用于氣化的系統及方法與流程

本文中公開的主題涉及氣化系統，并且更具體地涉及反應器系統，其可與氣化器一起使用來改進氣化系統的效率并且調整最終產物氣體的成分。

背景技術：

氣化器將含碳材料轉變成主要由一氧化碳和氫構成的氣態混合物，其被稱為合成氣體或合成氣。例如，氣化系統可包括一個或更多個氣化器，其使原料在高溫下與氧和水或蒸汽反應來產生合成氣。合成氣可用于發電、化學生產或任何其它適合的應用。在使用之前，合成氣可在合成氣冷卻器中冷卻，并且在氣體處理系統中處理。

技術實現要素：

在下面概括在范圍上與最初要求權利的本發明相稱的某些實施例。這些實施例不意圖限制要求權利的本發明的范圍，而是相反地，這些實施例僅意圖提供本發明的可能形式的簡要概括。實際上，本發明可包含可與在下面提出的實施例相似或不同的各種形式。

在第一實施例中，一種系統包括可氣化第一進料來生成第一合成氣的第一反應器。第一進料具有第一顆粒尺寸分布(psd1)。系統還包括第二反應器，其可接收第一進料、第二進料，以及第一合成氣的至少一部分。第二反應器可氣化第二進料來生成附加的合成氣，并且第二進料具有不同于第一psd的第二顆粒尺寸分布(psd2)。第二反應器包括設置在第二反應器的第一端上的淘洗區。淘洗區可接收第一進料和第二進料。第二反應器還包括設置在與第一端大致相對的第二反應器的第二端處的流化床。流化床流體地聯接于第一反應器，并且可經由合成氣入口接收第一合成氣的部分。系統還包括流體地聯接于第一反應器和第二反應器的氣體固體分離區段。氣體固體分離區段可從淘洗區接收第一進料和第二進料的部分反應的顆粒，并且可將由第一進料和第二進料的部分反應的顆粒構成的組合進料給送至第一反應器。

在第二實施例中，一種方法包括將具有第一顆粒尺寸分布(psd1)的第一進料供應至第一反應器，其可氣化第一進料來生成第一合成氣，以及將第一進料和第二進料的混合物供應至第二反應器的第一端。第二進料具有不同于第一psd1的第二顆粒尺寸分布(psd2)。該方法還包括將第一合成氣的第一部分引導至第二反應器的第二端。第二端與第一端大致相對，使得第一合成氣的第一部分的流是第二反應器中的第二進料的流的逆流。該方法還包括將第一進料與第二反應器中的混合物分離，以及氣化第二反應器中的第二進料來生成附加合成氣。第二反應器使用來自第一合成氣的第一部分的熱來氣化第二進料。該方法還包括回收流體地聯接于第一反應器和第二反應器的氣體固體分離區段中的第一進料，以及將第一進料從氣體固體分離區段引導至第一反應器來生成第一合成氣。

在第三實施例中，一種系統包括第一進料系統，其包括第一研磨機、第二研磨機，以及進料組合和壓緊系統。進料組合和壓緊系統可經由在第一研磨機與進料組合和壓緊系統之間延伸的第一進料路徑接收來自第一研磨機的具有第一顆粒尺寸分布(psd1)的第一進料，并且可經由與第一進料路徑分離并且在第二研磨機與進料組合和壓緊系統之間延伸的第二進料路徑來接收來自第二研磨機的具有第二顆粒尺寸分布(psd2)的第二進料。系統還包括可接收和氣化第一進料來生成第一合成氣的第一反應器，以及可接收第一進料、第二進料和第一合成氣的至少一部分并且可氣化第二進料來生成附加合成氣的第二反應器。第二反應器包括設置在第二反應器的第一端上的淘洗區。淘洗區可經由在第一進料系統與第二反應器之間延伸的組合進料路徑接收來自進料系統的第一進料和第二進料。第二反應器還包括設置在與第一端大致相對的第二反應器的第二端處的流化床。系統還包括在第一反應器的出口與設置在第二端上的第二反應器的入口之間延伸的流體路徑。流體路徑可將第一合成氣供應至流化床。

技術方案1.一種系統，其包括：

第一反應器，其構造成氣化第一進料來生成第一合成氣，其中所述第一進料具有第一顆粒尺寸分布(psd1)；

第二反應器，其構造成接收所述第一進料、第二進料和所述第一合成氣的至少一部分，其中所述第二反應器構造成氣化所述第二進料來生成附加合成氣，并且所述第二進料具有不同于所述第一psd的第二顆粒尺寸分布(psd2)，并且其中所述第二反應器包括：

淘洗區，其設置在所述第二反應器的第一端上，其中所述淘洗區構造成接收所述第一進料和所述第二進料；

流化床，其設置在與所述第一端大致相對的所述第二反應器的第二端處，其中所述流化床流體地聯接于所述第一反應器，并且構造成經由合成氣入口接收所述第一合成氣的所述部分；以及

氣體固體分離區段，其流體地聯接于所述第一反應器和所述第二反應器，其中所述氣體固體分離區段構造成接收來自所述淘洗區的所述第一進料和所述第二進料的部分反應的顆粒，并且將由所述第一進料和所述第二進料的所述部分反應的顆粒構成的組合進料給送至所述第一反應器。

技術方案2.根據技術方案1所述的系統，其特征在于，所述氣體固體分離區段包括第一旋風分離器和第二旋風分離器，其中所述第一旋風分離器構造成將所述部分反應的第二進料顆粒的第一部分與所述產品合成氣分離，并且所述第二旋風分離器構造成將第一進料顆粒和所述部分反應的第二進料顆粒的第二部分與所述產品合成氣分離。

技術方案3.根據技術方案2所述的系統，其特征在于，所述第一旋風分離器流體地聯接于所述第二反應器，并且構造成將所述部分反應的第二進料顆粒的所述第一部分給送至所述流化床，并且所述第二旋風分離器流體地聯接于所述第一旋風分離器，并且構造成將所述第一進料顆粒和所述部分反應的第二進料顆粒的所述第二部分給送至所述第一反應器。

技術方案4.根據技術方案1所述的系統，其特征在于，所述氣體固體分離區段包括旋風分離器和過濾器，其中所述旋風分離器和所述過濾器構造成將第一進料顆粒和所述部分反應的第二進料顆粒的至少一部分與所述產品合成氣分離，并且其中所述旋風分離器和所述過濾器流體地聯接于所述第一反應器，并且構造成將所述第一進料顆粒和所述部分反應的第二進料顆粒的至少一部分給送至所述第一反應器。

技術方案5.根據技術方案1所述的系統，其特征在于，所述系統包括顆粒除去系統，其設置在所述第二反應器上游并且流體地聯接于所述第一反應器和所述流化床，其中所述顆粒除去系統構造成從所述第一合成氣除去顆粒來生成給送至所述流化床的所述合成氣的所述部分。

技術方案6.根據技術方案1所述的系統，其特征在于，所述系統包括第一反應器進料系統和第二反應器進料系統，其中所述第二反應器進料系統流體地聯接于所述淘洗區和所述第一反應器進料系統，所述第二反應器進料系統構造成將所述第一進料和所述第二進料供應至所述第二反應器，并且其中所述第一反應器進料系統流體地聯接第二反應器進料系統、所述第一反應器和所述氣體固體分離區段，并且構造成向所述第一反應器供應所述第一進料和由所述第一進料和部分反應的第二進料顆粒構成的組合進料。

