DE102017105984A1 - System und Verfahren zur Vergasung - Google Patents

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Abstract

Ein System (10) enthält einen ersten Reaktor (12), der eine erste Zufuhr (21) vergasen kann, um ein erstes Synthesegas (14) zu erzeugen. Die erste Zufuhr (21) weist eine erste Partikelgrößenverteilung (PSD1) auf. Das System (10) enthält auch einen zweiten Reaktor (98), der die erste Zufuhr (21), eine zweite Zufuhr (22) und wenigstens einen Teil (52) des ersten Synthesegases (14) empfangen kann. Der zweite Reaktor (98) kann die zweite Zufuhr (22) vergasen, um zusätzliches Synthesegas (24) zu erzeugen, und die zweite Zufuhr (22) weist eine zweite Partikelgrößenverteilung (PSD2) auf, die sich von der ersten Partikelgrößenverteilung unterscheidet. Der zweite Reaktor (98) enthält eine Abschlämmungszone (47), die an einem ersten Ende des zweiten Reaktors (98) angeordnet ist. Die Abschlämmungszone (47) kann die erste und die zweite Zufuhr (21, 22) empfangen. Der zweite Reaktor (98) enthält auch ein Wirbelbett (51), das an einem zweiten Ende des zweiten Reaktors (98) angeordnet ist, das dem ersten Ende im Wesentlichen gegenüberliegt. Das Wirbelbett (51) ist mit dem ersten Reaktor (12) strömungsmäßig verbunden und kann den Teil (52) des ersten Synthesegases (14) über einen Synthesegaseinlass (162) empfangen. Das System (10) enthält auch einen Gas-Festkörper-Trennabschnitt (150), der mit dem ersten und dem zweiten Reaktor (12, 98) strömungsmäßig verbunden ist. Der Gas-Festkörper-Trennabschnitt (150) kann die erste Zufuhr (21) und teilweise reagierte Partikel (252, 296) der zweiten Zufuhr (22) von der Abschlämmungszone (47) empfangen und kann eine kombinierte Zufuhr (25), die aus der ersten Zufuhr (21) und den teilweise reagierten Partikeln (296) der zweiten Zufuhr (22) besteht, dem ersten Reaktor (12) zuführen.

Description

  • HINTERGRUND
  • Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Vergasungssysteme und insbesondere ein Reaktorsystem, das mit einem Vergaser verwendet werden kann, um die Effizienz des Vergasungssystems zu verbessern und die Zusammensetzung des endgültigen Produktgases anzupassen.
  • Vergaser wandeln kohlenhaltige Materialien in ein gasförmiges Gemisch um, das primär Kohlenmonoxid und Wasserstoff aufweist, auf das als synthetisches Gas oder Synthesegas Bezug genommen wird. Ein Vergasungssystem kann beispielsweise einen oder mehrere Vergaser enthalten, die ein Ausgangsmaterial bei einer hohen Temperatur mit Sauerstoff und Wasser oder Dampf reagieren lassen, um Synthesegas zu erzeugen. Das Synthesegas kann für die Energieerzeugung, chemische Produktion oder eine beliebige andere geeignete Anwendung verwendet werden. Vor der Benutzung kann das Synthesegas in einem Synthesegaskühler gekühlt und in einem Gasbehandlungssystem behandelt werden.
  • KURZBESCHREIBUNG
  • Bestimmte Ausführungsformen, die dem Umfang der ursprünglich beanspruchten Erfindung entsprechen, sind nachstehend kurz zusammengefasst. Diese Ausführungsformen sollen den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung nicht beschränken, so dass vielmehr diese Ausführungsformen dazu gedacht sind, lediglich eine Kurzbeschreibung möglicher Formen der Erfindung zu liefern. In der Tat kann die Erfindung vielfältige Formen umfassen, die den nachstehend erläuterten Ausführungsformen ähnlich sein oder sich von diesen unterscheiden können.
  • In einem ersten Aspekt enthält ein System einen ersten Reaktor, der eine erste Zufuhr vergasen kann, um ein erstes Synthesegas zu erzeugen. Die erste Zufuhr weist eine erste Partikelgrößenverteilung (PSD1) auf. Das System enthält auch einen zweiten Reaktor, der die erste Zufuhr, eine zweite Zufuhr und wenigstens einen Teil des ersten Synthesegases aufnehmen kann. Der zweite Reaktor kann die zweite Zufuhr vergasen, um zusätzliches Synthesegas zu erzeugen, und die zweite Zufuhr weist eine zweite Partikelgrößenverteilung (PSD2) auf, die von der ersten PSD verschieden ist. Der zweite Reaktor enthält eine Abschlämmungszone, die an einem ersten Ende des zweiten Reaktors angeordnet ist. Die Abschlämmungszone kann die erste und die zweite Zufuhr aufnehmen. Der zweite Reaktor enthält auch ein Wirbelbett, das an einem zweiten Ende des zweiten Reaktors, das im Wesentlichen dem ersten Ende gegenüberliegt, angeordnet ist. Das Wirbelbett steht mit dem ersten Reaktor in Fluidverbindung und kann den Teil des ersten Synthesegases über einen Synthesegaseinlass aufnehmen. Das System enthält auch einen Gas-Festkörper-Trennabschnitt, der mit dem ersten und dem zweiten Reaktor in Fluidverbindung steht. Der Gas-Festkörper-Trennabschnitt kann die erste Zufuhr und teilweise reagierte Partikel der zweiten Zufuhr aus der Abschlämmungszone aufnehmen und kann eine kombinierte Zufuhr, die die erste Zufuhr und die teilweise reagierten Partikel der zweiten Zufuhr aufweist, dem ersten Reaktor zuführen.
  • In dem zuvor erwähnten System kann der Gas-Festkörper-Trennabschnitt einen ersten Zyklon und einen zweiten Zyklon umfassen, wobei der erste Zyklon eingerichtet sein kann, um einen ersten Teil der teilweise reagierten Partikel der zweiten Zufuhr von dem Produktsynthesegas zu trennen, und wobei der zweite Zyklon eingerichtet sein kann, um Partikel der ersten Zufuhr und einen zweiten Teil der teilweise reagierten Partikel der zweiten Zufuhr von dem Produktsynthesegas zu trennen.
  • Außerdem kann der erste Zyklon mit dem zweiten Reaktor in Fluidverbindung stehen und eingerichtet sein, um den ersten Teil der teilweise reagierten Partikel der zweiten Zufuhr dem Wirbelbett zuzuführen, und der zweite Zyklon kann mit dem ersten Zyklon in Fluidverbindung stehen und eingerichtet sein, um die Partikel der ersten Zufuhr und den zweiten Teil der teilweise reagierten Partikel der zweiten Zufuhr dem ersten Reaktor zuzuführen.
  • In jedem vorstehend erwähnten System kann der Gas-Festkörper-Trennabschnitt einen Zyklon und einen Filter umfassen, wobei der Zyklon und der Filter eingerichtet sein können, um Partikel der ersten Zufuhr und wenigstens einen Teil der teilweise reagierten Partikel der zweiten Zufuhr von dem Produktsynthesegas zu trennen, und wobei der Zyklon und der Filter mit dem ersten Reaktor in Fluidverbindung stehen können und eingerichtet sein können, um die Partikel der ersten Zufuhr und wenigstens einen Teil der teilweise reagierten Partikel der zweiten Zufuhr dem ersten Reaktor zuzuführen.
  • Das System jedes vorstehend erwähnten Typs kann ein Feststoffabscheidungssystem umfassen, das stromaufwärts von dem zweiten Reaktor und in Fluidverbindung mit dem ersten Reaktor und dem Wirbelbett angeordnet ist, wobei das Feststoffabscheidungssystem eingerichtet sein kann, um Feststoffe aus dem ersten Synthesegas zu entfernen, um den Teil des Synthesegases, der dem Wirbelbett zugeführt wird, zu erzeugen.
  • In einigen Ausführungsformen jedes vorstehend erwähnten Systems kann das System ein erstes Reaktorzufuhrsystem und ein zweites Reaktorzufuhrsystem umfassen, wobei das zweite Reaktorzufuhrsystem mit der Abschlämmungszone und dem ersten Reaktorzufuhrsystem in Fluidverbindung stehen kann, wobei das zweite Reaktorzufuhrsystem eingerichtet sein kann, um die erste Zufuhr und die zweite Zufuhr dem zweiten Reaktor zuzuführen, und wobei das erste Reaktorzufuhrsystem mit dem zweiten Reaktorzufuhrsystem, dem ersten Reaktor und dem Gas-Festkörper-Trennabschnitt in Fluidverbindung stehen und eingerichtet sein kann, um die erste Zufuhr und eine kombinierte Zufuhr, die die erste Zufuhr und die teilweise reagierten Partikel der zweiten Zufuhr aufweist, dem ersten Reaktor zuzuführen.
  • In den zuletzt erwähnten Ausführungsformen kann das zweite Reaktorzufuhrsystem eine Strömungsumlenkeinrichtung umfassen, die eingerichtet ist, um eine Strömung der ersten Zufuhr zu dem ersten Reaktorzufuhrsystem, dem zweiten Reaktor oder einer Kombination aus diesen zu lenken.
  • Zusätzlich oder als eine Alternative dazu kann das erste Reaktorzufuhrsystem einen Eduktor umfassen.
  • In jedem vorstehend erwähnten System kann der zweite Reaktor eine verjüngte Säule umfassen, die zwischen der Abschlämmungszone und dem Wirbelbett angeordnet ist, wobei die verjüngte Säule einen ersten Durchmesser neben der Abschlämmungszone und einen zweiten Durchmesser neben dem Wirbelbett umfassen kann und wobei der zweite Durchmesser größer als der erste Durchmesser sein kann.
  • Zusätzlich oder als eine Alternative dazu kann der zweite Reaktor einen Zufuhreinlass umfassen, der an dem ersten Ende des zweiten Reaktors angeordnet und eingerichtet ist, um die erste und die zweite Zufuhr in den zweiten Reaktor hinein in eine Richtung zu leiten, die zu einer Stromrichtung des Produktsynthesegases im Wesentlichen entgegengesetzt ist.
  • In einem zweiten Aspekt enthält ein Verfahren ein Zuführen einer ersten Zufuhr, die eine erste Partikelgrößenverteilung (PSD1) aufweist, zu einem ersten Reaktor, der die erste Zufuhr vergasen kann, um ein erstes Synthesegas zu erzeugen, und Zuführen eines Gemischs aus der ersten Zufuhr und einer zweiten Zufuhr zu einem ersten Ende eines zweiten Reaktors. Die zweite Zufuhr weist eine zweite Partikelgrößenverteilung (PSD2) auf, die von der ersten PSD1 verschieden ist. Das Verfahren enthält auch ein Leiten eines ersten Teils des ersten Synthesegases zu einem zweiten Ende des zweiten Reaktors. Das zweite Ende ist im Wesentlichen dem ersten Ende derart entgegengesetzt, dass eine Strömung des ersten Teils des ersten Synthesegases einen Gegenstrom zu einer Strömung der zweiten Zufuhr in dem zweiten Reaktor bildet. Das Verfahren enthält auch ein Abtrennen der ersten Zufuhr aus dem Gemisch in dem zweiten Reaktor und Vergasen der zweiten Zufuhr in dem zweiten Reaktor, um zusätzliches Synthesegas zu erzeugen. Der zweite Reaktor verwendet Wärme aus dem ersten Teil des ersten Synthesegases, um die zweite Zufuhr zu vergasen. Das Verfahren enthält ferner ein Rückgewinnen der ersten Zufuhr in einem Gas-Festkörper-Trennabschnitt, der mit dem ersten und dem zweiten Reaktor in Fluidverbindung steht, und Leiten der ersten Zufuhr von dem Gas-Festkörper-Trennabschnitt zu dem ersten Reaktor, um das erste Synthesegas zu erzeugen.
  • Das vorstehend beschriebene Verfahren kann ein Rückgewinnen wenigstens eines Teils von teilweise reagierten Partikel der zweiten Zufuhr umfassen, die in dem Produktsynthesegas in dem Gas-Festkörper-Trennabschnitt mitgeführt werden.
  • Zusätzlich oder als eine Alternative dazu kann das Verfahren ein Rückführen eines Teils der teilweise reagierten Partikel der zweiten Zufuhr zurück zu dem zweiten Reaktor umfassen, um ein zusätzliches Produktsynthesegas zu erzeugen.
  • In einem weiteren Zusatz oder als eine weitere Alternative dazu kann das Verfahren ein Leiten des Teils der teilweise reagierten Partikel der zweiten Zufuhr zu dem ersten Reaktor umfassen, um das erste Synthesegas zu erzeugen.
  • Jedes vorstehend erwähnte Verfahren kann ein Entfernen von Feststoffteilchen aus dem ersten Synthesegas in einem Feststoffabscheidungssystem umfassen, um den ersten Teil des ersten Synthesegases zu erzeugen, der dem zweiten Reaktor zugeführt wird, wobei das Feststoffabscheidungssystem stromabwärts von dem ersten Reaktors und stromaufwärts von dem zweiten Reaktors angeordnet sein kann.
  • Jedes vorstehend beschriebene Verfahren kann ein Kühlen eines zweiten Teils des ersten Synthesegases in dem ersten Reaktor, um ein abgeschrecktes Synthesegas zu erzeugen, und ein Leiten des abgeschreckten Synthesegases zu einem Zufuhrvorbereitungssystem umfassen, das mit dem ersten und dem zweiten Reaktor in Fluidverbindung steht, wobei das abgeschreckte Synthesegas eine Strömung der ersten und der zweiten Zufuhr zu dem jeweiligen Reaktor ermöglicht.
  • In einem dritten Aspekt enthält ein System ein erstes Zufuhrsystem, das eine erste Mahlvorrichtung, eine zweite Mahlvorrichtung und ein Zufuhrkombinations- und -packungssystem enthält. Das Zufuhrkombinations- und -packungssystem kann eine erste Zufuhr mit einer ersten Partikelgrößenverteilung (PSD1) von der ersten Mahlvorrichtung über einen ersten Zufuhrpfad aufnehmen, der sich zwischen der ersten Mahlvorrichtung und dem Zufuhrkombinations- und -packungssystem erstreckt, und kann eine zweite Zufuhr mit einer zweiten Partikelgrößenverteilung (PSD2) von der zweiten Mahlvorrichtung über einen zweiten Zufuhrpfad aufnehmen, der von dem ersten Zufuhrpfad getrennt ist und der sich zwischen der zweiten Mahlvorrichtung und dem Zufuhrkombinations- und -packungssystem erstreckt. Das System enthält auch einen ersten Reaktor, der die erste Zufuhr aufnehmen und vergasen kann, um ein erstes Synthesegas zu erzeugen, und einen zweiten Reaktor, der die erste Zufuhr, die zweite Zufuhr und wenigstens einen Teil des ersten Synthesegases aufnehmen kann und die zweite Zufuhr vergasen kann, um zusätzliches Synthesegas zu erzeugen. Der zweite Reaktor enthält eine Abschlämmungszone, die an einem ersten Ende des zweiten Reaktors angeordnet ist. Die Abschlämmungszone kann die erste und die zweite Zufuhr von dem Zufuhrsystem über einen kombinierten Zufuhrpfad, der sich zwischen dem ersten Zufuhrsystem und dem zweiten Reaktor erstreckt, aufnehmen. Der zweite Reaktor enthält auch ein Wirbelbett, das an einem zweiten Ende des zweiten Reaktors, das im Wesentlichen dem ersten Ende gegenüberliegt, angeordnet ist. Das System enthält auch einen Fluidpfad, der sich zwischen einem Auslass des ersten Reaktors und einem Einlass des zweiten Reaktors erstreckt, der an dem zweiten Ende angeordnet ist. Der Fluidpfad kann das erste Synthesegas dem Wirbelbett zuführen.
  • Das zuvor erwähnte System gemäß dem dritten Aspekt kann einen Gas-Festkörper-Trennabschnitt umfassen, der mit dem ersten und dem zweiten Reaktor in Fluidverbindung steht, wobei der Gas-Festkörper-Trennabschnitt eingerichtet sein kann, um die erste Zufuhr und teilweise reagierte Partikel der zweiten Zufuhr aus der Abschlämmungszone aufzunehmen und eine kombinierte Zufuhr, die die erste Zufuhr und die teilweise reagierten Partikel der zweiten Zufuhr aufweist, dem ersten Reaktor über einen Rückleitungszweig zuzuführen, der sich zwischen dem Gas-Festkörper-Trennabschnitt und einem zweiten Zufuhrsystem erstreckt, der einem Zufuhreinlass des ersten Reaktors in Fluidverbindung mit steht.
  • In jedem beliebigen vorstehend erwähnten System gemäß dem dritten Aspekt kann der Gas-Festkörper-Trennabschnitt einen ersten Zyklon, einen zweiten Zyklon und einen Filter umfassen, wobei der erste Zyklon eingerichtet sein kann, um einen ersten Teil der teilweise reagierten Partikel der zweiten Zufuhr von dem zusätzlichen Synthesegas zu trennen und den ersten Teil der teilweise reagierten Partikel der zweiten Zufuhr dem zweiten Reaktor über einen ersten Rückleitungszweig, der sich zwischen dem ersten Zyklon und dem zweitem Reaktor erstreckt, zuzuführen, und wobei der zweite Zyklon eingerichtet sein kann, um Partikel der ersten Zufuhr und einen zweiten Teil der teilweise reagierter Partikel der zweiten Zufuhr von dem zusätzlichen Synthesegas zu trennen.
  • Außerdem kann das System einen zweiten Rückleitungszweig umfassen, der sich zwischen dem Filter und dem ersten Reaktor erstreckt, wobei der zweite Rückleitungszweig eingerichtet sein kann, um die Partikel der ersten Zufuhr und den zweiten Teil der teilweise reagierten Partikel der zweiten Zufuhr dem ersten Reaktor zuzuführen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden besser verständlich, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf beigefügte Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in allen Zeichnungen repräsentieren, wobei:
  • 1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Vergasungssystems, das einen Vergaser enthält, die eingerichtet ist, um ein erstes Synthesegas zu erzeugen, und eines Regenbett-Reaktorsystems, das eingerichtet ist, um ein Produktsynthesegas zu erzeugen;
  • 2 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des Vergasungssystems der 1, in dem das Regenbett-Reaktorsystem einen Gas-Festkörper-Trennabschnitt mit zwei Zyklonen und einem Filter enthält;
  • 3 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Ausgangsmaterialkombinations- und -packungssystems, das mit dem Vergasungssystem der 2 verwendet werden kann;
  • 4 ist eine graphische Darstellung, die eine Ausführungsform einer Partikelgrößenverteilung (PSD) für eine Zufuhr der ersten Stufe und eine getrennte Zufuhr der zweiten Stufe, die durch das Vergasungssystem der 1 verwendet werden können, um Synthesegas zu erzeugen, veranschaulicht;
  • 5 ist eine graphische Darstellung, die eine Ausführungsform einer Partikelgrößenverteilung (PSD) für ein Gemisch aus der Zufuhr der ersten Stufe und der Zufuhr der zweiten Stufe der 4 veranschaulicht;
  • 6 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystems, das mit dem Vergasungssystem der 1, 2, 14, 18 und 19 verwendet werden kann, in der das Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystem Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtungen und -Trocknervorrichtungen der ersten und der zweiten Stufe enthält und jede Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtung Ausgangsmaterial von einem Ausgangsmaterialstapel empfängt;
  • 7 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des Mahl- und Trocknungsabschnitts einer Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystemkonfiguration, die mit dem Vergasungssystem der 1, 2, 14, 18 und 19 verwendet werden kann, bei der das Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystem Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtungen und -Trocknungsvorrichtungen der ersten und der zweiten Stufe enthält und die Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtung der ersten Stufe Ausgangsmaterial von der Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtung der zweiten Stufe empfängt;
  • 8 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des Mahl- und Trocknungsabschnitts einer Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystemkonfiguration, die mit dem Vergasungssystem der 1, 2, 14, 18 und 19 verwendet werden kann, bei der das Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystem Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtungen und Trocknungsvorrichtungen der ersten und der zweiten Stufe enthält und die Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtung der ersten Stufe Ausgangsmaterial von der Ausgangsmaterial-Trocknungsvorrichtung der zweiten Stufe empfängt;
  • 9 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des Mahl- und Trocknungsabschnitts einer Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystemkonfiguration, die mit dem Vergasungssystem der 1, 2, 14, 18 und 19 verwendet werden kann, bei der das Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystem Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtungen der ersten und der zweiten Stufe und eine erste Ausgangsmaterial-Trocknungsvorrichtung enthält und jede Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtung Ausgangsmaterial von einem Ausgangsmaterialstapel empfängt;
  • 10 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des Mahl- und Trocknungsabschnitts einer Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystemkonfiguration, die mit dem Vergasungssystem der 1, 2, 14, 18 und 19 verwendet werden kann, bei der das Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystem eine Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtung der ersten und der zweiten Stufe und eine erste Ausgangsmaterial-Trocknungsvorrichtung enthält und die Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtung der ersten Stufe Ausgangsmaterial von der Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtung der zweiten Stufe empfängt;
  • 11 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des Mahl- und Trocknungsabschnitts einer Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystemkonfiguration, die mit dem Vergasungssystem der 1, 2, 14, 18 und 19 verwendet werden kann, bei der das Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystem Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtungen der ersten und der zweiten Stufe enthält, und jede Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtung Ausgangsmaterial von einem Ausgangsmaterialstapel empfängt;
  • 12 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des Mahl- und Trocknungsabschnitts einer Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystemkonfiguration, die mit dem Vergasungssystem der 1, 2, 14, 18 und 19 verwendet werden kann, bei der das Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystem Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtungen der ersten und der zweiten Stufe enthält und die Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtung der ersten Stufe Ausgangsmaterial von der Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtung der zweiten Stufe empfängt;
  • 13 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des Mahl- und Trocknungsabschnitts einer Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystemkonfiguration, die mit dem Vergasungssystem der 1, 2, 14, 18 und 19 verwendet werden kann, bei der das Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystem Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtungen der ersten und der zweiten Stufe und eine Ausgangsmaterial-Trocknungsvorrichtung der zweiten Stufe enthält und die Ausgangsmaterial-Mahlvorrichtung der ersten Stufe Ausgangsmaterial von der Ausgangsmaterial-Trocknungsvorrichtung der zweiten Stufe empfängt;
  • 14 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des Regenbett-Reaktorsystems, das mit dem Vergasungssystem der 1 und 2 verwendet werden kann, das die Strömung der kombinierten Ausgangsmaterialien der ersten und der zweiten Stufe der 5 veranschaulicht;
  • 15 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Teils des Regenbett-Reaktorsystems der 14, bei der ein Wirbelbett einen konvexen Boden aufweist und bei dem eine verjüngte Säule eine konvexe Wand aufweist;
  • 16 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Teils des Regenbett-Reaktorsystems der 14, bei der ein Wirbelbett einen konkaven Boden aufweist und bei der eine verjüngte Säule eine konkave Wand aufweist;
  • 17 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Teils des Regenbett-Reaktorsystems der 14, bei der ein Wirbelbett einen geraden Boden aufweist und bei der eine verjüngte Säule eine gerade Wand aufweist;
  • 18 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des Vergasungssystems der 1, bei der das Regenbett-Reaktorsystem einen Gas-Festkörper-Trennabschnitt enthält, der einen Zyklon und einen Filter und keinen Rückleitungszweig zu dem Wirbelbett-Reaktor aufweist; und
  • 19 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des Vergasungssystems der 1, bei der das Regenbett-Reaktorsystem einen Gas-Festkörper-Trennabschnitt enthält, der einen Zyklon und einen Filter und keinen Rückleitungszweig zu dem Wirbelbett-Reaktor als auch keinen Eduktor aufweist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Eine oder mehrere spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind nachstehend beschrieben. In dem Bemühen, eine prägnante Beschreibung dieser Ausführungsformen zu liefern, sind möglicherweise nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung in der Beschreibung aufgeführt. Man beachte, dass bei der Entwicklung einer solchen tatsächlichen Implementierung, beispielsweise in einem Konstruktions- oder Designprojekt, zahlreiche implementationsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die speziellen Ziele der Entwickler, beispielsweise die Einhaltung systembedingter oder unternehmensbedingter Zwänge, die bei jeder Implementierung anders sein können, zu erreichen. Darüber hinaus ist zu beachten, dass ein solches Bemühen komplex und zeitaufwändig sein kann, aber für einen Durchschnittsfachmann, der sich auf diese Offenbarung stützen kann, trotzdem eine routinemäßige Konstruktions-, Fertigungs- und Herstellungsaufgabe sein würde.
