A1、US2010/0120926A1、US2010/0121125A1、US2010/0168494A1、US2010/0168495A1、US2010/0179232A1、US2010/0287835A1、US2010/0287836A1、US2010/0292350A1、US2011/0031439A1、US2011/0062012A1、US2011/0062721A1、US2011/0062722A1、US2011/0064648A1、US2011/0088896A1、US2011/0088897A1、US2011/0146978A1、US2011/0146979A1、US2011/0207002A1、US2011/0217602A1、US2011/0262323A1、US2012/0046510A1、US2012/0060417A1、US2012/0102836A1、US2012/0102837A1、US2012/0213680A1、US2012/0271072A1、US2012/0305848A1、US2013/0046124A1、US2013/0042824A1、US2013/0172640A1、US2014/0094636A1、WO2011/029278A1、WO2011/029282A1、WO2011/029283A1、WO2011/029284A1、WO2011/029285A1、WO2011/063608A1和GB1599932中公开了加氢甲烷化工艺和所得富甲烷的合成气流的转化/利用以制造增值产物。还参见Chiaramonte等人，“Upgrade Coke by Gasification”,Hydrocarbon Processing，1982年9月，第255-257页；和Kalina等人，“Exxon Catalytic Coal Gasification Process Predevelopment Program,Final Report”,Exxon Research and Engineering Co.,Baytown,TX,FE236924,1978年12月。

碳源的加氢甲烷化通常涉及四种理论上独立的反应：

水蒸气碳：C+H₂O→CO+H₂ (I)

水汽变换：CO+H₂O→H₂+CO₂ (II)

CO甲烷化：CO+3H₂→CH₄+H₂O (III)

加氢气化：2H₂+C→CH₄ (IV)

在典型的加氢甲烷化条件下，如下文所讨论的那样，前三个反应(I-III)占主导地位，产生了以下总反应：

2C+2H₂O→CH₄+CO₂ (V)。

整个加氢甲烷化反应基本上是热平衡的；但是，由于工艺热损失和其它能量需求(如与原料一起进入反应器的水分蒸发所需能力)，必须添加一部分热以保持热平衡。

这些反应也基本上是合成气(氢气和一氧化碳)平衡的(产生和消耗合成气)；因此，随着一氧化碳和氢气与产物气体一起取出，需要按需向该反应中添加一氧化碳和氢气以避免短缺。

为了使反应的净热量保持尽可能接近中性(仅略微放热或吸热)并保持合成气平衡，常常将水蒸气、一氧化碳和氢气的过热气流进料到加氢甲烷化反应器中。该一氧化碳和氢气流常常是从产物气体中分离的再循环流和/或通过重整/部分氧化一部分产物甲烷来提供。参见例如之前并入的US4094650、US6955595、US2007/083072A1、US2010/0120926A1、US2010/0287836A1、US2011/0031439A1、US2011/0062722A1和US2011/0064648A1。

在加氢甲烷化工艺的一种变体中，所需的一氧化碳、氢气和热能也可以通过将氧气进料到加氢甲烷化反应器中来至少部分原位生成。参见例如之前并入的US2010/0076235A1、US2010/0287835A1和US2011/0062721A1，以及共同拥有的US2012/0046510A1、US2012/0060417A1、US2012/0102836A1、US2012/0102837A1、US2013/0046124A1、US2013/0042824A1、US2013/0172640A1和US2014/0094636A1。

该结果是还含有显著量的氢气、一氧化碳和二氧化碳的“直接”富甲烷粗产物气流，其可以例如直接用作中等BTU能源，或者可以加工以获得各种更高价值的产物流，如符合管道外输标准的代用天然气、高纯氢气、甲醇、氨、高级烃、二氧化碳(用于提高原油采收率和工业用途)和电能。

除了富甲烷粗产物气流外，还产生了固体焦炭副产物料流。该固体焦炭副产物含有未反应的碳、夹带的加氢甲烷化催化剂和该碳质原料的其它无机组分。副产物焦炭可以含有35重量％或更多的炭，取决于原料组成和加氢甲烷化条件。

该副产物焦炭从该加氢甲烷化反应器中周期地或连续地取出，并通常送至催化剂回收和再循环操作以改善整个工艺的经济和商业可行性。从加氢甲烷化反应器中提取的与焦炭结合的催化剂组分的性质以及回收它们的方法例如公开在之前并入的US2007/0277437A1、US2009/0165383A1、US2009/0165382A1、US2009/0169449A1、US2009/0169448A1、US2011/0262323A1、US2012/0213680A1和US2012/0271072A1中。催化剂再循环可以按需用补充的催化剂来补足，如公开在之前并入的US2009/0165384A1中。

本实用新型提供了特别适于加氢甲烷化的反应器和集成系统的构造。

实用新型内容

本实用新型提供用于将非气态碳质原料转化为贫细粉(fines-depleted)富甲烷粗产物气体和固体焦炭副产物的反应器组件(reactor assembly)，所述反应器组件包含反应器，其特征在于：

(a)圆筒形内衬耐火材料的垂直容器，所述垂直容器具有顶端和底端，并且所述垂直容器包含：

(1)内部流化床区，用于容纳流化床，所述流化床区具有顶侧

和底侧并在所述垂直容器内垂直延伸，和

(2)在所述流化床区的顶侧上方的第一区；

(b)顶盖，其密封所述垂直容器的顶端；

(c)底盖，其密封所述垂直容器的底端；

(d)第一进料口，其布置在沿所述垂直容器的垂直长度的位置处；

(e)第一排气口，其连接所述第一区与位于所述反应器外部的一级旋风分离器系统，或者连接所述第一区与经由气体输送管线连接至二级旋风分离器系统的一级旋风分离器系统，其中所述一级旋风分离器系统与所述二级旋风分离器系统均位于所述反应器外部；

(f)第二进料口，其布置在沿所述垂直容器的垂直长度处于所述流化床区的水平的位置处，并且连接所述反应器与所述一级旋风分离器；

(g)内部格栅板，其位于或高于所述垂直容器的底端，所述内部栅格板包含所述流化床区的底侧；

(h)第二区，其在所述内部栅格板下方；

(i)第一固体排放口，其在所述内部格栅板下方连接所述流化床区的底侧与焦炭处理和催化剂回收系统；

(j)第三固体排放口，其在所述垂直容器上垂直位于所述流化床区的顶侧附近，并且连接所述流化床区与所述焦炭处理和催化剂回收系统；

(k)第三进料口，其沿所述垂直容器的垂直长度布置在所述内部栅格板下方的位置处；

(l)流化气体进料系统，其位于所述内部栅格板下方并连接到所述第三进料口；

(m)多个温度传感器，其沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中，或在所述底盖中，或在其任意组合中；

(n)多个压力传感器，其沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中，或在所述底盖中，或在其任意组合中；

(o)一个或多个进入口，其沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中，或在所述底盖中，或在其任意组合中；和

(p)一个或多个采样口，其沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中，或在所述底盖中，或在其任意组合中。

在一个方面，所述第一进料口布置在沿所述垂直容器的垂直长度的靠近所述流化床区的底侧的位置处。

在另一方面，所述第一进料口布置在沿所述垂直容器的垂直长度的靠近所述流化床区的顶侧的位置处。

在另一方面，所述第一固体排放口还连接所述第二区与所述焦炭处理和催化剂回收系统。

在另一方面，所述第三固体排放口位于所述第一进料口上方。

在另一方面，所述一级旋风分离器系统包括：

(a)第四进料口，其将从反应器排出的具有夹带的细粉固体的气流供给到所述一级旋风分离器系统；

(b)第二排气口，其从所述一级旋风分离器系统中排出具有残留夹带细粉的贫细粉气体的料流，和

(c)第二固体排放口，其将来自所述一级旋风分离器系统中的回收的一级细粉的料流排出到所述反应器的流化床区的进料口。

在另一方面，旋风分离器系统经由气体输送管线连接到二级旋风分离器系统，其中所述二级旋风分离器从自反应器排出的贫细粉气体除去残留夹带细粉以生成细粉净化的气体和回收的二级细粉，所述二级旋风分离器系统包括：

(1)第五进料口，其将所有或大部分从所述一级旋风分离器上的所述第二排气口排出的具有残留夹带细粉的贫细粉气体的料流供给到所述二级旋风分离器系统；

(2)第三排气口，其从所述二级旋风分离器系统中排出细粉净化的气体的料流，和

(3)第三固体排放口，其将回收的二级细粉的料流从所述二级旋风分离器系统中排出到焦炭处理和催化剂回收系统。

在另一方面，所述流化床区在所述垂直容器中垂直延伸所述垂直容器的垂直长度的50％到90％。

在另一方面，所述圆筒形内衬耐火材料的垂直容器具有25至50米的垂直长度和1.8米到8米的内径。

本实用新型的反应器组件可用于例如以较低资本和运行强度以及更高的总工艺效率由多种碳质材料更有效地制造高价值产物和副产物。

通过阅读以下详述，本领域普通技术人员将更容易理解本实用新型的这些和其它实施方案、特征与优点。

附图说明

图1是本实用新型的用于转化碳质原料的反应器组件的第一实施方案的总图。

图2是是本实用新型的用于转化碳质原料的反应器组件的第二实施方案的总图。

图3是用于本实用新型的不同实施方案中的反应器的垂直容器的横截面图。

具体实施方式

在第一方面，本实用新型提供用于将非气态碳质原料转化为贫细粉(fines-depleted)富甲烷粗产物气体和固体焦炭副产物的反应器组件(reactor assembly)，所述反应器组件包含：

(1)反应器，包含：

(a)具有25至50米垂直长度和1.8米至8米内径的圆筒形内衬耐火材料(internally-refractory-lined)的垂直容器，所述垂直容器具有顶端和底端，并且所述垂直容器设计为具有：

(1)内部流化床区，用于容纳在超大气压力(superatomspheric pressure)和提高温度下的经催化的碳质粒子的流化床(fluidized bed of catalyzed carbonaceous particles)，所述流化床区具有顶侧和底侧并在所述垂直容器内垂直延伸所述垂直容器的所述垂直长度的50％至90％，所述经催化的碳质粒子衍生自所述碳质原料和加氢甲烷化催化剂，和

(2)在所述流化床区的所述顶侧上方的第一分离区，所述分离区含有具有夹带的细粉固体的富甲烷粗产物气体；

(b)密封所述垂直容器的所述顶端的顶盖；

(c)密封所述垂直容器的所述底端的底盖；

(d)设计为将所述碳质原料与所述加氢甲烷化催化剂供给到所述反应器的第一进料口，所述第一进料口布置在沿所述垂直容器的所述垂直长度的位置处以便将所述碳质原料和加氢甲烷化催化剂直接供给到所述流化床区；

(e)设计为将具有夹带的细粉固体的所述富甲烷粗产物气体的料流由所述第一分离区排放至所述反应器外部的第一排气口；

(f)设计为将所有或一部分回收的细粉料流供给到所述反应器的第二进料口，所述第二进料口布置在沿所述垂直容器的所述垂直长度的位置处以便将所述回收的细粉料流直接供给到所述流化床区；

(g)限定所述流化床区的所述底侧的位于或高于所述垂直容器的所述底端的内部栅格板；

(h)在所述内部栅格板下方的第二分离区(disengagement zone)；

(i)设计为由所述流化床区的所述底侧和/或由所述第二分离区排出副产物焦炭料流的位于所述内部栅格板下方的第一固体排放口；

(j)设计为将加压流化气体供给到所述反应器的第三进料口，所述流化气体包含过热水蒸气和氧气；

(k)位于所述内部栅格板下方并连接到所述第三进料口的流化气体进料系统，设计为将所述流化气体分配到所述反应器中；

(l)沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中或在所述底盖中或在其任意组合中的多个温度传感器，设计为监控所述反应器中的温度条件；

(m)沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中或在所述底盖中或在其任意组合中的多个压力传感器，设计为监控所述反应器中的压力条件；

(o)沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中或在所述底盖中或在其任意组合中的一个或多个进入口，设计为在所述反应器未加压时允许进入所述反应器；和

(p)沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中或在所述底盖中或在其任意组合中的一个或多个采样口，设计为允许采样所述反应器中的气态和/或固体内容物；

(2)设计为从所述富甲烷粗产物气体中除去夹带的细粉固体以生成所述贫细粉富甲烷粗产物气体和回收的细粉的一级旋风分离器系统，所述一级旋风分离器系统在所述反应器外部，所述一级旋风分离器系统包含：