技術方案7.根據技術方案6所述的系統，其特征在于，所述第二反應器進料系統包括構造成將所述第一進料的流引導至所述第一反應器進料系統、所述第二反應器或它們的組合的分流器。

技術方案8.根據技術方案6所述的系統，其特征在于，所述第一反應器進料系統包括排放器。

技術方案9.根據技術方案1所述的系統，其特征在于，所述第二反應器包括設置在所述淘洗區與所述流化床之間的錐形塔，其中所述錐形塔包括鄰近于所述淘洗區的第一直徑，以及鄰近于所述流化床的第二直徑，并且其中所述第二直徑大于所述第一直徑。

技術方案10.根據技術方案1所述的系統，其特征在于，所述第二反應器包括設置在所述第二反應器的所述第一端上的進料入口，其構造成將所述第一進料和所述第二進料沿與所述產品合成氣的流動方向大致相反的方向引導到所述第二反應器中。

技術方案11.一種方法，其包括：

將具有第一顆粒尺寸分布(psd1)的第一進料供應至構造成氣化所述第一進料來生成第一合成氣的第一反應器；

將所述第一進料和第二進料的混合物供應至第二反應器的第一端，其中所述第二進料具有不同于所述第一psd1的第二顆粒尺寸分布(psd2)；

將所述第一合成氣的第一部分引導至所述第二反應器的第二端，其中所述第二端與所述第一端大致相對，使得所述第一合成氣的所述第一部分的流是所述第二反應器中的所述第二進料的流的逆流；

將所述第一進料與所述第二反應器中的混合物分離；

氣化所述第二反應器中的所述第二進料來生成附加合成氣，其中所述第二反應器利用來自所述第一合成氣的所述第一部分的熱來氣化所述第二進料；

回收流體地聯接于所述第一反應器和所述第二反應器的氣體固體分離區段中的所述第一進料；以及

將所述第一進料從所述氣體固體分離區段引導至所述第一反應器來生成所述第一合成氣。

技術方案12.根據技術方案11所述的方法，其特征在于，所述方法包括回收卷吸在所述氣體固體分離區段中的所述產品合成氣中的部分反應的第二進料顆粒的至少一部分。

技術方案13.根據技術方案12所述的方法，其特征在于，所述方法包括將所述部分反應的第二進料顆粒的一部分再循環回至所述第二反應器來生成附加的產品合成氣。

技術方案14.根據技術方案12所述的方法，其特征在于，所述方法包括將所述部分反應的第二進料顆粒的所述部分引導至所述第一反應器來生成所述第一合成氣。

技術方案15.根據技術方案11所述的方法，其特征在于，所述方法包括在顆粒除去系統中從所述第一合成氣除去顆粒來生成供應至所述第二反應器的所述第一合成氣的所述第一部分，其中所述顆粒除去系統設置在所述第一反應器下游和所述第二反應器上游。

技術方案16.根據技術方案11所述的方法，其特征在于，所述方法包括冷卻所述第一反應器中的所述第一合成氣的第二部分來生成驟冷合成氣，以及將所述驟冷合成氣引導至流體地聯接于所述第一反應器和所述第二反應器的進料制備系統，其中所述驟冷合成氣實現所述第一進料和所述第二進料流動至相應的反應器。

技術方案17.一種系統，其包括：

第一進料系統，其包括第一研磨機、第二研磨機和進料組合和壓緊系統，其中所述進料組合和壓緊系統構造成經由在所述第一研磨機與所述進料組合和壓緊系統之間延伸的第一進料路徑接收來自所述第一研磨機的具有第一顆粒尺寸分布(psd1)的第一進料，并且經由與所述第一進料路徑分離且在所述第二研磨機與所述進料組合和壓緊系統之間延伸的第二進料路徑接收來自所述第二研磨機的具有第二顆粒尺寸分布(psd2)的第二進料；

第一反應器，其構造成接收和氣化所述第一進料來生成第一合成氣；

第二反應器，其構造成接收所述第一進料、所述第二進料和所述第一合成氣的至少一部分且氣化所述第二進料來生成附加合成氣，其中所述第二反應器包括：

淘洗區，其設置在所述第二反應器的第一端上，其中所述淘洗區構造成經由在所述第一進料系統與所述第二反應器之間延伸的組合進料路徑接收來自所述進料系統的所述第一進料和所述第二進料；以及

流化床，其設置在與所述第一端大致相對的所述第二反應器的第二端處；以及

流體路徑，其在所述第一反應器的出口與設置在所述第二端上的所述第二反應器的入口之間延伸，其中所述流體路徑構造成將所述第一合成氣供應至所述流化床。

技術方案18.根據技術方案17所述的系統，其特征在于，所述系統包括流體地聯接于所述第一反應器和所述第二反應器的氣體固體分離區段，其中所述氣體固體分離區段構造成接收來自所述淘洗區的所述第一進料和所述第二進料的部分反應的顆粒，且將由所述第一進料和所述第二進料的所述部分反應的顆粒構成的組合進料經由在所述氣體固體分離區段與流體地聯接于所述第一反應器的進料入口的第二進料系統之間延伸的返回支路給送至所述第一反應器。

技術方案19.根據技術方案17所述的系統，其特征在于，所述氣體固體分離區段包括第一旋風分離器、第二旋風分離器和過濾器，其中所述第一旋風分離器構造成將所述部分反應的第二進料顆粒的第一部分與所述附加合成氣分離，且將所述部分反應的第二進料顆粒的所述第一部分經由在所述第一旋風分離器與所述第二反應器之間延伸的第一返回支路供應至所述第二反應器，并且所述第二旋風分離器構造成將第一進料顆粒和所述部分反應的第二進料顆粒的第二部分與所述附加合成氣分離。

技術方案20.根據技術方案19所述的系統，其特征在于，所述系統包括在所述過濾器與所述第一反應器之間延伸的第二返回支路，其中所述第二返回支路構造成將所述第一進料顆粒和所述部分反應的第二進料顆粒的所述第二部分給送至所述第一反應器。

附圖說明

當參照附圖閱讀下列詳細描述時，將更好地理解本公開的這些和其它的特征、方面和優點，在該附圖中，相似的標記在所有附圖中表示相似的部件，其中：

圖1為氣化系統的實施例的框圖，該氣化系統包括構造成生成第一合成氣的氣化器和構造成生成產品合成氣的淋降床反應器系統；

圖2為圖1的氣化系統的實施例的示意圖，其中淋降床反應器系統包括具有兩個旋風分離器和過濾器的氣體固體分離區段；

圖3為可與圖2的氣化系統一起使用的原料組合和壓緊系統的實施例的示意圖；

圖4為示出可由圖1的氣化系統使用來生成合成氣的第一級進料和分開的第二級進料的顆粒尺寸分布(psd)的實施例的圖表；

圖5為示出圖4的第一級進料和第二級進料的混合物的顆粒尺寸分布(psd)的實施例的圖表；

圖6為可與圖1,2,14,18和19的氣化系統一起使用的淋降床反應器進料系統的實施例的示意圖，其中淋降床反應器進料系統包括第一級和第二級原料研磨機和干燥器，并且各個原料研磨機接收來自原料堆的原料；