  • Wenn Elemente verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die Artikel „einer, eine, eines“ und „der, die, das“ bedeuten, dass es ein oder mehrere der Elemente gibt. Die Begriffe „umfassend“, „enthaltend“ und „aufweisend“ sollen inklusiv sein und bedeuten, dass es zusätzliche andere Elemente als die aufgeführten Elemente geben kann.
  • Vorliegende Ausführungsformen zielen allgemein auf ein Vergasungssystem ab, das eingerichtet ist, um die Vergasungseffizienz durch Reduktion des Wassergehalts des Ausgangsmaterials, Erhöhung der Effektivität der Wärme- und Masseübertragung zwischen Reaktanten und Produkten und Rückgewinnung thermischer Energie aus einem Produktsynthesegas zu erhöhen. Im Allgemeinen erfährt ein Ausgangsmaterial (z.B. Brennstoff) während einer Vergasung in dem Vergaser eine partielle Oxidation, um ein synthetisches Gas zu erzeugen, das auch als Synthesegas bezeichnet wird. Herkömmliche Vergasungssysteme sind eingerichtet, um Vergasungsverfahren einzusetzen, die entweder eine Zufuhrwassermenge in dem Ausgangsmaterial, das dem Vergaser zugeführt wird, verringern, die Effektivität der Wärmeund Masseübertragung durch Einsetzen einer Gegenstrom-Reaktorkonfiguration erhöhen oder thermische Energie aus dem resultierenden Synthesegas durch Vergasung zusätzlichen Ausgangsmaterials wiedergewinnen. Man hat jedoch erkannt, dass es derzeit keine Vergasungssysteme gibt, die eine Kombination der vorstehenden Verfahren effektiv verwenden.
  • Bekannte Kohlevergasungsprozesse versuchen, die Effizienz der Synthesegasproduktion durch verschiedene Mittel zu maximieren. Beispiele enthalten eine Reduktion der Menge des überschüssigen Wassers, das dem Vergaser zugeführt wird, Steuerung der Art der Vermischung der Reaktanten derart, dass Wärme- und Masseübertragung innerhalb des Vergasers maximiert werden, und wirksame Rückgewinnung thermischer Energie aus dem Produktsynthesegas hoher Temperatur. Durch geschickte Anwendung dieser und anderer Mittel zur Verbesserung der Effizienz kann die Menge an Sauerstoff und/oder Kohle, die pro erzeugte Synthesegaseinheit verbraucht wird, reduziert werden, und der Anteil an Energie in der Kohlezufuhr, der in dem Produktsynthesegas erhalten bleibt, kann erhöht werden. Ein Erreichen dieser Ziele reduziert die Betriebskosten und verbessert die wirtschaftliche Tragfähigkeit eines Vergasungsprozesses.
  • Herkömmliche Vergaser, wie etwa Festbett-Vergaser (auch als Wanderbett-Vergaser bekannt), setzen beispielsweise eine Gegenstromkonfiguration ein, in der relativ große Stücke (≥ 6 mm) trockener Kohle nach unten durch einen Reaktorbehälter hindurch gegen einen Aufwärtsstrom heißer Gase geleitet werden, der an der Unterseite des Reaktors durch Verbrennung von teilweise reagierter Kohle mit entweder Luft oder reinem Sauerstoff erzeugt wird. Diese Gegenstromkonfiguration, die die Wärme- und Masseübertragungsgradienten zwischen dem Gas und der Kohle minimiert, ist bei einer Rückgewinnung thermischer Energie aus dem Gas, bei der Umwandlung dieser thermischer Energie in chemische Energie des Produktsynthesegases und bei einer Reduktion der Menge an Kohle und Sauerstoff, die für die Erzeugung dieses Synthesegases verbraucht werden, sehr effektiv. Und die Tatsache, dass relativ große Stücke trockener Kohle dem Vergaser zugeführt werden können, bedeutet, dass sowohl die Mahlenergie als auch die Menge des überschüssigen Wassers in dem Vergasungsprozess minimiert werden können. Es ist jedoch bekannt, dass derartige Festbett-Prozesse einige Einschränkungen aufweisen, die sich auf die wirtschaftliche Tragfähigkeit auswirken können. Eine Einschränkung ist der Vergaserdurchsatz; die Rate, mit der große Kohlenstücke innerhalb des Vergasers in das Synthesegas umgewandelt werden können, ist wegen der Masseübertragungseinschränkungen niedrig. Demzufolge werden im Allgemeinen viele Festbett-Vergaserstränge für bestimmte Synthesegasproduktionsanlagen mit hohen Zieldurchsätzen verwendet. Eine weitere Einschränkung eines bestimmten Festbettprozesses kann eine Behandlung von Kohlefeinkorn als Teil der Vergaserzufuhr sein. Feine Kohlepartikel (≤ 1 mm) werden durch die aufsteigenden Gase aus der Oberseite des Festbetts herausgetragen, sobald die feinen Kohlepartikel dem Festbett-Vergaser hinzugefügt werden, anstatt zusammen mit den großen Kohlestücken durch das Bett langsam zu sinken. Da herkömmliche Kohleproduktions-, Transport-, Mahl- und Zufuhrprozesse alle dazu neigen, Feinkorn als Teil der Prozesse zu erzeugen, kann eine Einschleppung der feinen Kohlepartikel in den aufsteigenden Gasen in den Festbett-Vergasungsprozessen bestimmte Herausforderungen darstellen. Beispielsweise können 50% der Kohlezufuhr zu einem Festbett-Vergaser zu fein für das Festbett sein, was zu einem nicht spezifikationsgerechten Kohlestrom führt, der entsorgt, einem weiteren Kohle verbrauchenden Prozess (z.B. einem konkurrierenden Kohlevergaser) zugeführt oder durch irgend eine Art Brikettierungs- oder Pelletierungsprozess verarbeitet werden muss, der die feine Kohle zu größeren Stücken umwandelt, die für die Zufuhr zu einem Festbett-Vergaser geeignet sind. In all diesen Fällen kann die wirtschaftliche Tragfähigkeit des Festbett-Vergasungsprozesses im Vergleich zu Systemen, die eingerichtet sind, um feine Kohlepartikel in der Zufuhr zu behandeln, verringert sein.
  • In einem weiteren Beispiel setzen herkömmliche Vergaser, wie etwa zweistufige Flugstrom-Vergaser, eine zweite Vergaserstufe stromabwärts des primären Vergasungsreaktors ein, um die Effizienz zu verbessern. In einem herkömmlichen System wird ein Flugstrom-Vergaser als eine erste Stufe verwendet, um heißes Synthesegas zu erzeugen, das in einen Flugstrom-Vergaser der zweiten Stufe einströmt, der vertikal oberhalb dessen positioniert ist. Während das heiße Synthesegas, das in der ersten Stufe erzeugt wird, durch die zweite Stufe aufsteigt, wird eine zusätzliche Kohlezufuhr in der Form eines wasserbasierten Schlamms in die zweite Stufe eingeführt. Innerhalb der zweiten Stufe wird das aufsteigende heiße Synthesegas gekühlt, während es einen Teil seiner thermischen Energie auf den Kohle-Wasser-Schlamm überträgt, wodurch es die Erzeugung zusätzlichen Synthesegases antreibt. In dieser Gleichstromkonfiguration strömen das Synthesegas von der ersten Stufe und der Kohle-Wasser-Schlamm, der in die zweite Stufe eingeführt wird, in die gleiche Richtung, was Wärme- und Masseübertragungsgradienten ergibt, die ursprünglich sehr groß sind, sich aber dann verringern, während das reagierende Gemisch durch die zweite Stufe fortschreitet. Als Folge der Übertragung thermischer Energie von dem heißen Synthesegas der ersten Stufe auf den Kohle-Wasser-Schlamm und des Verbrauchs dieser Energie durch die Vergasungsreaktionen innerhalb der zweiten Stufe wird das die zweite Stufe verlassende Reaktionsprodukt wesentlich kühler im Vergleich zu der hohen Temperatur des heißen Synthesegases, das die erste Stufe verlässt. In wenigstens einem bekannten zweistufigen Flugstrom-Vergasungsprozess wird eine unvollständig reagierte Kohle, die aus dem Vergaser der zweiten Stufe wiedergewonnen wird, zu dem Vergaser der ersten Stufe (mit oder ohne zusätzliche Zufuhr der ersten Stufe) rückgeführt, um das für die zweite Stufe benötigte heiße Synthesegas zu erzeugen. Der vorstehend beschriebene zweistufige Vergasungsprozess verbessert die Vergasungseffizienz durch effizientes Rückgewinnen eines Teils der thermischen Energie des Synthesegases aus der ersten Stufe als chemische Energie des zusätzlichen Synthesegases, das in der zweiten Stufe erzeugt wird. Auf diese Weise wird der Sauerstoff, der für die Erzeugung einer Synthesegaseinheit erforderlich ist, im Vergleich zu dem Sauerstoffbedarf eines einstufigen Flugstrom-Vergasers reduziert. Verglichen mit dem Festbett-Vergaser weist der vorstehend beschriebene zweistufige Flugstrom-Vergaser einen viel höheren Durchsatz auf. Dies ist auf die schnelleren Reaktionsraten, die mit den feinen Kohlepartikeln, welche die Kohle-Wasser-Schlammzufuhr umfassen, erreichbar sind, als auch auf die viel höheren Vergaserbetriebstemperaturen zurückzuführen. Der höhere Durchsatz des zweistufigen Flugstrom-Vergasers verleiht ihm einen signifikanten wirtschaftlichen Vorteil im Vergleich zu dem Festbett-Vergaser, insbesondere für Anlagen mit höheren Zieldurchsätzen, weil deutlich weniger Vergaserstränge erforderlich sind. Die Gleichstrom-Reaktorkonfiguration der zweiten Stufe ist jedoch hinsichtlich der Synthesegasproduktion weniger effizient als die Gegenstromkonfiguration des Festbett-Vergasers. Und die Tatsache, dass Kohle der zweiten Stufe mit überschüssigem Wasser in Form eines Kohle-Wasser-Schlamms zugeführt wird, hat im Vergleich zu dem Festbett-Vergaser einen zusätzlichen Effizienzvorteil zur Folge.
  • Angesichts der Einschränkungen der vorstehenden Beispiele kann es wünschenswert sein, ein Vergasungssystem zu haben, das alle drei Methoden – Reduktion des Wassergehalts in der Zufuhr, Einsetzen eines Gegenstrom-Reaktoraufbaus und Verwendung thermischer Energie des Produktsynthesegases, um die Erzeugung zusätzlichen Synthesegases anzutreiben – effektiv kombiniert, um ein Vergasersystem zu konfigurieren, das die Vergasereffizienz und den Vergaserdurchsatz maximiert, während es zur gleichen Zeit den Verbrauch von Sauerstoff und Kohle pro Einheit an erzeugtem Synthesegas reduziert.
  • Wie nachstehend detailliert erläutert, enthalten die offenbarten Ausführungsformen ein mehrstufiges (z.B. zweistufiges) Vergasungssystem, das einen Vergaser (z.B. einen Reaktor) einer ersten Stufe, der eingerichtet ist, um feine Ausgangsmaterialpartikel (die z.B. eine Partikelgrößenverteilung aufweisen, bei der die meisten Partikel im Wesentlichen kleiner als ungefähr 2 Millimeter (mm) sind) zu vergasen, und ein Regenbett-Reaktorsystem einer zweiten Stufe enthält, das eingerichtet ist, um grobkörnige Ausgangsmaterialpartikel (die z.B. eine Partikelgrößenverteilung von zwischen ungefähr 250 Mikrometern (µm) und ungefähr 25 mm, zwischen ungefähr 500 µm und ungefähr 20 mm, zwischen ungefähr 1 mm und ungefähr 15 mm oder zwischen ungefähr 2 mm und ungefähr 10 mm aufweisen) zu vergasen und feine Ausgangsmaterialpartikel wiederzugewinnen. Die wiedergewonnenen feinen Ausgangsmaterialpartikel können als Ausgangsmaterial für den Vergaser bereitgestellt werden. Das Regenbett-Reaktorsystem kann auch Wärme aus dem Synthesegas, das in dem Vergaser erzeugt wird, wiedergewinnen, um die grobkörnigen Ausgangsmaterialpartikel zu trocknen, vorzuwärmen und zu vergasen und zusätzliches Synthesegas zu erzeugen, wodurch die Ausgangsleistung und Effizienz des Vergasungssystems erhöht werden.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform eines zweistufigen Vergasungssystems 10, das einen Vergaser 12 (erste Stufe), der mit einer Reaktionskammer 13 eingerichtet ist, die ein erstes Synthesegas 14 erzeugt, ein Gegenstrom-Regenbett-Reaktorsystem 16 (zweite Stufe), das eingerichtet ist, um ein Produktsynthesegas 24 zu erzeugen, ein Feststoffabscheidungssystem 18, das eingerichtet ist, um mitgeführte Feststoffteilchen aus dem ersten Synthesegas 14 zwischen dem Vergaser 12 und dem Regenbett-Reaktor 16 zu entfernen, ein Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystem 19, das eingerichtet ist, um eine kombinierte Zufuhr 20, die eine Zufuhr 21 der ersten Stufe und eine Zufuhr 22 der zweiten Stufe aufweist, dem Regenbett-Reaktorsystem 16 zuzuführen, und ein Vergaserzufuhrsystem 23 enthält, das eingerichtet ist, um einen kombinierten Strom 25 aus der Zufuhr 21 der ersten Stufe und teilweise reagierten Partikeln der Zufuhr 22 der zweiten Stufe von dem Regenbett-Reaktorsystem 16 aufzunehmen und diesen kombinierten Strom 25 dem Vergaser 12 zuzuführen. Das Produktsynthesegas 24, das durch das zweistufige Vergasungssystem 10 erzeugt wird, enthält Hauptbestandteile, wie etwa CO, H2, CO2 und H2O, und Nebenbestandteile, wie etwa CH4, N2, Ar, H2S und COS, sowie auch einige andere Bestandteile auf dem Spurenbestandsteilniveau.) Das Produktsynthesegas 24 kann gereinigt werden, um Verunreinigungen zu entfernen, und dann als ein Brennstoff, um elektrische Energie zu erzeugen, oder als ein Ausgangsmaterial zum Synthetisieren von Chemikalien, Wasserstoff oder flüssigen Brennstoffen verwendet werden.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform wird das Ausgangsmaterial 26 (z.B. Kohle, Erdölkoks oder ein anderer fester Brennstoff) zu einer Mahleinheit 28 der zweiten Stufe geleitet, die das Ausgangsmaterial 26 mahlt, um einen Zufuhrteil 30 der zweiten Stufe und einen Zufuhrteil 32 der ersten Stufe zu erzeugen. Die Mahleinheit 28 der zweiten Stufe ist eingerichtet, um das Ausgangsmaterial 26 derart zu mahlen, dass der Zufuhrteil 30 der zweiten Stufe eine grobkörnige Partikelgrößenverteilung (PDS2) aufweist, wie auf der rechten Seite der 4 veranschaulicht. In der veranschaulichten Ausführungsform wird der Zufuhrteil 32 der ersten Stufe einer Mahleinheit 34 der ersten Stufe für ein zusätzliches Mahlen zugeführt, und ein Zufuhrteil 30 der zweiten Stufe wird einem Zufuhrkombinations- und -packungssystem 38 als Zufuhr 22 der zweiten Stufe zugeführt. Der Zufuhrteil 30 der zweiten Stufe kann nicht getrocknet sein, bevor er dem Zufuhrkombinations- und -packungssystem 38 als die Zufuhr 22 der zweiten Stufe zugeführt wird. Dies ist teilweise darauf zurückzuführen, dass die Zufuhr 22 der zweiten Stufe in einer verjüngten Regenbett-Reaktorsäule 40 getrocknet werden kann, während sie durch die Reaktorsäule 40 gegen einen Strom heißen Synthesegases strömt, der in dem Vergaser 12 erzeugt wird. In bestimmten Ausführungsformen kann die Zufuhr der zweiten Stufe 30 jedoch in einer (in 1 nicht gezeigten) Zufuhrtrocknungsvorrichtung getrocknet werden, bevor sie dem Zufuhrkombinations- und -packungssystem 38 als die Zufuhr 22 der zweiten Stufe zugeführt wird. Der Zufuhrteil 32 der ersten Stufe wird in der Mahleinheit 34 der ersten Stufe gemahlen, um die Zufuhr der ersten Stufe 271 zu erzeugen, die eine feine Partikelgrößenverteilung (PSD1) aufweist, wie auf der linken Seite der 4 veranschaulicht. In der veranschaulichten Ausführungsform wird der Zufuhrteil 32 der ersten Stufe in einer Zufuhrtrocknungseinheit 42 der ersten Stufe getrocknet, um eine getrocknete Zufuhr 21 der ersten Stufe zu erzeugen, bevor sie dem Zufuhrkombinations- und -packungssystem 38 zugeführt wird, wo die getrocknete Zufuhr 21 der ersten Stufe mit einer Zufuhr 22 der zweiten Stufe kombiniert wird, um eine kombinierte Zufuhr 44 der ersten Stufe und der zweiten Stufe zu bilden. Die kombinierte Zufuhr 44 der ersten Stufe und der zweiten Stufe kann in dem Druckbeaufschlagungs- und Zuführungsabschnitt 45 mit Druck beaufschlagt und dosiert werden, um einen dosierten Strom mit Druck beaufschlagter kombinierter Zufuhr 46 zu erzeugen.
  • Während eines normalen stationären Betriebs des Vergasungssystems 10 kann der dosierte Strom der mit Druck beaufschlagten kombinierten Zufuhr 46 zu einer Abschlämmungszone 47 des Regenbett-Reaktorsystems 16 geleitet werden, um, wie nachstehen erläutert, als die kombinierte Zufuhr der ersten und der zweiten Stufe 20 zu dem Regenbett-Reaktorsystem 16 zu dienen. Während des Anlaufs kann jedoch eine reduzierte Strömungsrate der mit Druck beaufschlagten kombinierten Zufuhr 46 zu dem Vergaserzufuhr- und Dosierungssystem 23 geleitet werden, um als eine Anlaufzufuhr 48 zu dienen. Das Vergaserzufuhr- und Dosierungssystem 23 führt die Anlaufzufuhr 48 dem Vergaser 12 zu, um das erste Synthesegas 14 zu erzeugen, das benötigt wird, um das Regenbett-Reaktorsystem 16 anlaufen zu lassen. Nach dem Anlauf des Regenbett-Reaktorsystems kann die mit Druck beaufschlagte kombinierte Zufuhr 46 von dem Vergaserzufuhr- und Dosierungssystem 23 zu der Abschlämmungszone 47 umgeleitet werden; und die Strömungsrate der mit Druck beaufschlagten kombinierten Zufuhr kann auf die normale Betriebsrate erhöht werden, um darin zu unterstützen, einen normalen, stationären Betriebszustand des Vergasungssystem 10 aufzubauen. Weil der Vergaser 12 im Allgemeinen eine Kohlezufuhr mit einer feineren PSD als das Regenbett-Reaktorsystem 16 erfordert, können die Mahleinheit 28 der zweiten Stufe, die Mahleinheit 34 der ersten Stufe, die Trocknungseinheit 42 der ersten Stufe und das Zufuhrkombinations- und -packungssystem 38 auf eine derartige Weise betrieben werden, dass ein dosierter Strom mit Druck beaufschlagter Kohle 46 erzeugt wird, der die feinere PSD aufweist, die durch den Vergaser gefordert wird. Eine reduzierte Strömungsrate von Kohle 26 kann beispielsweise zu der Mahleinheit 28 der zweiten Stufe gesandt werden und das Gesamtprodukt der Mahleinheit 28 der zweiten Stufe kann zu der Mahleinheit 34 der ersten Stufe als Zufuhrteil 32 der ersten Stufe geleitet werden, während keine Kohle als zweite Zufuhr 22 zu dem Zufuhrkombinations- und -packungssystem 38 gesandt werden kann. Nach der Trocknung in der Trocknungseinheit 42 der ersten Stufe kann der Zufuhrteil 32 der ersten Stufe zu dem Zufuhrkombinations- und -packungssystem 38 gesandt werden, der lediglich mit dem einzigen Zufuhrteil arbeitet, um eine “kombinierte” Zufuhr 44 zu dem Druckbeaufschlagungs- und Zuführungssystem 45 zu schaffen. Das Druckbeaufschlagungs- und Zuführungssystem 45 beaufschlagt dann die “kombinierte” Zufuhr 44 mit Druck und dosiert diese, um den dosierten und mit Druck beaufschlagten “kombinierten” Zufuhrstrom 46 zu erzeugen, der dann zu dem Vergaser-Zufuhrdosierungs- und -zuführungssystem 23 für einen Anlauf umgeleitet wird. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass während der vorstehend beschriebene Anlaufbetrieb als eine Art dient, den Vergaser während eines Anlaufs mit angemessener Zufuhr zu beliefern, es andere Arten geben wird, so dass die Gerätschaft innerhalb des Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystems 16 entworfen sein kann, um die Anlaufkohlezufuhr 48 mit den angemessenen Eigenschaften bereitzustellen.