(a)设计为将所有或大部分从所述第一排气口排出的具有夹带的细粉固体的所述富甲烷粗产物气体的所述料流供给到所述一级旋风分离器系统的第四进料口；

(b)设计为从所述一级旋风分离器系统中排出所述贫细粉富甲烷粗产物气体的料流的第二排气口，和

(c)设计为从所述一级旋风分离器系统中排出所述回收的细粉的料流作为所述回收细粉料流的第二固体排放口；

(3)将所述第一排气口连接到所述第四进料口的气体输送管线；和

(4)将所述第二固体排放口连接到所述第二进料口的固体循环管线。

在第二方面，本实用新型提供用于将非气态碳质原料转化为贫细粉富甲烷粗产物气体和贫加氢甲烷化催化剂的固体焦炭副产物的反应器组件，所述反应器组件包含：

(1)反应器，包含：

(a)具有25至50米垂直长度和1.8米至8米内径的圆筒形内衬耐火材料的垂直容器，所述垂直容器具有顶端和底端，并且所述垂直容器设计为具有：

(1)内部流化床区，用于容纳在超大气压力和提高温度下的经催化的碳质粒子的流化床，所述流化床区具有顶侧和底侧并在所述垂直容器内垂直延伸所述垂直容器的所述垂直长度的50％至90％，所述经催化的碳质粒子衍生自所述碳质原料和加氢甲烷化催化剂，和

(b)密封所述垂直容器的所述顶端的顶盖；

(c)密封所述垂直容器的所述底端的底盖；

(h)在所述内部栅格板下方的第二分离区；

(i)设计为由所述流化床区的所述底侧和/或由所述第二分离区排出副产物焦炭料流的在所述内部栅格板下方的第一固体排放口，所述副产物焦炭含有夹带的加氢甲烷化催化剂；

(a)设计为将所有或大部分从所述第一排气口排出的具有夹带的细粉的所述富甲烷粗产物气体的所述料流供给到所述一级旋风分离器系统的第四进料口；

(3)将所述第一排气口连接到所述第四进料口的气体输送管线；

(4)将所述第二固体排放口连接到所述第二进料口的固体循环管线；

(5)设计为处理所有或大部分从所述第一固体排放口排出的所述副产物焦炭的所述料流以回收加氢甲烷化催化剂并生成所述贫加氢甲烷化催化剂的焦炭副产物的焦炭处理与催化剂回收系统；和

(6)将所述第一固体排放口连接到所述焦炭处理与催化剂回收系统的焦炭传输管线。

在第三方面，本实用新型提供用于将非气态碳质原料转化为细粉净化的富甲烷粗产物气体和固体焦炭副产物的反应器组件，所述反应器组件包含：

(1)反应器，包含：

(b)密封所述垂直容器的所述顶端的顶盖；

(c)密封所述垂直容器的所述底端的底盖；

(f)设计为将所有或一部分第一回收细粉料流供给到所述反应器的第二进料口，所述第二进料口布置在沿所述垂直容器的所述垂直长度的位置处以便将所述第一回收细粉料流直接供给到所述流化床区；

(h)在所述内部栅格板下方的第二分离区；

(i)设计为由所述流化床区的所述底侧和/或由所述第二分离区排出所述副产物焦炭的料流的在所述内部栅格板下方的第一固体排放口；

(2)设计为从所述富甲烷粗产物气体中除去夹带的细粉固体以生成含有残留夹带细粉的贫细粉富甲烷粗产物气体和回收的一级细粉的一级旋风分离器系统，所述一级旋风分离器系统在所述反应器外部，所述一级旋风分离器系统包含：

(b)设计为从所述一级旋风分离器系统中排出具有残留夹带细粉的所述贫细粉富甲烷粗产物气体的料流的第二排气口；和

(c)设计为从所述一级旋风分离器系统中排出所述回收的一级细粉的料流作为所述第一回收细粉料流的第二固体排放口；

(5)设计为从所述贫细粉富甲烷粗产物气体中除去残留夹带细粉以生成所述细粉净化的富甲烷粗产物气体和回收的二级细粉的二级旋风分离器系统，所述二级旋风分离器系统在所述反应器外部，所述二级旋风分离器系统包含：

(a)设计为将所有或大部分从所述第二排气口排出的具有残留夹带细粉的所述贫细粉富甲烷粗产物气体料流的所述料流供给到所述二级旋风分离器系统的第五进料口；

(b)设计为从所述二级旋风分离器系统中排出所述细粉净化的富甲烷粗产物气体的料流的第三排气口，和

(c)设计为从所述二级旋风分离器系统中排出所述回收的二级细粉的料流的第三固体排放口；

(6)将所述第二排气口连接到所述第五进料口的第二气体输送管线；和

(7)连接到所述第三固体排放口的固体排放管线。

在第四方面，本实用新型提供用于将非气态碳质原料转化为细粉净化(fines-cleaned)的富甲烷粗产物气体和贫加氢甲烷化催化剂的固体焦炭副产物的反应器组件，所述反应器组件包含：

(1)反应器，包含：

(b)密封所述垂直容器的所述顶端的顶盖；

(c)密封所述垂直容器的所述底端的底盖；

(f)设计为将所有或一部分第一回收细粉料流供给到所述反应器的第二进料口，所述第二进料口布置在沿所述垂直容器的所述垂直长度的位置处以便将所述回收的细粉料流直接供给到所述流化床区；

(h)在所述内部栅格板下方的第二分离区；

(i)设计为由所述流化床区的所述底侧和/或由所述第二分离区排出副产物焦炭料流的在所述内部栅格板下方的第一固体排放口；

(a)设计为将所有或大部分从所述第二排气口排出的具有残留夹带细粉的所述贫细粉富甲烷粗产物气体的所述料流供给到所述二级旋风分离器系统的第五进料口；

(6)将所述第二排气口连接到所述第五进料口的第二气体输送管线；

(7)设计为处理所有或一部分从所述第一固体排放口排出的所述副产物焦炭的所述料流以及所有或一部分从所述第三固体排放口排出的所述第二回收细粉料流以回收加氢甲烷化催化剂并生成所述贫加氢甲烷化催化剂的焦炭副产物的焦炭处理与催化剂回收系统；

(8)将所述第一固体排放口连接到所述焦炭处理与催化剂回收系统的焦炭传输管线；和

(9)将所述第三固体排放口连接到所述焦炭处理和催化剂回收系统的固体排放管线。

在第五方面，本实用新型提供将非气态碳质原料转化为贫细粉富甲烷粗产物气体和固体焦炭副产物的反应器组件，所述反应器组件包含：

(1)反应器，包含：

(a)具有25至50米垂直长度和1.8米至8米内径的圆筒形内衬耐火材料的垂直容器，所述垂直容器具有顶端和底端，并且所述垂直容器含有：

(1)在超大气压力和提高温度下的经催化的碳质粒子的流化床，所述流化床区具有顶侧和底侧并在所述垂直容器内垂直延伸所述垂直容器的所述垂直长度的50％至90％，所述经催化的碳质粒子衍生自所述碳质原料和加氢甲烷化催化剂，和

(2)在所述流化床区的所述顶侧上方的第一分离区，所述第一分离区含有具有夹带的细粉固体的富甲烷粗产物气体；

(b)密封所述垂直容器的顶端的顶盖；

(c)密封所述垂直容器的所述底端的底盖；

(d)将所述碳质原料与所述加氢甲烷化催化剂供给到所述反应器的第一进料口，所述第一进料口布置在沿所述垂直容器的所述垂直长度的位置处以便将所述碳质原料和加氢甲烷化催化剂直接供给到所述流化床；

(e)将具有夹带的细粉固体的所述富甲烷粗产物气体的料流由所述第一分离区排放至所述反应器外部的第一排气口；

(f)将所有或一部分回收的细粉料流供给到所述反应器的第二进料口，所述第二进料口布置在沿所述垂直容器的所述垂直长度的位置处以便将所述回收的细粉料流直接供给到所述流化床；

(g)含有所述流化床区的所述底侧的位于或高于所述垂直容器的所述底端的内部栅格板；

(h)在所述内部栅格板下方的第二分离区；

(i)由所述流化床的所述底侧和/或由所述第二分离区排出所述副产物焦炭的料流的在所述内部栅格板下方的第一固体排放口；

(j)将加压流化气体供给到所述反应器的第三进料口，所述流化气体包含过热水蒸气和氧气；

(k)位于所述内部栅格板下方并连接到所述第三进料口的流化气体进料系统，该流化气体进料系统将所述流化气体分配到所述反应器中；

(l)沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中或在所述底盖中或在其任意组合中的多个温度传感器，该温度传感器监控所述反应器中的温度条件；

(m)沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中或在所述底盖中或在其任意组合中的多个压力传感器，该压力传感器监控所述反应器中的压力条件；

(o)沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中或在所述底盖中或在其任意组合中的一个或多个进入口，该进入口在所述反应器未加压时允许进入所述反应器；和

(p)沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中或在所述底盖中或在其任意组合中的一个或多个采样口，用于采样所述反应器中的气态和/或固体内容物；

(2)从所述富甲烷粗产物气体中除去夹带的细粉固体以生成所述贫细粉富甲烷粗产物气体和回收的细粉的一级旋风分离器系统，所述一级旋风分离器系统在所述反应器外部，所述一级旋风分离器系统包含：

(a)将所有或大部分从所述排气口排出的具有夹带的细粉的所述富甲烷粗产物气体的所述料流供给到所述一级旋风分离器系统的第四进料口；

(b)从所述一级旋风分离器系统中排出所述贫细粉富甲烷粗产物气体的料流的第二排气口，和

(c)从所述一级旋风分离器系统中排出所述回收的细粉的料流作为所述回收细粉料流的第二固体排放口；

在第六方面，本实用新型提供将非气态碳质原料转化为贫细粉富甲烷粗产物气体料流和贫加氢甲烷化催化剂的固体焦炭副产物的反应器组件，所述反应器组件包含：

(1)反应器，包含：

(b)密封所述垂直容器的顶端的顶盖；

(c)密封所述垂直容器的所述底端的底盖；

(e)将所述富甲烷粗产物气体的料流由所述第一分离区排放至所述反应器外部的第一排气口；

(h)在所述内部栅格板下方的第二分离区；

(a)将所有或大部分从所述第一排气口排出的具有夹带的细粉的所述富甲烷粗产物气体的所述料流供给到所述一级旋风分离器系统的第四进料口；

(5)处理所有或一部分从所述第一固体排放口排出的所述副产物焦炭的所述料流以回收加氢甲烷化催化剂并生成所述贫加氢甲烷化催化剂的焦炭副产物的焦炭处理与催化剂回收系统；和

在第七方面，本实用新型提供将非气态碳质原料转化为细粉净化的富甲烷粗产物气体料流和固体焦炭副产物的反应器组件，所述反应器组件包含：

(1)反应器，包含：

(b)密封所述垂直容器的顶端的顶盖；

(c)密封所述垂直容器的所述底端的底盖；

(f)将所有或一部分第一回收细粉料流供给到所述反应器的第二进料口，所述第二进料口布置在沿所述垂直容器的所述垂直长度的位置处以便将所述回收的细粉料流直接供给到所述流化床；

(h)在所述内部栅格板下方的第二分离区；

(2)从所述富甲烷粗产物气体中除去夹带的细粉固体以生成具有残留夹带细粉的贫细粉富甲烷粗产物气体和回收的一级细粉的一级旋风分离器系统，所述一级旋风分离器系统在所述反应器外部，所述一级旋风分离器系统包含：

(a)将所有或大部分从所述第一排气口排出的具有夹带的细粉固体的所述富甲烷粗产物气体的所述料流供给到所述一级旋风分离器系统的第四进料口；

(b)从所述一级旋风分离器系统中排出具有残留夹带细粉的所述贫细粉富甲烷粗产物气体的料流的第二排气口，和

(c)从所述一级旋风分离器系统中排出所述回收的一级细粉的料流作为所述第一回收细粉料流的第二固体排放口；

(5)从所述贫细粉富甲烷粗产物气体中除去残留夹带细粉以生成所述细粉净化的富甲烷粗产物气体和回收的二级细粉的二级旋风分离器系统，所述二级旋风分离器系统在所述反应器外部，所述二级旋风分离器系统包含：

(a)将所有或大部分从所述第二排气口排出的具有残留夹带细粉的所述贫细粉富甲烷粗产物气体的所述料流供给到所述二级旋风分离器系统的第五进料口；

(b)从所述二级旋风分离器系统中排出所述细粉净化的富甲烷粗产物气体的料流的第三排气口，和

(c)从所述二级旋风分离器系统中排出所述回收的残留细粉的料流的第三固体排放口；

(7)连接到所述第三固体排放口的固体排放管线。

在第八方面，本实用新型提供将非气态碳质原料转化为细粉净化的富甲烷粗产物气体料流和贫加氢甲烷化催化剂的固体焦炭副产物的反应器组件，所述反应器组件包含：

(1)反应器，包含：

(b)密封所述垂直容器的顶端的顶盖；

(c)密封所述垂直容器的所述底端的底盖；

(e)将具有夹带的细粉的所述富甲烷粗产物气体的料流由所述第一分离区排放至所述反应器外部的第一排气口；

(h)在所述内部栅格板下方的第二分离区；

(2)从所述富甲烷粗产物气体中除去夹带的细粉固体以生成具有残留夹带细粉的贫细粉富甲烷粗产物气体料流和回收的一级细粉的一级旋风分离器系统，所述一级旋风分离器系统在所述反应器外部，所述一级旋风分离器系统包含：