圖7為可與圖1,2,14,18和19的氣化系統一起使用的淋降床反應器進料系統構造的研磨和干燥區段的實施例的示意圖，其中淋降床反應器進料系統包括第一級和第二級原料研磨機和干燥器，并且第一級原料研磨機接收來自第二級原料研磨機的原料；

圖8為可與圖1,2,14,18和19的氣化系統一起使用的淋降床反應器進料系統構造的研磨和干燥區段的實施例的示意圖，其中淋降床反應器進料系統包括第一級和第二級原料研磨機和干燥器，并且第一級原料研磨機接收來自第二級原料干燥器的原料；

圖9為可與圖1,2,14,18和19的氣化系統一起使用的淋降床反應器進料系統構造的研磨和干燥區段的實施例的示意圖，其中淋降床反應器進料系統包括第一級和第二級原料研磨機和第一原料干燥器，并且各個原料研磨機接收來自原料堆的原料；

圖10為可與圖1,2,14,18和19的氣化系統一起使用的淋降床反應器進料系統構造的研磨和干燥區段的實施例的示意圖，其中淋降床反應器進料系統包括第一級和第二級原料研磨機和第一原料干燥器，并且第一級原料研磨機接收來自第二級原料研磨機的原料；

圖11為可與圖1,2,14,18和19的氣化系統一起使用的淋降床反應器進料系統構造的研磨和干燥區段的實施例的示意圖，其中淋降床反應器進料系統包括第一級和第二級原料研磨機，并且各個原料研磨機接收來自原料堆的原料；

圖12為可與圖1,2,14,18和19的氣化系統一起使用的淋降床反應器進料系統構造的研磨和干燥區段的實施例的示意圖，其中淋降床反應器進料系統包括第一級和第二級原料研磨機，并且第一級原料研磨機接收來自第二級原料研磨機的原料；

圖13為可與圖1,2,14,18和19的氣化系統一起使用的淋降床反應器進料系統構造的研磨和干燥區段的實施例的示意圖，其中淋降床反應器進料系統包括第一級和第二級原料研磨機和第二級原料干燥器，并且第一級原料研磨機接收來自第二級原料干燥器的原料；

圖14為可與圖1和2的氣化系統一起使用的淋降床反應器系統的實施例的示意圖，示出了圖5的組合的第一級原料和第二級原料的流動；

圖15為圖14的淋降床反應器系統的一部分的實施例的示意圖，其中流化床具有凸形底面，并且其中錐形塔具有凸形壁；

圖16為圖14的淋降床反應器系統的一部分的實施例的示意圖，其中流化床具有凹形底面，并且其中錐形塔具有凹形壁；

圖17為圖14的淋降床反應器系統的一部分的實施例的示意圖，其中流化床具有直底面，并且其中錐形塔具有直壁；

圖18為圖1的氣化系統的實施例的示意圖，其中淋降床反應器系統包括具有一個旋風分離器和過濾器并且不具有至流化床反應器的返回支路的氣體固體分離區段；以及

圖19為圖1的氣化系統的實施例的示意圖，其中淋降床反應器系統包括具有一個旋風分離器和過濾器并且不具有至流化床反應器的返回支路以及噴射器的氣體固體分離區段。

部件列表

10兩級氣化系統

12氣化器

13反應室

14第一合成氣

16床反應器系統

24產品合成氣

18顆粒除去系統

19反應器進料系統

20組合進料

21第一級進料

22第二級進料

23氣化器進料系統

25組合流

26原料

28第二級研磨單元

30第二級進料部分

32第一級進料部分

34第一級研磨單元

38壓緊系統

40床反應器塔

271第一級進料

42進料干燥單元

44第二級進料

45給送區段

46加壓組合進料

47淘洗區

48啟動進料

49粗固體分離區段

50逸出固體分離區段

51流化床反應器

52部分

54淋降床返回環

54載氣

54可為n2

56co2

57第一驟冷合成氣

58第二驟冷合成氣

59流

61水

62流

60氧

63氣化器倉室

64第一驟冷室

65熔渣流

68ko內構件

70第二驟冷室

151連接器

80軸線

82軸線

84軸線

86縱向中心線

87氣化單元進料系統

90第一posimetric進料器

92進料器進料器皿

94第二posimetric進料器

96進料器進料器皿

98淋降床反應器

108第一進料噴射器

109壓力器皿

110上圓柱殼部分

111中間圓柱殼體部分

113下圓柱殼部分

112第一混合裝置

130合成氣傳遞管線

132第一合成氣部分

134第二合成氣部分

140驟冷水

146第一驟冷室開口

148閥

152第三合成氣部分

160第二驟冷室開口

162合成氣入口

184第二進料噴射器

188垂直軸線

246第一旋風分離器

248第二旋風分離器

250過濾器

150氣體固體分離系統

236未加工產品合成氣

189第二混合裝置

192第一級進料箱

194第二級進料箱

196干燥區段

198進料計量裝置

203壓緊裝置

204環形組合噴嘴

206中心組合噴嘴

210壓緊室

214旋轉進料通道

216箭頭

218箭頭

220進料計量裝置

226第一長度

228第二長度

277部分

264分流器

232出口

266背壓控制閥

284進料干燥單元

286原料堆/供應源

290第二級進料顆粒

292反應的原料顆粒

293流化床

252顆粒

294大于原料顆粒

296廣泛反應的細顆粒

298導管

258旋風分離器

316氣體驅動的排放器

300向上面向的底板

302垂直壁

304向下面向的錐形壁

305窄直徑出口通路

310角

312角

306錐形壁

163窄直徑出口通路

308橢圓

320氣體驅動的排放器

318排放器進料器皿

324原料入口

326氣體入口

330低壓區

334喉部

336進料出口

335內部鑲邊

340可調整柄。

具體實施方式

將在下面描述本公開的一個或更多個特定實施例。為了提供這些實施例的簡明描述，可不在說明書中描述實際實施的所有特征。應當認識到，在任何這種實際實施的開發中，如在任何工程或設計項目中，必須作出許多特定實施決定以實現開發者的特定目的，諸如符合系統相關且商業相關的約束，這可從一個實施變化到另一個實施。此外，應當認識到，這種開發努力可為復雜且耗時的，但是對于受益于本公開的技術人員而言，仍將是設計、制作和制造的日常工作。

當介紹本發明的各種實施例的元件時，冠詞“一”、“一個”、“該”和“所述”意圖表示存在元件中的一個或更多個。用語“包括”、“包含”和“具有”意圖是包含的，并且表示可存在除了列出的元件之外的附加元件。

本實施例大體上針對構造成通過減少原料的含水量、增大反應物與產物之間的熱和質量傳遞的效力，以及從產品合成氣回收熱能來提高氣化效率的氣化系統。大體上，在氣化期間，原料(例如，燃料)在氣化器中經歷部分氧化，以產生也稱為合成氣的合成氣體。當前的氣化系統構造成使用氣化技術，其減少給送至氣化器的原料中的進料水的量，通過使用逆流反應器構造增大熱和質量傳遞的效力，或者通過氣化附加原料來從所得的合成氣回收熱能。然而，認識到的是，目前沒有有效利用前述技術的組合的氣化系統。