  • Während eines normalen stationären Betriebs, in dem die mit der normalen Strömungsrate dosierte und mit Druck beaufschlagte kombinierte Zufuhr 20, die der Abschlämmungszone 47 zugeführt wird, trennen aerodynamische Kräfte innerhalb der Abschlämmungszone die mit Druck beaufschlagte kombinierte Zufuhr 20 in ihre ursprünglichen Bestandteile aus der feineren Zufuhr 21 der ersten Stufe und der grobkörnigen Zufuhr 22 der zweiten Stufe auf. Die feineren Partikel der Zufuhr 21 der ersten Stufe werden durch die Oberseite der Abschlämmungszone 47 durch den Aufwärtsstrom des Synthesegases weggeschleppt. Die feineren Partikel der Zufuhr 21 der ersten Stufe und das Synthesegas treten gemeinsam durch einen Grobkornfestkörper-Trennabschnitt 49 hindurch und treten in einen Trennabschnitt 50 für entwichene Festkörper ein, in dem alle Festkörper von dem Synthesegas getrennt werden, um ein partikelfreies Produktsynthesegas 24 zu erzeugen. Aufgrund ihrer größeren durchschnittlichen Partikelgröße sinkt die Zufuhr 22 der zweiten Stufe in die verjüngte Regenbett-Reaktorsäule 40 und dann in einen Wirbelbett-Reaktor 51 ab. Während die Zufuhr 22 der zweiten Stufe absinkt, trocknet sie, erwärmt sich vor, pyrolisiert und vergast dann durch Aufnahme von Wärme aus dem Teil 52 des ersten Synthesegases 14, der den Feinstaub-Entfernungsabschnitt verlässt, um das endgültige Produktsynthesegas 24 zu erzeugen. Während die Vergasung der Zufuhr 22 der zweiten Stufe innerhalb des Wirbelbett-Reaktors 51 fortschreitet, sinkt die durchschnittliche Partikelgröße der Zufuhr 22 der zweiten Stufe allmählich auf den Punkt, wo das nach oben strömende Synthesegas innerhalb des Reaktors die teilweise reagierten Partikel nach oben in die verjüngte Regenbett-Reaktorsäule 40 hinein schleppt. Wenn einmal die teilweise reagierten Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe nach oben in den verjüngten Regenbett-Reaktor hineingeschleppt werden, geschehen zwei Dinge, die deren fortlaufende nach oben gerichtete Bewegung begünstigen. Zum Ersten nehmen die Durchmesser und die Massen der Partikel weiter ab, was es für das aufwärts strömende Synthesegas leichter macht, sie weiter nach oben zu schleppen. Zweitens, weil sich die verjüngte Regenbett-Reaktorsäule 40 in der Richtung nach oben hin verengt, erhöht sich die Gasgeschwindigkeit in der Richtung nach oben, und deshalb erhöht sich in der Richtung nach oben die Schleppkraft auf die immer kleiner werdenden Partikel. Als Folge dieser nach oben zunehmenden Schleppkräfte werden die teilweise reagierten Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe durch die Abschlämmungszone 47 hindurch und dann in den Grobkornfestkörper-Trennabschnitt 49 hinein nach oben getragen, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 14 beschrieben ist. Anfänglich sind die teilweise reagierten Partikel zu groß, um durch den Kopfteil des Grobkornfestkörper-Trennabschnitts 49 hindurchzutreten, so dass sie die Unterseite des Grobkornfestkörper-Trennabschnitts verlassen und über eine Regenbett-Rückführungsschleife 53 zu dem Wirbelbett-Reaktor 51 zurückgeführt werden.
  • Schließlich vergasen die Partikel, die die Zufuhr 22 der zweiten Stufe umfassen, hinreichend, so dass sich ihre Größen bis zu dem Punkt verkleinern, an dem das aufsteigende Synthesegas sie nicht nur zurück nach oben in die Abschlämmungszone 47 hinein, sondern auch durch den Grobkornfestkörper-Trennabschnitt 49 und den Trennabschnitt 50 für entwichene Festkörper hindurch schleppt. Wenn sie einmal in dem oberen Teil der Abschlämmungszone 47 sind, kombinieren die teilweise reagierten Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe mit den Partikeln der Zufuhr 21 der ersten Stufe, und gemeinsam werden sie durch den Kopfteil des Grobkornfestkörper-Trennabschnitts 49 hindurch und in den Trennabschnitt 50 für entwichene Festkörper hinein getragen, wo all die Partikel (sowohl die teilweise reagierten Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe als auch die Partikel der Zufuhr 21 der ersten Stufe) von dem Synthesegas entfernt werden, um ein partikelfreies Produktsynthesegas 24 zu erzeugen. Der Trennabschnitt 50 für entwichene Festkörper trennt all die Festkörper von dem Produktsynthesegas 24 und führt dem Vergaserzufuhr- und Dosierungssystem 23 eine kombinierte Zufuhr der ersten Stufe 25 zu, die die Zufuhr 21 der ersten Stufe plus die feinen, teilweise reagierten Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe aufweist. Das Vergaserzufuhrund Dosierungssystem 23 dosiert die kombinierte Zufuhr der ersten Stufe 25 in den Vergaser 12 hinein, um das erste Synthesegas 14 zu erzeugen, welches der Feinstaubentfernung folgend den Synthesegasanteil 52 liefert, der in die Unterseite des Wirbelbett-Reaktors 51 des Regenbett-Reaktorsystems 16 einströmt. Die kombinierte Zufuhr 25 der ersten Stufe kann mit einem Trägergas 54 (das N2 55 oder CO2 56 oder ein erstes abgeschrecktes Synthesegas 57 oder ein zweites abgeschrecktes Synthesegas 58 oder eine Kombination von diesen sein kann) kombiniert werden, um einen Strom der kombinierten Zufuhr der ersten Stufe 25 in den Vergaser 12 hinein zu erleichtern. Das Vergaser-Zufuhrdosierungs- und -zuführungssystem 23 führt die kombinierte Zufuhr 25 und das Trägergas 54 in die Vergaserreaktionskammer 13 über den Strom 59 hinein und das Vergasungsmittel (z.B. O2) 60 und Wasser 61 (entweder als Dampf oder als flüssiges Wasser) über den Strom 62 zu. Alternativ führt das Vergaser-Zufuhrdosierungs- und -zuführungssystem 23 den Sauerstoff 60 in den Vergaser hinein über den Strom 62 und das Wasser (entweder Dampf oder flüssiges Wasser) über einen (nicht gezeigten) separaten dritten Strom zu.
  • Die kombinierte Zufuhr der ersten Stufe 25, das Trägergas 54, das Wasser 61 und der Sauerstoff 60 reagieren bei hoher Temperatur und hohem Druck innerhalb der Vergaserreaktionskammer 13, um das erste Synthesegas 14 zu erzeugen, welches nach unten in die Vergasersammelkammer 63 hinein zusammen mit geschmolzenen Aschepartikeln und einer sehr kleinen Menge nicht vergaster Kohlepartikel hindurchtritt. Von der Sammelkammer 63 wird ein kleiner Teil des Synthesegases nach unten in die erste Abschreckkammer 64 eingezogen, um den Großteil der geschmolzenen Asche und nicht vergaster Kohlepartikel zusammen mit ihm in die erste Abschreckkammer 64 hinein zu schleppen. Innerhalb der ersten Abschreckkammer 64 werden das heiße Gas und die Partikel abgeschreckt und voneinander getrennt. Die abgeschreckten Aschepartikel, was als Schlacke bekannt ist, und einige nicht vergaste Kohlepartikel verlassen die Unterseite der ersten Abschreckkammer über den Schlackenstrom 65. Der kleine Teil des abgeschreckten Synthesegases verlässt die Seite der ersten Abschreckkammer, um ersten abgeschreckten Synthesegasstrom 57 zu bilden, der zur Verwendung bei der Zuführung der kombinierten Zufuhr der ersten Stufe 25 zu dem Vergaser zu dem Gasbehandlungs- und Verdichtungsabschnitt geleitet wird. Alternativ kann der erste abgeschreckte Synthesegasstrom 57 zur Verwendung als ein Brennstoff oder als ein Ausgangsmaterial zum Synthetisieren von Chemikalien, Wasserstoff oder flüssigen Brennstoffen nach außen gesandt werden. Der Großteil des Synthesegases in der Sammelkammer 13 und ein Teil der verbleibenden geschmolzenen Asche und nicht vergaster Kohlepartikel werden in die Knockout(KO)-Einbauten 68 des Feinstaub-Entfernungsabschnitts hinein geleitet. Von den KO-Einbauten 68 wird ein zweiter kleiner Teil des Synthesegases nach unten in die zweite Abschreckkammer 70 eingezogen, um den Rest der geschmolzenen Asche und nicht vergaster Kohlepartikel zusammen mit ihm in die zweite Abschreckkammer 70 einzuschleppen. Innerhalb der zweiten Abschreckkammer 70 werden das heiße Gas und die Partikel abgeschreckt und voneinander getrennt. Die abgeschreckten Aschepartikel, die als Schlacke bekannt sind, und die verbleibenden nicht vergasten Kohlepartikel verlassen die Unterseite der zweiten Abschreckkammer über den Schlackenstrom 65. Der kleine zweite Teil des abgeschreckten Synthesegases verlässt die Seite der zweiten Abschreckkammer, um einen zweiten abgeschreckten Synthesegasstrom 58 zu bilden, der zur Verwendung bei der Zuführung der kombinierten Zufuhr der ersten Stufe 25 zu dem Vergaser zu dem Gasbehandlungs- und Verdichtungsabschnitt geleitet wird. Alternativ kann der zweite abgeschreckte Synthesegasstrom 58 zur Verwendung als ein Brennstoff oder als ein Ausgangsmaterial zum Synthetisieren von Chemikalien, Wasserstoff oder flüssigen Brennstoffen nach außen gesandt werden. Der Großteil des Synthesegases in den KO-Einbauten 68 des Feinstaub-Entfernungsabschnitts 18 zieht nach oben durch eine Verbindungsvorrichtung 151 hindurch und in den Wirbelbett-Reaktor 51 des Regenbett-Reaktorsystems 16 als der Teil 52 des ersten Synthesegasestroms 14 hinein, der die zusätzlichen Synthesegaserzeugungsreaktionen innerhalb des Regenbett-Reaktorsystems 16 antreibt.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des Vergasungssystems 10. Verschiedene Aspekte des Vergasungssystems 10 können unter Bezugnahme auf eine axiale Richtung oder Achse 80, eine radiale Richtung oder Achse 82 und eine Umfangsrichtung oder -achse 84 beschrieben werden. Die Achse 80 entspricht beispielsweise einer Längsmittellinie 86 oder Längsrichtung, die Achse 82 entspricht einer Querrichtung oder radialer Richtung bezüglich der Längsmittellinie 86, und die Achse 84 entspricht der Umfangsrichtung um die axiale Achse 80 (z.B. die Längsmittellinie 86) herum. Das Vergasungssystem 10 nimmt die kombinierte Zufuhr 44 der ersten Stufe und der zweiten Stufe von dem Zufuhrkombinations- und -packungssystem 38 auf, das Teil des Vergasungseinheit-Zufuhrsystems 87 ist. (Man beachte, dass aus Kompaktheitsgesichtspunkten der 2 heraus die gestrichelte Linie, die das Vergasungseinheit-Zufuhrsystem 87 definiert, lediglich einige der in 1 gezeigten Elemente (38, 45, 23) des Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystems 19 und des Vergaser-Zufuhrsystems 23 umschließt. Das Zufuhrkombinations- und -packungssystem 38, das in 1 als eine beschriftete Box gezeigt ist, ist in der gleichen Weise in 2 gezeigt. Mehr Details sind in 3 gezeigt. Das Vergaser-Zufuhrdosierungs- und -zuführungssystem 23 der 1 umfasst eine erste Posimetric-Zufuhrvorrichtung 90 und einen Zufuhrbehälter 92 der ersten Posimetric-Zufuhrvorrichtung. Der Zufuhrbehälter 92 funktioniert als ein Ausgleichsgefäß, das sicherstellt, dass die Ansaugseite der ersten Posimetric-Zufuhrvorrichtung 90 immer gefüllt ist. Das Druckbeaufschlagungs- und Zuführungssystem 45 der 1 umfasst eine zweite Posimetric-Zufuhrvorrichtung 94 und einen Zufuhrbehälter 96 der zweiten Posimetric-Zufuhrvorrichtung. Der Zufuhrbehälter 96 funktioniert als ein Ausgleichsgefäß, das sicherstellt, dass die Ansaugsseite der zweiten Posimetric-Zufuhrvorrichtung 94 immer gefüllt ist. Die erste und die zweite Posimetric-Zufuhrvorrichtung sind im Wesentlichen Festkörperpumpen, d.h. rotationsscheibenartige Festkörper mit Druck beaufschlagende Zufuhrvorrichtungen, die durch General Electric Company aus Schenectady, New York, hergestellt werden. Der Begriff “Posimetric” ist eine Hnadelsmarke der General Electric Company und/oder ihrer Tochtergesellschaften. Wie man beachten sollte, können beliebige andere geeignete Festkörper mit Druck beaufschlagende Zufuhrvorrichtungen verwendet werden, um die Kohlezufuhr zu dem Vergaser 12 und zu dem Regenbett-Reaktor 98 mit Druck zu beaufschlagen und ihnen zuzuführen. Die zweite Posimetric-Zufuhrvorrichtung 94 ist entworfen, um sowohl die Kohlezufuhr zu dosieren als auch diese von dem atmosphärischen Druck auf den hohen Betriebsdruck des zweistufigen Vergasungssystems 10 anzuheben. Die erste Posimetric-Zufuhrvorrichtung 90 arbeitet auch unter hohem Druck, ist aber primär entworfen, um die Kohlezufuhr in den Vergaser 12 hinein zu dosieren. (Weil die zweite Posimetric-Zufuhrvorrichtung 94 die Zufuhr sowohl für den Vergaser 12 als auch für den Regenbett-Reaktor 98 mit Druck beaufschlagt, muss die erste Posimetric-Zufuhrvorrichtung 90 lediglich den Druckabfall durch das Vergasungssystem 10 von dem Einlass der ersten Zufuhreinspritzvorrichtung 108 bis zum Auslass des Trennungssystems 50 für entwichene Festkörper und des ersten Zufuhrbehälters 92 überwinden.) Der Vergaser 12 kann einen Druckbehälter 109 (z.B. einen zylindrischen Behälter) enthalten, der als ein Gehäuse agieren kann, das als ein Druckgehäuse oder als ein äußeres Gehäuse für den Vergaser 12 funktioniert. Der Behälter 109 umschließt die Reaktionskammer 13 (z.B. eine Reaktionszone der ersten Stufe) in einem oberen zylindrischen Mantelabschnitt 110, die Sammelkammer 63 in einem mittleren zylindrischen Mantelabschnitt 111 des Vergasers 12 und eine erste Abschreckkammer 64 in einem unteren zylindrischen Mantelabschnitt 113.
  • Während eines normalen Betriebs des Vergasungssystems 10 führt eine erste Zufuhreinspritzvorrichtung 108, die mit der Mittellinienachse 86 ausgerichtet ist, der Reaktionskammer 13 die kombinierte Zufuhr der ersten Stufe 25, welche die Zufuhr 21 der ersten Stufe zuzüglich der feinen, teilweise reagierten Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe aufweist, zusammen mit dem Vergasungsmittel 60 (z.B. Sauerstoff (O2)) zu. In bestimmten Ausführungsformen kann ein Trägergas 54 zusammen mit der kombinierten Zufuhr der ersten Stufe 25 einer ersten Mischvorrichtung 112, die mit der ersten Posimetric-Zufuhrvorrichtung 90 in Fluidverbindung steht, und der ersten Zufuhreinspritzvorrichtung 108 zugeführt werden, um einen Strom der kombinierten Zufuhr der ersten Stufe 25 in die Reaktionskammer 13 hinein zu unterstützen. Zusätzlich zu der kombinierten Zufuhr der ersten Stufe 25, dem Vergasungsmittel 60 und dem Trägergas 54 kann die erste Zufuhreinspritzvorrichtung 108 der Reaktionskammer 13 einen (nicht gezeigten) Vergasermoderator 61, wie etwa Dampf oder flüssiges Wasser, zuführen.
  • In der Reaktionskammer 13 reagieren die kombinierte Zufuhr der ersten Stufe 25, das Vergasungsmittel 60 und in bestimmten Ausführungsformen der (nicht gezeigte) Moderator 61 und das Trägergas 54 bei hoher Temperatur und hohem Druck, um das erste Synthesegas 14 zu erzeugen, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Das erste Synthesegas 14 kann eine Temperatur zwischen ungefähr 1090 °C (2000 °F) und ungefähr 1650 °C (3000 °F) aufweisen und kann kleine Mengen mitgeführter Partikel der teilweise reagierten kombinierten Zufuhr 25 der ersten Stufe, geschmolzene Asche und Gemische aus diesen enthalten. Der Vergasung der kombinierten Zufuhr der ersten Stufe 25 nachfolgend wird das resultierende Synthesegas (z.B. das erste Synthesegas 14) zu der Sammelkammer 63 geleitet. In der Sammelkammer 63 wird das erste Synthesegas 14 zwischen der ersten Abschreckkammer 64 und einer Synthesegasübertagungslinie 130 (z.B. Durchgang, Leitung) aufgeteilt. Die Sammelkammer 63 ist beispielsweise eingerichtet, um das erste Synthesegas 14 derart aufzuteilen, dass das Verhältnis eines ersten Synthesegasanteils 132 zu einem zweiten Synthesegasanteil 134 zwischen ungefähr 100:1, 50:1, 20:1, 10:1, 5:1, 1:1, oder ein beliebiges anderes erwünschtes Verhältnis ist.
  • Der zweite Synthesegasanteil 134 enthält mehr als ungefähr 80 bis 90% der Feststoffteilchen (geschmolzene Asche und kleine Mengen der teilweise reagierten kombinierten Zufuhr der ersten Stufe 25), die in dem ersten Synthesegas 14 mitgeführt werden, die die Reaktionskammer 13 verlassen. Die Feststoffteilchen in dem zweiten Synthesegasanteil 134 werden in einem Becken Abschreckwasser 140 in dem unteren zylindrischen Abschnitt 113 abgeschreckt, wodurch sie das Schlackengemisch 65 (z.B. abgeschreckte geschmolzene Asche plus kleine Mengen nicht reagierter kombinierter Zufuhr der ersten Stufe 25) bilden. Das Schlackengemisch 65 kann in einem (nicht gezeigten) Schlackenverarbeitungssystem stromabwärts des Vergasers 12 verarbeitet werden. Zusätzlich zu dem Schlackengemisch 50 erzeugt die erste Abschreckkammer 64 ein erstes abgeschrecktes Synthesegas 57. Das erste abgeschreckte Synthesegas 57 verlässt die erste Abschreckkammer 64 durch eine erste Abschreckkammeröffnung 146 (z.B. über eine Einspritzvorrichtung). Ein Ventil 148 kann einen Fluss steuern und/oder das erste abgeschreckte Synthesegas 57 zu anderen Komponenten des Systems 10 leiten. Beispielsweise in einer in 1 gezeigten Ausführungsform kann das erste abgeschreckte Synthesegas 57 behandelt, um mitgeführte feine Feststoffteilchen und Feuchtigkeit zu entfernen, komprimiert und für den Vergasungsprozess zur Verwendung als Trägergas rückgeführt werden. Das behandelte, komprimierte und rückgeführte erste abgeschreckte Synthesegas kann beispielsweise als das Trägergas 54 für die kombinierte Zufuhr 25 der ersten Stufe zu dem Vergaser 12 verwendet werden. Alternativ kann es als das Trägergas 54 für die kombinierte Zufuhr 20 der ersten und der zweiten Stufe zu dem Regenbett-Reaktorsystem 16 verwendet werden. In einer weiteren Ausführungsform kann das Ventil 148 das erste abgeschreckte Synthesegas 57 in Richtung des Produktsynthesegases 24 derart leiten, dass der Strom des ersten abgeschreckten Synthesegases 57 und der Strom des Produktsynthesegases 24 stromabwärts des Regenbett-Reaktorsystems 16 kombiniert werden. In einer noch weiteren Ausführungsform kann das Ventil 148 das erste abgeschreckte Synthesegas 57 in Richtung anderer Verarbeitungseinheiten leiten, wo das erste abgeschreckte Synthesegas als ein Ausgangsmaterial für die Produktion von Chemikalien, Wasserstoff oder elektrischer Energie dienen kann.
  • Wie vorstehend beschrieben, enthält der zweite Synthesegasanteil 134, der in der Sammelkammer 63 erzeugt wird, mehr als ungefähr 80 bis 90% der in dem ersten Synthesegas 14 mitgeführten Feststoffteilchen. Der erste Synthesegasanteil 132 weist deshalb eine verminderte Partikelladung (z.B. weniger als ungefähr 10 bis 20%) auf. Die Synthesegasübertagungsleitung 130 steht mit einem Schlacken-Knockout-Topf (slag knock out pot, SKOP) 18 in Fluidverbindung, welcher in Verbindung mit der Sammelkammer 63 und der ersten Abschreckkammer 64 als eine Feinstaubknockoutvorrichtung der zweiten Stufe funktioniert, um die Entfernung jeglicher verbleibender mitgeführter Feststoffe in dem ersten Synthesegasanteil 132 zu vervollständigen. Zusammen genommen, umfassen die Sammelkammer 63 und die erste Abschreckkammer (Feinstaubentfernung der ersten Stufe) und der SKOP 18 (Feinstaubentfernung der zweiten Stufe) das bezüglich 1 beschriebene zweistufige Feststoffabscheidungssystem. Der SKOP 18 umfasst einen Satz von Schlacken-Knockout(KO)-Einbauten 68, eine zweite Abschreckkammer 70 und eine Verbindungsvorrichtung 151 zu dem unterseitigen Einlass des Wirbelbett-Reaktors 51 des Regenbett-Reaktorsystems 16. Ähnlich wie bei der Sammelkammer 63 leiten die SKOP-Einbauten 68 einen dritten Synthesegasanteil 152 des ersten Synthesegasanteils 132 zu einer zweiten Abschreckkammer 70, die innerhalb des SKOP 18 angeordnet ist, und einen vierten Synthesegasanteil 52 des ersten Synthesegasanteils 132 in Richtung des Regenbett-Reaktorsystems 16. Die KO-Einbauten 68 sind beispielsweise eingerichtet, um den ersten Synthesegasanteil 132 derart aufzuteilen, dass ein Verhältnis des vierten Synthesegasanteils 52 zu dem dritten Synthesegasanteil 152 ungefähr 100:1, 50:1, 20:1, 10:1, 5:1, 1:1 oder jegliches andere erwünschte Verhältnis ist. Die zweite Abschreckkammer 70 enthält auch Abschreckungswasser 140, das die Entfernung der verbleibenden Feststoffteilchen als das Schlackengemisch 65 unterstützt, und erzeugt ein zweites abgeschrecktes Synthesegas 58. Das zweite abgeschreckte Synthesegas 58 verlässt den SKOP 18 über eine Einspritzvorrichtung, die in einer zweiten Abschreckkammeröffnung 160 angeordnet ist. Das zweite abgeschreckte Synthesegas 58 kann mit dem Produktsynthesegas 24, dem ersten abgeschreckten Synthesegas 57 oder einer Kombination von diesen kombiniert werden. In bestimmten Ausführungsformen wird das zweite abgeschreckte Synthesegas 58 mit dem Produktsynthesegas 24 oder dem ersten abgeschreckten Synthesegas 57 nicht kombiniert. Vielmehr wird das zweite abgeschreckte Synthesegas 58 getrennt von dem Synthesegas 24, 57 verarbeitet, bevor es anderswo in dem Vergasungsprozess rückgeführt und wiederverwendet und/oder zu anderen industriellen Prozessen zur Verwendung als ein Brennstoffgas oder ein gasförmiges Ausgangsmaterial für die Herstellung von Chemikalien, Wasserstoff oder flüssigen Brennstoffen geleitet wird.