(c)从所述一级旋风分离器系统中排出所述回收的一级细粉的料流作为所述第一回收细粉料流而设计的第二固体排放口；

(5)从所述贫细粉富甲烷粗产物气体中除去残留夹带细粉以生成所述细粉净化的富甲烷粗产物气体料流和回收的二级细粉的二级旋风分离器系统，所述二级旋风分离器系统在所述反应器外部，所述二级旋风分离器系统包含：

(c)从所述二级旋风分离器系统中排出所述回收的二级细粉的料流作为第二回收细粉料流而设计的第三固体排放口；

(7)处理所有或一部分从所述第一固体排放口排出的所述副产物焦炭的所述料流，和所有或一部分从所述第三固体排放口排出的所述第二回收细粉料流以回收加氢甲烷化催化剂并生成所述贫加氢甲烷化催化剂的焦炭副产物的焦炭处理与催化剂回收系统；

在第九方面，本实用新型提供用于将非气态碳质原料转化为贫细粉富甲烷粗产物气体和固体焦炭副产物的反应器组件，所述反应器组件包含：

(1)反应器，包含：

(b)密封所述垂直容器的所述顶端的顶盖；

(c)密封所述垂直容器的所述底端的底盖；

(e)设计为将所述贫细粉富甲烷粗产物气体的料流排放至所述反应器外部的第一排气口；

(f)限定所述流化床区的所述底侧的位于或高于所述垂直容器的所述底端的内部栅格板；

(g)在所述内部栅格板下方的第二分离区；

(h)设计为由所述流化床区的所述底侧和/或由所述第二分离区排出所述副产物焦炭的料流的在所述内部栅格板下方的第一固体排放口；

(i)设计为将加压流化气体供给到所述反应器的第三进料口，所述流化气体包含过热水蒸气和氧气；

(j)位于所述内部栅格板下方并连接到所述第三进料口的流化气体进料系统，设计为将所述流化气体分配到所述反应器中；

(k)设计为从所述富甲烷粗产物气体中除去夹带的细粉固体以生成所述贫细粉富甲烷粗产物气体和回收的细粉的一级旋风分离器系统，所述一级旋风分离器系统布置在所述反应器内部在所述第一分离区中，所述一级旋风分离器系统包含：

(1)设计为从所述第一分离区将具有夹带的细粉固体的所述富甲烷粗产物气体的料流供给到所述一级旋风分离器系统的第四进料口；

(2)设计为经由所述第一排气口将所述贫细粉富甲烷粗产物气体的料流从所述一级旋风分离器系统排放到所述反应器外部的第二排气口；

(3)设计为从所述一级旋风分离器系统中排出所述回收的细粉的料流的第二固体排放口；和

(4)连接到所述第二固体排放口并延伸到所述流化床区中的固体循环管线，设计为将所述回收细粉的所述料流直接排放到所述流化床区中；

(n)沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中或在所述底盖中或在其任意组合中的一个或多个进入口，设计为在所述反应器未加压时允许进入所述反应器；和

(o)沿所述容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中或在所述底盖中或在其任意组合中的一个或多个采样口，设计为允许采样所述反应器中的气态和/或固体内容物。

在第十方面，本实用新型提供用于将非气态碳质原料转化为贫细粉富甲烷粗产物气体和贫加氢甲烷化催化剂的固体焦炭副产物的反应器组件，所述反应器组件包含：

(1)反应器，包含：

(b)密封所述垂直容器的所述顶端的顶盖；

(c)密封所述垂直容器的所述底端的底盖；

(g)在所述内部栅格板下方的第二分离区；

(o)沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中或在所述底盖中或在其任意组合中的一个或多个采样口，设计为允许采样所述反应器中的气态和/或固体内容物；

(2)设计为处理所有或大部分从所述第一固体排放口排出的所述副产物焦炭的所述料流以回收加氢甲烷化催化剂并生成所述贫加氢甲烷化催化剂的焦炭副产物的焦炭处理与催化剂回收系统；和

(3)将所述第一固体排放口连接到所述焦炭处理与催化剂回收系统的焦炭传输管线。

在第十一方面，本实用新型提供用于将非气态碳质原料转化为细粉净化的富甲烷粗产物气体料流和固体焦炭副产物的反应器组件，所述反应器组件包含：

(1)反应器，包含：

(b)密封所述垂直容器的所述顶端的顶盖；

(c)密封所述垂直容器的所述底端的底盖；

(e)设计为将具有残留夹带细粉的贫细粉富甲烷粗产物气体的料流排放至所述反应器外部的第一排气口；

(g)在所述内部栅格板下方的第二分离区；

(k)从所述富甲烷粗产物气体中除去夹带的细粉固体以生成具有残留夹带细粉的贫细粉富甲烷粗产物气体和回收的一级细粉的一级旋风分离器系统，所述一级旋风分离器系统布置在所述反应器内部在所述第一分离区中，所述一级旋风分离器系统包含：

(2)设计为经由所述第一排气口将具有残留夹带细粉的所述贫细粉富甲烷粗产物气体的料流从所述一级旋风分离器系统排放到所述反应器外部的第二排气口；

(3)设计为从所述一级旋风分离器系统中排出所述回收的一级细粉的料流的第二固体排放口；和

(4)连接到所述第二固体排放口并延伸到所述流化床区中的固体循环管线，设计为将所述回收的一级细粉的所述料流直接排放到所述流化床区中；

(2)设计为从所述贫细粉富甲烷粗产物气体中除去残留夹带细粉以生成所述细粉净化的富甲烷粗产物气体和回收的二级细粉的二级旋风分离器系统，所述二级旋风分离器系统在所述反应器外部，所述二级旋风分离器系统包含：

(a)设计为将所有或大部分从所述第一排气口排出的具有残留夹带细粉的所述贫细粉富甲烷粗产物气体的所述料流供给到所述二级旋风分离器系统的第五进料口；

(3)将所述第一排气口连接到所述第五进料口的气体输送管线；和

(4)连接到所述第三固体排放口的固体排放管线。

在第十二方面，本实用新型提供用于将非气态碳质原料转化为细粉净化的富甲烷粗产物气体和贫加氢甲烷化催化剂的固体焦炭副产物的反应器组件，所述反应器组件包含：

(1)反应器，包含：

(b)密封所述垂直容器的所述顶端的顶盖；

(c)密封所述垂直容器的所述底端的底盖；

(g)在所述内部栅格板下方的第二分离区；

(3)将所述第一排气口连接到所述第五进料口的气体输送管线；

(4)设计为处理所有或一部分从所述第一固体排放口排出的所述副产物焦炭的所述料流以及所有或一部分从所述第三固体排放口排出的所述第二回收细粉料流以回收加氢甲烷化催化剂并生成所述贫加氢甲烷化催化剂的焦炭副产物的焦炭处理与催化剂回收系统；

(5)将所述第一固体排放口连接到所述焦炭处理与催化剂回收系统的焦炭传输管线；和

(6)将所述第三固体排放口连接到所述焦炭处理和催化剂回收系统的固体排放管线。

在第十三方面，本实用新型提供将非气态碳质原料转化为贫细粉富甲烷粗产物气体和固体焦炭副产物的反应器组件，所述反应器组件包含：

(1)反应器，包含：

(b)密封所述垂直容器的所述顶端的顶盖；

(c)密封所述垂直容器的所述底端的底盖；

(e)将所述贫细粉富甲烷粗产物气体的料流排放至所述反应器外部的第一排气口；

(f)含有所述流化床区的所述底侧的位于或高于所述垂直容器的所述底端的内部栅格板；

(g)在所述内部栅格板下方的第二分离区；

(h)由所述流化床的所述底侧和/或由所述第二分离区排出所述副产物焦炭的料流的在所述内部栅格板下方的第一固体排放口；

(i)将加压流化气体供给到所述反应器的第三进料口，所述流化气体包含过热水蒸气和氧气；

(j)位于所述内部栅格板下方并连接到所述第三进料口的流化气体进料系统，该流化气体进料系统将所述流化气体分配到所述反应器中；

(k)从所述富甲烷粗产物气体中除去夹带的细粉固体以生成所述贫细粉富甲烷粗产物气体和回收的细粉的一级旋风分离器系统，所述一级旋风分离器系统布置在所述反应器内部在所述第一分离区中，所述一级旋风分离器系统包含：

(1)将来自所述第一分离区的具有夹带的细粉固体的所述富甲烷粗产物气体的料流供给到所述一级旋风分离器系统的第四进料口；

(2)经由所述第一排气口将所述贫细粉富甲烷粗产物气体的料流从所述一级旋风分离器系统排放到所述反应器外部的第二排气口；

(3)从所述一级旋风分离器系统中排出所述回收的细粉的料流的第二固体排放口；和

(4)连接到所述第二固体排放口并延伸到所述流化床区中的固体循环管线，该固体循环管线将所述回收细粉的所述料流直接排放到所述流化床中；

(n)沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中或在所述底盖中或在其任意组合中的一个或多个进入口，该进入口在所述反应器未加压时允许进入所述反应器；和

在第十四方面，本实用新型提供将非气态碳质原料转化为贫细粉富甲烷粗产物气体和贫加氢甲烷化催化剂的固体焦炭副产物的反应器组件，所述反应器组件包含：

(1)反应器，包含：

(b)密封所述垂直容器的所述顶端的顶盖；

(c)密封所述垂直容器的所述底端的底盖；

(g)在所述内部栅格板下方的第二分离区；

(2)处理所有或一部分从所述第一固体排放口排出的所述副产物焦炭的所述料流以回收加氢甲烷化催化剂并生成所述贫加氢甲烷化催化剂的焦炭副产物的焦炭处理与催化剂回收系统；和

在第十五方面，本实用新型提供将非气态碳质原料转化为细粉净化的富甲烷粗产物气体和固体焦炭副产物的反应器组件，所述反应器组件包含：

(1)反应器，包含：

(1)在超大气压力和提高温度下的经催化的碳质粒子的流化床，所述流化床区具有顶侧和底侧并在所述垂直容器内垂直延伸所述垂直容器的所述垂直长度的50％至 90％，所述经催化的碳质粒子衍生自所述碳质原料和加氢甲烷化催化剂，和

(b)密封所述垂直容器的所述顶端的顶盖；

(c)密封所述垂直容器的所述底端的底盖；

(e)将具有残留夹带细粉的贫细粉富甲烷粗产物气体的料流排放至所述反应器外部的第一排气口；

(g)在所述内部栅格板下方的第二分离区；

(k)从所述富甲烷粗产物气体中除去夹带的细粉固体以生成具有残留夹带细粉的所述贫细粉富甲烷粗产物气体和回收的一级细粉的一级旋风分离器系统，所述一级旋风分离器系统布置在所述反应器内部在所述第一分离区中，所述一级旋风分离器系统包含：

(2)经由所述第一排气口将具有残留夹带细粉的所述贫细粉富甲烷粗产物气体的料流从所述一级旋风分离器系统排放到所述反应器外部的第二排气口；

(3)从所述一级旋风分离器系统中排出所述回收的细粉的料流作为第一回收细粉料流的第二固体排放口；和

(4)连接到所述第二固体排放口并延伸到所述流化床区中的固体循环管线，该固体循环管线将所述第一回收细粉料流直接排放到所述流化床中；

(2)从所述贫细粉富甲烷粗产物气体中除去残留夹带细粉以生成所述细粉净化的富甲烷粗产物气体和回收的二级细粉的二级旋风分离器系统，所述二级旋风分离器系统在所述反应器外部，所述二级旋风分离器系统包含：

(a)将所有或大部分从所述第一排气口排出的具有残留夹带细粉的所述贫细粉富甲烷粗产物气体的所述料流供给到所述二级旋风分离器系统的第五进料口；

(c)从所述二级旋风分离器系统中排出所述回收的二级细粉的料流的第三固体排放口；

(4)连接到所述第三固体排放口的固体排放管线。

在第十六方面，本实用新型提供将非气态碳质原料转化为细粉净化的富甲烷粗产物气体和贫加氢甲烷化催化剂的固体焦炭副产物的反应器组件，所述反应器组件包含：

(1)反应器，包含：

(b)密封所述垂直容器的所述顶端的顶盖；

(c)密封所述垂直容器的所述底端的底盖；

(g)在所述内部栅格板下方的第二分离区；

(c)从所述二级旋风分离器系统中排出所述回收的二级细粉的料流作为第二回收细粉料流的第三固体排放口；

(4)处理所有或一部分从所述第一固体排放口排出的所述副产物焦炭的所述料流，和所有或一部分从所述第三固体排放口排出的所述第二回收细粉料流以回收加氢甲烷化催化剂并生成所述贫加氢甲烷化催化剂的焦炭副产物的焦炭处理与催化剂回收系统；

本实用新型涉及用于将碳质材料最终转化为一种或多种增值气态产物的反应器组件。下面提供进一步的细节。

在本说明书的上下文中，如果没有另行说明，本文中提到的所有出版物、专利申请、专利和其它参考资料明确地经此引用全文并入本文用于各种目的就像充分论述过那样。

除非另行规定，本文所用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员的通常理解相同的含义。在冲突的情况下，以本说明书(包括定义)为准。