已知的煤氣化過程試圖通過各種手段來最大化合成氣生產的效率。實例包括減少給送至氣化器的過多水的量、控制反應物混合以便最大化氣化器內的熱和質量傳遞的方式，以及從高溫產品合成氣有效回收熱能。通過提高效率的這些和其它手段的明智應用，產生每單位合成氣消耗的氧和/或煤的量可減少，并且保持在產品合成氣中的煤進料中的能量的分數可增大。實現這些目的減少操作成本，并且改進氣化過程的經濟可行性。

例如，已知氣化器，如固定床(亦稱移動床)氣化器使用逆流構造，其中相對大的塊(≥6mm)的干煤通過部分反應的煤與空氣或純氧的燃燒來相對于反應器的底部處生成的熱氣體的向上流向下經過反應器器皿。最小化氣體與煤之間的熱和質量傳遞梯度的該逆流構造在從氣體回收熱能，將該熱能轉變成產品合成氣的化學能，以及減少產生該合成氣消耗的煤和氧的量時非常有效。而且，相對較大塊的干煤可給送至氣化器的事實意味著研磨能和氣化過程中的過多水的量兩者可最小化。然而，此類固定床過程已知具有可影響經濟可行性的一些局限性。一個局限性在于氣化器產量；大塊的煤可在氣化器內轉變成合成氣的速率由于質量傳遞局限性而為低的。結果，許多行列的固定床氣化器大體上用于具有高目標產量的某些合成氣生產設備。某些固定床過程的另一局限性可為將煤粉處理為氣化器進料的部分。一旦細煤顆粒添加至固定床氣化器而非連同較大的煤塊緩慢下降穿過床，則細煤顆粒(≤1mm)由上升氣體運送出固定床的頂部。由于常規的煤生產、運輸、研磨和供給過程所有都趨于生成細粉作為過程的部分，故上升氣體中的細煤顆粒的卷吸可在固定床氣化過程中提出某些挑戰。例如，給送至固定床氣化器的煤的50%可對于固定床而言太細，導致大量不合格的煤流，其必須處理，給送至另一煤消耗過程(例如，競爭的煤氣化器)，或通過一些類型的壓塊或粒化過程來處理，該壓塊或粒化過程將細煤轉變成適合于給送至固定床氣化器的較大的塊。在所有這些情況中，固定床氣化過程的經濟可行性可相比于構造成處理進料中的細煤顆粒的系統降低。

在另一個實例中，已知的氣化器，如兩級卷吸流氣化器使用主氣化反應器下游的第二氣化器級，以便改進效率。在一個已知系統中，卷吸流氣化器用作第一級來產生熱合成氣，其流入垂直地定位在其之上的第二級卷吸流氣化器中。在第一級中產生的熱合成氣上升穿過第二級時，基于水的漿料形式的附加的煤進料噴射到第二級中。在第二級內，上升的熱合成氣在其將其熱能的一部分傳遞至煤水漿料時冷卻，由此驅動附加合成氣的產生。在該同流構造中，來自第一級的合成氣和噴射到第二級中的煤水漿料沿相同方向流動，導致了熱和質量傳遞梯度，其最初非常大，但接著在反應混合物前進穿過第二級時減小。由于熱能從熱的第一級合成氣轉移至煤水漿料并且該能量由第二級內的氣化反應消耗，故離開第二級的反應產物相比于離開第一級的熱合成氣的高溫顯著更冷。在至少一個已知的兩級卷吸流氣化過程中，從第二級氣化器回收的不完全反應的煤再循環至第一級氣化器(具有或不具有附加的第一級進料)，以便生成第二級所需的熱合成氣。以上所述的兩級氣化過程通過從第一級有效地回收合成氣的熱能中的一些來作為第二級中產生的附加合成氣的化學能來改進氣化效率。以該方式，產生每單位合成氣所需的氧相比于單級卷吸流氣化器的氧需求減小。相比于固定床氣化器，以上描述的兩級卷吸流氣化器具有高得多的產量。這歸因于能夠以包括煤水漿料進料的細煤顆粒實現的較快反應速率以及高得多的氣化器操作溫度。兩級卷吸流氣化器的較高產量給予其相比于固定床氣化器的顯著經濟優點，尤其是對于高目標產量設備而言，因為需要更少的氣化器行列。然而，第二級的同流反應器構造關于合成氣生產比固定床氣化器的逆流構造較不有效。而且，煤以煤水漿料的形式與過多水一起給送至第二級的事實導致了相比于固定床氣化器的附加效率缺點。

給定以上實例的局限性，可合乎需要的是具有氣化系統，其有效地組合所有三種技術—減少進料中的水含量、使用逆流反應器設計和使用產品合成氣熱能來驅動附加合成氣的生產，以便構造氣化器系統，其最大化氣化器效率和氣化器產量同時減少每單位產生的合成氣的氧和煤的消耗。

如下面詳細論述的，公開的實施例包括多級(例如，兩級)氣化系統，其包括構造成氣化細原料顆粒(例如，具有大部分顆粒顯著小于近似2毫米(mm)的顆粒尺寸分布)的第一級氣化器(例如，反應器)，以及構造成氣化粗原料顆粒(例如，具有近似250微米(μm)到近似25mm之間，近似500μm到近似20mm之間，近似1mm到近似15mm之間或近似2mm到近似10mm之間的顆粒尺寸分布)并且回收細原料顆粒的第二級淋降床反應器系統。回收的細原料顆粒可提供為用于氣化器的原料。淋降床反應器系統還可從氣化器中生成的合成氣回收熱來干燥、預熱和氣化粗原料顆粒，并且生成附加的合成氣，由此提高氣化系統的輸出和效率。

圖1示出了兩級氣化系統10的實施例，其包括構造有生成第一合成氣14的反應室13的氣化器12(第一級)、構造成生成產品合成氣24的逆流淋降床反應器系統16(第二級)、構造成在氣化器12與淋降床反應器16之間從第一合成氣14除去卷吸顆粒的顆粒除去系統18、構造成將由第一級進料21和第二級進料22構成的組合進料20供應至淋降床反應器系統16的淋降床反應器進料系統19，以及構造成接收來自淋降床反應器系統16的第一級進料21和第二級進料22的部分反應的顆粒的組合流25并且將該組合流25給送至氣化器12的氣化器進料系統23。由兩級氣化系統10生成的產品合成氣24包括如co、h2、co2和h2o的主要組分，以及如ch4、n2、ar、h2s和cos的次要組分，以及痕量組分水平下的若干其它組分。產品合成氣24可洗滌成除去污染物，并且接著用作燃料來生成電功率或用作原料來合成化學制品、氫或液體燃料。

在所示實施例中，原料26(例如，煤、石油焦或其它固體燃料)引導至第二級研磨單元28，其研磨原料26來生成第二級進料部分30和第一級進料部分32。第二級研磨單元28構造成研磨原料26，使得第二級進料部分30具有粗顆粒尺寸分布(psd2)，如在圖4的右手側上示出的。在所示實施例中，第一級進料部分32供應至第一級研磨單元34用于附加的研磨，并且第二級進料部分30供應至進料組合和壓緊系統38作為第二級進料22。第二級進料部分30可在給送至進料組合和壓緊裝置38作為第二級進料22之前不干燥。這部分地歸因于第二級進料22可在其相對于氣化器12中生成的熱合成氣的流流動穿過反應器塔40時在錐形淋降床反應器塔40中干燥。然而，在某些實施例中，第二級進料30可在給送至進料組合和壓緊系統38作為第二級進料22之前在進料干燥器(圖1中未示出)中干燥。第一級進料部分32在第一級研磨單元34中研磨來生成具有細顆粒尺寸分布(psd1)的第一級進料271，如在圖4的左手側上示出的。在所示實施例中，第一級進料部分32在第一級進料干燥單元42中干燥來在給送至進料組合和壓緊系統38之前產生干燥的第一級進料21，其中干燥的第一級進料21與第二級進料22組合來形成組合的第一級和第二級進料44。組合的第一級和第二級進料44可在加壓和進料區段45中加壓和計量，以生成加壓組合進料46的計量流。