  • Der vierte Synthesegasanteil 52, der im Wesentlichen frei von Feststoffteilchen ist (z.B. weniger als ungefähr 5%, 2%, 1%, 0,5% oder 0,1% der in dem ersten Synthesegas 14 ursprünglich mitgeführten Feststoffe aufweist), wird zu dem Wirbelbett-Reaktor 51 des Regenbett-Reaktorsystems 16 (z.B. der zweite Stufe des zweistufigen Vergasungssystems) über den Synthesegaseinlass 162 geleitet und liefert Wärme für die Vergasung zusätzlichen Ausgangsmaterials 26, das dem Regenbett-Reaktorsystem 16 zugeführt wird. Der Regenbett-Reaktor 98 innerhalb des Regenbett-Reaktorsystems 16 enthält, von oben nach unten, eine Abschlämmungszone 47, die verjüngte Regenbett-Reaktorsäule 40 und einen Wirbelbett-Reaktor 51. Die verjüngte Regenbett-Reaktorsäule 40 ist stromabwärts von dem Wirbelbett-Reaktor 51 angeordnet (von der Perspektive der Strömungsrichtung des vierten Synthesegasanteils 52 aus) und steht mit dem Wirbelbett-Reaktor 51 in Fluidverbindung. Die Abschlämmungszone 47 ist stromabwärts von der verjüngten Regenbett-Reaktorsäule 40 angeordnet (von der Perspektive der Strömungsrichtung des vierten Synthesegasanteils 52 aus) und steht mit der verjüngten Regenbett-Reaktorsäule 40 in Fluidverbindung. Eine zweite Zufuhreinspritzvorrichtung 184, die mit der vertikalen Achse 188 des Regenbett-Reaktors 98 koaxial ausgerichtet ist, weist ihre nach unten gewandte Ausgangsöffnung derart in der Mitte (von oben nach unten) der Abschlämmungszone 47 positioniert auf, dass die zweite Zufuhreinspritzvorrichtung 184 die kombinierte Zufuhr der ersten und der zweiten Stufe 20 der Mitte der Abschlämmungszone 47 zuführt. Auf diese Weise bewegt sich der kombinierte Strom, wenn die kombinierte Zufuhr 20 der ersten und der zweiten Stufe die zweite Zufuhreinspritzvorrichtung 184 verlässt, anfänglich in eine Richtung im Wesentlichen entgegengesetzt (z.B. als Gegenstrom) zu der Strömungsrichtung des vierten Synthesegasanteils 52, der den SKOP 18 verlässt. Unter dem Einfluss der aerodynamischen Kräfte, die innerhalb der Abschlämmungszone 47 wirken, werden jedoch die feineren Partikel der Zufuhr 21 der ersten Stufe nach oben durch das nach oben strömende Synthesegas in die Richtung des Grobkornfestkörper-Trennabschnitts 49 (d.h. ersten Zyklons 246) und des Trennabschnitts 50 für entwichene Festkörper (d.h. zweiten Zyklons 248 und Filters 250) geschleppt, die gemeinsam das Gas-Festkörper-Trennungssystem 150 umfassen. Die grobkörnigen Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe „regnen“ dagegen innerhalb der verjüngten Regenbett-Reaktorsäule 40 gegen den nach oben gerichteten Strom des vierten Synthesegasanteils 52 herunter. Auf diese Weise überträgt der vierte Synthesegasanteil 52 Wärme auf die Zufuhr 22 der zweiten Stufe, und diese Wärme vergast die Zufuhr 22 der zweiten Stufe über die wohlbekannten endothermischen Vergasungsreaktionen und erzeugt zusätzliches Synthesegas, das mit dem vierten Synthesegasanteil 52 kombiniert, um ein Rohproduktsynthesegas 236 zu erzeugen, welches das endgültige, saubere Produktsynthesegas 24 wird, wenn all die Feststoffe entfernt worden sind. Deshalb kann eine Menge an Vergasungsmittel 60 (z.B. O2), die erforderlich ist, um eine Einheit des Synthesegases (z.B. des Produktsynthesegases 24) zu erzeugen, verglichen mit einstufigen Vergasungssystemen (z.B. Systemen, die einen zweiten Reaktor nicht enthalten) reduziert werden. Weil die zweite Stufe 16 des zweistufigen Vergasungssystems 10 thermische Energie aus dem ersten Synthesegas 14 (z.B. dem vierten Synthesegasanteil 52) wiedergewinnt, die während der Vergasung der ersten Stufe (z.B. in dem Vergaser 12) als chemische Energie des Produktsynthesegases 24 erzeugt wird, welches in dem Regenbett-Reaktorsystem 16 erzeugt wird, kann die Vergasungseffizienz des Vergasungssystems 10 als solche erhöht werden.
  • Ähnlich der ersten Zufuhreinspritzvorrichtung 108 kann die zweite Zufuhreinspritzvorrichtung 184 mit einer Mittellinienachse 188 des Regenbett-Reaktors 20 ausgerichtet sein. Die zweite Zufuhreinspritzvorrichtung 184 nimmt die kombinierte Zufuhr 20 der ersten Stufe und der zweiten Stufe (d.h. die kombinierte grobkörnige Zufuhr 22 der zweiten Stufe und die feine Zufuhr 21 der ersten Stufe) von dem (in 1 gezeigten) Regenbett-Reaktor-Zufuhrvorbereitungsabschnitt 19 auf und führt die kombinierte Zufuhr 20 der Abschlämmungszone 47 des Regenbett-Reaktors 98 zu. Wegen seiner geometrischen Konfiguration weist das Regenbett-Reaktorsystem 16, verglichen mit dem Vergaser 12, eine längere Vergasungsverweildauer auf. Deshalb kann die durchschnittliche Partikelgröße der grobkörnigen Zufuhr 22 der zweiten Stufe größer als die durchschnittliche Partikelgröße der feinen Zufuhr 21 der ersten Stufe sein. Das heißt, weil die grobkörnige Zufuhr 22 der zweiten Stufe mehr Zeit zum Reagieren innerhalb des Regenbett-Reaktorsystems 16 (z.B. erhöhte Verweildauer) aufweist, kann die Zufuhr 22 der zweiten Stufe grobkörnige Partikel aufweisen, die nicht so schnell wie die kleinen, feinen Partikel in der Zufuhr 21 der ersten Stufe reagieren. Als solche kann die Mahlenergie für die grobkörnige Zufuhr 22 der zweiten Stufe teilweise wegen der, verglichen mit der Zufuhr 21 der ersten Stufe, größeren durchschnittlichen Partikelgröße der grobkörnigen Zufuhr 22 der zweiten Stufe gesenkt werden. Außerdem kann die grobkörnige Zufuhr 22 der zweiten Stufe als trockene Zufuhr dem Regenbett-Reaktor 98 zugeführt werden, wodurch sie den mit der Entfernung des mit den Zufuhrschlämmen verbundenen überschüssigen Wassers einhergehenden Energieverbrauch reduziert. Deshalb hat das Senken des Gesamtenergiebedarfs der Vergasungssysteme 10, verglichen mit anderen Vergasungssystemen, die den Vergaser 12 und die Konfiguration des Regenbett-Reaktorsystems 16 nicht enthalten, eine Erhöhung der Effizienz der Vergasungssysteme 10 zur Folge.
  • Wie detaillierter nachstehend beschrieben, führt das Zufuhrsystem 87 dem Regenbett-Reaktorsystem 16 die kombinierte Zufuhr 20 der ersten Stufe und der zweiten Stufe zu. Die kombinierte Zufuhr 20 wird mit Druck beaufschlagt und in einer zweiten Mischvorrichtung 189, die mit der zweiten Posimetric-Zufuhrvorrichtung 94 und mit der zweiten Zufuhreinspritzvorrichtung 184 in Fluidverbindung steht, mit dem Trägergas 54 vermischt. Das Trägergas 54 kann N2, CO2, Erdgas, Synthesegas (z.B. das abgeschreckte Synthesegas 57, 58) oder ein beliebiges anderes geeignetes Gas für die Beförderung der kombinierten Zufuhr 20 in den Regenbett-Reaktor 20 hinein enthalten. Die Strömungsrate des Trägergases 54, das der zweiten Mischvorrichtung 189 zugeführt wird, kann derart gesteuert werden, dass eine minimale Menge des Trägergases 54 mit der kombinierten Zufuhr 20 vermischt wird, um bei einem beständigen und zuverlässigen Strom der kombinierten Zufuhr 20 durch die zweite Zufuhreinspritzvorrichtung 184 hindurch zu unterstützen. Die Strömungsrate des Trägergases 54, das der zweiten Mischvorrichtung 189 zugeführt wird, kann beispielsweise gerade ausreichend sein, um den Widerstand der Strömung der Partikel durch die Zufuhreinspritzvorrichtung 184 zu überwinden. Die Beschränkung einer Einspritzgeschwindigkeit der kombinierten Zufuhr der ersten und der zweiten Stufe 20, die in den Regenbett-Reaktor 98 hinein strömt, erzielt zwei Dinge. Als Erstes stellt sie sicher, dass die kombinierte Zufuhr 20 nicht bei hohen Geschwindigkeiten eingeführt wird, die sie jenseits der Unterseite der Abschlämmungszone 47 befördern. Dies verbessert die Fähigkeit der Regenbett-Reaktorsäule 40, das Rohproduktsynthesegas 236 durch die Abschlämmungszone 47 aufsteigen zu lassen, um die feinere Zufuhr 21 der ersten Stufe von der kombinierten Zufuhr 20 zu trennen und um jene feineren Partikel oberhalb der Abschlämmungszone 47 und aus dieser heraus zu tragen. Das Rohproduktsynthesegas 236 trägt dann die Partikel der geschlämmten Zufuhr 21 der ersten Stufe durch den Trennungszyklon 246 für Grobkornfestkörper hindurch und in den Trennungszyklon 248 für feine, entwichene Festkörper und in den Filter 250 für entwichene Festkörper hinein, wo jene Partikel von dem Rohproduktsynthesegas 236 des Regenbett-Reaktors 98 getrennt und in Richtung des Vergasers 12 geleitet werden. Als Zweites vermeidet die Beschränkung einer Einspritzgeschwindigkeit der kombinierten Zufuhr 20 in die Abschlämmungszone 47 hinein, dass den Partikeln der Zufuhr 22 der zweiten Stufe eine zu hohe Anfangsgeschwindigkeit verliehen wird, so dass die primäre Antriebskraft für den Strom jener Partikel nach unten die Gravitation ist. Anders als die kleineren, leichteren Partikel der Zufuhr 21 der ersten Stufe, die innerhalb der Abschlämmungszone 47 in ihrer Strömungsrichtung durch das aufsteigende Synthesegas 236 einfach umgekehrt werden können, schreiten die größeren, schwereren Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe in ihrer ursprünglichen Bahn bei einer Geschwindigkeit fort, die der Endgeschwindigkeit der Partikel innerhalb des Regenbett-Reaktors 98 minus der Geschwindigkeit des nach oben gerichteten aufsteigenden Synthesegases 52, 236 innerhalb des Reaktors ungefähr entspricht. Das nach oben aufsteigende Synthesegas 52, 236 vermittelt eine Schleppkraft auf die fallenden Partikel 22, die sie verlangsamt und ihre nach unten angetriebene Geschwindigkeit reduziert. Dementsprechend kann eine Verweildauer von Partikeln 22 der Zufuhr der zweiten Stufe in dem Regenbett-Reaktor 98 erhöht werden, wodurch die Vergasung der größeren (z.B. grobkörnigeren) Zufuhrpartikel, die die Zufuhr 22 der zweiten Stufe umfassen, unterstützt wird. In bestimmten Ausführungsformen kann das Trägergas 54 möglicherweise nicht verwendet werden. In dieser bestimmten Ausführungsform kann ein einfaches Zufuhrrohr statt einer zweiten Einspritzvorrichtung 184 verwendet werden, um die kombinierte Zufuhr 20 zuzuführen. In diesem Fall ist die Antriebskraft für den Strom der kombinierten Zufuhr 20 durch das Zufuhrrohr und in den Regenbett-Reaktor 98 hinein allein die Gravitation. Während die Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe durch die verjüngte Regenbett-Reaktorsäule 40 hindurch nach unten gerichtet regnen und schließlich in den Wirbelbett-Reaktor 51 einströmen, nehmen sie Wärme auf und vergasen mittels endothermischer Vergasungsreaktionen. Während die Kohlepartikeln vergasen, verlieren sie sowohl an Masse als auch am Durchmesser. Irgendwann werden sie hinreichend klein und leicht genug, so dass das aufsteigende Synthesegas in der Lage ist, sie zurück nach oben entlang der verjüngten Regenbett-Reaktorsäule 40 und hinauf durch die Abschlämmungszone 47 zu dem Trennungszyklon 246 für Grobkornfestkörper zu tragen. Einige teilweise reagierte Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe können klein genug sein, um durch den Zyklon hindurchzutreten und zusammen mit den geschlämmten feinen Partikeln der Zufuhr 21 der ersten Stufe den Kopfteil des Zyklons 246 zu verlassen. Viele können jedoch möglicherweise immer noch zu groß sein, um diesem Pfad zu folgen, und so werden sie durch die Unterseite des Zyklons 246 hindurchtreten, um zu dem Wirbelbett-Reaktor 51 über den Regenbett-Reaktor Rückleitungszweig 53 zurückgeführt zu werden. Aber schließlich vergasen sogar die größten Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe hinreichend, so dass sie klein genug und leicht genug werden, um nicht nur zurück hinauf zu der Abschlämmungszone 47 getragen zu werden, sondern auch um durch den Kopfteil des Trennungszyklons 246 für Grobkornfestkörper zu dem Trennungszyklon 248 für entwichene Festkörper und dem Filter 250 für entwichene Festkörper hindurch zu gelangen, wo sie zusammen mit den geschlämmten feinen Partikeln der Zufuhr 21 der ersten Stufe aus dem Rohproduktsynthesegas 236 entfernt werden. Die teilweise reagierten Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe und die Partikel der geschlämmten Zufuhr 21 der ersten Stufe strömen dann als eine kombinierte Zufuhr der ersten Stufe 25 in den Zufuhrbehälter 92 der ersten Posimetric-Zufuhrvorrichtung hinein. Der Zufuhrbehälter 92 der ersten Posimetric-Zufuhrvorrichtung führt der ersten Posimetric-Zufuhrvorrichtung 90 die kombinierte Zufuhr der ersten Stufe 25 zu, die wiederum der ersten Zufuhreinspritzvorrichtung 108 und dem Vergaser 12 die kombinierte Zufuhr 25 zuführt. In dem Vergaser 12 vergast die kombinierte Zufuhr der ersten Stufe 25, die die Zufuhr 21 der ersten Stufe und die teilweise reagierten Kohlepartikeln der Zufuhr 22 der zweiten Stufe aufweist, um das erste Synthesegas 14 zu erzeugen, das nach der Feinstaubentfernung in dem zweistufigen Feinstaubentfernungsprozess der vierte Teil 52 des ersten Synthesegases 14 wird, der in die Unterseite des Wirbelbett-Reaktors 51 eines verjüngten Regenbett-Reaktors 98 einströmt.
  • 3 ist eine Ausführungsform des Vergasungseinheit-Zufuhrsystems 87 der 2, die das Zufuhrkombinations- und -packungssystem 38 und das Druckbeaufschlagungs- und Zuführungssystem 45 veranschaulicht, das entweder die kombinierte Zufuhr 20 der ersten Stufe und der zweiten Stufe zu der Abschlämmungszone 47 des Regenbett-Reaktors 98 während normalen Betriebs oder die Zufuhr der ersten Stufe 48 zu dem Vergaser-Zufuhrdosierungs- und -zuführungssystem 23 während eines Anlaufs zuführt. Das Zufuhrkombinations- und -packungssystem 38 ist eingerichtet, um die Zufuhr 21 der ersten Stufe mit der Zufuhr 22 der zweiten Stufe zu kombinieren (z.B. gründlich zu vermischen) und zu packen (z.B. minimieren von Hohlräumen zwischen Kohlepartikeln), um eine kombinierte Zufuhr 44 zu erzeugen. Die kombinierte und gepackte Zufuhr 44 wird dann zu dem Druckbeaufschlagungs- und Dosierungssystem 45 gesandt, in dem die zweite Posimetric-Zufuhrvorrichtung 94 die kombinierte Zufuhr 44 mit Druck beaufschlagt, um eine mit Druck beaufschlagte kombinierte Zufuhr 46 zu erzeugen, die mit Hilfe der Dosierungsfähigkeit der Posimetric-Zufuhrvorrichtung dann während eines normalen Betriebs der Abschlämmungszone 47 als die kombinierte Zufuhr 20 der ersten Stufe und der zweiten Stufe oder während eines Anlaufs dem Vergaser-Zufuhrdosierungs- und -zuführungssystem 23 als die Zufuhr der ersten Stufe 48 zugeführt wird. Das Zufuhrkombinations- und -packungssystem 38 enthält einen Behälter 192 der Zufuhr der ersten Stufe und einen Behälter 194 der Zufuhr der zweiten Stufe, die die zwei Zufuhren 21, 22 jeweils speichern. Vor dem Speichern der Zufuhren 21, 22 in ihren jeweiligen Zufuhrbehältern 192, 194, können die Zufuhren 21, 22 durch Mahlen auf deren erwünschte Partikelgrößenverteilungen PSD1 bzw. PSD2 und durch Trocknung auf deren Zielfeuchtigkeitsgehalte MC1 bzw. MC2 in einem Mahl- und Trocknungsabschnitt 196 des Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystems 19 vorbereitet werden.
  • Die Mahl- und Trocknungsabschnitte 196 können eingerichtet sein, um das Ausgangsmaterial 26 zu mahlen, um die Zufuhr 21 der ersten Stufe zu erzeugen, die eine erste Partikelgrößenverteilung (PSD1) aufweist, die für die Vergasung in der Reaktionskammer 13 des Vergasers 12 (z.B. der ersten Stufe der Vergasung), wie in 4 veranschaulicht, geeignet ist. Außerdem können die Mahl- und Trocknungsabschnitte 196 das Ausgangsmaterial 26 mahlen, um die Zufuhr 22 der zweiten Stufe zu erzeugen, die eine zweite Partikelgrößenverteilung (PSD2) aufweist, die für die Vergasung in dem verjüngten Regenbett-Reaktor 98 des Regenbett-Reaktorsystems 16 (z.B. der zweiten Stufe der Vergasung) geeignet ist. Wie in 4 veranschaulicht, weist die Zufuhr 22 der zweiten Stufe eine größere (z.B. grobkörnigere) PSD2 verglichen mit der PSD1 der Zufuhr 21 der ersten Stufe auf. Außerdem kann die PSD2 für das Ausgangsmaterial 22 der zweiten Stufe enger als die PSD1 des Ausgangsmaterials 21 der ersten Stufe sein. Die Differenz in der PSD für die Zufuhren 21, 22 ist teilweise auf die Differenz der Verweildauern zwischen dem Vergaser 12 und dem Regenbett-Reaktorsystem 16 zurückzuführen. Relativ gesehen, wenn die Verweildauer innerhalb der Vergaserreaktionskammer 13 durch T dargestellt wird, kann die Verweildauer innerhalb des Regenbett-Reaktorsystems 16 1,1T, 2T, 5T 10T, 20T oder 50T betragen. Weil die Verweildauer innerhalb der Vergaserreaktionskammer 13 kurz ist, kann ein Großteil, 90% oder 100%, der Partikel der Zufuhr 21 der ersten Stufe kleiner als 1 mm im Durchmesser sein. Aber weil die Verweildauer innerhalb des Regenbett-Reaktorsystems im Allgemeinen viel länger ist, kann ein Großteil, 90% oder 100%, der Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe größer als 1 mm im Durchmesser sein.
  • Eine Dosierungsvorrichtung 198 der Zufuhr der ersten Stufe steuert eine erwünschte Strömungsrate der Zufuhr 21 der ersten Stufe und leitet die dosierte Zufuhr 21 zu einer Zufuhrkombinations- und -packungsvorrichtung 203, die mit beiden Zufuhrbehältern 192, 194 in Fluidverbindung steht. Die Zufuhrkombinations- und -packungsvorrichtung 203 ist ein Behälter (z.B. ein zylindrischer Behälter), der eine ringförmige Düse 204 zum Kombinieren feiner Festkörper, eine zentrale Düse 206 zum Kombinieren grobkörniger Festkörper, eine Packungskammer 210 und einen rotierenden Zufuhrkanal 214 aufnimmt. Wie veranschaulicht, umkreist (z.B. umgibt) die ringförmige Kombinationsdüse 204 für feine Festkörper die zentrale Düse 206 zum Kombinieren grobkörniger Festkörper. In anderen Ausführungsformen ist die Düse 204 jedoch nicht ringförmig und umgibt nicht die Einspritzvorrichtung 206. In weiteren Ausführungsformen steht die ringförmige Düse 204 mit der grobkörnigen Zufuhr 22 der zweiten Stufe in Fluidverbindung und dient als eine ringförmige Düse zum Kombinieren grobkörniger Festkörper, und die zentrale Düse 206 steht mit der feineren Zufuhr 21 der ersten Stufe in Fluidverbindung und dient als eine zentrale Düse zum Kombinieren feiner Festkörper. Wie in 3 gezeigt, nimmt die ringförmige Düse zum Kombinieren feiner Festkörper 204 die Zufuhr 21 der ersten Stufe von dem Behälter 192 der Zufuhr der ersten Stufe auf, wie durch einen Pfeil 216 veranschaulicht, und die zentrale Düse 206 zum Kombinieren grobkörniger Festkörper nimmt eine Zufuhr 22 der zweiten Stufe von dem Behälter 194 für die Zufuhr der zweiten Stufe auf, wie durch einen Pfeil 218 veranschaulicht. Ähnlich zu der Zufuhr 21 der ersten Stufe wird die Zufuhr 22 der zweiten Stufe über eine Zufuhrdosierungsvorrichtung 220 der zweiten Stufe gemessen, die stromabwärts von dem Behälter 196 für die Zufuhr der zweiten Stufe angeordnet ist.
  • Die Düsen 204 und 206 leiten die Zufuhren 21 bzw. 22 in die Packungskammer 210 hinein. Die Packungskammer 210 ist eingerichtet, um die Zufuhren 21, 22 zu kombinieren und gründlich zu vermischen, um die kombinierte Zufuhr 44 der ersten Stufe und der zweiten Stufe an dem Ausgang der Zufuhrkombinationsund -packungsvorrichtung 203 zu erzeugen. Die Packungskammer 210 kann eine oder mehrere Vibratoren enthalten, um eine Vermischung der Zufuhren 21, 22 zu unterstützen. Der eine oder die mehreren Vibratoren können beispielsweise den kleineren/feineren Zufuhrpartikeln (z.B. der Zufuhr 21 der ersten Stufe) ermöglichen, die Zwischenräume zwischen den größeren/grobkörnigeren Zufuhrpartikeln (z.B. der Zufuhr 22 der zweiten Stufe) derart zu füllen, dass die kombinierte Zufuhr 44 gut durchmischte und eng gepackte feine und grobkörnige Kohlepartikel aufweist. Der eine oder die mehreren Vibratoren können intern (z.B. innerhalb der Packungskammer 210 angeordnet), extern (z.B. außerhalb der Packungskammer 210 angeordnet) oder eine Kombination daraus sein. Eine erste Länge 226 der Packungskammer 210 kann zwischen ungefähr 25% und ungefähr 75% einer zweiten Länge 228 der Zufuhrkombinations- und -packungsvorrichtung 203 betragen, um eine ausreichende Vermischung der Zufuhren 21, 22 zu ermöglichen und die kombinierte Zufuhr 44 zu erzeugen, die eine erwünschte Vermischung und Verdichtung der Zufuhrpartikel aufweist. Die kombinierte und verdichtete Zufuhr wird aus der Zufuhrkombinations- und -packungsvorrichtung 203 durch einen rotierenden Zufuhrkanal 214 bewegt. In bestimmten Ausführungsformen kann der Zufuhrkanal 214 ein aktiv rotierender Kanal mit Innenflächenmerkmalen sein, die die Bewegung der kombinierten Zufuhr 44 aus der Zufuhrkombinations- und -packungsvorrichtung 203 und in das stromabwärtige Ausgleichsgefäß 96 hinein unterstützen. Die Innenflächenmerkmale können beispielsweise eine oder mehrere spiralförmige Vorsprünge enthalten, die entlang der Länge des rotierenden Kanals 214 verlaufen, wobei die spiralförmigen Vorsprünge auf eine derartige Weise ausgerichtet sind, dass sie eine positive Kraft für die Bewegung der Zufuhr 44 durch den Kanal und in das stromabwärtige Ausgleichsgefäß 96 hinein schaffen.