除非明文指明，商标以大写体显示。

除非另行指明，所有百分比、份数、比率等按重量计。

除非另行指明，以psi为单位表示的压力为表压，以kPa为单位表示的压力为绝对压力。但是，压力差表示为绝对压力(例如压力1比压力2高25psi)。

当量、浓度或其它值或参数以范围或一系列上限和下限值的形式给出时，应理解为具体公开了由任意一对任何范围上限和范围下限所构成的所有范围，无论是否单独公开了这些范围。在本文中记载了一数值范围时，除非另行说明，该范围意在包括其端点，以及在该范围内的所有整数和分数。而非意在将本公开的范围限制于限定一范围时所记载的具体数值。

当术语“大约”用于描述数值或一范围的端点时，本公开应理解为包括所提到的具体数值或端点。

本文所用的术语“包含”、“含有”、“包括”、“含”、“具有”、“有”或其任何其它变体意在覆盖非穷举式的包含。例如，包含一系列要素的工艺、方法、制品或设备不必仅限于这些要素，而是可包括未明确列出的或此类工艺、方法、制品或设备所固有的其它要素。

此外，除非明确作出相反的指示，“或”和“和/或”是指包含性的，而非排它性的。例如，以下的任一项都满足条件A或B，或A和/或B：A真(或存在)和B假(或不存在)，A假(或不存在)和B真(或存在)，以及A和B都真(或存在)。

本文中使用“一个(a)”或“一种(an)”描述各种要素和组分仅为方便起见和给出本公开的一般含义。这种描述应解读为包括一个或至少一个，除非显然别有所指，否则该单数形式也包括复数形式。

除非本文中另行规定，本文中所用术语“大部分”指的是大于大约90％的所述材料，优选大于大约95％的所述材料，更优选大于大约97％的所述材料。如果没有规定，当提及分子(如甲烷、二氧化碳、一氧化碳和硫化氢)时，该百分比以摩尔计，否则以重量计(如对夹带的细粉而言)。

除非本文中另行规定，本文中所用的术语“主要部分”指的是大于50％的所述材料。如果没有规定，当提及分子(如氢气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳和硫化氢)时，该百分比以摩尔计，否则以重量计(如对夹带的细粉而言)。

术语“贫”与由原始存在量减少同义。例如，从料流中除去大部分材料将会产生该材料显著贫化的贫材料料流。相反，术语“富”与大于原始存在量同义。

本文中所用的术语“碳质”与烃同义。

本文中所用的术语“碳质材料”是含有有机烃内容物的材料。碳质材料可分类为如本文中定义的生物质或非生物质材料。

本文中所用的术语“生物质”指的是衍生自近代(例如在过去100年内)活生物体的碳质材料，包括植物基生物质和动物基生物质。为清楚起见，生物质不包括化石基碳质材料如煤。例如，参见之前并入的US2009/0217575A1、US2009/0229182A1和US2009/0217587A1。

本文中所用的术语“植物基生物质”是指衍生自绿色植物、作物、藻类和树木，诸如但不限于甜高粱、甘蔗渣、甘蔗、竹子、杂交白杨、杂交柳树、合欢树、桉树、紫花苜蓿、三叶草、油棕、柳枝稷、苏丹草、粟、麻风树和芒属(例如Miscanthus×giganteus)的材料。生物质进一步包括来自农业栽培、加工和/或降解的废物，如玉米棒和壳、玉米秸、稻草、坚果壳、植物油、低芥酸菜籽油、菜籽油、生物柴油、树皮、木屑、锯屑和庭院废物。

本文中所用的术语“动物基生物质”是指由动物养殖和/或利用产生的废物。例如，生物质包括但不限于来自家畜养殖和加工的废物，如牲畜粪、鸟粪、家禽垃圾、动物脂肪和市政固体废物(例如下水道污物)。

本文中所用的术语“非生物质”是指未被本文中定义的术语“生物质”涵盖的那些碳质材料。例如，非生物质包括但不限于无烟煤、烟煤、次烟煤、褐煤、石油焦、沥青质、液体(石油)渣油或其混合物。例如，参见US2009/0166588A1、US2009/0165379A1、US2009/0165380A1、US2009/0165361A1、US2009/0217590A1和US2009/0217586A1。

“液体重烃材料”是在环境条件下可流动或在升高的温度条件下变得可流动的粘性液体或半固体材料。这些材料通常是烃材料如原油加工产生的渣油。例如，原油精炼中的第一步骤通常是蒸馏以将烃的复杂混合物分离成具有不同挥发性的馏分。通常第一步骤蒸馏要求在大气压下加热以便在不超过大约650℉的实际温度的情况下汽化尽可能多的烃内容物，因为更高的温度可能会导致热分解。在大气压下未蒸馏的馏分通常被称作“常压石油渣油”。该馏分可以在真空下进一步蒸馏，以使得最高大约650℉的实际温度可以汽化甚至更多材料。剩余的不可蒸馏的液体称为“减压石油渣油”。常压石油渣油和减压石油渣油都被视为用于本实用新型的目的的液体重烃材料。

液体重烃材料的非限制性实例包括减压渣油；常压渣油；重质和蒸馏后的石油原油；沥青、柏油和土沥青(天然存在以及来自于石油精炼工艺)；焦油砂油；页岩油；来自催化裂化工艺的塔底残留物；煤液化塔底残留物；以及含有显著量的重质或粘性材料的其它烃进料流，如石油蜡馏分。

本文中所用的术语“沥青质”在室温下是芳族碳质固体，并可以衍生自例如原油和原油焦油砂的加工。沥青质也可被视为液体重烃原料。

该液体重烃材料可固有地含有次要量的固体碳质材料，如石油焦和/或固体沥青质，它们通常分散在液体重烃基质内并在用作本工艺的进料条件的升高的温度条件下保持为固体。

本文中所用的术语“石油焦炭”和“石油焦”包括(i)在石油加工中获得的高沸点烃馏分的固体热分解产物(重质渣油——“渣油石油焦”)；和(ii)加工焦油砂的固体热分解产物(沥青砂或油砂——“焦油砂石油焦”)。此类碳化产物包括例如生焦、煅烧焦、针状焦和流化床石油焦。

渣油石油焦也可以衍生自原油，例如通过用于将高比重残留原油(如液体石油渣油)提质的焦化工艺，该石油焦含有灰分作为次要组分，通常为该焦炭重量的大约1.0重量％或更少，更通常大约0.5重量％或更少。通常，此类低灰分焦中的灰分主要包含金属如镍和钒。

焦油砂石油焦可以衍生自油砂，例如通过用于将油砂提质的焦化工艺。焦油砂石油焦含有灰分作为次要组分，通常为该焦油砂石油焦总重量的大约2重量％至大约12重量％，更通常大约4重量％至大约 12重量％。通常，此类高灰分焦中的灰分主要包含诸如二氧化硅和/或氧化铝的材料。

石油焦可包含该石油焦总重量的至少大约70重量％的碳、至少大约80重量％的碳，或至少大约90重量％的碳。通常，该石油焦包含该石油焦重量的少于大约20重量％的无机化合物。

本文中所用的术语“煤”是指泥炭、褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤或其混合物。在某些实施方案中，该煤具有煤总重量的小于大约85重量％，或小于大约80重量％，或小于大约75重量％，或小于大约70重量％，或小于大约65重量％，或小于大约60重量％，或小于大约55重量％，或小于大约50重量％的碳含量。在其它实施方案中，该煤具有煤总重量的最多大约85重量％，或最多大约80重量％，或最多大约75重量％的碳含量。可用煤的实例包括但不限于，Illinois#6、Pittsburgh#8、Beulah(ND)、Utah Blind Canyon和Powder River Basin(PRB)煤。无烟煤、烟煤、次烟煤和褐煤可分别含有以干基计的煤总重量的大约10重量％，大约5至大约7重量％，大约4至大约8重量％和大约9至大约11重量％的灰分。但是，如本领域技术人员熟知的那样，任何特定煤来源的灰分含量取决于该煤的等级和来源。参见例如“Coal Data:A Reference”,美国能源部，能源信息管理局，煤、核、电和替代燃料办公室，DOE/EIA-0064(93),1995年2月。

如本领域技术人员熟悉的那样，煤燃烧产生的灰分通常包含飞灰和底灰。来自烟煤的飞灰可包含该飞灰总重量的大约20至大约60重量％的二氧化硅和大约5至大约35重量％的氧化铝。来自次烟煤的飞灰可包含该飞灰总重量的大约40至大约60重量％的二氧化硅和大约20至大约30重量％的氧化铝。来自褐煤的飞灰可包含该飞灰总重量的大约15至大约45重量％的二氧化硅和大约20至大约25重量％的氧化铝。参见例如Meyers等人“Fly Ash.A Highway Construction Material”,联邦公路管理局，第FHWA-IP-76-16号报告，华盛顿，1976。

来自烟煤的底灰可包含该底灰总重量的大约40至大约60重量％的二氧化硅和大约20至大约30重量％的氧化铝。来自次烟煤的底灰可包含该底灰总重量的大约40至大约50重量％的二氧化硅和大约15至大约25重量％的氧化铝。来自褐煤的底灰可包含该底灰总重量的大约 30至大约80重量％的二氧化硅和大约10至大约20重量％的氧化铝。参见例如Moulton,Lyle K.“Bottom Ash and Boiler Slag”,Proceedings of the Third International Ash Utilization Symposium，美国矿业局，第8640号资料通报，华盛顿，1973。

根据其来源，诸如甲烷的材料可以是上述定义下的生物质或非生物质。

“非气态”材料在环境条件下基本上为液体、半固体、固体或混合物。例如，煤、石油焦、沥青质和液体石油渣油是非气态材料，而甲烷和天然气是气态材料。“非气态”材料可以固有地含有一些次要量的气态组分，但是这些材料的碳含量在环境条件下(在转化前)主要为固体或液体形式。

术语“单元”是指单元操作。除非另行指明，当描述为存在超过一个“单元”时，这些单元以并列方式运行。但是，单一“单元”可视情况包括串联或并联的超过一个单元。例如，酸气体去除单元可以包含硫化氢去除单元和串联后接的二氧化碳去除单元。作为另一实例，污染物去除单元可包括用于第一污染物的第一去除单元和串联后接的用于第二污染物的第二去除单元。作为再一实例，压缩机可以包括第一压缩机以便将料流压缩至第一压力，并串联后接第二压缩机以便将该料流进一步压缩至第二(更高)压力。

术语“碳质原料的一部分”指的是未反应的原料以及部分反应的原料的碳成分，以及可能整体或部分衍生自碳质原料的其它组分(如一氧化碳、氢气和甲烷)。例如，“碳质原料的一部分”包括可能存在于副产物焦炭和再循环细粉中的碳成分，该焦炭最终衍生自原始碳质原料。

如相关领域普通技术人员通常理解的那样，术语“过热蒸汽”在本实用新型上下文中是指在所采用的条件下不冷凝的蒸汽流。

如相关领域普通技术人员通常理解的那样，术语“干饱和蒸汽”或“干蒸汽”指的是不冷凝的略微过热的饱和蒸汽。

术语“合成气需求”指的是保持用于加氢甲烷化反应的加氢甲烷化反应器中的合成气平衡。如上所示，在整个期望的稳态加氢甲烷化反应(参见上述方程式(I)、(II)和(III))中，相对平衡地生成和消耗氢气与一氧化碳。由于氢气和一氧化碳均作为气态产物的一部分取出，氢气和一氧化碳必须至少以基本维持这种反应平衡所需的量添加到该反应器中和/或在该反应器中原位生成。对本实用新型的目的而言，对于加氢甲烷化反应而言必须添加和/或原位生成的氢气和一氧化碳的量即为“合成气需求”。

术语“蒸汽需求”指的是必须经由送入加氢甲烷化反应器的气体进料流添加到该加氢甲烷化反应器中的蒸汽的量。在加氢甲烷化反应中消耗蒸汽并且必须向该加氢甲烷化反应器中加入一部分蒸汽。蒸汽的理论消耗为进料中每两摩尔的碳消耗一摩尔的蒸汽以产生一摩尔的甲烷和一摩尔的二氧化碳(参见方程式(V))。在实际实践中，蒸汽消耗并非完全有效，并且蒸汽会与产物气体一起排出；因此，需要向该加氢甲烷化反应器中加入大于理论量的蒸汽，该添加量即为“蒸汽需求”。例如可以经由蒸汽流和富氧气体流(其通常如下文中所述那样在引入到加氢甲烷化反应器中之前合并作为流化气体)添加蒸汽。下面更详细地讨论要添加的蒸汽的量(以及来源)。由碳质原料原位生成的蒸汽(例如由该碳质原料的任何水分含量的气化或由与该碳质原料中存在的或由该碳质原料生成的氢气、甲烷和/或其它烃的氧化反应)可以有助于提供蒸汽；但是，要注意的是，原位生成的或在低于加氢甲烷化反应器中运行温度(加氢甲烷化反应温度)的温度下进料到该加氢甲烷化反应器中的任何蒸汽将对该加氢甲烷化反应的“热需求”产生影响。