在氣化系統10的正常穩態操作期間，加壓組合進料46的計量流可引導至淋降床反應器系統16的淘洗區47來用作淋降床反應器系統16的組合的第一級和第二級進料20，如下文論述的。然而，在啟動期間，減小流率的加壓組合進料46可引導至氣化器進料和計量系統23來用作啟動進料48。氣化器進料和計量系統23將啟動進料48供應至氣化器12，以便生成啟動淋降床反應器系統16所需的第一合成氣14。在淋降床反應器系統的啟動之后，加壓組合進料46可從氣化器進料計量和給送區段23轉移至淘洗區47；并且加壓組合進料的流率可增大到正常操作速率，以便有助于建立氣化系統10的正常穩態操作。由于氣化器12大體上需要具有比淋降床反應器系統16更細的psd的煤進料，故第二級研磨單元28、第一級研磨單元34、第一級干燥單元42以及進料組合和壓緊系統38可以以如下方式操作，以產生具有由氣化器所需的較細psd的加壓煤46的計量流。例如，減小流率的煤26可發送至第二級研磨單元28，并且第二級研磨單元28的全部產物可引導至第一級研磨單元34作為第一級進料部分32，同時沒有煤可作為第二進料22發送至進料組合和壓緊系統38。在第一級干燥單元42中干燥之后，第一級進料部分32可發送至進料組合和壓緊系統38，其僅以單進料部分操作來將"組合"進料44提供至加壓和進料系統45。加壓和進料系統45接著加壓和計量"組合"進料44來生成計量和加壓的"組合"進料流46，其接著轉移至氣化器進料計量和給送系統23用于啟動。本領域技術人員將認識到，盡管上述啟動操作用作在啟動期間向氣化器提供適合的進料的一種方式，但將存在淋降床反應器進料系統16內的裝備可設計和操作成以便向啟動煤進料48提供適合的性質的其它方式。

在正常穩態操作期間，其中正常流率的計量和加壓的組合進料20給送至淘洗區47，淘洗區內的空氣動力將加壓組合進料20分成較細的第一級進料21和較粗的第二級進料22的其原始組分。較細的第一級進料21顆粒由向上流動的合成氣通過淘洗區47的頂部拉出。較細的第一級進料21顆粒和合成氣一起穿過粗固體分離區段49，并且進入逸出固體分離區段50，其中所有固體與合成氣分離，以便產生無顆粒的產品合成氣24。由于其較大的平均顆粒尺寸，故第二級進料22下降到錐形淋降床反應器塔40中并且接著到流化床反應器51中。在第二級進料22下降時，其通過吸收來自離開顆粒除去區段18的第一合成氣14的部分52的熱來干燥、預熱、熱解并且接著氣化，以生成最終產品合成氣24。在第二級進料22的氣化在流化床反應器51內進行時，第二級進料22的平均顆粒尺寸逐漸地減小到反應器內的向上流動的合成氣將部分反應的顆粒向上拉入錐形淋降床反應器塔40中的點。一旦第二級進料22的部分反應的顆粒向上拉入錐形淋降床反應器中，則發生有利于它們的繼續向上移動的兩件事。首先，顆粒的直徑和質量繼續減小，這使得向上流動的合成氣更容易繼續將它們向上拉。第二，由于錐形淋降床合成氣塔40沿向上方向變窄，故氣體速度沿向上方向增大，并且因此不斷減小的顆粒上的拉力沿向上方向增大。如下文關于圖14所論述，由于這些向上增大的拉力，故第二級進料22的部分反應的顆粒向上運送穿過淘洗區47并且接著到粗固體分離區段49中。最初，部分反應的顆粒太大而不能穿過至粗固體分離區段49的頂部空間(overhead)，故它們離開粗固體分離區段的底部，并且經由淋降床返回環53返回到流化床反應器51。

最終，包括第二級進料22的顆粒充分氣化，以使它們的尺寸減小到上升合成氣不但將它們向上拉回到淘洗區47中，而且穿過粗固體分離區段49和逸出固體分離區段50的點。一旦在淘洗區47的上部分中，則第二級進料22的部分反應的顆粒與第一級進料21的顆粒組合，并且它們一起運送穿過粗固體分離區段49的頂部空間并且到逸出固體分離區段50中，其中所有顆粒(第二級進料22的部分反應的顆粒和第一級進料21的顆粒兩者)從合成氣除去來生成無顆粒產品合成氣24。逸出固體分離區段50將所有固體從產品合成氣24分離，并且向氣化器進料和計量系統23供應由第一級進料21加第二級進料22的細部分反應的顆粒構成的組合的第一級進料25。氣化器進料和計量系統23計量到氣化器12中的組合的第一級進料25，以生成第一合成氣14，其在顆粒除去之后，提供合成氣部分52，其進入淋降床反應器系統16的流化床反應器51的底部。組合的第一級進料25可與載氣54(其可為n255或co256或第一驟冷合成氣57或第二驟冷合成氣58或它們的組合)組合，以便于組合的第一級進料25流入氣化器12中。氣化器進料計量和給送系統23將組合的進料25和載氣54經由流59給送到氣化器反應室13中，并且經由流62給送氣化劑(例如，o2)60和水61(作為蒸汽或作為液態水)。作為備選，氣化器進料計量和給送系統23將氧60經由流62給送到氣化器中，并且經由單獨的第三流(未示出)給送水(蒸汽或液態水)。

組合的第一級進料25、載氣54、水61和氧60在氣化器反應室13內的高溫和高壓下反應，以產生第一合成氣14，其連同熔灰顆粒和非常少量的未氣化的煤顆粒向下穿入氣化器倉室63中。小部分合成氣從倉室63向下吸入第一驟冷室64中，以便將大部分熔灰和未氣化的煤顆粒連同其拉入第一驟冷室64中。在第一驟冷室64內，熱氣體和顆粒驟冷并且與彼此分離。稱為熔渣的驟冷灰顆粒和一些未氣化的煤顆粒經由熔渣流65離開第一驟冷室的底部。驟冷合成氣的小部分離開第一驟冷室的側部來形成第一驟冷合成氣流57，其發送至氣體調節和壓縮區段用于將組合的第一級進料25給送至氣化器。作為備選，第一驟冷合成氣流57可發送離現場來用作燃料或原料用于合成化學制品、氫或液態燃料。倉室13中的大部分合成氣和一些剩余的熔灰和未氣化的煤顆粒引導到顆粒除去區段18的敲除(ko)內構件68中。合成氣的第二小部分從ko內構件68向下吸入第二驟冷室70中，以便將熔灰和未氣化的煤顆粒的其余部分連同其拉入第二驟冷室70中。在第二驟冷室70內，熱氣體和顆粒驟冷并且與彼此分離。稱為熔渣的驟冷灰顆粒和其余未氣化的煤顆粒經由熔渣流65離開第二驟冷室的底部。驟冷合成氣的第二小部分離開第二驟冷室的側部來形成第二驟冷合成氣流58，其發送至氣體調節和壓縮區段用于將組合的第一級進料25給送至氣化器。作為備選，第二驟冷合成氣流58可發送離現場來用作燃料或原料用于合成化學制品、氫或液態燃料。顆粒除去區段18的ko內構件68中的大部分合成氣向上穿過連接器151并且到淋降床反應器系統16的流化床反應器51中作為第一合成氣流14的部分52，其驅動淋降床反應器系統16內的附加合成氣生成反應。