  • Der Betrieb der Dosierungsvorrichtungen 198 und 220 kann auf eine solche Weise gesteuert werden, dass ein Verhältnis der Zufuhr 21 der ersten Stufe zu der Zufuhr 22 der zweiten Stufe in der kombinierten Zufuhr 44 gesteuert wird, das eine dritte Partikelgrößenverteilung (PSD3) aufweist, welche eine gewichtete Kombination aus PSD1 und PSD2 ist, wobei die Gewichtung durch das Verhältnis der Strömungsrate der Zufuhr 21 der ersten Stufe zu der Strömungsrate der Zufuhr 22 der zweiten Stufe bestimmt wird. 5 veranschaulicht eine beispielhafte PSD3-Kurve für die kombinierte Zufuhr 44, die die Zufuhrkombinations- und -packungsvorrichtung 203 verlässt, die eine Kombination aus den in 4 gezeigten individuellen PSD-Kurven 21, 22 darstellt. Wie in 4 gezeigt, erscheint das Maximum der PSD2-Kurve höher als das Maximum der PSD1-Kurve, wenn sie auf derselben Partikelgrößen-Auftrittshäufigkeitsskala aufgezeichnet werden. In 5 weist jedoch der Teil 277 der PSD3-Kurve, der den Partikeln der Zufuhr der zweiten Stufe zuschreibbar ist, ein niedrigeres Maximum als der Teil 59 der PSD3-Kurve, der den Partikeln der Zufuhr der ersten Stufe zuschreibbar ist, auf. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn die relative Strömungsrate der Zufuhr 21 der ersten Stufe durch die Packungskammer 210 höher als die Strömungsrate der Zufuhr 22 der zweiten Stufe durch die Packungskammer 210 ist. In solchen Fällen kann die PSD des Stroms mit der höheren Strömungsrate die endgültige Gesamt-PSD des kombinierten Stroms dominieren. Die Form der PSD3 der kombinierten Zufuhr 44, die die Zufuhrkombinations- und Packungsvorrichtung 203 verlässt, kann unter Verwendung des Regenbett-Reaktor-Zufuhrvorbereitungs-, Druckbeaufschlagungs- und Zuführungssystems 19 manipuliert werden, um die Reaktivität des Ausgangsmaterials 26, die PSD für jede Zufuhrstufe 21, 22 (z.B. PSD1 und PSD2) und die Größe und die Geometrien des Vergasers 12 und des Regenbett-Reaktorsystems 16 zu berücksichtigen. Der Vermischung und Verdichtung der Zufuhren 21, 22 nachfolgend, strömt die resultierende kombinierte Zufuhr 44 durch den Zufuhrkanal 214 hindurch und in den zweiten Posimetric-Zufuhrvorrichtungszufuhrbehälter 96 des Druckbeaufschlagungs- und Zuführungssystems 45 hinein. Der Zufuhrbehälter 96 funktioniert als ein Ausgleichsvolumen, das sicherstellt, dass der Einlass zu der zweiten Posimetric-Zufuhrvorrichtung 94 immer voller Festkörper ist. Die Posimetric-Zufuhrvorrichtung 94 beaufschlagt die kombinierte Zufuhr 44 mit Druck und dosiert diese, um eine mit Druck beaufschlagte und dosierte kombinierte Zufuhr 46 zu erzeugen. Abhängig von der Ausrichtung der Einbauten der Strömungsumlenkungsvorrichtung 264 kann die mit Druck beaufschlagte und dosierte kombinierte Zufuhr während eines normalen Betriebs als die kombinierte Zufuhr der ersten und der zweiten Stufe 20 zu der Abschlämmungszone 47 des Regenbett-Reaktors 98 gesandt werden, oder sie kann während eines Anlaufs des zweistufigen Vergasungssystems 10 als die Zufuhr der ersten Stufe 48 zu dem Vergaser-Zufuhrdosierungs- und -zuführungssystem 23 gesandt werden.
  • Ein Kombinieren (z.B. Vermischen) der Zufuhr 21 der ersten Stufe mit der Zufuhr 22 der zweiten Stufe ermöglicht, dass die Zufuhr 22 der zweiten Stufe unter Verwendung einer Festkörperpumpe, wie etwa der Posimetric-Zufuhrvorrichtung, in das Regenbett-Reaktorsystem 16 hinein kontinuierlich zugeführt wird. Typische Betriebsdrücke für sowohl den Vergaser 12 als auch das Regenbett-Reaktorsystem 16 reichen von ungefähr 2 MPa zu ungefähr 9,5 MPa. Die Zufuhr 22 der zweiten Stufe könnte von selbst in eine derartige Hochdruckumgebung nicht kontinuierlich zugeführt werden. Der Grund dafür ist, dass die Zufuhr 22 der zweiten Stufe besonders angepasst ist, um eine grobkörnige und engere Partikelgrößenverteilung (PSD2) als die Zufuhr 21 der ersten Stufe aufzuweisen, um von der viel längeren Verweildauer des Regenbett-Reaktorsystems 16 einen Vorteil zu ziehen. Die längere Verweildauer ermöglicht, dass die für die Vorbereitung der Zufuhr 22 der zweiten Stufe erforderliche Mahl- und Trocknungsenergie, verglichen mit jener, die für die Zufuhr 21 der ersten Stufe erforderlich ist, wesentlich reduziert wird. Der Nachteil dieser grobkörnigeren und engeren PSD2 der Zufuhr 22 der zweiten Stufe ist derjenige, dass es viele große Zwischenräume zwischen den Partikeln geben kann. Wenn sie von selbst durch die Festkörperpumpe 94 zugeführt würde, würde die Zufuhr 22 der zweiten Stufe eine signifikante Gasleckage von dem Regenbett-Reaktorsystem 16 zurück zu dem Einlass der Pumpe 94 über die großen, miteinander verbundenen Zwischenräume zwischen Partikeln erlauben. Die Festkörperpumpe 94 wäre somit nicht in der Lage, die erforderliche Druckdifferenz zwischen ihrem Einlass und ihrem Auslass zu entwickeln, die benötigt wird, um die Zufuhr 22 der zweiten Stufe in den Regenbett-Reaktor 98 hinein mit Druck zu beaufschlagen. Wenn sie jedoch mit der Zufuhr 21 der ersten Stufe kombiniert wird, füllen die feineren Partikel der Zufuhr der ersten Stufe die Zwischenräume zwischen den gröberen Partikeln der Zufuhr 22 der zweiten Stufe, so dass eine Säule von Partikeln sehr geringer Porosität der kombinierten Zufuhr 44 durch die Festkörperpumpe 94 transportiert wird. Diese Säule von eng gepackten Partikeln geringer Porosität von den Zufuhren sowohl von der ersten als auch von der zweiten Stufe kann einem sehr hohen Druckgradienten zwischen der Ansaugseite und der Ausstoßseite der Pumpe 94 standhalten, weil das Gas hohen Drucks in dem Regenbett-Reaktor 98 sehr wenige und sehr winzige Durchgangswege durch die kombinierte Zufuhr 44 aufweist, durch die es zurück in die Ansaugsseite der Pumpe 94 lecken kann. Somit kann durch ein Kombinieren (z.B. gründliches Vermischen) der Zufuhr 22 der zweiten Stufe mit der Zufuhr 21 der ersten Stufe die Zufuhr der zweiten Stufe in den Hochdruck-Regenbett-Reaktor 98 kontinuierlich zugeführt werden. Ein zusätzlicher Vorteil der Kombination der Zufuhr 22 der zweiten Stufe mit der Zufuhr 21 der ersten Stufe ist, dass sowohl dem Vergaser 12 als auch dem Regenbett-Reaktorsystem 16 (sowohl erste als auch zweite Vergasungsstufen) unter Verwendung lediglich einer Hochdruckfestkörperpumpe 94 eine mit Druck beaufschlagte Zufuhr gleichzeitig zugeführt werden kann.
  • Zurückkehrend zu 2 führt die zweite Zufuhreinspritzvorrichtung 184 die kombinierte Zufuhr 20 der ersten Stufe und der zweiten Stufe der Abschlämmungszone 47 des Regenbett-Reaktors 98 zu. Während sie in der Abschlämmungszone 47 sind, werden die kleineren und weniger dichten Partikel in der kombinierten Zufuhr 20 (z.B. jene von der Zufuhr 21 der ersten Stufe) von den größeren und dichteren Partikeln (z.B. jenen von der Zufuhr 22 der zweiten Stufe) durch einen nach oben gerichteten Strom des Regenbett-Reaktor-Rohproduktsynthesegases 236 aerodynamisch getrennt. (Das Rohproduktsynthesegas 236 ist eine Kombination aus dem vierten Synthesegasanteil 52, der in die Unterseite des Wirbelbett-Reaktors 51 über eine Öffnung 162 einströmt, dem zusätzlichen Synthesegas, das innerhalb des Regenbett-Reaktorsystems 16 als Ergebnis der Vergasung der Zufuhr 22 der zweiten Stufe und der teilweise reagierten Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe erzeugt wird. Das Synthesegas ist „roh“ in dem Sinne, dass es noch nicht gesäubert worden ist, um Feststoffe zu entfernen.) Wenn beispielsweise eine Strömungsgeschwindigkeit des Rohproduktsynthesegases 236 des Regenbett-Reaktors innerhalb der Abschlämmungszone 47 größer als eine Endgeschwindigkeit der kleineren Partikel und niedriger als eine Endgeschwindigkeit der größeren Partikel ist, werden die kleineren (z.B. die feinen) Partikel nach oben (z.B. in Richtung eines Ausgangs 232 der Abschlämmungszone 47) bewegt, und die größeren (z.B. grobkörnigen) Partikel bewegen sich nach unten (z.B. durch Gravitation) mit einer Rate, die durch einen Strömungswiderstand reduziert ist, der sich als Folge des nach oben gerichteten Stroms des Regenbett-Reaktor-Rohproduktsynthesegases 236 ergibt. Eine Trennung der feinen und groben Partikel der kombinierten Zufuhr 20 innerhalb der Abschlämmungszone 47 ermöglicht die Verwendung einer einzigen Festkörperpumpe 94, um gleichzeitig einen mit Druck beaufschlagten Brennstoff (z.B. die Zufuhr 21 der ersten Stufe und die Zufuhr 22 der zweiten Stufe) zu getrennten Reaktoren (z.B. dem Vergaser 12 und dem Regenbett-Reaktorsystem 16) zu liefern, wobei der Brennstoff, der jedem Reaktor zugeführt wird, für die Betriebseigenschaften dieses Reaktors speziell angepasst ist.
  • Die feinen Partikel von der Zufuhr 21 der ersten Stufe schlämmen von der kombinierten Zufuhr 20 aus und strömen parallel (im Gleichstrom) mit dem Rohproduktsynthesegas 236 der zweiten Stufe. In ähnlicher Weise strömen teilweise reagierte Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe, die durch den aus der Reaktion resultierenden Verlust an Masse und Durchmesser hinreichend klein geworden sind, um durch den Ausgang 232 der Abschlämmungszone 47 hinaus mitgeführt zu werden, ebenfalls parallel mit dem Rohproduktsynthesegas 236. Das Rohproduktsynthesegas 236 der zweiten Stufe strömt in einen Gas-Festkörper-Trennabschnitt 150 hinein und trägt die feinen Partikel der Zufuhr 21 der ersten Stufe und die teilweise reagierten Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe mit sich. Der Gas-Festkörper-Trennabschnitt 150 enthält eine Reihe von Trennungsvorrichtungen (z.B. Zyklone, Filter oder jegliche andere geeignete Trennvorrichtungen), die all die bis dahin nicht reagierten feinen Partikel, die die Zufuhr 21 der ersten Stufe umfassen, zuzüglich der feinen und mittelgroßen teilweise reagierten Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe, welche den Regenbett-Reaktor 98 verlassen, von dem Rohproduktsynthesegas 236 der zweiten Stufe trennen, um das endgültige Produktsynthesegas 24 zu erzeugen, das im Wesentlichen frei von Partikeln ist. Der Gas-Festkörper-Trennabschnitt 150 enthält beispielsweise einen ersten Zyklon 246, der eingerichtet ist, um mittelgroße teilweise reagierte Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe für die Rückkehr zu dem Wirbelbett-Reaktor 51 über die Regenbett-Reaktor-Rückschleife 53 zu entfernen, und einen zweiten Zyklon 248, der eingerichtet ist, um nicht reagierte Partikel der Zufuhr 21 der ersten Stufe und feine teilweise reagierte Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe zu entfernen, um das Rohproduktsynthesegas 236 der zweiten Stufe zu säubern und ein partikelfreies Produktsynthesegas 24 zu erzeugen. Außerdem enthält der Gas-Festkörper-Trennabschnitt 150 in bestimmten Ausführungsformen einen Filter 250, der jegliche verbleibende feine Partikel auffangen kann (z.B. nicht reagierte Partikel der Zufuhr 21 der ersten Stufe und teilweise reagierte Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe), die in den Zyklonen 246, 248 nicht entfernt werden konnten, wodurch ein im Wesentlichen partikelfreies Produktsynthesegas 24 sichergestellt wird. Nicht beschränkende Beispiele des Filters 250 können Keramikkerzenfilter, Keramikkreuzstromfilter, Sintermetallkerzenfilter, Schüttschichtfilter oder eine beliebige andere geeignete Filtervorrichtung enthalten, die eingerichtet ist, um als ein Filter mit absoluter Barriere zu funktionieren, das in der Lage ist, im Wesentlichen alle verbleibenden Partikel aus dem Produktsynthesegas 24 zu entfernen. Obwohl nicht gezeigt, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass der Filter 250 einen oder mehrere Ströme eines rückpulsierenden Gases, wie etwa Stickstoff oder Kohlendioxid, einsetzen kann, um periodisch den Kuchen aus gefilterten Feststoffteilchen zu entfernen, der sich im Laufe der Zeit an stromaufwärtigen Oberflächen der Filterelemente ansammelt. Die mittelgroßen teilweise reagierten Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe aus dem ersten Zyklon 246 werden zu dem Reaktor 98 für eine weitere Vergasung über eine Regenbett-Reaktor-Rückführungsschleife 53 zurückgeführt. In ähnlicher Weise werden die feinen teilweise reagierten Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe und die bis dahin noch nicht reagierten Partikel der Zufuhr 21 der ersten Stufe, die in dem zweiten Zyklon 248 und dem Filter 250 getrennt werden, zu dem Vergaserzufuhr-Dosierungs- und -zuführungssystem 23 geleitet und über die erste Zufuhreinspritzvorrichtung 108 dem Vergaser 12 als die kombinierte Zufuhr 25 der ersten Stufe zugeführt.
  • Das Vergaserzufuhrsystem 23 enthält einen Festkörperpumpenzufuhrbehälter 92 und eine Festkörperpumpe 90. Der Festkörperpumpenzufuhrbehälter 92 nimmt die kombinierte Zufuhr 25 der ersten Stufe, die die Partikel der Zufuhr 21 der ersten Stufe und extensiv reagierte Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe umfasst, von denen beide aus dem Rohproduktsynthesegas 236 der zweiten Stufe durch den zweiten Zyklon 246 und den Filter 248 getrennt werden, auf. Durch die Art und Weise, wie Zyklonen arbeiten, liefert der Zyklon 248 dem Festkörperpumpenzufuhrbehälter 92 einen beständigen Partikelstrom. Die durch den Filter 250 entfernten Partikel strömen jedoch zu dem Zufuhrbehälter 92 über eine Leitung 25 in Impulsen, die jedes Mal erzeugt werden, wenn der Filter 250 mit Gas rückgepulst wird, um einen angesammelten Filterkuchen von den stromaufwärtigen Oberflächen der Filterelemente zu entfernen. Der Festkörperpumpenzufuhrbehälter 92 dient somit als ein Ausgleichsvolumen, das den Strom der Feststoffe aus dem Zyklon 248 und dem Filter 250 glättet und einen beständigen Strom von Feststoffteilchen dem Einlass der Festkörperpumpe 90 bereitstellt. Die Vergaser-Zufuhrdosierungsfestkörperpumpe 90, die mit dem Vergaser 12 verbunden ist, unterscheidet sich von der Kombinationszufuhr-Druckbeaufschlagungs- und Dosierungsfestkörperpumpe 94, die mit der Oberseite des Regenbett-Reaktors 98 verbunden ist. Während die Festkörperpumpe 94 das frische, kombinierte Ausgangsmaterial 20 sowohl mit Druck beaufschlagt als auch dieses in die Oberseite des Regenbett-Reaktors 98 hinein dosiert, dosiert die Vergaser-Zufuhrdosierungsfestkörperpumpe 90 primär die Zufuhr 21 der ersten Stufe in den Vergaser 12 hinein, während sie lediglich so viel Druckbeaufschlagung bereitstellt, wie benötigt wird, um die Feststoffe, die durch den zweiten Zyklon 248 und den Barrierefilter 250 aufgefangen werden, in den Vergaser 12 hinein zu transportieren. Die kombinierte Vergaserzufuhr 25, die nicht reagierte Partikel der Zufuhr 21 der ersten Stufe plus die partiell (extensiv) reagierten Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe aufweist, welche aus dem rohen Synthesegas 236 der zweiten Stufe entfernt wurden, werden durch die erste Festkörperpumpe 90 in eine Mischvorrichtung 112 hinein unmittelbar stromaufwärts der Vergaserzufuhreinspritzvorrichtung 108 dosiert. In der Mischvorrichtung 112 wird die kombinierte Vergaserzufuhr 25 mit einem Strom des Trägergases 54 vermischt und über die Vergaserzufuhreinspritzvorrichtung 108 in die Oberseite des Vergasers hinein befördert. Das Trägergas kann Stickstoff (N2), Kohlendioxid (CO2), Erdgas (NG), Synthesegas, ein Moderator für Vergasungstemperatur, wie etwa Dampf, oder ein anderes Prozessgas, das zur Verwendung bei der Beförderung von Kohlepartikeln geeignet ist, sein. Hochreiner Sauerstoff 60 wird durch einen separaten Kanal innerhalb der Vergaserzufuhreinspritzvorrichtung 108 geleitet. An der Ausgangsebene der Vergaserzufuhreinspritzvorrichtung 108 ist die Geometrie der Vergaserzufuhreinspritzvorrichtung eingerichtet, um den Sauerstoff und die pneumatisch beförderte Feinstaubzufuhr gründlich zu vermischen und in die Oberseite der Vergaserreaktionskammer 13 hinein einzuspritzen. Innerhalb der Reaktionskammer reagieren der Sauerstoff 60, das Trägergas 54 und die Feinstaubzufuhr 20 bei hoher Temperatur und hohem Druck, um das erste Synthesegas 14 zu erzeugen. Das heiße, rohe Synthesegas der ersten Stufe wird dann von Partikeln zuerst in der Sammelkammer 63 und dann in dem Schlacken-Knockouttopf 18 gereinigt, bevor es in die Unterseite des Wirbelbett-Reaktors 51 einströmt.
  • Eine Strömungsumlenkungsvorrichtung 264 in dem Regenbett-Reaktor-Zufuhr-Druckbeaufschlagungs- und Zuführungssystem 45 kann während eines Anlaufs einen Strom der Zufuhr 21 der ersten Stufe zu dem Zufuhr- und Dosierungssystem 23 leiten. Beispielsweise während eines Anlaufs des Vergasungssystems 10 wird dem Regenbett-Reaktorsystem 16 die kombinierte Zufuhr 20 der ersten Stufe und der zweiten Stufe nicht zugeführt, weil der Vergaser 12 das erste Synthesegas 14 nicht erzeugt hat, das verwendet wird, um die Vergasung der Zufuhr 20 der zweiten Stufe in dem Regenbett-Reaktorsystem 16 anzutreiben. Deshalb kann ein Strom der Zufuhr 21 der ersten Stufe umgeleitet werden, um das Regenbett-Reaktorsystem 16 zu umgehen, so dass er vom dem Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystem 19 direkt zu dem Vergaser 12 strömt, anstatt durch die Abschlämmungszone 47 und den Gas-Festkörper-Trennabschnitt 150 hindurch zu strömen, bevor er in den Vergaser 12 einströmt. Der Strom der Zufuhr 21 der ersten Stufe kann fortlaufend über die Strömungsumlenkungsvorrichtung 264 umgeleitet werden, bis eine ausreichende Strömungsrate des ersten Synthesegases 14 erzeugt wird, so dass das Regenbett-Reaktorsystem 16 ordentlich betrieben werden kann. Während eines Anlaufs arbeiten beide Festkörperpumpen 90, 94 bei ungefähr dem atmosphärischen Druck. Wenn einmal die Zufuhr 21 der ersten Stufe in dem Vergaser 12 vergast ist, um das erste Synthesegas 14 zu erzeugen, bleibt ein Gegendrucksteuerventil 266, das in einem automatischen Steuermodus betrieben werden kann, geschlossen, um zu ermöglichen, dass sich im gesamten Vergasungssystem 10 Druck aufbaut. Während sich der Druck innerhalb des Vergasungssystems 10 aufbaut, steigt auch der Differentialdruck an, der durch die zweite Festkörperpumpe 94 erzeugt wird, um sicherzustellen, dass die Zufuhr 21 der ersten Stufe fortlaufend zu dem Vergaser 12 strömt. Da sich die zweite Festkörperpumpe 94 wie eine Pumpe der Verdrängungsbauart verhält, wird sie ihre Fähigkeit beibehalten, Festkörper mit Druck zu beaufschlagen und in das Vergasungssystem 10 hinein zu dosieren, sogar wenn sich der Druck in dem Vergasungssystem 10 auf seinen normalen Betriebswert erhöht.