术语“热需求”指的是如上文所述并如下文中进一步详细描述的那样为了将该加氢甲烷化反应保持在基本热平衡而必须添加到该加氢甲烷化反应器中和/或原位生成(例如经由如下讨论的采用供给氧气的燃烧/氧化反应)的热能的量。在本实用新型的上下文中，如下所述，在该工艺的稳态运行下，通常在低于该加氢甲烷化反应的运行温度的温度下将所有料流(如果氧气是汽提气体的一部分的话，可能排除该汽提气体料流)进料到该加氢甲烷化反应器中。在此情况下，可以通过采用供给氧气的原位燃烧/氧化反应基本满足该“热需求”。

本文中使用的术语“多个”指的是两个或多个。

尽管在本公开的实践或测试中可使用与本文所述的那些类似或等效的方法与材料，但本文中描述了合适的方法与材料。本文中的材料、方法和实施例因此仅仅是示例性的，除非明确说明，并非意在为限制性的。

反应器组件

本实用新型的反应器组件通常包含反应器、一级旋风分离器系统以及在该反应器组件与一级旋风分离器系统之间的各种连接件。该反应器组件也可以包含其它构件，例如二级旋风分离器系统以及在该一级与二级旋风分离器系统之间的各种连接件，以及焦炭处理与催化剂回收系统。

在如图1所示的本实用新型的反应器组件的实施方案中，提供了反应器(10)和在反应器(10)外部(之外)的一级旋风分离器系统(100)。图1还显示了任选的二级旋风分离器系统(200)和任选的焦炭处理和催化剂回收系统(300)。

反应器(10)是通常圆筒形的垂直取向的容器(12)，内部衬有耐火材料层，所述耐火材料层在图3中显示为(52)。参照图3，容器(12)具有大约1.8米至大约8米，或至大约6米，或至大约5米，或至大约4米，或至大约3米的的内径(51)，通常的内径包括例如大约1.8米、大约2.5米、大约3米、大约3.6米、大约4.5米、大约6米和大约7.3米。容器(12)的外径(50)取决于耐火材料层(52)以及构造容器(12)的材料的所需厚度。耐火材料的厚度与类型随反应器(10)中的材料和反应条件以及构造容器(12)的材料而改变，如相关领域普通技术人员通常理解的那样。

再参照图1，容器(12)具有由大约25米，或由大约30米至大约50米，或至大约45米垂直长度(48)。容器(12)可以是此类垂直长度的单一整块圆筒形件，或者可以由组合在一起构成该垂直长度的多个较小的件构成。例如，可以通过将几个较小的节段焊接在一起来制造该容器(12)，所述较小的节段可以现场或在远程位置处制造。

用顶盖(14)在顶端和用底盖(16)在底端将容器(12)加盖，以便密封容器(12)用于提高压力的操作条件。顶盖(14)和底盖(16)可以具有多种形状，并例如可以描述为半球形。顶盖(14)和底盖(16)的内表面通常衬有耐火材料，其性质和厚度与容器(12)类似或相同。

构造容器(12)、顶盖(14)和底盖(16)的材料通常是钢合金，并且这三种通常均为相同的材料。钢合金的特定类型将随反应器(10)中的材料和反应器条件以及外部环境而改变，如相关领域普通技术人员通常理解的那样。

反应器(10)设计为具有内部流化床区(32)、通过顶盖(14)包含在顶端处的在流化床区(32)上方的第一分离区(34)、限定流化床区(32)的底端(28)的内部栅格板(36)和通过底盖(16)包含在底端处的在内部栅格板(36)下方的第二分离区(38)。内部栅格板(36)位于容器(12)的底端处或位于容器(12)的底端附近。

在操作中，反应器(10)在流化床区(32)中含有经催化的碳质粒子的流化床。如下文中更详细地讨论的那样，该经催化的碳质粒子衍生自碳质原料和加氢甲烷化催化剂。

流化床区(32)，以及在运行时的该流化床，将在容器(12)中垂直延伸该容器(12)的垂直长度(48)的50％或60％至大约90％或至大约80％。下面提供进一步的操作细节。

在操作中，第一分离区(34)含有具有夹带的细粉的富甲烷粗产物气体，所述夹带的细粉由流化床中经催化的碳质粒子的转化生成。

该容器(12)的垂直长度(48)通常是虑及第一分离区(34)和第二分离区(38)所需空间的情况下该流化床区(32)(并且在操作中为该流化床)所需高度的函数。

反应器(10)进一步含有各个入口、出口和进入口。

例如，反应器(10)含有至少一个用于将碳质原料和加氢甲烷化催化剂供给到反应器(10)的固体进料口，通常与加压气体一起以便令加压进料进入反应器(10)。如图1中所示，进料口(40)(第一进料口)布置在沿该容器(12)的垂直长度(48)的位置处以便将该碳质原料和加氢甲烷化催化剂直接供给到流化床区(32)。进料口(40)连接到通常以催化碳质原料形式由原料加工操作与加压进料系统(未显示)供给该碳质原料与加氢甲烷化催化剂的外部进料管线(42)。

反应器(10)还含有排气口(60)(第一排气口)以便从第一分离区(34)中将富甲烷粗产物气体料流的流排放到反应器(10)外部。如图1中所示，排气口(60)位于反应器(10)的顶部，延伸穿过顶盖(14)，但是其它位置也可采用。如果需要的话还可以存在布置在不同位置处的多个排气口。

此外，反应器(10)含有用于将加压流化气体供给到反应器(10)的另一进料口(66)(第三进料口)，该流化气体通常包含水蒸气和氧气。在内部栅格板(36)下方在反应器(10)内部的流化气体进料系统(68)连接到进料口(66)，并供给流化气体以保持流化床处于流化状态。理想地，流化气体进料系统(68)被定向为使得流化气体以所需模式(例如通常环形地)均匀分配穿过内部栅格板(36)。连接到进料口(66)的流化气体进料管线(72)供给用于流化气体进料系统(68)的流化气体。

反应器(10)还含有在内部栅格板(36)下方的固体排放口(74)(第一固体排放口)以便从流化床区(32)的底侧(28)和/或从第二分离区(38)排出副产物焦炭的料流。通常，如果内部栅格板(36)是凹陷的，如图1和2中所示，将存在由内部栅格板(36)的底部延伸至固体排放口(74)的端口(port)(76)以便从系统中取出固体。落入第二分离区(38)的固体也可以经由固体排放口(74)取出。取出的副产物焦炭通常经由焦炭传输管线(78)送至焦炭处理和催化剂回收系统(300)。

反应器(10)可任选含有另一固体排放口(80)(第三固体排放口)，该排放口垂直位于容器(12)上，接近流化床区(32)的顶端(33)，以便从该流化床的上端取出副产物焦炭。经由固体排放口(80)取出的副产物焦炭可以经由固体循环管线(108)(例如如下所述与旋风分离器循环固体合并)再循环到流化床中和/或经由循环管线(110)直接送至焦炭处理和催化剂回收系统(300)。

反应器(10)将含有沿容器(12)的垂直长度(48)布置的多个压力传感器(82)与温度传感器(84)，以便监控反应器(10)中的压力和温度条件。

还可任选存在其它类型的传感器与采样口，例如用于在反应器(10)中的不同点处采取气体和固体组合物的样品。

反应器(10)还将含有一个或多个进入口(86)，以便能够例如在将反应器(10)卸压时的维护期过程中进入反应器(10)的内部。此类进入口的尺寸通常允许人类进入。

反应器(10)将进一步含有一个或多个用于采取反应器(10)的内部气体和/或固体内容物的样品的采样口(90)。该采样口(90)可以沿容器(12) 的垂直长度布置在不同位置处，或布置在顶盖(14)中，或在底盖(16)中或其任意组合。例如，如图1中所示，一个采样口(90)布置在容器(12)顶部附近，以便可以采取分离区(34)的内容物的样品，而另一个采样口(90)在容器(12)上布置在进料口(70)下方，以便可以采取流化床内容物的样品。作为如图2中所示的替代方案，采样口(90)布置在顶盖(14)中，以便可以采取一级旋风分离器系统(100)(下面讨论)附近的内容物的样品。

该反应器组件进一步包括一级旋风分离器系统(100)。如图1的实施方案中所示，一级旋风分离器系统在反应器(10)外部(之外)，但是也可以如图2中所示并如下文中更详细地讨论的那样包含在反应器(10)中。

一级旋风分离器系统(100)设计为从该富甲烷粗产物气体中除去夹带的细粉以产生贫细粉富甲烷粗产物气体料流和回收细粉料流。合意地，一级旋风分离器系统除去大部分此类夹带细粉。

如图1中所示，一级旋风分离器系统(100)含有用于供给从反应器(10)中排出的富甲烷粗产物气体的料流的进料口(102)(第四进料口)、用于排出贫细粉富甲烷粗产物气体的料流的排气口(104)(第二排气口)和用于排出回收细粉的料流的固体排放口(106)(第二固体排放口)。

一级旋风分离器系统(100)经由气体输送管线(62)连接到反应器(10)的排气口(60)。

所有或一部分回收细粉料流经由固体循环管线(108)返回到反应器(10)，所述固体循环管线(108)将固体排放口(106)连接到进料口(70)(第二进料口)，所述进料口(70)布置在沿容器(12)的垂直长度(48)的位置以便将回收细粉料流直接供给到流化床区(32)。

为了辅助固体从一级旋风分离器系统(100)流回反应器(10)，一级旋风分离器系统垂直布置在高于进料口(70)的位置，并通常与反应器(10)顶部和排气口(60)齐平。

一部分回收细粉料流可任选在别处使用，例如经由循环管线(110)直接送至焦炭处理和催化剂回收系统(300)。

该贫细粉富甲烷粗产物气体料流经由排气口(104)从一级旋风分离器系统(100)中排出。排出的气体可以经由气体输送管线(112)传送用于进一步加工，例如如下所述的除热、变换、净化和甲烷化，但是通常将穿过气体输送管线(112)以便在二级旋风分离器系统(200)中进一步除去夹带的固体。

二级旋风分离器系统(200)设计为从该贫细粉富甲烷粗产物气体中除去几乎所有任何残留的夹带细粉以生成细粉净化的富甲烷粗产物气体料流和回收细粉料流。合意地，二级旋风分离器系统除去大部分此类残留夹带细粉。在本文中，“净化细粉”不限于100％去除细粉，因为工业生产过程通常存在某些低效之处，使得少量细粉可能与产物气体一起通过。但是该残留细粉应视为污染物，其量无法轻易地淤塞任何附加的下游加工。

如图1和2中所示，二级旋风分离器系统(200)含有用于供给从一级旋风分离器系统(100)排出的贫细粉富甲烷粗产物气体的料流的进料口(202)(第五进料口)、排出细粉净化的富甲烷粗产物气体的料流的排气口(204)(第三排气口)、以及排出回收细粉的料流的固体排放口(206)(第三固体排放口)。

在图1中，二级旋风分离器系统(200)经由气体输送管线(112)连接到一级旋风分离器系统(100)的排气口(104)。在图2中，二级旋风分离器系统(200)经由气体输送管线(112)连接到反应器(10)的排气口(60)。

来自二级旋风分离器系统(200)的回收细粉料流通常经由循环管线(210)直接送至焦炭处理和催化剂回收系统(300)。

该细粉净化的富甲烷粗产物气体料流经由排气口(204)从二级旋风分离器系统(200)排出。排出的气体随后通常经由气体输送管线(208)传送以便进一步加工，例如如下所述的除热、变换、净化和甲烷化。

如上所述，在如图2中所示的该反应器组件的第二实施方案中，一级旋风分离器系统(100)包含在反应器(12)的内部。由此，图2中的顶盖(14)被放大以包含一级旋风分离器系统(100)。

取代外部细粉返回管线，图2的一级旋风分离器组件(100)具有连接到固体排放口(106)的下降管(109)(固体循环管线)，其将回收细粉料流直接进料至流化床区(32)。

此外，根据一级旋风分离器组件(100)的布局，排气口(104)将经由气体输送管线(115)连接到排气口(60)。或者，排气口(104)可以直接连接到排气口(60)，或者两个排气口可以合并为单个合并的排气口。

当存在二级旋风分离器系统(200)时，如前所述，气体输送管线(112)随即将连接到排气口(60)。

如图2中所示，在顶盖(14)中还包含附加进入口(86)以便直接进入一级旋风分离器系统(100)。

在图2的实施方案的变体中，顶盖(14)可以具有不同形状，例如，包含直径比容器(12)更狭窄的中间颈部。此类中间颈部可以具有任何形状，但通常是圆筒形的。下降管(109)随后延伸穿过该中间颈部进入流化床区(32)。