圖2為氣化系統10的實施例的示意圖。氣化系統10的各種方面可關于軸向方向或軸線80、徑向方向或軸線82以及周向方向或軸線84描述。例如，軸線80對應于縱向中心線86或縱長方向，軸線82對應于關于縱向中心線86的橫向或徑向方向，并且軸線84對應于繞著軸向軸線80(例如，縱向中心線86)的周向方向。氣化系統10接收來自進料組合和壓緊系統38的組合的第一級和第二級進料44，進料組合和壓緊系統38為氣化單元進料系統87的部分。(注意，為了圖2的緊湊性，限定氣化單元進料系統87的虛線僅包圍圖1中所示的淋降床反應器進料系統19和氣化器進料系統23的元件中的一些(38,45,23)。示為圖1中的標記的框的進料組合和壓緊系統38在圖2上以相同方式示出。圖3中示出了更多細節。圖1的氣化器進料計量和給送系統23包括第一posimetric進料器90和第一posimetric進料器給送器皿92。進料器皿92作用為確保第一posimetric進料器90的吸入部總是填充的波涌器皿。圖1的加壓和給送系統45包括第二posimetric進料器94和第二posimetric進料器進料器皿96。進料器皿96作用為確保第二posimetric進料器94的吸入部總是填充的波涌器皿。第一posimetric進料器和第二posimetric進料器基本上是固體泵，即，轉盤類型的固體加壓進料器，其由generalelectriccompany(schenectady,newyork)制造。用語"posimetric"是generalelectriccompany和/或其附屬公司的商標。如應當注意的，任何其它適合的固體加壓進料器可用于加壓和給送煤進料至氣化器12和淋降床反應器98。第二posimetric進料器94設計成計量煤進料并且將其從大氣壓力加壓至兩級氣化系統10的高操作壓力。第一posimetric進料器90也在高壓下操作，但是主要設計成計量到氣化器12中的煤進料。(由于第二posimetric進料器94加壓用于氣化器12和淋降床反應器98兩者的進料，故第一posimetric進料器90僅需要克服從第一進料噴射器108的入口到逸出固體分離系統50和第一進料器皿92的排放部的穿過氣化系統10的壓降。)氣化器12可包括壓力器皿109(例如，圓柱形器皿)，其可用作作用為氣化器12的壓力殼體或外殼的封殼。器皿109包圍上圓柱形殼部分110中的反應室13(例如，第一級反應區)、氣化器12的中間圓柱形殼部分111的倉室63，以及下圓柱形殼部分113中的第一驟冷室64。

在氣化系統10的正常操作期間，與中心線軸線86對準的第一進料噴射器108向反應室13供應連同氣化劑60(例如，氧(o2))的由第一級進料21加第二級進料22的部分反應的細顆粒構成的組合的第一級進料25。在某些實施例中，載氣54可連同組合的第一級進料25供應至流體地聯接于第一posimetric進料器90和第一進料噴射器108的第一混合裝置112，以便于組合的第一級進料25流入反應室13中。除組合的第一級進料25、氣化劑60和載氣54之外，第一進料噴射器108可向反應室13供應氣化器緩和劑61(未示出)如蒸汽或液態水。

如上文關于圖1所論述，在反應室13中，組合的第一級進料25、氣化劑60和在某些實施例中緩和劑61(未示出)和載氣54在高溫和高壓下反應，以生成第一合成氣14。第一合成氣14可具有近似1090℃(2000^of)到近似1650℃(3000^of)之間的溫度，并且包含部分反應的組合的第一級進料25的少量卷吸顆粒、熔灰和它們的混合物。在組合的第一級進料25的氣化之后，所得的合成氣(例如，第一合成氣14)引導到倉室63。在倉室63中，第一合成氣14定位在第一驟冷室64與合成氣傳遞管線130(例如，通路、導管)之間。例如，倉室63構造成分隔第一合成氣14，使得第一合成氣部分132與第二合成氣部分134之比在近似100:1,50:1,20:1,10:1,5:1,1:1或任何其它合乎需要比之間。

第二合成氣部分134包括離開反應室13的第一合成氣14中卷吸的顆粒(熔灰和少量部分反應的組合的第一級進料25)的大于大約80%到90%。第二合成氣部分134中的顆粒在下圓柱形部分113中的驟冷水140的池中驟冷，由此形成熔渣混合物65(例如，驟冷熔灰加少量未反應的組合第一級進料25)。熔渣混合物65可在氣化器12下游的熔渣處理系統(未示出)中處理。除熔渣混合物50之外，第一驟冷室64生成第一驟冷合成氣57。第一驟冷合成氣57通過第一驟冷室開口146(例如，經由噴嘴)離開第一驟冷室64。閥148可控制流動，并且/或者將第一驟冷合成氣57引導至系統10的其它構件。例如，在圖1中所示的一個實施例中，第一驟冷合成氣57可調節成除去卷吸的細顆粒和水分，壓縮并且再循環至氣化過程來用作載氣。例如，調節、壓縮和再循環的第一驟冷合成氣可用作至氣化器12的第一組合級進料25的載氣54。作為備選，其可用作至淋降床反應器系統16的組合的第一級和第二級進料20的載氣54。在另一個實施例中，閥148可朝產品合成氣24引導第一驟冷合成氣57，使得第一驟冷合成氣57流和產品合成氣24流在淋降床反應器系統16的下游組合。在又一個實施例中，閥148可朝其它處理單元引導第一驟冷合成氣57，其中第一驟冷合成氣可用作原料用于產生化學制品、氫或電功率。