  • Als Teil des Anlaufprozesses wird der erste Festkörperpumpenzufuhrbehälter 92 anfänglich mit der Zufuhr 21 der ersten Stufe gefüllt, so dass es später während des Anlaufprozesses genügend Reservevolumen der Zufuhr 21 der ersten Stufe in dem Zufuhrbehälter 92 gibt, um die Zuführung zu dem Vergaser 12 fortzusetzen, während die Position der Strömungsumlenkungsvorrichtung 264 geändert wird, um den Strom der Zufuhr 21 der ersten Stufe von dem Zufuhrbehälter 92 zu der Abschlämmungszone 47 umzulenken. Zusätzlich zum Einräumen ausreichender Zeit für die Änderung der Position der Strömungsumlenkungsvorrichtung 264, räumt das Reservevolumen auch Zeit ein, damit die Zufuhr 21 der ersten Stufe durch die zweite Zufuhreinspritzvorrichtung 184, die Abschlämmungszone 47 und den Grobkorn-Festkörperzyklon 246 strömen kann, um durch den Zyklon 248 für entwichene Festkörper und den Filter 250 aufgefangen zu werden und von dem Zyklon für entwichene Festkörper und dem Filter zu dem Zufuhrbehälter 92 zu strömen. Wenn das Vergasungssystem 10 bis zu seinem normal Betriebsdruck mit Druck beaufschlagt wird, wird somit die Position der Strömungsumlenkungsvorrichtung 264 geändert, um den Strom der Zufuhr 21 der ersten Stufe von dem Zufuhrbehälter 92 zu der Abschlämmungszone 47 zu lenken. Wenn einmal der Strom der aufgefangenen Partikel der Zufuhr 21 der ersten Stufe von dem Zyklon 248 für entwichene Festkörper und dem Filter 250 zu dem Zufuhrbehälter 92 aufgebaut ist, kann der Vergaser 12 den Betrieb beim normalen Betriebsdruck des Vergasungssystems 10 fortsetzen. Man beachte, dass wenn der normale Betriebsdruck des Vergasungssystems 10 einmal erreicht worden ist, das Gegendrucksteuerventil 266, welches im automatischen Steuermodus betrieben werden kann, damit beginnen kann, den Strom des Produktsynthesegases 24, der das Regenbett-Reaktorsystem 16 verlässt, zu öffnen und zu steuern, um den normalen Betriebsdruck des Vergasungssystems 10 beizubehalten. Wenn einmal der normale Betriebsdruck des Vergasungssystems 10 erreicht worden ist und der normale Betriebsstrompfad der Zufuhr 21 der ersten Stufe aufgebaut worden ist (z.B. von der Festkörperpumpe 94 zur Zufuhreinspritzvorrichtung 184, zur Abschlämmungszone 47, zu den Zyklonen 246, 248 und zu dem Filter 250 und schließlich zu dem Zufuhrbehälter 92), kann der Betrieb des Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystems 19 geändert werden, um mit der Einführung der Zufuhr 22 der zweiten Stufe in das Zufuhrkombinations- und -packungssystem 38 und in das Druckbeaufschlagungs- und Zuführungssystem 45 hinein zu beginnen. Die Zufuhrraten sowohl der Zufuhr 21 der ersten Stufe als auch der Zufuhr 22 der zweiten Stufe erhöhen sich ebenfalls langsam von ihren Anlaufwerten (Null für die Zufuhr 22 der zweiten Stufe) bis zu ihren normalen Betriebswerten. Wenn einmal das Vergasungssystem 10 seinen normalen Betriebsdruck erreicht hat, ist das normale Betriebsverhältnis der Strömungsrate der Zufuhr 21 der ersten Stufe zu der Strömungsrate der Zufuhr 22 der zweiten Stufe erreicht worden, und die normalen Betriebsströmungsraten sowohl der Zufuhr 21 der ersten Stufe als auch der Zufuhr 22 der zweiten Stufe sind erreicht worden, und das Vergasungssystem 10 ist angelaufen. Selbstverständlich werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass während die vorstehenden Betriebsziele erreicht sind, die Strömungsraten von Sauerstoff 60 und Trägergas 54 und in einigen Ausführungsformen des Vergasermoderators 61 (entweder Dampf oder flüssiges Wasser) angemessen angepasst werden, um die erwünschte Betriebstemperatur des Vergasers 12 beizubehalten und das erste Synthesegas 14 mit der erwünschten Zusammensetzung zu erzeugen.
  • Wie vorstehend erläutert, mahlt und trocknet das Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystem 19 das Ausgangsmaterial 26, um die Zufuhr 21 der ersten Stufe, die Zufuhr 22 der zweiten Stufe und die kombinierte Zufuhr 44 der ersten Stufe und der zweiten Stufe zu erzeugen. Das Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystem 19 enthält eine Anzahl von Einheiten – die Zufuhrmahleinheit 28 der zweiten Stufe, die Zufuhrmahleinheit 34 der ersten Stufe und in einigen Ausführungsformen die Zufuhrtrocknungseinheit 284 der zweiten Stufe und/oder die Zufuhrtrocknungseinheit 42 der ersten Stufe – welche gemeinsam als die Mahl- und Trocknungsabschnitte 196 bezeichnet werden. Zusätzlich zu den Einheiten, die die Mahl- und Trocknungsabschnitte 196 umfassen, enthält das Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystem 19 auch das Zufuhrkombinations- und -packungssystem 38, welches die zwei Zufuhren in dem geeigneten Verhältnis kombiniert, die zwei Zufuhren vermischt, um sicherzustellen, dass die groben Partikel der Zufuhr der zweiten Stufe über die gesamten feinen Partikel der Zufuhr der ersten Stufe gut und gleichmäßig verteilt sind und packt die feinen Partikel der Zufuhr der ersten Stufe und die grobkörnigen Partikel der Zufuhr der zweiten Stufe zusammen, so dass Leerräume zwischen Partikeln minimiert sind, um die Fähigkeit der ersten Festkörperpumpe 94 zu unterstützen, die geforderte Druckdifferenz vom Ansaugen bis zum Ausstoßen zu entwickeln. Das endgültige System des Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystems 19 – das Druckbeaufschlagungs- und Zuführungssystem 45 – nimmt die kombinierte Zufuhr 22 der ersten Stufe und der zweiten Stufe und beaufschlagt sie mit Druck und dosiert sie in den Regenbett-Reaktor 98 hinein. 6–13 veranschaulichen einige Konfigurationen für den Mahl- und Trocknungsabschnitt 196 des Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystems 19. In 6–8 enthält der Mahl- und Trocknungsabschnitt 196 beispielsweise die Trocknungsvorrichtung 42 der Zufuhr der ersten Stufe, die mit der Mahleinheit 34 der ersten Stufe gekoppelt ist, und eine Zufuhrtrocknungsvorrichtung 284 der zweiten Stufe, die mit der Mahleinheit 28 der zweiten Stufe gekoppelt ist. Das Aufnehmen der Zufuhrtrocknungsvorrichtung 284 der zweiten Stufe kann in Ausführungsformen erwünscht sein, bei denen zusätzliche Trocknung der Zufuhr 22 der zweiten Stufe erwünscht ist, um den Wassergehalt in dem gesamten Vergasungssystem 10 zu reduzieren, wodurch die Energieanforderung für die Vergasung der Zufuhr 22 der zweiten Stufe in dem Reaktor 98 gesenkt wird. In der in 6 veranschaulichten Ausführungsform nimmt jede Mahleinheit 28, 34 das Ausgangsmaterial 26 von einem Ausgangsmaterialstapel/-vorrat 286 auf und leitet das gemahlene Ausgangsmaterial (z.B. die Zufuhr der ersten Stufe 271 und die Zufuhr der zweiten Stufe 30) der jeweiligen Zufuhrtrocknungsvorrichtung 42, 284 zu. In anderen Ausführungsformen nimmt die Mahleinheit 34 der ersten Stufe nicht das Ausgangsmaterial 26 von dem Ausgangsmaterialstapel 286 auf, vielmehr nimmt die Mahleinheit 34 der ersten Stufe den ersten Ausgangsmaterialteil 32 von entweder der Mahleinheit 34 der zweiten Stufe, wie in 7 veranschaulicht, oder von der Trocknungsvorrichtung 284 der zweiten Stufe auf, wie in 8 veranschaulichten.
  • In Ausführungsformen, bei denen die Mahleinheiten 28 und 34 der ersten bzw. zweiten Stufe das Ausgangsmaterial 26 von dem Ausgangsmaterialstapel 286 aufnehmen, kann das Ausgangsmaterial 26, das den Mahleinheiten 28, 34 zugeführt wird, das gleiche oder unterschiedlich sein. Eine Mahleinheit 28, 34 kann beispielsweise Erdölkoks/Kohle aufnehmen, und die andere Mahleinheit 28, 34 kann Biomasse aufnehmen. Das unterschiedliche Ausgangsmaterial 26 kann in getrennten Ausgangsmaterialstapeln 286 enthalten sein, die eingerichtet sind, um das Ausgangsmaterial 26 der jeweiligen Mahleinheit 28, 34 zuzuführen, oder es kann in einem Ausgangsmaterialstapel 286 kombiniert werden.
  • In alternativen Ausführungsformen, wie etwa jenen, die in 9–12 veranschaulicht sind, enthält der Mahl- und Trocknungsabschnitt 196 keine Zufuhrtrocknungsvorrichtung 284 der zweiten Stufe. In diesen bestimmten Ausführungsformen nimmt die Mahleinheit 34 der ersten Stufe entweder das Ausgangsmaterial 26 (siehe 9 und 11) von einem Ausgangsmaterialstapel 286 (z.B. Speicherbehälter) oder eine gemahlene Zufuhr (z.B. den ersten Zufuhrteil 32) von dem Mahlsystem 28 der zweiten Stufe (siehe 10 und 12) auf. Die Mahleinheit 34 der ersten Stufe kann die fein gemahlene Zufuhr (z.B. die Zufuhr der ersten Stufe 271) der Zufuhrtrocknungsvorrichtung 284 der ersten Stufe, wie in 9 und 10 veranschaulicht, oder direkt dem Zufuhrkombinations- und -packungssystem 38, wie in 11 und 12 veranschaulicht, zuführen. In bestimmten Ausführungsformen enthält der Mahl- und Trocknungsabschnitt 196 die Zufuhrtrocknungsvorrichtung 284 der zweiten Stufe und enthält nicht die Zufuhrtrocknungsvorrichtung 42 der ersten Stufe, wie in 13 veranschaulicht. In dieser bestimmten Ausführungsform nimmt die Mahleinheit 28 der zweiten Stufe das Ausgangsmaterial 26 von dem Ausgangsmaterialstapel 286 auf, mahlt das Ausgangsmaterial 26, um die Zufuhr 30 der zweiten Stufe zu erzeugen, und leitet die Zufuhr 30 der zweiten Stufe der Zufuhrtrocknungsvorrichtung 284 der zweiten Stufe zu. Die Zufuhrtrocknungsvorrichtung 284 der zweiten Stufe ist eingerichtet, um den ersten Zufuhrteil 32 zu der Mahleinheit 34 der ersten Stufe und den zweiten Zufuhrteil 22 zu dem Zufuhrkombinations- und -packungssystem 38 zu lenken. Konfigurationen für den Mahl- und Trocknungsabschnitt 196, der der Mahleinheit 34 der ersten Stufe den ersten Zufuhrteil 32, der in der Mahleinheit 28 der zweiten Stufe erzeugt wird, zuführt, können kosteneffektiver sein als Konfigurationen, bei denen die Mahleinheit 34 der ersten Stufe das Ausgangsmaterial 26 direkt von dem Ausgangsmaterialstapel 286 aufnimmt. Dies ist teilweise darauf zurückzuführen, dass das Ausgangsmaterial 26 in der Mahleinheit 28 der zweiten Stufe grob gemahlen wird. Als solche kann die Mahlenergieanforderung für feines Mahlen des Ausgangsmaterials (z.B. des ersten Zufuhrteils 32) in der Mahleinheit 34 der ersten Stufe gesenkt werden.
  • In anderen alternativen Ausführungsformen, kann das Vergasungssystem 10 die Mahleinheit 34 der ersten Stufe umgehen oder diese nicht enthalten. Vielmehr kann die Zufuhr 21 der ersten Stufe von einer Ausgangsmaterialquelle direkt dem Vergaser 12 und dem Zufuhrkombinations- und -packungssystem 38 zugeführt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Zufuhr 21 der ersten Stufe beispielsweise fluider Erdölkoks oder jedes andere geeignete Ausgangsmaterial sein, das eine feine PSD (z.B. PSD1) aufweist, das für eine Vergasung in dem Vergaser 12 geeignet ist. Als solcher kann der fluide Erdölkoks während eines Anlaufs ohne ein Mahlen in der Mahleinheit 34 der ersten Stufe direkt in den Vergaser 12 hinein zugeführt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann der fluide Erdölkoks der Zufuhrtrocknungsvorrichtung 284 der zweiten Stufe zugeführt werden (z.B. wenn der Erdölkoks eine Trocknung vor der Zuführung zu dem Reaktor 98 erfordert). In ähnlicher Weise kann die Mahleinheit 28 der zweiten Stufe umgangen oder weggelassen werden. In Ausführungsformen, in denen beispielsweise die Zufuhr der zweiten Stufe 30 eine Biomassenzufuhr ist, die bereits eine grobkörnige PSD (z.B. die PSD2) aufweist, ist diese zur Verwendung als eine Zufuhr 22 der zweiten Stufe zu dem Regenbett-Reaktorsystem 16 geeignet.
  • Wie beachtet werden sollte, kann der Mahl- und Trocknungsabschnitt 196 andere Materialien als das Ausgangsmaterial 26 aufnehmen. Der Mahl- und Trocknungsabschnitt 196 kann beispielsweise Additive, wie etwa ein Schlackenadditiv oder ein beliebiges andere erwünschte Additiv, aufnehmen, das auf die erwünschte PSD gemahlen werden kann. Das Additiv kann mit der Zufuhr 21 der ersten Stufe, der Zufuhr 22 der zweiten Stufe oder deren Kombination vermischt werden. In Ausführungsformen, in denen das Additiv fein gemahlen und mit der Zufuhr 21 der ersten Stufe, der Zufuhr 22 der zweiten Stufe oder der kombinierten Zufuhr 44 der ersten Stufe und der zweiten Stufe vermischt wird, kann das Additiv mit dem Rohproduktsynthesegas 236 der zweiten Stufe aufschlämmen und kann in dem Gas-Festkörper-Trennabschnitt 150 wiedergewonnen werden. Das wiedergewonnene Additiv kann, wie vorstehend beschrieben, zusammen mit der kombinierten Zufuhr der ersten Stufe 25 dem Vergaser 12 zugeführt werden.
  • 14 ist ein schematisches Diagramm, das einen Strom von Zufuhrpartikeln in das Regenbett-Reaktorsystem 16 hinein und von reagierenden Partikeln durch das Regenbett-Reaktorsystem 16 hindurch, welches eingerichtet ist, um die Zufuhr 22 der zweiten Stufe zu vergasen und die Zufuhr 21 der ersten Stufe zu dem Vergaser 12 zu leiten, veranschaulicht. Wie vorstehend erläutert, enthält das Regenbett-Reaktorsystem 16, welches unmittelbar stromabwärts von dem Feststoffabscheidungssystem 18 angeordnet ist, den Regenbett-Reaktor 98 und den Gas-Festkörper-Trennabschnitt 150. Während eines Betriebs des Vergasungssystems 10 führt die zweite Zufuhreinspritzvorrichtung 184 die kombinierte Zufuhr 20 der ersten Stufe und der zweiten Stufe der Abschlämmungszone 47 des Reaktors 98 zu. In der Abschlämmungszone 47 trennt sich die Zufuhr 21 der ersten Stufe von der Zufuhr 22 der zweiten Stufe auf der Basis einer Größe und Dichte der Partikel. Beispielsweise strömen in der veranschaulichten Ausführungsform die Partikel 290 der Zufuhr der zweite Stufe von der zweiten Zufuhreinspritzvorrichtung 184 nach unten in die verjüngte Regenbett-Reaktorsäule 40 hinein und strömen dann weiter nach unten in den Wirbelbett-Reaktor 51 hinein. Während der Abwärtsströmung nehmen die Partikel 290 der Zufuhr der zweiten Stufe thermische Energie (z.B. Wärme) von dem vierten Synthesegasanteil 52 auf, der in eine entgegengesetzte Richtung (z.B. im Gegenstrom) strömt. Das heißt, der vierte Synthesegasanteil 52 strömt nach oben gerichtet von dem Feststoffabscheidungssystem 18 in Richtung der Abschlämmungszone 47. Wie man beachten sollte, wird der vierte Synthesegasanteil 52 nicht abgeschreckt, bevor er in den Reaktor 98 einströmt. Deshalb liefert der vierte Synthesegasanteil 52 ausreichende thermische Energie, um Partikel 290 der Zufuhr der zweiten Stufe vorzuwärmen, zu trocknen (z.B. innere Feuchtigkeit freizusetzen), zu entgasen, zu pyrolisieren und zu vergasen und zusätzliches Synthesegas innerhalb des Regenbett-Reaktors 98 zu erzeugen. Das zusätzliche Synthesegas vermischt sich mit dem vierten Synthesegasanteil 52 in dem Reaktor 98, um ein Rohproduktsynthesegas 236 der zweiten Stufe zu erzeugen, das den vierten Synthesegasanteil 52, das zusätzliche Synthesegas, das innerhalb des Regenbett-Reaktors 98 durch die Vergasung der Zufuhr 22 der zweiten Stufe erzeugt wird, plus teilweise reagierte Partikel der Zufuhr der zweiten Stufe, die schließlich ausreichend vergasen, so dass sie nach oben gerichtet und aus dem System heraus getragen werden, umfasst. Während das rohe Synthesegas 236 der zweiten Stufe nach oben gerichtet in Richtung der Abschlämmungszone 47 strömt, kühlt sich das Synthesegas 236 ab, während die Ausgangsmaterialpartikel 290 der zweiten Stufe die verjüngte Regenbett-Reaktorsäule 40 entlang herunterfallen (z.B. „abregnen“), wodurch sie die Vergasung der Ausgangsmaterialpartikel 290 der zweiten Stufe antreiben.
  • Während des Vergasungsprozesses in dem Regenbett-Reaktor 98 verlieren die Partikel 290 der Zufuhr der zweiten Stufe an Masse und werden weniger dicht, wodurch sie teilweise reagierte Ausgangsmaterialpartikel 292 erzeugen. In bestimmten Ausführungsformen verkleinern sich auch die Durchmesser der Ausgangsmaterialpartikel 290 der zweiten Stufe. Die Verkleinerung der Masse, Dichte und der Durchmesser der reagierenden Partikel 292 der Zufuhr der zweiten Stufe resultieren in einer, verglichen mit den Endgeschwindigkeiten der frischen Partikel 290 der Zufuhr der zweite Stufe, niedrigeren Endgeschwindigkeit der teilweise reagierten Zufuhrpartikel 292. (Der Mehrzahlbegriff „Geschwindigkeiten“ wird verwendet, weil die frischen 290 und reagierenden 292 Partikel der Zufuhr der zweiten Stufe durch eine Partikelgrößenverteilung PSD2 beschrieben werden.) Die sinkenden Endgeschwindigkeiten bewirken, dass sich die abregnenden Partikel 292 der Zufuhr der zweiten Stufe bei ihrem Absinken verlangsamen, wenn sie reagieren. Aber sie werden weiter verlangsamt, weil, während sie weiter der Länge der verjüngten Regenbett-Reaktorsäule 40 entlang nach unten absinken, sie auf niedrigere nach oben gerichtete Synthesegasgeschwindigkeiten und deshalb auf niedrigere nach oben gerichtete Schleppkräfte treffen. Der Grund für diese Reduzierung der Synthesegasgeschwindigkeit und die Reduzierung der nach oben gerichteten Schleppkraft, wenn man sich nach unten entlang der Länge der verjüngten Regenbett-Reaktorsäule 40 bewegt, ist, dass sich der Säulendurchmesser und deshalb die Säulenquerschnittsströmungsfläche erhöht, wenn man sich in der Richtung nach unten bewegt. Diese Vergrößerung des Durchmessers und der Querschnittsfläche und die resultierende Absenkung der Geschwindigkeit des nach oben gerichteten Synthesegases und der nach oben gerichteten Schleppkraft setzt sich fort, bis der Wirbelbett-Reaktor 51 erreicht worden ist und der Innendurchmesser konstant geworden ist. Während die reagierenden Partikel 292 der zweiten Stufe durch die verjüngte Säule 40 hindurch nach unten regnen, verlangsamen sie sich dramatisch als Ergebnis der Absenkung ihrer Endgeschwindigkeiten und der sich verringernden nach oben gerichteten Schleppkraft. Die kleinsten der Partikel 290 der Zufuhr der zweiten Stufe (z.B. jene am kleinen Ende der Partikel der Partikelgrößenverteilung PSD2) können sich vorerwärmen, trocknen, pyrolisieren und schnell genug reagieren und können genügend an Masse, Dichte und Durchmesser verlieren, so dass sie in der Lage sind, lediglich einen Teil des Weges nach unten entlang der verjüngten Regenbett-Reaktorsäule 40 fortzuschreiten, bevor sie umkehren und nach oben durch die Abschlämmungszone 47 hindurch und aus der Oberseite des Regenbett-Reaktors 98 heraus getragen werden.
  • Die meisten der Partikel 290 der Zufuhr der zweiten Stufe werden es jedoch den ganzen Weg nach unten bis zu dem Wirbelbett-Reaktor 51 als teilweise reagierte Partikel 292 der zweiten Stufe schaffen. Wenn sie einmal dort sind, werden die teilweise reagierten Partikel durch den Strahl hoher Geschwindigkeit des vierten Teils 52 des ersten Synthesegases 14, der in die Unterseite des Wirbelbetts durch die Unterseitenöffnung 162 einströmt, innerhalb des Wirbelbetts 293 in Schwebe gehalten (d.h. fluidisiert gehalten). Diese teilweise reagierten Wirbelbettpartikel 293 werden in dem Wirbelbett-Reaktor 51 verbleiben und werden eine Reaktion mit dem Synthesegas 52 fortsetzen, bis sie genügend Verlust an Masse, Dichte und Durchmesser erfahren, so dass das aufsteigende Synthesegas in der Lage ist, sie zurück nach oben durch die verjüngte Regenbett-Reaktorsäule 40 zu der Abschlämmungszone 47 (veranschaulicht durch Partikel 252) zu schleppen. Dort treffen sie mit den Partikeln der Zufuhr 21 der ersten Stufe zusammen, die wegen ihrer kleinen Größe den Kurs umkehren, sobald sie die zweite Zufuhreinspritzvorrichtung 184 verlassen und nach oben durch die Abschlämmungszone 47 hindurchtreten.
  • Wenn die einmal teilweise reagierten Zufuhrpartikel 292, 293 innerhalb des Wirbelbett-Reaktors 51 ausreichend reagiert haben, verringern sich die Masse, die Dichte und der Durchmesser der reagierten Zufuhrpartikel 292, 293 derart, dass das rohe Synthesegas 236 der zweiten Stufe in der Lage ist, die Partikel nach oben zu tragen. In der veranschaulichten Ausführungsform werden die Partikel 252 beispielsweise mit dem Synthesegas 236 mitgeführt und strömen nach oben gerichtet in Richtung der Abschlämmungszone 47 und in den Gas-Festkörper-Trennabschnitt 150 hinein. In bestimmten Ausführungsformen weisen die Partikel 252, trotz des Verlustes an Masse, Dichte und Durchmesser innerhalb des Wirbelbett-Reaktors 51 und der verjüngten Regenbett-Reaktorsäule 40, immer noch eine Masse, Dichte und einen Durchmesser auf, die größer als diejenigen der Ausgangsmaterialpartikel 294 der Zufuhr 21 der ersten Stufe sind. Dementsprechend fängt das Grobkornfestkörper-Trennsystem 49, das den ersten Zyklon 246 (z.B. den Grobkornfestkörper-Trennungszyklon) umfasst, die Partikel 252 auf, die eine Masse, Dichte und einen Durchmesser aufweisen, die größer als die Dichte der Partikel 294 in der Zufuhr 21 der ersten Stufe sind, und es bringt die Partikel 252 zurück zu dem Wirbelbett-Reaktor 51 über den Rückleitungszweig 53, der die Unterseite des ersten Zyklons 246 mit dem Wirbelbett-Reaktor 51 verbindet. Die umgewälzten Partikel 252 setzen dann die Aufnahme thermischer Energie von dem vierten Synthesegasanteil 52 fort und setzen die Vergasung in dem Wirbelbett-Reaktor 51 fort, wodurch sie zusätzliches Rohproduktsynthesegas 236 der zweiten Stufe erzeugen und weiteren Verlust an Masse, Dichte und Durchmesser erfahren.