在上述所有实施方案中，如相关领域普通技术人员通常已知的那样，所有进料和排放管线通常具有阀门和控制连接件。

下面结合反应器组件运行的讨论来讨论该反应器组件的附加细节。

反应器组件的运行

在反应器组件(10)的典型操作中，经由外部进料管线(42)和接口(40)将经催化的碳质原料进料到反应器(12)中，并经由流化气体进料管线(72)、进料口(66)和流化气体进料系统(68)将流化气体料流(包含过热水蒸气和氧气)进料到反应器(12)中。

供应氧气以便原位生成热能与合成气，如上文一般性描述和在许多之前并入的文献中公开的那样(参见例如之前并入的US2010/0076235A1、US2010/0287835A1、US2011/0062721A1、US2012/0046510A1、US2012/0060417A1、US2012/0102836A1和US2012/0102837A1)。

该催化碳质原料与流化气体料流合意地在低于加氢甲烷化反应的目标运行温度的温度下引入到反应器(10)中，如之前并入的US2012/0046510A1中所公开的那样。尽管在这些条件下对加氢甲烷化反应的热需求具有不利影响，这有利地实现了该过程的加氢甲烷化部分的完全水蒸气/热集成，而无需使用通常会燃用一部分来自该过程的产品的燃烧燃料的过热器(在该过程的稳态运行中)。

如所示那样，反应器(10)是流化床反应器。经催化的碳质原料通常具有由大约100微米，或大于100微米，或由大约200微米，或由大约250微米至最高大约1000微米，或最高大约750微米，或最高大约600微米的平均粒度(dp(50))。本领域技术人员可以根据目标运行条件容易地确定碳质颗粒的适当粒度。例如，此类碳质颗粒应具有使得该碳质材料在该流化床反应器中使用的气体速度下初始流态化的平均粒度。取决于流化条件，合意的粒度范围在Geldart A和Geldart B范围内(包括两者之间的重叠)，通常具有有限量的细粉(低于大约45微米)和粗粒(大于大约1500微米)材料。

反应器(10)可以例如为“下行流”逆流构造，其中经催化的碳质原料在较高的点处引入以使得粒子向下流过该流化床区(32)到达该流化床的下部，流化气体在向上方向上流动，产物气体在该流化床区(32)上方的点处取出。

或者，反应器(10)可以具有“上行流”并流构造，其中经催化的碳质原料在流化床区(32)的较低点处进料以使得粒子与气体一起向上流过流化床至焦炭副产物去除区，例如接近或处于流化床区(32)顶部固体排放口(80)。

在一个实施方案中，该碳质原料的进料点应使得在合理地尽可能接近氧气引入点处引入到该流化床区(32)中。参见例如之前并入的US2012/0102836A1。

从反应器(10)中脱除焦炭副产物可以在任何所需位置，例如在流化床区(32)的顶部和/或在内部栅格板(36)处或在其下方。引入经催化的碳质原料的位置将对焦炭取出点的位置产生影响。

例如，在其中将经催化的碳质原料引入到流化床区(32)的较低部分的实施方案中，至少一个固体排放口(80)通常将位于使得在一个或多个高于进料口(40)的点处从流化床区(32)中取出副产物焦炭的点处。

在该实施方案中，由于经催化的碳质原料的较低进料点，以及副产物焦炭的较高取出点，反应器(10)将为如上所述的上行流构造。

如上所示，反应器(10)还具有在流化床区(32)下方的分离区(38)，具有被内部栅格板(36)分隔的两个段。过大以致于不能在流化床区(32)中被流化的粒子，例如大颗粒副产物焦炭和不可流化的聚集体，通常收集在内部栅格板(36)以及分离区(38)上。此类粒子通常包含碳成分(以及灰烬和催化剂成分)并可以经由接口(74)和(76)从反应器(10)中定期取出。取出的焦炭通常送去催化剂回收并如下所述进一步加工。

在图1和2的实施方案中，在内部栅格板(36)处或在内部栅格板(36)下方存在至少一个焦炭取出点，以便取出包含更大或聚集的粒子的焦炭。

反应器(10)通常在适度的高压力和温度下运行，要求在保持所需温度、压力和料流流速的同时将固体料流(例如原料和如果存在的话的外部再循环细粉)引入到该反应器的反应室中。本领域技术人员熟知将固体供给到具有高压和/或高温环境的反应室中的进料入口，包括星形进料器、螺旋进料器、旋转活塞和闭锁料斗。应当理解的是，该进料入口可以包括两个或多个压力平衡元件，如闭锁料斗，其可以交替使用。在一些情况下，可以在高于反应器运行压力的压力条件下制备该碳质原料，因此，该颗粒组合物可以直接送入反应器中，而无需进一步加压。用于加压的气体可以是惰性气体如氮气，或更通常为二氧化碳流，其例如可以再循环自酸性气体脱除单元生成的二氧化碳流。

反应器(10)合意地在适度的温度(与“常规的”基于氧化的气化工艺相比)下运行，该运行温度为至少大约1000℉(大约538℃)，或至少大约1100℉(大约593℃)至大约1500℉(大约816℃)，或至大约1400℉(大约760℃)，或至大约1300℉(704℃)；压力为大约250psig(大约1825kPa，绝对压力)，或大约400psig(大约2860kPa)，或大约450psig(大约3204kPa)至大约1000psig(大约6996kPa)，或至大约800psig(大约5617kPa)，或至大约700psig(大约4928kPa)，或至大约600psig(大约4238kPa)，或至大约500psig(大约3549kPa)。

Typical gas flow velocities in反应器(10)中的典型气体流速由大约0.5ft/sec(大约0.15m/sec)，或由大约1ft/sec(大约0.3m/sec)至大约2.0ft/sec(大约0.6m/sec)，或至大约1.5ft/sec(大约0.45m/sec)。

当氧气进料到反应器(10)中时，一部分碳质原料(合意地为来自部分反应的原料、副产物焦炭和再循环细粉的碳)将在氧化/燃烧反应中消耗，生成热能以及通常一定量的一氧化碳和氢气(以及通常其它气体如二氧化碳和水蒸气)。供给到反应器(10)的氧气量的变化提供了有利的工艺控制以便最终保持合成气和热平衡。提高氧气的量将提高氧化/燃烧，因此提高原位热生成。降低氧气的量将相反地降低原位热生成。生成的合成气的量最终取决于所用氧气的量，氧气的量越高，导致更完全燃烧/氧化成二氧化碳和水，而非更多地部分燃烧(以及水蒸气-碳反应)成一氧化碳和氢气。

供给到反应器(10)的氧气量必须足以燃烧/氧化足够的碳质原料以生成足够的热能和合成气以满足稳态加氢甲烷化反应的热和合成气需求。

在一个实施方案中，提供到反应器(10)的氧气量可以为每磅(千克)原料中的碳大约0.10，或大约0.20，或大约0.25至大约0.6，或至大约0.5，或至大约0.4，或至大约0.35磅(千克)的O₂。

反应器(10)中的加氢甲烷化和氧化/燃烧反应将同时进行。根据反应器(10)的构造，这两个步骤通常在分开的区中占主导地位——加氢甲烷化在流化床区(32)的上部，氧化/燃烧在流化床区(32)的下部。

通常将氧气与水蒸气混合并在流化床区(32)的底部或在流化床区(32)的底部附近引入该混合物以避免在反应器中形成热点，并避免(尽量减少)所需气体产物的燃烧。进料具有提高的水分含量的碳质原料，特别是进料到流化床区(32)的下部，也有助于热消散和避免在反应器(10)中形成热点，如之前并入的US2012/0102837A1中所述。

如上所述，该加氢甲烷化反应具有水蒸气需求、热需求和合成气需求。这些条件组合在一起是决定反应器(10)以及系统其余部分的运行条件的重要因素。

例如，该加氢甲烷化反应需要至少大约1的水蒸气对碳(原料中)的理论摩尔比。但是通常该摩尔比大于大约1，或为大约1.5(或更大)至大约6(或更小)，或至大约5(或更小)，或至大约4(或更小)，或至大约3(或更小)，或至大约2(或更小)。经催化的碳质原料的水分含量、由反应器(10)中的原料生成的水分、以及包含在流化气体与再循环细粉料流中的水蒸气均贡献了用于加氢甲烷化反应的水蒸气。流化气体中水蒸气的量应足以至少基本满足该加氢甲烷化反应的“水蒸气需求”。

同样如上所述，该加氢甲烷化反应是基本热平衡的，但是，由于过程热损耗和其它能量要求(例如原料上水分的汽化)，在该加氢甲烷化反应中必须生成一定的热以保持热平衡(热需求)。碳在与流化气体一起引入到反应器(10)中的氧气的存在下的部分燃烧/氧化应足以至少基本满足(或至少满足)该加氢甲烷化反应的热和合成气需求。

在一个实施方案中，所有水蒸气应在低于该反应器(10)的目标运行温度的温度下进料到反应器(10)中，如在之前并入的US2012/0046510A1中公开的那样。

流化气体流中的水蒸气将处于高于进料压力下饱和点的温度。当进料到反应器(10)中时，该水蒸气应过热以避免发生任何冷凝的可能性。流化气体流的典型进料温度为大约400℉(大约204℃)，或大约450℉(大约232℃)至大约650℉(大约343℃)，或至大约600℉(大约316℃)。流化气体流的典型进料压力为大约25psi(大约172kPa)或大于反应器(10)中的压力。

流化气体流中使用的水蒸气的实际温度和压力最终将取决于由该过程回收热的水平和反应器(10)中的运行压力，如下所述。在任何情况下，合意地在该系统的稳态运行中燃烧燃料的过热器不应用于过热水蒸气。

反应器(10)中的温度可以例如通过控制水蒸气的量和温度、以及供给到反应器(10)中的氧气量来控制。

在稳态运行中，用于加氢甲烷化反应的水蒸气合意地仅通过工艺热捕获由其它工艺操作生成(如在废热锅炉中生成的，通常称为“工艺蒸汽”或“工艺生成的蒸汽”)，特别是来自于热交换器单元中粗产物气体的冷却。额外的蒸汽可以对整个工艺的其它部分生成，例如如之前并入的US2010/0287835A1和US2012/0046510A1所公开的那样。

用于转化该碳质原料的总体工艺(包括下游气体加工)合意地是水蒸气过剩的，使得用于加氢甲烷化反应的水蒸气需求(压力和量)可以经由热交换满足，在不同阶段的工艺热回收允许制造可用于发电和其它目的的过量水蒸气。合意地，工艺生成的水蒸气占该加氢甲烷化反应的水蒸气需求的100重量％或更高。

加氢甲烷化反应的结果是富甲烷粗产物，将其作为富甲烷粗产物料流从反应器(10)中取出，取决于用于加氢甲烷化的碳质材料的性质，该富甲烷粗产物料流通常包含CH₄、CO₂、H₂、CO、H₂S、未反应的水蒸气，以及任选其它污染物如夹带的细粉、NH₃、COS、HCN和/或单质汞蒸汽。

如果该加氢甲烷化反应在合成气平衡下运行，该富甲烷粗产物料流在离开反应器(10)时通常将包含该富甲烷粗产物料流中甲烷、二氧化碳、一氧化碳和氢气的摩尔数的至少大约15摩尔％或至少大约18摩尔％或至少大约20摩尔％的甲烷。此外，该富甲烷粗产物料流通常将包含该富甲烷粗产物料流中甲烷、二氧化碳、一氧化碳和氢气的摩尔数的至少大约45摩尔％或至少大约50摩尔％的甲烷加二氧化碳。

如果加氢甲烷化反应在合成气过量下运行，例如含有高于和超出合成气需求的过量一氧化碳和/或氢气(例如由于进料到反应器(10)中的氧气和/或水蒸气的量而生成过量一氧化碳和/或氢气)，那么可能对富甲烷粗产物料流中甲烷和二氧化碳的摩尔百分比产生一定的稀释效应。

该碳质原料与该加氢甲烷化催化剂通常在向反应器(10)提供之前密切混合(即提供经催化的碳质原料)，但是它们也可以单独进料。

该富甲烷粗产物在从反应器(10)中取出之前通过流化床区(32)上方的第一分离区(34)。第一分离区(34)可以含有例如一个或多个内部旋风分离器和/或其它夹带粒子分离机构，如图2中所示。“取出”的富甲烷粗产物气体料流通常如上所述至少包含甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氢气，以及硫化氢、水蒸气、热能和夹带的细粉。

如上所述，初始处理该富甲烷粗产物气体以便经由一级旋风分离器组件(100)和任选的二级旋风分离器组件(200)去除大部分夹带的细粉。如果需要的话，可以存在后接的任选附加处理如文丘里涤气器。

去除“大部分”细粉指的是从所得气流中除去一定量的细粉，以使得不会不利地影响下游加工；由此，应当除去至少大部分细粉。一定的次要水平的超细材料可以在不会显著不利地影响下游加工的程度上留在所得气流中。通常，除去至少大约90重量％，或至少大约95重量％，或至少大约98重量％的粒度大于大约20微米，或大于大约10微米，或大于大约5微米的细粉。