如上文所論述，在倉室63中生成的第二合成氣部分134包括卷吸在第一合成氣14中的顆粒的大于近似80%到90%。因此，第一合成氣部分132具有減小的顆粒負載(例如，小于近似10%到20%)。合成氣傳遞管線130流體地聯接于熔渣敲除罐(skop)18，其連同倉室63和第一驟冷室64用作第二級顆粒敲除件，以完成第一合成氣部分132中的任何剩余卷吸顆粒的除去。一起來看，倉室63和第一驟冷室(第一級顆粒除去)和skop18(第二級顆粒除去)包括關于圖1描述的兩級顆粒除去系統。skop18包括一組熔渣敲除(ko)內構件68、第二驟冷室70以及至淋降床反應器系統16的流化床反應器51的底部入口的連接器151。類似于倉室63，skop內構件68將第一合成氣部分132的第三合成氣部分152引導至設置在skop18內的第二驟冷室70，并且朝淋降床反應器系統16引導第一合成氣部分132的第四合成氣部分52。例如，ko內構件68構造成分隔第一合成氣部分132，使得第四合成氣部分52和第三合成氣部分152之比為近似100:1,50:1,20:1,10:1,5:1,1:1，或任何其它合乎需要的比。第二驟冷室70還包括驟冷水140，其便于剩余顆粒作為熔渣混合物65除去，并且生成第二驟冷合成氣58。第二驟冷合成氣58經由設置在第二驟冷室開口160中的噴嘴離開skop18。第二驟冷合成氣58可與產品合成氣24、第一驟冷合成氣57或它們的組合組合。在某些實施例中，第二驟冷合成氣58不與產品合成氣24或第一驟冷合成氣57組合。相反，第二驟冷合成氣58在氣化過程別處再循環和再使用并且/或者引導至其它工業過程來用作燃料氣體或氣態原料用于制造化學制品、氫或液體燃料之前，處理成與合成氣24,57分離。

大致沒有顆粒(例如，具有最初卷吸在第一合成氣14中的小于近似5%,2%,1%,0.5%或0.1%的顆粒)的第四合成氣部分52經由合成氣入口162引導至淋降床反應器系統16的流化床反應器51(例如，兩級氣化系統的第二級)，并且向供應至淋降床反應器系統16的附加原料26的氣化提供熱。淋降床反應器系統16內的淋降床反應器98包括從頂部到底部的淘洗區47、錐形淋降床反應器塔40和流化床反應器51。錐形淋降床反應器塔40設置在流化床反應器51下游(從第四合成氣部分52的流動方向的視角)，并且流體地聯接于流化床反應器51。淘洗區47設置在錐形淋降床反應器塔40下游(從第四合成氣部分52的流動方向的視角)，并且流體地聯接于錐形淋降床反應器塔40。與淋降床反應器98的垂直軸線188同軸地對準的第二進料噴射器184具有定位在淘洗區47的中部(從頂部到底部)中的其面向下的離開孔口，使得第二進料噴射器184向淘洗區47的中部供應組合的第一級和第二級進料20。以該方式，在組合的第一級和第二級進料20離開第二進料噴射器184時，組合的流最初沿與離開skop18的第四合成氣部分52的流動方向大致相反(例如，逆流)的方向移動。然而，在淘洗區47內操作的空氣動力的影響下，第一級進料21的較細顆粒由向上流動的合成氣沿粗固體分離區段49(即，第一旋風分離器246)和逸出固體分離區段50(即，第二旋風分離器248和過濾器250)(它們一起包括氣體固體分離系統150。)的方向向上拉。相比之下，第二級進料22的較粗顆粒在錐形淋降床反應器塔40內相對于第四合成氣部分52的向上流動"淋降"。以該方式，第四合成氣部分52將熱傳遞至第二級進料22，并且該熱經由公知的吸熱氣化反應使第二級進料22氣化，并且生成附加合成氣，該附加合成氣與第四合成氣部分52組合來產生未加工產品合成氣236，其在所有顆粒除去時變為最終的清潔產品合成氣24。因此，生成每單位合成氣(例如，產品合成氣24)所需的氣化劑60(例如，o2)的量可相比于單級氣化系統(例如，不包括第二反應器的系統)減少。就此而言，由于兩級氣化系統10的第二級16從第一級氣化(例如，在氣化器12中)期間生成的第一合成氣14(例如，第四合成氣部分52)回收熱能作為淋降床反應器系統16中生成的產品合成氣24的化學能，故氣化系統10的氣化效率可提高。

類似于第一進料噴射器108，第二進料噴射器184可與淋降床反應器20的中心線軸線188對準。第二進料噴射器184接收來自淋降床反應器進料制備區段19(圖1中所示)的組合的第一級和第二級進料20(即，組合的粗第二級進料22和細第一級進料21)，并且將組合的進料20供應至淋降床反應器98的淘洗區47。由于其幾何構造，故淋降床反應器系統16相比于氣化器12具有較長的氣化駐留時間。因此，粗第二級進料22的平均顆粒尺寸可大于細第一級進料21的平均顆粒尺寸。即，由于粗第二級進料22具有更多時間來在淋降床反應器系統16內反應(例如，增加的駐留時間)，故第二級進料22可具有反應不如第一級進料21中的小的細顆粒那樣快的大的粗顆粒。就此而言，部分由于粗的第二級進料22相比于第一級進料21的較大平均顆粒尺寸，故可減小用于粗的第二級進料22的研磨能。此外，粗的第二級進料22可作為干進料供應至淋降床反應器98，由此減少與進料漿料相關聯的過多水的除去相關聯的能量消耗。因此，氣化系統10的總體能量需求的減少導致相比于不包括氣化器12和淋降床反應器系統16構造的其它氣化系統的氣化系統10的效率的提高。

如下文進一步詳細論述的，進料系統87向淋降床反應器系統16供應組合的第一級和第二級進料20。組合的進料20加壓并且在流體地聯接于第二posimetric進料器94和第二進料噴射器184的第二混合裝置189中與載氣54混合。載氣54可包括n2、co2、天然氣、合成氣(例如，驟冷合成氣57,58)，或用于將組合的進料20傳送到淋降床反應器20中的任何其它適合的氣體。輸送至第二混合裝置189的載氣54的流率可控制成使得最少量的載氣54與組合進料20混合，以有助于組合進料20穿過第二進料噴射器184的穩定且可靠的流動。例如，供應至第二混合裝置189的載氣54的流率可僅足以克服對顆粒穿過進料噴射器184的流動的阻力。限制流入淋降床反應器98中的組合的第一級和第二級進料20的噴射速度實現了兩件事。首先，其確保組合進料20不在高速下噴射，該高速運送其超過淘洗區47的底部。這加強淋降床反應器塔40未加工產品合成氣236上升穿過淘洗區47來將較細的第一級進料21與組合進料20分開并且將那些較細的顆粒運送至淘洗區47的頂部空間并且運送出其的能力。未加工產品合成氣236接著將淘洗的第一級進料21顆粒運送穿過粗固體分離旋風分離器246并且到細逸出顆粒分離旋風分離器248和逸出固體過濾器250中，其中那些顆粒與淋降床反應器98未加工產品合成氣236分離并且朝氣化器12引導。第二，限制到淘洗區47中的組合進料20的噴射速度避免將過高的初始速度給予較粗的第二級進料顆粒22，以使用于那些顆粒的向下流動的主驅動力是重力。不同于由淘洗區47內的上升合成氣236在它們的流動方向上容易地反向的第一級進料21的較小較輕顆粒，第二級進料22的較大較重顆粒在近似等于淋降床反應器98內的顆粒的終端速度減去反應器內的向上上升的合成氣52,236的速度的速度下沿它們的初始向下軌跡繼續。向上上升的合成氣52,236將拉力給予在下降的顆粒22上，這減慢它們并且減小它們的重力驅動的向下速度。因此，淋降床反應器98中的第二級進料顆粒22的駐留時間可增加，由此便于包括第二級進料22的較大(例如，較粗)進料顆粒的氣化。在某些實施例中，可不使用載氣54。在該特定實施例中，簡單的輸送管，而非第二噴射噴嘴184可用于輸送組合進料20。在該情況下，用于組合進料20流動穿過輸送管并且到淋降床反應器98中的驅動力僅為重力。在第二級進料22顆粒向下淋降穿過錐形淋降床反應器塔40并且最終進入流化床反應器51時，它們吸收熱并且經由吸熱氣化反應氣化。在煤顆粒氣化時，它們失去質量和直徑兩者。在一些點處，它們變為足夠小并且足夠輕，使得上升合成氣能夠將它們向上運送回錐形淋降床反應器塔40并且向上穿過淘洗區47至粗固體分離旋風分離器246。部分反應的第二級進料22顆粒中的一些可足夠小，以穿過旋風分離器并且連同第一級進料21的淘洗的細顆粒離開旋風分離器246的頂部空間。然而，許多可仍太大而不能沿該路徑，并且因此將穿過旋風分離器246的底部來經由淋降床反應器返回支路53返回至流化床反應器51。但最終，甚至第二級進料22顆粒中的最大顆粒充分氣化，使得它們變得足夠小且足夠輕而不但向上運送回至淘洗區47，而且穿過粗固體分離旋風分離器246的頂部空間至逸出固體分離旋風分離器248和逸出固體過濾器250，其中它們連同第一級進料21的淘洗細顆粒從未加工產品合成氣236除去。部分反應的第二級進料22顆粒和淘洗的第一級進料21顆粒接著作為組合的第一級進料25流入第一posimetric進料器進料器皿92中。第一posimetric進料器進料器皿92將組合的第一級進料25供應至第一posimetric進料器90，其繼而將組合的進料25供應至第一進料噴射器108和氣化器12。在氣化器12中，由第一級進料21和第二級進料22的部分反應的煤顆粒構成的組合的第一級進料25氣化來生成第一合成氣14，其在兩級顆粒除去過程中的顆粒除去之后，變為第一合成氣14的第四部分52，其進入錐形淋降床反應器98的流化床反應器51的底部。