  • Die Partikel 252 setzen die Rückführung durch den Reaktor 98, den ersten Zyklon 246 und den Rückleitungszweig 53 hindurch fort, bis die Masse, die Dichte und der Durchmesser der Partikel 252 ungefähr kleiner oder gleich der Masse, der Dichte und dem Durchmesser der Partikel 294 der Zufuhr 21 der ersten Stufe sind. Extensiv reagierte feine Partikeln 296 werden beispielsweise aus den Partikeln 252 erzeugt, die in einem oder mehreren Zyklen durch den Reaktor 98, den ersten Zyklon 246 und den Rückleitungszweig 53 wieder in Umlauf gebracht und einer Vergasung unterzogen worden sind. In ähnlicher Weise wie die Partikel 252 werden die feinen reagierten Partikel 296 durch das Synthesegas 236 nach oben getragen und strömen zusammen mit den Partikeln 294 der Zufuhr der ersten Stufe in den Gas-Festkörper-Trennabschnitt 150 hinein. Die Masse, die Dichte und der Durchmesser der extensiv reagierten feinen Partikel 296 und der Partikel 294 der Zufuhr der ersten Stufe sind derart, dass die Partikel 294, 296 in der Lage sind, durch den ersten Zyklon 246 hindurchzutreten und in die Leitung 298 einzuströmen, die den Kopfteil des ersten Zyklons 246 mit dem Einlass des zweiten Zyklons 248 verbindet. Deshalb werden die Partikel 294, 296 in dem ersten Zyklon 246 nicht aufgefangen, und sie strömen zusammen mit dem rohen Synthesegas 236 der zweiten Stufe in den zweiten Zyklon 248 (z.B. den Zyklon für entwichene Festkörper) hinein. Wie man beachten sollte, können Schlacke und Aschepartikel, die in dem Reaktor 98 als Ergebnis der Vergasung der Zufuhr 22 der zweiten Stufe erzeugt werden können, in dem Synthesegas 236 auch mitgeführt und in dem Trennabschnitt 50 für entwichene Festkörper, welcher den zweiten Zyklon 248 und den Filter 250 umfasst, von dem Synthesegas 236 getrennt werden.
  • Der zweite Zyklon 248 ist eingerichtet, um die Partikel 294, 296 aufzufangen und einen Strom der Partikel 294, 296 als kombinierte Zufuhr der ersten Stufe 25 zu dem Vergaserzufuhrund Dosierungssystem 23 zu leiten. In bestimmten Ausführungsformen kann möglicherweise ein Teil der Partikel 294 der Zufuhr der ersten Stufe, der extensiv reagierten feinen Partikel 296 oder einer Kombination von diesen in dem zweiten Zyklon 248 nicht aufgefangen werden. Dementsprechend ist der Filter 250 eingerichtet, um jegliche verbleibende Partikel 294, 296 aufzufangen, die möglicherweise in den Zyklonen 246, 258 von dem Synthesegas 236 nicht getrennt werden konnten. Auf diese Weise erzeugt das System 10 im Wesentlichen partikelfreies Produktsynthesegas 24. Die in dem Filter 250 aufgefangenen Partikel werden mit den Partikeln aus dem zweiten Zyklon 248 kombiniert und zu dem Vergaserzufuhr- und Dosierungssystem 23 geleitet. Der Strom der Partikel 294, 296 von dem zweiten Zyklon 248 und dem Filter 250 zu dem Vergaserzufuhr- und Dosierungssystem 23 kann durch Gravitation oder durch ein anderes Mittel, zum Beispiel einen gasgetriebenen Eduktor 316, erfolgen. Das Vergaserzufuhr- und Dosierungssystem 23 führt die Partikel 294, 296 dem Vergaser 12 zu. und die Partikel 294, 296 werden, wie vorstehend beschrieben, in der Reaktionskammer 13 vergast.
  • Die Konfiguration des Regenbett-Reaktorsystems 16 hat eine ausgedehnte Verweildauer der Zufuhr 22 der zweiten Stufe zur Folge, wodurch sie mehr Zeit für die Reaktion der größeren, massiveren Zufuhrpartikel 290, 292 bereitstellt. Beispielsweise haben die Einführung der kombinierten Zufuhr 20 der ersten Stufe und der zweiten Stufe an der Oberseite des Reaktors 98 bei einer niedrigen Geschwindigkeit, so dass die nach unten gerichtete Antriebskraft für die Zufuhr 22 der zweiten Stufe im Wesentlichen die Gravitation allein ist, und das Absenken der Geschwindigkeit der Ausgangsmaterialpartikel und des Gases mittels der Geometrie der verjüngten Regenbett-Reaktorsäule 40 eine Erhöhung der Verweildauer der Zufuhrpartikeln 290, 292, 293, 252, 296 in dem Reaktor 98 zur Folge. Wie nachstehend detaillierter unter Bezugnahme auf die 15–17 beschrieben, kann die geometrische Konfiguration der Komponenten des Regenbett-Reaktorsystems 16 (z.B. des Wirbelbett-Reaktors 51, der verjüngten Regenbett-Reaktorsäule 40, usw.) variiert werden, um die Verweildauer der Zufuhrpartikel 290, 292, 293, 252, 296 in dem Reaktor 98 derart anzupassen, dass die Zufuhrpartikel 290, 292, 293, 252, 296 ausreichend Zeit haben, ein erwünschtes Maß an Reaktion zu erreichen.
  • Zusätzlich zu der Erhöhung der Verweildauer der Zufuhrpartikel 290, 292, 293, 252, 296 innerhalb des Reaktors 98, erzeugt der Gegenstrom zwischen den Zufuhrpartikeln 290 und dem vierten Synthesegasanteil 52 relativ konstante, erhebliche Wärme- und Masseübertragungsgradienten zwischen den Partikeln 290 der Zufuhr der zweiten Stufe und dem Synthesegas 52, 236 entlang der gesamten Länge des Regenbett-Reaktors 98. Dies ist ein signifikanter Gegensatz zu einer Gleichstromkonfiguration, die sehr große Wärme- und Masseübertragungsgradienten an dem Einlass des Reaktors aufweist, die entlang der Länge des Reaktors schnell abnehmen. Somit dient die Gegenstromkonfiguration des Reaktors 98 dazu, die Effektivität der Rückgewinnung thermischer Energie aus dem Synthesegas 52, 236, die Effektivität der Übertagung von Masse zwischen den reagierenden Partikeln 290 der Zufuhr der zweiten Stufe und dem Synthesegas 52, 236 und die Effektivität der Umwandlung thermischer Energie in die chemische Energie erhöhter Strömungsrate des rohen Synthesegases 236 der zweiten Stufe zu erhöhen. (Man beachte, dass ein effektiverer Prozessschritt weniger Kontaktfläche und weniger Kontaktvolumen, d.h. eine kleinere, günstigere Gerätschaft, erfordert, um eine Übertragung thermischer Energie oder eine Übertragung von Masse zu erzielen, als ein weniger effektiverer Prozessschritt.) Diese erhöhte Effektivität bei der Umwandlung der Zufuhr 22 der zweiten Stufe in das Synthesegas reduziert die Menge an Ausgangsmaterial und an Vergasungsmittel 60, die durch das Vergasungssystem 10 verbraucht werden, um das Produktsynthesegas 24 zu erzeugen. Weil der Reaktor 98 in dem Regenbett-Reaktorsystem 16 eingerichtet ist, um trockene und große/grobkörnige Zufuhrpartikel (z.B. Partikel 22, 290 der Zufuhr der zweiten Stufe) aufzunehmen, wird darüber hinaus die erforderliche gesamte Mahl- und Trocknungsenergie und die Menge des überschüssigen Wassers, das dem Vergasungsprozess zugeführt wird, gesenkt. Dementsprechend können der Gesamtsynthesegasdurchsatz und die Vergasungseffizienz des Vergasungssystems erhöht werden.
  • 15–17 veranschaulichen nicht einschränkende Beispiele möglicher geometrischer Konfigurationen für den Regenbett-Reaktor 98, der einen Wirbelbett-Reaktor 51, die verjüngte Regenbett-Reaktorsäule 40 und eine Abschlämmungszone 47 umfasst. Eine Drehung der in 15–17 gezeigten zweidimensionalen geometrischen Profile um die vertikale Achse 188 herum definiert die dreidimensionale Innengeometrie jeder Konfiguration. Die verschiedenen Geometrien haben eine Auswirkung auf das Verhalten und die Leistung des Regenbett-Reaktors 98. In allen drei dieser Figuren ist der Wirbelbett-Reaktor 51 durch einen vertikalen Einlassdurchgang 162 mit kleinem Durchmesser, einen nach oben ausgerichteten Boden 300 und eine vertikale Wand 302 definiert; die verjüngte Regenbett-Reaktorsäule 40 ist durch eine nach unten ausgerichtete verjüngte Wand 304 definiert; und die Abschlämmungszone 47 ist durch den obersten Teil der verjüngten Wand 304 und einen vertikalen Auslassdurchgang 305 mit kleinem Durchmesser definiert, wie durch die eckige Klammer an der Oberseite jeder Figur angedeutet ist.
  • In allen drei in 15–17 gezeigten Fällen weisen die Wirbelbett-Reaktoren 51 Einlassdurchgänge 188 und vertikale Seitenwände 302 auf, die gleiche vertikale Länge und den gleichen Innendurchmesser aufweisen. Die Differenz in den drei Konfigurationen besteht in der Form des Bodens 300. In 15 weist der Boden 300 eine nach oben gerichtete konvexe Form auf. In 16 weist der Boden 300 eine nach oben gerichtete konkave Form auf. In 17 weist der Boden eine geradlinige Form auf, die unter einem Winkel 310 gegenüber der vertikalen Achse 188 ausgerichtet ist. Die Form des Bodens 302 wirkt sich darauf aus, wie der Strahl des Synthesegases (z.B. der vierte Teil des ersten Synthesegases 52), das durch den Einlassdurchgang 162 hindurch einströmt, mit dem Gas und den Festkörpern in dem Wirbelbett-Reaktor 51 wechselwirkt. In allen Fällen ist der Durchmesser des Einlassdurchgangs 162 klein genug gestaltet, so dass die Geschwindigkeit des Einlassstrahls die Endgeschwindigkeit der größten, dichtesten Partikel innerhalb der Zufuhr 22 der zweiten Stufe immer übersteigt. Dies stellt sicher, dass keine Partikel durch die Unterseite des Wirbelbetts über den Einlassdurchgang 162 entkommen können. In 16 erhöht der konkave Boden 300 abrupt die Strömungsquerschnittsfläche, die der Einlassstrahl hoher Geschwindigkeit (z.B. die zweite Zufuhreinspritzvorrichtung 184) erfährt, was das Rückführungsstrommuster innerhalb des Wirbelbetts maximiert, während Gas und Partikel von oben innerhalb des Strahls mitgeführt werden. Das durch den Einlassstrahl angetriebene Rückführungmuster fördert ein Rückvermischen innerhalb des Wirbelbett-Reaktors 51, was das Wirbelbett veranlasst, sich wie ein kontinuierlich gerührter Kesselreaktor (CSTR) zu verhalten. Dagegen erhöht der konvexe Boden 300 in 15 allmählich die Strömungsquerschnittsfläche, die der Einlassstrahl erfährt, was das Rückführungsstrommuster und das Rückvermischen minimiert und das Wirbelbett veranlasst, sich mehr wie ein Kolbenstromreaktor (PFR) zu verhalten. In 17 ist der Boden gerade, d.h. weder konvex noch konkav. Demzufolge würde man erwarten, dass das Verhalten und die Leistung des Wirbelbetts in 17 zwischen jenen des Wirbelbetts in 15 und denen in 16 ist. Die hohe Menge an Rückvermischungscharakteristik eines CSTR kann die Verweildauer einiger der kleineren Partikel erhöhen und kann für gleichmäßigere Temperaturen im gesamten Wirbelbett-Reaktor sorgen.
  • In allen drei in 15–17 gezeigten Fällen weisen die verjüngten Regenbett-Reaktorsäulen 40 den gleichen Einlassdurchmesser (aus der Perspektive der Richtung des Gasstroms), den gleichen Auslassdurchmesser und die gleiche vertikale Länge auf. Die Wand der verjüngten Säule 304 ist in 15 jedoch nach unten gerichtet. Die Wand der verjüngten Säule 304 in 16 ist konkav nach unten gerichtet. Und in 17 ist die Wand der verjüngten Säule 304 weder konvex noch konkav, sondern weist vielmehr eine gradlinige Form auf, die unter einem Winkel 312 zu der vertikalen Achse 188 ausgerichtet ist. Die Form der Wand 304 wirkt sich auf das Geschwindigkeitsprofil innerhalb der verjüngten Regenbett-Reaktorsäule 40 aus. Mit feststehenden und gleichen Synthesegasströmen, die sich durch jede der drei Säulen bewegen, haben kleinere Durchmesser höhere Gasgeschwindigkeiten zur Folge, während größere Durchmesser niedrigere Gasgeschwindigkeiten zur Folge haben. Somit wird sich die Form der Wand der verjüngten Säule 304 auf das Geschwindigkeitsprofil entlang der vertikalen Achse der Säule auswirken. In 15 zwingt die konvexe Wand das sich nach oben bewegende Gas in kleinere Querschnittsflächen des Stroms niedriger in der Säule im Vergleich zu der konkaven Wand in 16. Demzufolge wird das sich aufwärts bewegende Synthesegas in der Konfiguration der 15 früher (d.h. weiter unten in der Säule) als in der Konfiguration der 16 beginnen, zu beschleunigen; und die Rate, mit der sich die Beschleunigung erhöht, wird verglichen mit der 16 schneller. Dies bedeutet, dass die Konfiguration der 15 möglicherweise beim Aufsammeln teilweise reagierter Kohlepartikel aus der Oberseite des Wirbelbett-Reaktors 51 und beim Beschleunigen dieser zurück nach oben entlang der Regenbett-Reaktorsäule 40 effektiver sein kann. Mit anderen Worten wird die Konfiguration nach 15 beim Verhindern, dass kleinere Partikel in die verjüngte Regenbett-Reaktorsäule 40 einströmen und herunterregnen, effektiver. Dagegen wird die Konfiguration nach 16 eine viel allmählichere Verringerung der Gasgeschwindigkeit in Richtung des Synthesegasstroms aufweisen. Das bedeutet, dass sie dabei effektiver sein wird, kleineren Partikeln zu ermöglichen, in die verjüngte Säule einzuströmen, und sie kann auch längere Partikelverweildauern schaffen. Das größere Gesamtinnenvolumen dieser Konfiguration kann eine höhere Kapazität der Zufuhr 22 der zweiten Stufe ermöglichen. Die Konfiguration der 17 wird ein Geschwindigkeitsprofil und eine Leistung aufweisen, die zwischen denjenigen der Profile der 15 und 17 liegen.
  • Jede Abschlämmungszone umfasst einen konvergierenden Abschnitt, der durch einen der obersten Teile der verjüngten Wand 306 definiert ist, zuzüglich eines geraden Abschnitts, der durch den vertikalen Auslassdurchgang 163 mit kleinem Durchmesser definiert ist. Die geeignete Lage der Ausgangsebene der zweiten Zufuhreinspritzvorrichtung 184 innerhalb der Abschlämmungszone 47 wird durch die Ellipse 308 angegeben, die ungefähr in der Mitte jeder Zone angeordnet ist. Das aufsteigende Synthesegas beschleunigt, wenn es sich durch die konvergierenden Abschnitte jeder Abschlämmungszone bewegt. Der konvexe konvergierende Abschnitt der Abschlämmungszone 47 der 15 ist allmählicher als jener konvexe konvergierende Abschnitt der 16, was bedeutet, dass die feineren Partikel der kombinierten Zufuhr 20 der ersten Stufe und der zweiten Stufe (z.B. die Partikel der Zufuhr 21 der ersten Stufe) für eine längere Entfernung beschleunigende Gasgeschwindigkeiten erfahren werden, als sie in der Konfiguration der 16 erfahren werden. Somit kann die Konfiguration nach 15 darin effektiver sein, zu verhindern, dass feinere Partikel in die verjüngte Regenbett-Reaktorsäule 40 einströmen, und kann beim Ausschlämmen der feineren Partikel der Zufuhr 21 der ersten Stufe aus der kombinierten Zufuhr 44 der ersten Stufe und der zweiten Stufe besser sein. Man kann erwarten, dass die Konfiguration nach 17 eine Leistung zwischen der Leistung der 15 und der 16 aufweist.
  • Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass die Elemente der drei in 15–17 gezeigten Konfigurationen auf verschiedene Weise kombiniert werden können, um zusätzliche Gestaltungen mit geringfügig verschiedenen Auswirkungen auf die Reaktorleistung zu erzeugen. Ein Regenbett-Reaktor 98 könnte beispielsweise mit einem konkaven Boden 300 in dem Wirbelbett-Reaktor 51 und einer konvexen verjüngten Regenbett-Reaktor-Säulenwand 304 und einem konvexen unteren Abschnitt 306 der Abschlämmungszone 47 aufgebaut sein. Solch ein Aufbau eines Regenbett-Reaktors 98 hätte ein erhöhtes Rückvermischen in dem Wirbelbett-Reaktor 51, eine effiziente Übertagung der feinen, teilweise reagierten Kohlepartikel zurück nach oben durch die verjüngte Regenbett-Reaktorsäule 40 hindurch und eine hocheffektive Abschlämmung der Zufuhr 21 der ersten Stufe in der Abschlämmungszone. Abhängig von dem erforderlichen Gesamtaufbau der Anlage, bei der ein solcher zweistufiger Vergasungsprozess 10 funktionieren wird, gibt es auch andere Möglichkeiten.
  • In bestimmten Ausführungsformen führt das Regenbett-Reaktorsystem 16 nicht die teilweise reagierten Zufuhrpartikel 252 zurück zu dem Wirbelbett-Reaktor 51 über einen Rückleitungszweig 53. Deshalb kann das Regenbett-Reaktorsystem 16 möglicherweise das Grobkornfestkörper-Trennsystem 49, das den ersten Zyklon 246 (den Zyklon für Grobkornfestkörpertrennung) aufweist, oder den Rückleitungszweig 53 nicht enthalten. 18 und 19 veranschaulichen Ausführungsformen des Regenbett-Reaktorsystems 16, bei denen das Gas-Festkörper-Trennsystem 150 das Grobkornfestkörper-Trennungssystem 49 (d.h. den ersten Zyklon 246) oder den Rückleitungszweig 53 nicht enthält. In diesen bestimmten Ausführungsformen ist die PSD2 der Zufuhr 22 der zweiten Stufe derart, dass das Grobkornfestkörper-Trennsystem 49 (d.h. der erste Zyklon 246) und der Rückleitungszweig 53 aus dem Vergasungssystem 10 weggelassen werden können. Die Zufuhr 22 der zweiten Stufe (z.B. die Zufuhrpartikel 290, 292 und 293) verbleiben in dem Wirbelbett-Reaktor 51 bis sich die Masse, die Dichte und der Durchmesser der Zufuhrpartikel auf ungefähr die Masse, die Dichte und den Durchmesser der Partikel 294 der Zufuhr der ersten Stufe verringern. Die Zufuhrpartikel 296 reduzierter Masse können mit dem Synthesegas 236 mitgeführt werden und in einen modifizierten Gas-Festkörper-Trennabschnitt 150 hinein getragen werden, der lediglich ein Trennungssystem 50 für entwichene Festkörper (d.h. den zweiten Zyklon 248 und den Filter 250) enthält. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 14 beschrieben, werden die mitgeführten teilweise reagierten Partikel 296 der Zufuhr der zweiten Stufe und die Partikel 294 der Zufuhr der ersten Stufe von dem rohen Synthesegas 236 der zweiten Stufe durch den zweiten Zyklon 248 und den Filter 250 getrennt und dem Vergaser 12 zugeführt.
  • In bestimmten Ausführungsformen, wie etwa der einen, die in 19 gezeigt ist, enthält das Vergasungssystem 10 ein Hochdruckeduktor-Zufuhrsystem 316 (z.B. einen Venturi-Eduktor), das mit dem modifizierten Gas-Festkörper-Trennabschnitt 150 in Fluidverbindung steht, der das Trennungssystem 50 für entwichene Festkörper aufweist. Dies ersetzt das Vergaser-Zufuhrdosierungs- und -zuführungssystem 23, das in den 1, 2 und 18 gezeigt ist, und ermöglicht, dass die erste Festkörperpumpe 90 aus dem Prozess eliminiert wird. Das Eduktor-Zufuhrsystem 316 enthält einen anpassbaren gasbetriebenen Eduktor 320 und einen Eduktor-Zufuhrbehälter 318. Während eines Anlaufs nimmt der Eduktor-Zufuhrbehälter 318 die Zufuhr 21 der ersten Stufe direkt von der zweiten Festkörperpumpe 94 auf. Dies ermöglicht, dass der Vergaser 12 anläuft, um das erste Synthesegas 14 und den vierten Teil 52 des ersten Synthesegases zu erzeugen, was wiederum ermöglicht, dass der Regenbett-Reaktor 98 und das Gas-Festkörper-Trennsystem 150 anläuft. Ähnlich dem für 1 und 2 gezeigten Anlaufprozess, wird der Eduktor-Zufuhrbehälter 318 als Teil der Anlaufprozedur gefüllt, um eine kontinuierlich verfügbare Quelle der Zufuhr 21 der ersten Stufe zu dem Vergaser 12 zu schaffen, während die Position der Strömungsumlenkungsvorrichtung 264 geändert wird, um die Zufuhr 21 der ersten Stufe zu der zweiten Zufuhreinspritzvorrichtung 184 anstatt direkt zu dem Eduktor-Zufuhrbehälter 318 zu leiten. Wenn einmal der Strömungspfad der Zufuhr 21 der ersten Stufe zu dem Regenbett-Reaktor 98 umgeleitet worden ist und das Gas-Festkörper-Trennsystem 150 angefangen hat, einen wiedergewonnenen Strom der Zufuhr 21 der ersten Stufe zu erzeugen, wird der Bestand an Vergaserzufuhrmaterial innerhalb des Eduktor-Zufuhrbehälters 318 weiter aufrechterhalten, und der Eduktor 320 wird weiter die Zufuhr 21 der ersten Stufe, die aus dem Gas-Festkörper-Trennsystem 150 wiedergewonnen wurde, dem Vergaser 12 zuführen. Wenn einmal der Strömungspfad der Festkörperpumpe 94 zu der zweiten Zufuhreinspritzvorrichtung 184, zu dem Gas-Festkörper-Trennabschnitt 150, zu dem Eduktor-Zufuhrbehälter 318, zu dem Eduktor 320, zu der ersten Zufuhreinspritzvorrichtung 108, zu dem Vergaser 12 aufgebaut worden ist, kann der Betrieb des Mahlund Trocknungsabschnitts 196 des Regenbett-Reaktor-Zufuhrsystems 19 geändert werden, um die kombinierte Zufuhr 44 der ersten Stufe und der zweiten Stufe, die aus der Zufuhr 21 der ersten Stufe und der Zufuhr 22 der zweiten Stufe besteht, zu produzieren. Wenn einmal die Produktion der kombinierten Zufuhr 44 der ersten Stufe und der zweiten Stufe aufgebaut worden ist und die mit Druck beaufschlagte und dosierte kombinierte Zufuhr der ersten Stufe 20 dem Regenbett-Reaktorsystem 16 zugeführt wird, werden teilweise reagierte Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe und aufgeschlämmte Partikel der Zufuhr 21 der ersten Stufe durch das Gas-Festkörper-Trennsystem 150 aufgefangen, und eine kombinierte Zufuhr der ersten Stufe 25 wird dem Eduktor-Zufuhrbehälter 318 und schließlich dem Vergaser 12 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt kann das Gegendrucksteuerventil 266 verwendet werden, um innerhalb des zweistufigen Vergasungssystems 10 einen normalen Betriebsdruck aufzubauen und aufrechtzuerhalten. Man beachte, dass während das Vergasungssystem ein Produktsynthesegas 24 erzeugt und unter einer Steuerung des Gegendrucksteuerventils 266 Druck aufbaut, die Zufuhrgerätschaft auf natürliche Weise die Erhöhung des Systemdrucks kompensiert. Die Festkörperpumpe 94 (z.B. eine durch GE hergestellte Posimetric-Zufuhrvorrichtung) verhält sich insofern wie eine herkömmliche Verdrängungspumpe, als ihr Ausstoßdruck immer dem Druck des stromabwärtigen Systems gleicht, in das sie hineinpumpt. Und weil der Eduktor-Zufuhrbehälter 318 mit dem Gas-Festkörper-Trennsystem 150 in Fluidverbindung steht, wird der Druck innerhalb des Eduktor-Zufuhrbehälters 318 in natürlicher Weise mit der gleichen Rate wie der Rest des Vergasungssystems 10 ansteigen. Wenn das komprimierte Trägergas 54 bei einem angemessen hohem Druck zugeführt wird, kann der Eduktor 320 angetrieben werden, um die kombinierte Zufuhr 20 der ersten Stufe und der zweiten Stufe bei einem Druck zuzuführen, der ausreichend ist, um den Systemdruckabfall von dem Einlass der ersten Zufuhreinspritzvorrichtung 108 bis zu der Unterseite des Eduktor-Zufuhrbehälters 318 zu überwinden.