富甲烷粗产物气体在一级旋风分离器组件(100)中处理以产生贫细粉富甲烷粗产物气体和回收细粉料流。

将来自一级旋风分离器组件(100)的回收细粉料流进料返回到反应器(10)中，例如经由细粉循环管线进料返回到流化床区(32)的上部和/或经由细粉循环管线进料返回到流化床区(32)的下部(如之前并入的US2012/0060417A1中所公开的那样)。在不进料返回到流化床区(32)的程度上，任何回收细粉料流可以例如再循环回到原料制备和/或直接进料到焦炭处理和催化剂回收单元(300)。

该贫细粉富甲烷粗产物气体通常至少包含甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氢气、硫化氢、水蒸气、氨和热能，以及少量污染物如残留夹带细粉，以及可能存在于该碳质原料中的其它挥发和/或携带的材料(例如汞)。在贫细粉富甲烷粗产物气体中通常几乎不存在(总计通常小于大约50ppm)可冷凝(在环境条件下)烃。如果需要去除残留夹带细粉，可使用二级旋风分离器系统(200)。

如许多之前并入的文献中所公开的那样，来自旋风分离器的富甲烷粗产物气体料流可以在一个或多个下游加工步骤中处理以回收热能、脱污染物并转化为一种或多种增值产品如代用天然气(符合管道外输标准)、氢气、一氧化碳、合成气、氨、甲醇和其它衍生自合成气的产物，电能和水蒸气。

例如，该粗产物气体通常在提高温度下离开该旋风分离器组件，因此通常对其施以热回收以降低该料流温度并由回收的热产生水蒸气。

对于代用天然气生产而言，所得冷却的料流通常经历提纯和加工，例如水煤气变换过程以提高氢气含量(合意地提高至3:1或更大的氢气对一氧化碳比)、脱水、酸性气体去除、以及其它任选过程例如痕量污染物去除和氨去除与回收，以获得主要包含甲烷、氢气和一氧化碳的脱硫气体流。氢气可以从脱硫气体中脱除，但通常将其送至辅助甲烷化(trim methanation)以便将残留的氢气和一氧化碳转化为甲烷。

下游加工成代用天然气(符合管道外输标准的天然气)的进一步细节可以从多篇之前并入的文献中找到，例如US2013/0046124A1。

碳质原料制备

颗粒碳质材料，如生物质和非生物质，可以根据本领域已知的任何方法如冲击粉碎和湿法或干法研磨单独或一起经由粉碎和/或研磨来制备以产生一种或多种碳质颗粒。取决于用于粉碎和/或研磨碳质材料源的方法，所得碳质颗粒可以按大小分类(即根据尺寸分离)以提供用于催化剂负载过程(350)的碳质原料，从而形成进料至反应器(10)的经催化的碳质原料。

可使用本领域技术人员已知的任何方法将颗粒按大小分类。例如，可以通过筛分或使颗粒经过一个或多个筛子来按大小分类。筛分设备可包括格筛、条筛和丝网筛。筛子可以是静态的或包括摇动或振动该筛子的机构。或者，分级可用于分离碳质颗粒。分级设备可包括矿石分选机、气体旋风分离器、水力旋流器、耙式分级机、旋转滚筒筛或流化分级机。该碳质材料也可以在研磨和/或粉碎之前按大小分类或分级。

该碳质颗粒可以以具有如上所述的平均粒度的微细颗粒形式提供。

此外，某些碳质材料，例如玉米秸秆和柳枝稷以及工业废物如锯屑，可能经不起粉碎或研磨操作，或者可能不适于原样使用，例如由于超细的粒度。此类材料可成型为具有适于粉碎或直接用于例如流化床反应器的尺寸的丸粒或压块。通常，通过将一种或多种碳质材料压实来制备丸粒；参见例如之前并入的US2009/0218424A1。在其它实例中，可以如US4249471、US4152119和US4225457中所述那样将生物质材料和煤成型为压块。此类丸粒或压块在以下论述中与前述碳质颗粒可互换使用。

高脆性材料如褐煤也可以如US2014/0091258A1和US2014/0094636A1中公开的那样有利地处理和造粒。

根据碳质材料来源的品质，可能需要附加的原料加工步骤。生物质可能含有高水分含量，如绿色植物和草，在粉碎前可能需要干燥。市政废物和下水道污物也可能含有高水分含量，该水分含量例如可以通过使用压机或辊磨机来降低(例如US4436028)。同样地，非生物质如高水分煤也要求在粉碎前干燥。一些粘结性煤可能需要部分氧化以简化操作。缺乏离子交换位点的非生物质原料，如无烟煤或石油焦，可以经预处理以产生额外的离子交换位点，由此促进催化剂负载和/或缔合。可以通过本领域已知的产生离子交换位点和/或提高原料孔隙度的任何方法来实现此类预处理(参见例如之前并入的US4468231和GB1599932)。可使用本领域已知的任何氧化剂来实现氧化性预处理。

可以根据非生物质和生物质来源的技术考量、加工经济性、易得性和邻近程度来选择碳质颗粒中碳质材料的比率与类型。碳质材料的易得性和临近程度可以影响进料的价格，并由此影响该催化气化工艺的总体生产成本。例如，根据加工条件，该生物质与该非生物质材料可以按湿基或干基计以大约5:95、大约10:90、大约15:85、大约20:80、大约25:75、大约30:70、大约35:65、大约40:60、大约45:55、大约50:50、大约55:45、大约60:40、大约65:35、大约70:20、大约75:25、大约80:20、大约85:15、大约90:10或大约95:5的重量比共混。

明显地，该碳质材料源，以及碳质颗粒个别组分如生物质颗粒和非生物质颗粒的比率，可用于控制该碳质颗粒的其它材料特性。非生物质材料如煤，和某些生物质材料如稻壳通常包括显著量的无机物，包括钙、氧化铝和二氧化硅，它们在催化气化器中形成无机氧化物(即灰分)。在高于大约500℃至大约600℃的温度下，钾和其它碱金属可以与灰分中的氧化铝和二氧化硅反应，形成不溶性的碱金属硅铝酸盐。以这种形式，该碱金属基本不溶于水并且无催化剂活性。为防止该残留物积聚在反应器(10)中，如上所述取出并处理副产物焦炭的固体废料(solid purge)。

在制备碳质颗粒时，根据例如各种碳质材料的比率和/或各种碳质材料中的起始灰分，各种碳质材料的灰分含量可以选择为例如大约20重量％或更少，或大约15重量％或更少，或大约10重量％或更少，或大约5重量％或更少。在其它实施方案中，所得碳质颗粒可包含碳质颗粒重量的大约5重量％，或大约10重量％至大约20重量％，或至大约15重量％的灰分含量。在其它实施方案中，该碳质颗粒的灰分含量可包含灰分重量的小于大约20重量％，或小于大约15重量％，或小于大约10重量％，或小于大约8重量％，或小于大约6重量％的氧化铝。在某些实施方案中，该碳质颗粒可包含处理过的原料重量的小于大约20重量％的灰分含量，其中该碳质颗粒的灰分含量包含灰分重量的小于大约20重量％的氧化铝，或小于大约15重量％的氧化铝。

该碳质颗粒中的此类较低氧化铝值使得能够最终降低该工艺的加氢甲烷化部分中的催化剂特别是碱金属催化剂的损失。如上所述，氧化铝可以与碱金属源反应产生包含例如碱金属铝酸盐或碱金属硅铝酸盐的不溶性焦炭组分。此类不溶性焦炭组分会造成降低的催化剂回收(即提高的催化剂损失)，由此在整个过程中需要补充催化剂的附加成本。

此外，所得碳质颗粒可以具有明显更高％的碳，并由此具有明显更高的btu/lb值和每单位重量碳质颗粒的甲烷产物。在某些实施方案中，所得碳质颗粒可以具有非生物质与生物质结合重量的大约75重量％，或大约80重量％，或大约85重量％，或从大约90重量％至最高大约95重量％的碳含量。

在一个实例中，将非生物质和/或生物质湿磨并按大小分类(例如，至大约25至大约2500微米的粒度分布)，随后沥除其游离水(即脱水)至湿饼稠度。适于湿磨、按大小酚类和脱水的方法的实例是本领域技术人员已知的；例如，参见之前并入的US2009/0048476A1。通过本公开的一个实施方案的湿磨形成的非生物质和/或生物质颗粒的滤饼可以具有大约40％至大约60％，或大约40％至大约55％，或低于50％的水分含量。本领域普通技术人员会认识到，脱水湿磨碳质材料的水分含量取决于碳质材料的特定类型、粒度分布和所用的特定脱水设备。可以热处理此类滤饼以产生一种或多种水分减少的碳质颗粒。

该一种或多种碳质颗粒各自具有如上所述的独特组成。例如，可使用两种碳质颗粒，其中第一碳质颗粒包含一种或多种生物质材料，第二碳质颗粒包含一种或多种非生物质材料。或者，使用包含一种或多种碳质材料的单一碳质颗粒。

用于加氢甲烷化的催化剂负载

加氢甲烷化催化剂对于催化至少上述反应(I)、(II)和(III)是潜在活性的。此类催化剂在一般意义上是相关领域普通技术人员公知的，并且可以包括例如碱金属、碱土金属和过渡金属，以及其化合物和络合物。通常，该加氢甲烷化催化剂至少包含碱金属，例如许多之前并入的参考资料中公开的那样。

对加氢甲烷化反应而言，该一种或多种碳质颗粒通常进一步加工以缔合通常包含至少一种碱金属的源的至少一种加氢甲烷化催化剂，由此生成经催化的碳质原料。如果使用液体碳质材料，该加氢甲烷化催化剂例如可以密切混合到该液体碳质材料中。

提供用于催化剂加载的碳质颗粒可以处理以形成送至反应器(10)的催化碳质原料，或分成一个或多个加工料流，其中使至少一个加工料流与加氢甲烷化催化剂缔合以形成至少一个催化剂处理过的原料流。剩余的加工料流例如可以处理以使第二组分与其缔合。此外，催化剂处理的原料流可以二次处理以使第二组分与其缔合。该第二组分可以是例如第二加氢甲烷化催化剂、助催化剂或其它添加剂。

在一个实例中，可以向单一碳质颗粒提供主加氢甲烷化催化剂(碱金属化合物)(例如钾和/或钠源)，接着单独处理以向同一单一碳质颗粒提供一种或多种助催化剂和添加剂(例如钙源)，由此生成经催化的碳质原料。例如，参见之前并入的US2009/0217590A1和US2009/0217586A1。

也可以在单次处理中以混合物形式向单一第二碳质颗粒提供该加氢甲烷化催化剂与第二组分，由此获得经催化的碳质原料。

当提供一种或多种碳质颗粒用于催化剂负载时，使至少一种碳质颗粒与加氢甲烷化催化剂缔合以形成至少一个催化剂处理的原料流。此外，可以如上文详细描述的那样，将任何碳质颗粒分成一个或多个加工料流以使第二组分或进一步的组分与其缔合。所得料流可以以任意组合共混，由此提供经催化的碳质原料，条件是使用至少一个催化剂处理的原料流形成催化的原料流。

在一个实施方案中，至少一种碳质颗粒与加氢甲烷化催化剂和任选第二组分缔合。在另一实施方案中，各碳质颗粒均与加氢甲烷化催化剂和任选第二组分缔合。

可使用本领域技术人员已知的任何方法使一种或多种加氢甲烷化催化剂与任意碳质颗粒和/或加工料流缔合。此类方法包括但不限于，与固体催化剂源混合和将该催化剂浸渍到加工过的碳质材料上。可使用本领域技术人员已知的几种浸渍方法来并入该加氢甲烷化催化剂。这些方法包括但不限于，初湿含浸、蒸发浸渍、真空浸渍、浸泡浸渍、离子交换和这些方法的组合。如US2014/0094636A1中公开的那样还可以采用造粒。

在一个实施方案中，碱金属加氢甲烷化催化剂可通过在负载罐中与催化剂溶液(例如水溶液)制浆来浸渍到一种或多种碳质颗粒和/或加工料流中。当与催化剂和/或助催化剂的溶液制浆时，可以将所得浆料脱水以提供催化剂处理的原料流，通常仍为湿饼形式。在本工艺中可以由任何催化剂源(包括新鲜的或补充的催化剂和再循环催化剂或催化剂溶液)来制备催化剂溶液。将浆料脱水以提供催化剂处理的原料流的湿饼的方法包括过滤(重力或真空)、离心和流体压机。

如之前并入的US2010/0168495A1中公开的那样，将碳质颗粒与催化剂水溶液合并生成基本不滴液的湿饼，随后在提高的温度条件下混合并最终干燥至适当的水分含量。

适于将煤颗粒和/或包含煤的加工料流与加氢甲烷化催化剂合并以提供催化剂处理的原料流的一种特定方法是经由之前并入的US2009/0048476A1和US2010/0168494A1中所述的离子交换。如并入的参考文献中所述那样，可以根据专门为煤开发的吸附等温线使通过离子交换机制实现的催化剂负载最大化。此类负载提供湿饼形式的催化剂处理过的原料流。可以控制留在离子交换的颗粒湿饼上(包括在孔隙内部)的附加催化剂，由此以受控方式获得总催化剂目标值。如前述并入的参考文酸中公开的那样，或如相关领域普通技术人员根据起始煤的特性容易确定的那样，可以通过控制溶液中催化剂组分的浓度、以及接触时间、温度和方法来控制负载的催化剂的总量。

在另一实例中，可以用加氢甲烷化催化剂来处理该碳质颗粒和/或加工料流之一，并可以用第二组分来处理第二加工料流(参见之前并入的US2007/0000177A1)。

获自以上的碳质颗粒、加工料流和/或催化剂处理的原料流可以以任意组合共混，由此提供催化的第二碳质原料，条件是使用至少一个催化剂处理的原料流以形成经催化的碳质原料。最后，将经催化的碳质原料送入反应器(10)中。

通常，各催化剂负载单元包括至少一个负载罐以使一种或多种碳质颗粒和/或加工料流与包含至少一种加氢甲烷化催化剂的溶液接触，以形成一个或多个催化剂处理的原料流。或者，该催化组分可以固体颗粒形式共混到一种或多种碳质颗粒和/或加工料流中以形成一个或多个催化剂处理的原料流。

通常，当加氢甲烷化催化剂仅仅是或基本上是碱金属时，其以足以在经催化的碳质原料中提供大约0.01，或大约0.02，或大约0.03，或大约0.04至大约0.10，或至大约0.08，或至大约0.07，或至大约0.06的碱金属原子与碳原子之比的量存在于经催化的碳质原料中。

采用某些原料，也可以在经催化的碳质原料中提供该碱金属组分以实现按摩尔计比经催化的碳质原料中碳质材料的总灰分含量高大约3至大约10倍的碱金属含量。

合适的碱金属是锂、钠、钾、铷、铯及其混合物。特别有用的是钾源。合适的碱金属化合物包括碱金属碳酸盐、碳酸氢盐、甲酸盐、草酸盐、氨化物、氢氧化物、乙酸盐或类似化合物。例如，该催化剂可以包含碳酸钠、碳酸钾、碳酸铷、碳酸锂、碳酸铯、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷或氢氧化铯中的一种或多种，特别是碳酸钾和/或氢氧化钾。

可使用任选的助催化剂或其它催化剂添加剂，如之前并入的参考文献中所公开的那些。

混合形成经催化的碳质原料的一个或多个催化剂处理的原料流通常包含与经催化的碳质原料缔合的负载催化剂总量的大于大约50％、大于大约70％，或大于大约85％，或大于大约90％。可以根据本领域技术人员已知的方法确定与各个催化剂处理的原料流缔合的总负载催化剂的百分比。

如上所述，可以适当地共混单独的碳质颗粒、催化剂处理的原料流、以及加工料流，以便控制例如经催化的碳质原料的总催化剂载量或其它品质。合并的各种料流的适当比率取决于各自包含的碳质材料的品质以及经催化的碳质原料的所需性质。例如，如上所述，生物质颗粒料流和催化的非生物质颗粒料流可以以产生具有预定灰分含量的催化碳质原料的比率合并。

一种或多种干颗粒和/或一种或多种湿饼形式的任何前述催化剂处理的原料流、加工料流和加工的原料流可以通过本领域技术人员已知的任何工艺混合，包括但不限于，捏合和垂直或水平混合机，例如单或双螺杆、带式或鼓式混合机。所得经催化的碳质原料可以储存以备将来使用或转移到一个或多个用于引入到反应器(10)中的进料操作中。经催化的碳质原料可以根据本领域技术人员已知的任何方法，例如螺旋输送机或气动输送装置输送至储存或进料操作。

在一个实施方案中，进料到加氢甲烷化反应器的碳质原料含有大于10重量％，或大约12重量％或更大，或大约15重量％或更大至大约25重量％或更少、至大约20重量％或更少(基于碳质原料的总重量)的提高的水分含量，其程度使得该碳质原料基本自由流动(参见之前并入的US2012/0102837A1)。

本文中使用的术语“基本自由流动”指的是该碳质原料颗粒在进料条件下不因水分含量而聚集。理想地，该碳质原料颗粒的水分含量基本上是内含的，使得存在极少的(或不存在)表面水分。

合适的基本自由流动的经催化的碳质原料可以根据之前并入的US2010/0168494A1和US2010/0168495A1的公开内容来制备，其中可以尽量减少(或甚至可能消除)在那些公开内容中提及的热处理步骤。

在必要情况下，可以从催化碳质原料中除去过量水分。例如，该经催化的碳质原料可以用流化床淤浆干燥器干燥(即用过热水蒸气处理以蒸发液体)，或者该溶液在真空下，或在流动的惰性气体下热蒸发或去除以提供具有所需残留水分含量的经催化的碳质原料。

焦炭处理与催化剂回收(300)

在所需条件下经催化的碳质原料的反应通常提供富甲烷粗产物与固体焦炭副产物。

该固体焦炭副产物通常包含一定量的未反应的碳、无机灰分和夹带的催化剂。该固体焦炭副产物可以从反应器(10)中去除以供采样、清除和/或催化剂回收。

本文中所用的术语“夹带的催化剂”指的是包含该加氢甲烷化催化剂的催化活性部分的化学化合物，例如存在于焦炭副产物中的碱金属化合物。例如，“夹带的催化剂”可以包括但不限于可溶性碱金属化合物(如碱金属碳酸盐、碱金属氢氧化物和碱金属氧化物)和/或不溶性碱性化合物(如碱金属硅铝酸盐)。例如在之前并入的US2007/0277437A1、US2009/0165383A1、US2009/0165382A1、US2009/0169449A1和US2009/0169448A1中讨论了与提取的焦炭缔合的催化剂组分的性质。

由于反应器(10)在运行时是加压容器，从反应器(10)中取出副产物焦炭可以包括使用闭锁料斗单元，其是一系列压力密封的室，用于使取出的固体达到适于进一步加工的压力。取出焦炭的其它方法公开在例如EP-A-0102828、CN101555420A和US2013/0172640A1中。

如下所述，该焦炭副产物料流(或多个料流)可以送至焦炭处理和催化剂回收单元(300)。该焦炭副产物料流还可以分成多个料流，其一可以送至焦炭处理和催化剂回收单元(300)，另一料流可以例如用作甲烷化催化剂(如之前并入的US2010/0121125A1中所述)并且不经用于催化剂回收的处理。

在某些实施方案中，当加氢甲烷化催化剂是碱金属时，可以回收该固体焦炭副产物中的碱金属以制造催化剂再循环流，可以用催化剂补充料流补偿任何未回收的催化剂(参见例如之前并入的US2009/0165384A1)。原料中氧化铝加二氧化硅越多，获得更高碱金属回收率的成本越高。

在一个实施方案中，将来自反应器(10)的固体焦炭副产物进料到骤冷罐中，在那里用水性介质骤冷以提取一部分夹带的催化剂，例如如之前并入的US2007/0277437A1中公开的那样。骤冷的焦炭的浆料随后可任选送至浸出罐，在那里大部分水溶性的夹带催化剂转化为可溶形式，随后施以固/液分离以生成再循环催化剂料流和品焦炭料流，例如如在之前并入的US2009/0169449A1、US2009/0169448A1、US2011/0262323A1和US2012/0213680A1中公开的那样。

最终，回收的催化剂可以引入原料制备以便重复使用该碱金属催化剂。

其它特别可用的回收与再循环工艺描述在US4459138以及之前并入的US2007/0277437A1US2009/0165383A1、US2009/0165382A1、US2009/0169449A1和US2009/0169448A1中。可以参考这些文献以获得进一步的工艺细节。

可以将催化剂再循环到一个催化剂负载过程或多个催化剂负载过程的组合中。例如，所有再循环的催化剂可以提供给一个催化剂负载过程，而另一过程仅使用补充催化剂。再循环催化剂对补充催化剂的水平在催化剂负载过程中可以在个别基础上加以控制。

如上所述，来自二级旋风分离器系统(300)的回收细粉料流的全部或一部分可以在焦炭处理和催化剂回收单元(300)中与副产物焦炭(58)一起联合处理。

催化剂处理和其它副产物回收的结果是“干净的”贫焦炭，其至少一部分可以提供至碳回收单元以生成富碳和贫无机灰分的料流与贫碳和富无机灰分的料流，如在之前并入的US2012/0271072A1中公开的那样。

至少一部分，或至少主要部分，或至少绝大部分，或基本上所有的富碳和贫无机灰分的料流可以再循环回到原料制备单元，和/或可以与磨碎的低阶煤原料和/或经催化的碳质原料混合以便加工和/或最终进料回到反应器(10)中。

所得贫碳和富无机灰分的料流仍保留一部分残留碳含量，并且例如可以燃烧以便向一个或多个水蒸汽发生器供能(如公开在之前并入的US2009/0165376A1中)，或原样用于多种用途，例如作为吸附剂(如公开在之前并入的US2009/0217582A1中)，或以环境可接受的方式进行处置。

Claims

1.一种反应器组件，所述反应器组件包括反应器，其特征在于：

圆筒形内衬耐火材料的垂直容器，所述垂直容器具有顶端和底端，并且所述垂直容器包含：

内部流化床区，用于容纳流化床，所述流化床区具有顶侧和底侧并在所述垂直容器内垂直延伸，和

在所述流化床区的顶侧上方的第一区；

顶盖，其密封所述垂直容器的顶端；

底盖，其密封所述垂直容器的底端；

第一进料口，其布置在沿所述垂直容器的垂直长度的位置处；

第一排气口，其连接所述第一区与位于所述反应器外部的一级旋风分离器系统，或者连接所述第一区与经由气体输送管线连接至二级旋风分离器系统的一级旋风分离器系统，其中所述一级旋风分离器系统与所述二级旋风分离器系统均位于所述反应器外部；

第二进料口，其布置在沿所述垂直容器的垂直长度处于所述流化床区的水平的位置处，并且连接所述反应器与所述一级旋风分离器；

内部格栅板，其位于或高于所述垂直容器的底端，所述内部栅格板包含所述流化床区的底侧；

第二区，其在所述内部栅格板下方；

第一固体排放口，其在所述内部格栅板下方连接所述流化床区的底侧与焦炭处理和催化剂回收系统；

第三固体排放口，其在所述垂直容器上垂直位于所述流化床区的顶侧附近，并且连接所述流化床区与所述焦炭处理和催化剂回收系统；

第三进料口，其沿所述垂直容器的垂直长度布置在所述内部栅格板下方的位置处；

流化气体进料系统，其位于所述内部栅格板下方并连接到所述第三进料口；

多个温度传感器，其沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中，或在所述底盖中，或在其任意组合中；

多个压力传感器，其沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中，或在所述底盖中，或在其任意组合中；

一个或多个进入口，其沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中，或在所述底盖中，或在其任意组合中；和

一个或多个采样口，其沿所述垂直容器的所述垂直长度布置，或布置在所述顶盖中，或在所述底盖中，或在其任意组合中。

2.如权利要求1所述的反应器组件，其特征在于所述第一进料口布置在沿所述垂直容器的垂直长度的靠近所述流化床区的底侧的位置处。

3.如权利要求1所述的反应器组件，其特征在于所述第一进料口布置在沿所述垂直容器的垂直长度的靠近所述流化床区的顶侧的位置处。

4.如权利要求1-3中任一项所述的反应器组件，其特征在于所述第一固体排放口还连接所述第二区与所述焦炭处理和催化剂回收系统。

5.如权利要求1所述的反应器组件，其特征在于所述第三固体排放口位于所述第一进料口上方。

6.如权利要求1所述的反应器组件，其特征在于所述一级旋风分离器系统包括：

第四进料口，其将从反应器排出的具有夹带的细粉固体的气流供给到所述一级旋风分离器系统；

第二排气口，其从所述一级旋风分离器系统中排出具有残留夹带细粉的贫细粉气体的料流，和

第二固体排放口，其将来自所述一级旋风分离器系统中的回收的一级细粉的料流排出到所述反应器的流化床区的进料口。

7.如权利要求6所述的反应器组件，其特征在于所述旋风分离器系统经由气体输送管线连接到二级旋风分离器系统，其中所述二级旋风分离器从自反应器排出的贫细粉气体除去残留夹带细粉以生成细粉净化的气体和回收的二级细粉，所述二级旋风分离器系统包括：

第五进料口，其将所有或大部分从所述一级旋风分离器上的所述第二排气口排出的具有残留夹带细粉的贫细粉气体的料流供给到所述二级旋风分离器系统；

第三排气口，其从所述二级旋风分离器系统中排出细粉净化的气体的料流，和

第三固体排放口，其将回收的二级细粉的料流从所述二级旋风分离器系统中排出到焦炭处理和催化剂回收系统。

8.如权利要求1所述的反应器组件，其特征在于所述流化床区在所述垂直容器中垂直延伸所述垂直容器的垂直长度的50％到90％。

9.如权利要求1所述的反应器组件，其特征在于所述圆筒形内衬耐火材料的垂直容器具有25至50米的垂直长度和1.8米到8米的内径。