  • Der Eduktor 320 enthält einen Ausgangsmaterialeinlass 324, der mit dem Eduktor-Zufuhrbehälter 318 verbunden ist, und einen Gaseinlass 326 stromaufwärts des Ausgangsmaterialeinlasses 324. Während eines Betriebs des Vergasungssystems 10 nimmt der Eduktor-Zufuhrbehälter 318 die Feststoffe 25 aus dem Gas-Festkörper-Trennabschnitt 150 auf und führt die Feststoffe 25 dem Eduktor 320 über den Ausgangsmaterialeinlass 324 zu. Der Gaseinlass 326 ist mit einer Hochdrucktriebgasquelle (z.B. dem Trägergas 54) gekoppelt (z.B. verbunden), die dem Strom von Feststoffteilchen 25 ermöglicht, über den Eduktor 320 zu der ersten Zufuhreinspritzvorrichtung 108 zu strömen, die die Feststoffe 25 (z.B. die kombinierte Zufuhr 21 der ersten Stufe und die teilweise reagierte Zufuhr 22 der zweiten Stufe) dem Vergaser 12 zuführt. Wenn sich beispielsweise das Trägergas 54 durch den Eduktor 320 bewegt, wird an einem Halsstück (einer Engstelle) 334 des Eduktors 320 eine Niederdruckzone 330 geschaffen. Der Niederdruck in dem Halsstück 334 veranlasst die Feststoffe 25, sich von dem Eduktor-Zufuhrbehälter 318 in den Eduktor 320 hinein zu bewegen. Die Feststoffe 25 werden mit dem Trägergas 54 vermischt und pneumatisch durch den Zufuhrauslass 336 hindurch und in die erste Zufuhreinspritzvorrichtung 108 hinein getragen, die die Feststoffe 25 dem Vergaser 12 zuführt. Anstatt die Zufuhr 21 der ersten Stufe (während eines Anlaufs) oder die kombinierte Zufuhr 20 der ersten Stufe und der zweiten Stufe (während eines normalen Betriebs) dem Vergaser 12 über die Festkörperpumpe 90 in dem Vergaserzufuhrund Dosierungssystem 23 zuzuführen, kann die Zufuhr deshalb dem Vergaser 12 unter Verwendung des gasbetriebenen Eduktors 320 zugeführt werden.
  • Der Eduktor 320 enthält eine innere Anpassungsvorrichtung 335, die mit einem verstellbaren Schaft 340 verbunden ist, der manipuliert werden kann, um die Anpassungsvorrichtung innerhalb des Halsstücks 334 zu positionieren, um den Querschnittsstrombereich des Halsstücks 334 anzupassen. Als solche können der verstellbare Schaft 340 und die Anpassungsvorrichtung 335 die Zuströmungsrate des Trägergases 54 in den Eduktor 320 hinein steuern, wodurch sie die Strömungsrate der Feststoffe, die die kombinierte Zufuhr 20 der ersten Stufe und der zweiten Stufe (z.B. die Zufuhr 21 der ersten Stufe und die teilweise reagierten Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe) umfassen, in den Vergaser 12 hinein steuern.
  • Wie vorstehend beschrieben, können bestimmte Ausführungsformen des Systems 10 das Erzeugen des ersten Synthesegases 14 aus der kombinierten Zufuhr 20 der ersten Stufe und der zweiten Stufe, die die Zufuhr 21 der ersten Stufe enthält, welche eine feine PSD1 aufweist, die für eine Vergasung in dem Vergaser 12 geeignet ist, und teilweise reagierte feine Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe enthalten. Das erste Synthesegas 14 wird in dem Feststoffabscheidungssystem 18 verarbeitet, um jegliche mitgeführte Feststoffteilchen (z.B. das Schlackengemisch 65) derart zu entfernen, dass das erste Synthesegas 14 im Wesentlichen feinstoffteilchenfrei (z.B. der vierte Synthesegasanteil 52) ist. Das System 10 kombiniert auch die Zufuhr 21 der ersten Stufe mit der Zufuhr 22 der zweiten Stufe, die eine grobe PSD2 aufweist, welche für eine Vergasung in dem Regenbett-Reaktor 98 geeignet ist, und führt die kombinierte Zufuhr (z.B. die kombinierte Zufuhr 20 der ersten Stufe und der zweiten Stufe) dem Regenbett-Reaktorsystem 16 zu. Die Zufuhr 22 der zweiten Stufe nimmt Wärme aus dem vierten Synthesegasanteil 52 auf, welcher im Wesentlichen frei von Feststoffteilchen ist, um zusätzliches Synthesegas zu erzeugen, welches mit dem vierten Synthesegasanteil 52 kombiniert, um das rohe Synthesegas 236 der zweiten Stufe zu erzeugen. Das rohe Synthesegas 236 der zweiten Stufe trägt die Zufuhr 21 der ersten Stufe und teilweise reagierte Partikel der Zufuhr 22 der zweiten Stufe in den Gas-Festkörper-Trennabschnitt 150 hinein. Der Gas-Festkörper-Trennabschnitt 150 trennt wenigstens einen Teil der teilweise reagierten Partikel in der Zufuhr 22 der zweiten Stufe von dem Synthesegas 236 und führt die teilweise reagierten Partikel 252 zurück zu dem Reaktor 98. Außerdem trennt das Gas-Festkörper-Trennsystem 150 die Zufuhr 21 der ersten Stufe und einen zweiten Teil der teilweise reagierten Partikel aus der Zufuhr 22 der zweiten Stufe (z.B. die Feststoffe 296) und führt sie dem Vergaser 12 zu, um das erste Synthesegas 14 zu erzeugen. Auf diese Weise kann die Energieanforderung für die Herstellung des Synthesegases 14, 24 gesenkt werden und die Gesamtmenge des Produktsynthesegases 24, die durch das Vergasungssystem 10 für eine vorgegebene Menge an verbrauchter Zufuhrkohle und eine vorgegebene Menge an verbrauchtem Sauerstoff ausgegeben wird, kann erhöht werden. Die Vergasungseffizienz des Vergasungssystems 10 kann dementsprechend erhöht werden.
  • Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um einen Fachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung von Vorrichtungen oder Systemen und die Durchführung enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die einem Fachmann auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
  • Ein System 10 enthält einen ersten Reaktor 12, der eine erste Zufuhr 21 vergasen kann, um ein erstes Synthesegas 14 zu erzeugen. Die erste Zufuhr 21 weist eine erste Partikelgrößenverteilung PSD1 auf. Das System 10 enthält auch einen zweiten Reaktor 98, der die erste Zufuhr 21, eine zweite Zufuhr 22 und wenigstens einen Teil 52 des ersten Synthesegases 14 empfangen kann. Der zweite Reaktor 98 kann die zweite Zufuhr 22 vergasen, um zusätzliches Synthesegas 24 zu erzeugen, und die zweite Zufuhr 22 weist eine zweite Partikelgrößenverteilung PSD2 auf, die sich von der ersten Partikelgrößenverteilung unterscheidet. Der zweite Reaktor 98 enthält eine Abschlämmungszone 47, die an einem ersten Ende des zweiten Reaktors 98 angeordnet ist. Die Abschlämmungszone 47 kann die erste und die zweite Zufuhr 21, 22 empfangen. Der zweite Reaktor 98 enthält auch ein Wirbelbett 51, das an einem zweiten Ende des zweiten Reaktors 98 angeordnet ist, das dem ersten Ende im Wesentlichen gegenüberliegt. Das Wirbelbett 51 ist mit dem ersten Reaktor 12 strömungsmäßig verbunden und kann den Teil 52 des ersten Synthesegases 14 über einen Synthesegaseinlass 162 empfangen. Das System 10 enthält auch einen Gas-Festkörper-Trennabschnitt 150, der mit dem ersten und dem zweiten Reaktor 12, 98 strömungsmäßig verbunden ist. Der Gas-Festkörper-Trennabschnitt 150 kann die erste Zufuhr 21 und teilweise reagierte Partikel 252, 296 der zweiten Zufuhr 22 von der Abschlämmungszone 47 empfangen und kann eine kombinierte Zufuhr 25, die aus der ersten Zufuhr 21 und den teilweise reagierten Partikeln 296 der zweiten Zufuhr 22 besteht, dem ersten Reaktor 12 zuführen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    zweistufiges Vergasungssystem
    12
    Vergaser
    13
    Reaktionskammer
    14
    erstes Synthesegas
    16
    Bett-Reaktorsystem
    24
    Produktsynthesegas
    18
    Feststoffabscheidungssystem
    19
    Reaktorzufuhrsystem
    20
    kombinierte Zufuhr
    21
    Zufuhr der ersten Stufe
    22
    Zufuhr der zweiten Stufe
    23
    Vergaserzufuhrsystem
    25
    kombinierte Strömung
    26
    Ausgangsmaterial
    28
    Mahleinheit der zweiten Stufe
    30
    Zufuhrteil der zweiten Stufe
    32
    Zufuhrteil der ersten Stufe
    34
    Mahleinheit der ersten Stufe
    38
    Packungssystem
    40
    Bett-Reaktorsäule
    271
    Zufuhr der ersten Stufe
    42
    Zufuhrtrocknungseinheit
    44
    Zufuhr der zweiten Stufe
    45
    Zuführungsabschnitt
    46
    mit Druck beaufschlagte kombinierte Zufuhr
    47
    Abschlämmungszone
    48
    Anlaufzufuhr
    49
    Grobkornfestkörper-Trennabschnitt
    50
    Trennabschnitt für entwichene Festkörper
    51
    Wirbelbett-Reaktor
    52
    Teil
    53
    Regenbett-Rückführungsschleife
    54
    Trägergas
    55
    kann N2 sein
    56
    CO2
    57
    erstes abgeschrecktes Synthesegas
    58
    zweites abgeschrecktes Synthesegas
    59
    Strom
    61
    Wasser
    62
    Strom
    60
    Sauerstoff
    63
    Vergasersammelkammer
    64
    erste Abschreckkammer
    65
    Schlackenstrom
    68
    (KO)-Einbauten
    70
    zweite Abschreckkammer
    151
    Verbindungsvorrichtung
    80
    Achse
    82
    Achse
    84
    Achse
    86
    Längsmittellinie
    87
    Vergasungseinheit-Zufuhrsystem
    90
    erste Posimetric-Zufuhrvorrichtung
    92
    Zufuhrvorrichtung-Zufuhrbehälter
    94
    zweite Posimetric-Zufuhrvorrichtung
    96
    Zufuhrvorrichtung-Zufuhrbehälter
    98
    Regenbett-Reaktor
    108
    erste Zufuhreinspritzvorrichtung
    109
    Druckbehälter
    110
    oberer zylindrischer Mantelabschnitt
    111
    mittlerer zylindrischer Mantelabschnitt
    113
    unterer zylindrischer Mantelabschnitt
    112
    erste Mischvorrichtung
    130
    Synthesegasübertagungslinie/-leitung
    132
    erster Synthesegasanteil
    134
    zweiter Synthesegasanteil
    140
    Abschreckungswasser
    146
    erste Abschreckkammeröffnung
    148
    Ventil
    152
    dritter Synthesegasanteil
    160
    zweite Abschreckkammeröffnung
    162
    Synthesegaseinlass
    184
    zweite Zufuhreinspritzvorrichtung
    188
    vertikale Achse
    246
    erster Zyklon
    248
    zweiter Zyklon
    250
    Filter
    150
    Gas-Festkörper-Trennungssystem
    236
    Rohproduktsynthesegas
    189
    zweite Mischvorrichtung
    192
    Zufuhrbehälter der ersten Stufe
    194
    Zufuhrbehälter der zweiten Stufe
    196
    Trocknungsabschnitt
    198
    Zufuhrdosiervorrichtung
    203
    Packungsvorrichtung
    204
    ringförmige Kombinationsdüse
    206
    zentrale Kombinationsdüse
    210
    Packungskammer
    214
    rotierender Zufuhrkanal
    216
    Pfeil
    218
    Pfeil
    220
    Zufuhrdosiervorrichtung
    226
    erste Länge
    228
    zweite Länge
    277
    Teil
    264
    Strömungsumlenkvorrichtung
    232
    Auslass
    266
    Gegendrucksteuerventil
    284
    Zufuhrtrocknungseinheit
    286
    Ausgangsmaterialstapel/-vorrat
    290
    Partikel der Zufuhr der zweiten Stufe
    292
    reagierte Ausgangsmaterialpartikel
    293
    Wirbelbett
    252
    Partikel
    294
    größer als Ausgangsmaterialpartikel
    296
    extensiv reagierte feine Partikel
    298
    Leitung
    258
    Zyklonen
    316
    gasgetriebener Eduktor
    300
    nach oben weisender Boden
    302
    vertikale Wand
    304
    nach unten weisende verjüngte Wand
    305
    Auslassdurchgang mit engem Durchmesser
    310
    Winkel
    312
    Winkel
    306
    verjüngte Wand
    163
    Auslassdurchgang mit engem Durchmesser
    308
    Ellipse
    320
    gasgetriebener Eduktor
    318
    Eduktor-Zufuhrbehälter
    324
    Ausgangsmaterialeinlass
    326
    Gaseinlass
    330
    Niederdruckzone
    334
    Halsstück
    336
    Zufuhrauslass
    335
    innere Anpassungsvorrichtung
    340
    verstellbarer Schaft

Claims (10)

  1. System (10), das aufweist: einen ersten Reaktor (12), der eingerichtet ist, um eine erste Zufuhr (21) zu vergasen, um ein erstes Synthesegas (14) zu erzeugen, wobei die erste Zufuhr (48) eine erste Partikelgrößenverteilung (PSD1) aufweist; einen zweiten Reaktor (98), der eingerichtet ist, um die erste Zufuhr (21), eine zweite Zufuhr (22) und wenigstens einen Teil (52) des ersten Synthesegases (14) aufzunehmen, wobei der zweite Reaktor (98) eingerichtet ist, um die zweite Zufuhr (22) zu vergasen, um zusätzliches Synthesegas (24) zu erzeugen, und wobei die zweite Zufuhr (22) eine zweite Partikelgrößenverteilung (PSD2) aufweist, die von der ersten Partikelgrößenverteilung verschieden ist, und wobei der zweite Reaktor (98) aufweist: eine Abschlämmungszone (47), die an einem ersten Ende des zweiten Reaktors (98) angeordnet ist, wobei die Abschlämmungszone (47) eingerichtet ist, um die erste und die zweite Zufuhr (21, 22) aufzunehmen; ein Wirbelbett (51), das an einem zweiten Ende des zweiten Reaktors (98), das im Wesentlichen dem ersten Ende gegenüberliegt, angeordnet ist, wobei das Wirbelbett (51) mit dem ersten Reaktor (12) in Fluidverbindung steht und eingerichtet ist, um den Teil (52) des ersten Synthesegases (14) über einen Synthesegaseinlass (162) aufzunehmen; und einen Gas-Festkörper-Trennabschnitt (150), der mit dem ersten und dem zweiten Reaktor (12, 98) in Fluidverbindung steht, wobei der Gas-Festkörper-Trennabschnitt (150) eingerichtet ist, um die erste Zufuhr (21) und teilweise reagierte Partikel (252, 296) der zweiten Zufuhr (22) aus der Abschlämmungszone (47) aufzunehmen und eine kombinierte Zufuhr (25), die die erste Zufuhr (21) und die teilweise reagierten Partikel (296) der zweiten Zufuhr (22) aufweist, dem ersten Reaktor (12) zuzuführen.
  2. System gemäß Anspruch 1, wobei der Gas-Festkörper-Trennabschnitt (150) einen ersten Zyklon (246) und einen zweiten Zyklon (248) aufweist, wobei der erste Zyklon (246) eingerichtet ist, um einen ersten Teil (252) der teilweise reagierten Partikel der zweiten Zufuhr (252, 296) von dem Produktsynthesegas (24) zu trennen, und der zweite Zyklon (248) eingerichtet ist, um Partikel der ersten Zufuhr (21) und einen zweiten Teil (296) der teilweise reagierten Partikel (252, 296) der zweiten Zufuhr von dem Produktsynthesegas (24) zu trennen.
  3. System gemäß Anspruch 2, wobei der erste Zyklon (246) mit dem zweiten Reaktor (98) in Fluidverbindung steht, und eingerichtet ist, um den ersten Teil (252) der teilweise reagierten Partikel (252, 296) der zweiten Zufuhr dem Wirbelbett (51) zuzuführen, und wobei der zweite Zyklon (248) mit dem ersten Zyklon (246) in Fluidverbindung steht und eingerichtet ist, um die Partikel der ersten Zufuhr (21) und den zweiten Teil (296) der teilweise reagierten Partikel (252, 296) der zweiten Zufuhr dem ersten Reaktor (12) zuzuführen.
  4. System gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gas-Festkörper-Trennabschnitt (150) einen Zyklon (246, 248) und einen Filter (250) aufweist, wobei der Zyklon (246, 248) und der Filter (250) eingerichtet sind, um Partikel der ersten Zufuhr (21) und wenigstens einen Teil (296) der teilweise reagierten Partikel (252, 296) der zweiten Zufuhr von dem Produktsynthesegas (24) zu trennen, und wobei der Zyklon (246, 248) und der Filter (250) mit dem ersten Reaktor (12) in Fluidverbindung stehen und eingerichtet sind, um die Partikel der ersten Zufuhr (21) und wenigstens einen Teil (296) der teilweise reagierten Partikel (252, 296) der zweiten Zufuhr dem ersten Reaktor (12) zuzuführen.
  5. System gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, das ein Feststoffabscheidungssystem (18) aufweist, das stromaufwärts des zweiten Reaktors (98) angeordnet ist und mit dem ersten Reaktor (12) und dem Wirbelbett (51) in Fluidverbindung steht, wobei das Feststoffabscheidungssystem (18) eingerichtet ist, um Feststoffteilchen aus dem ersten Synthesegas (24) zu entfernen, um den Teil (52) des Synthesegases (14) zu erzeugen, der dem Wirbelbett (51) zugeführt wird.
  6. System gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, das ein erstes Reaktorzufuhrsystem (23) und ein zweites Reaktorzufuhrsystem (19) aufweist, wobei das zweite Reaktorzufuhrsystem (19) mit der Abschlämmungszone (47) und dem ersten Reaktorzufuhrsystem (23) in Fluidverbindung steht, wobei das zweite Reaktorzufuhrsystem (23) eingerichtet ist, um die erste Zufuhr (21) und die zweite Zufuhr (22) dem zweiten Reaktor (98) zuzuführen, und wobei das erste Reaktorzufuhrsystem (23) mit dem zweiten Reaktorzufuhrsystem (19), dem ersten Reaktor (12) und dem Gas-Festkörper-Trennabschnitt (150) in Fluidverbindung steht und eingerichtet ist, um die erste Zufuhr (21) und eine kombinierte Zufuhr (25), die die erste Zufuhr (21) und teilweise reagierte Partikeln (296) der zweiten Zufuhr aufweist, dem ersten Reaktor (12) zuzuführen.
  7. System gemäß Anspruch 6, wobei das zweite Reaktorzufuhrsystem (19) eine Strömungsumlenkeinrichtung (264) aufweist, die eingerichtet ist, um eine Strömung der ersten Zufuhr (21) zu dem ersten Reaktorzufuhrsystem (23), dem zweiten Reaktor (98) oder einer Kombination von diesen zu leiten; und/oder wobei das erste Reaktorzufuhrsystem (23) einen Eduktor aufweist.
  8. System gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Reaktor (98) eine verjüngte Säule (40) umfasst, die zwischen der Abschlämmungszone (47) und dem Wirbelbett (51) angeordnet ist, wobei die verjüngte Säule (40) einen ersten Durchmesser benachbart zu der Abschlämmungszone (47) und einen zweiten Durchmesser benachbart zu dem Wirbelbett (51) aufweist und wobei der zweite Durchmesser größer als der erster Durchmesser ist.
  9. System gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Reaktor (98) einen Zufuhreinlass (182) aufweist, der an dem ersten Ende des zweiten Reaktors (98) angeordnet und eingerichtet ist, um die erste und die zweite Zufuhr (21, 22) in den zweiten Reaktor (98) hinein in eine Richtung zu lenken, die zu einer Strömungsrichtung des Produktsynthesegases (24) im Wesentlichen entgegengesetzt ist.
  10. Verfahren, das aufweist: Zuführen einer ersten Zufuhr (21), die eine erste Partikelgrößenverteilung (PSD1) aufweist, zu einem ersten Reaktor (12), der eingerichtet ist, um die erste Zufuhr (21) zu vergasen, um ein erstes Synthesegas (14) zu erzeugen; Zuführen eines Gemischs aus der ersten Zufuhr (21) und einer zweiten Zufuhr (22) zu einem ersten Ende eines zweiten Reaktors (98), wobei die zweite Zufuhr (22) eine zweite Partikelgrößenverteilung (PSD2) aufweist, die von der ersten PSD1 verschieden ist; Leiten eines ersten Teils (52) des ersten Synthesegases (14) zu einem zweiten Ende des zweiten Reaktors (98), wobei das zweite Ende zu dem ersten Ende derart im Wesentlichen entgegengesetzt angeordnet ist, dass ein Strömung des ersten Teils (52) des ersten Synthesegases (14) zu einer Strömung der zweiten Zufuhr (22) in dem zweiten Reaktor (98) eine Gegenströmung bildet; Trennen der ersten Zufuhr (21) von dem Gemisch in dem zweiten Reaktor (98); Vergasen der zweiten Zufuhr (22) in dem zweiten Reaktor (98), um zusätzliches Synthesegas zu erzeugen, wobei der zweite Reaktor (98) Wärme aus dem ersten Teil (52) des ersten Synthesegases (14) verwendet, um die zweite Zufuhr (22) zu vergasen; Rückgewinnen der ersten Zufuhr (21) in einem Gas-Festkörper-Trennabschnitt (150), der mit dem ersten und dem zweiten Reaktor (12, 98) in Fluidverbindung steht; und Leiten der ersten Zufuhr (21) von dem Gas-Festkörper-Trennabschnitt (150) zu dem ersten Reaktor (12), um das erste Synthesegas (14) zu erzeugen.
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