圖3為圖2的氣化單元進料系統87的實施例，示出了進料組合和壓緊系統38以及加壓和給送系統45，其在正常操作期間將組合的第一級和第二級進料20供應至淋降床反應器98的淘洗區47，或者在啟動期間將第一級進料48供應至氣化器進料計量和給送系統23。進料組合和壓緊系統38構造成使第一級進料21與第二級進料22組合(例如，徹底混合)和壓緊(例如，最小化煤顆粒之間的空隙空間)，以生成組合進料44。組合且壓緊的進料44接著發送至加壓和計量系統45，其中第二posimetric進料器94加壓組合進料44來生成加壓組合進料46，其依靠posimetric進料器的計量能力接著在正常操作期間作為組合的第一級和第二級進料20給送至淘洗區47，或者在啟動期間作為第一級進料48給送至氣化器進料計量和給送系統23。進料組合和壓緊系統38包括分別儲存兩種進料21,22的第一級進料箱192和第二級進料箱194。在將進料21,22儲存在它們的相應進料箱192,194中之前，進料21,22可通過在淋降床反應器進料系統19的研磨和干燥區段196中分別研磨至它們的期望顆粒尺寸分布psd1和psd2，并且分別干燥至它們的目標水分含量mc1和mc2來制備。

如圖4中所示，研磨和干燥區段196可構造成研磨原料26來生成第一級進料21，其具有適合于氣化器12的反應室13(例如，氣化的第一級)中的氣化的第一顆粒尺寸分布(psd1)。此外，研磨和干燥區段196可研磨原料26來生成第二級進料22，其具有適合于淋降床反應器系統16(例如，氣化的第二級)的錐形淋降床反應器98中的氣化的第二顆粒尺寸分布(psd2)。如圖4中所示，第二級進料22相比于第一級進料21的psd1具有較大(例如，較粗)的psd2。此外，用于第二級進料22的psd2可比第一級進料21的psd1更窄。進料21,22的psd的差別部分地歸因于氣化器12與淋降床反應器系統16之間的駐留時間的差異。相對而言，如果氣化器反應室13內的駐留時間由t代表，則淋降床反應器系統16內的駐留時間可為1.1t,2t,5t10t,20t或50t。由于氣化器反應室13內的駐留時間為短的，故第一級進料21的顆粒的大部分(90%或100%)可直徑小于1mm。但是，由于淋降床反應器系統內的駐留時間大體上長得多，故第二級進料22的顆粒的大部分(90%或100%)可直徑大于1mm。

第一級進料計量裝置198控制第一級進料21的期望流率，并且將計量的進料21引導至進料組合和壓緊裝置203，其流體地聯接于進料箱192,194兩者。進料組合和壓緊裝置203是收納細固體環形組合噴嘴204、粗固體中心組合噴嘴206、壓緊室210和旋轉進料通道214的器皿(例如，圓柱形器皿)。如所示，細固體環形組合噴嘴204環繞(例如，包繞)粗固體中心組合噴嘴206。然而，在其它實施例中，噴嘴204不是環形的，并且不包繞噴嘴206。在另外的實施例中，環形噴嘴204與較粗的第二級進料22流體連通，并且用作粗固體環形組合噴嘴，并且中心噴嘴206與較細的第一級進料21流體連通，并且用作細固體中心組合噴嘴。如圖3中所示，細固體環形組合噴嘴204如由箭頭216所示接收來自第一級進料箱192的第一級進料21，并且粗固體中心組合噴嘴206如由箭頭218所示接收來自第二級進料箱194的第二級進料22。類似于第一級進料21，第二級進料22經由設置在第二級進料箱196下游的第二級進料計量裝置220測量。

噴嘴204和206將進料21和22分別引導到壓緊室210中。壓緊室210構造成組合并且徹底混合進料21,22，以生成進料組合和壓緊裝置203的出口處的組合的第一級和第二級進料44。壓緊室210可包括一個或更多個振動器來便于進料21,22的混合。例如，一個或更多個振動器可使得較小/較細的進料顆粒(例如，第一級進料21)填充較大/較粗的進料顆粒(例如，第二級進料22)之間的間隙空間，使得組合進料44具有良好混合且緊密壓緊的細和粗的煤顆粒。一個或更多個振動器可在內部(例如，設置在壓緊室210內)、外部(例如，設置在壓緊室210外)，或它們的組合。壓緊室210的第一長度226可在進料組合和壓緊裝置203的第二長度228的近似25%到近似75%之間，以允許進料21,22的充分混合，并且生成具有進料顆粒的期望的混合和壓緊的組合進料44。組合和壓緊的進料由旋轉進料通道214來移出進料組合和壓緊裝置203。在某些實施例中，進料通道214可為具有內表面特征的主動旋轉通道，該內表面特征有助于組合進料44移出進料組合和壓緊裝置203并且移入下游波涌器皿96中。例如，內表面特征可包括延伸旋轉通道214的長度的一個或更多個螺旋凸起，其中螺旋凸起以如下方式定向，以便提供用于進料44移動穿過通道并且移入下游波涌器皿96中的正力。

計量裝置198和220的操作可以以如下方式控制，以便控制組合進料44中的第一級進料21與第二級進料22之比，組合進料44具有第三顆粒尺寸分布(psd3)，其為psd1和psd2的加權組合，其中權重由第一級進料21的流率與第二級進料22的流率之比確定。圖5示出離開進料組合和壓緊裝置203的組合進料44的示例性psd3曲線，其表示圖4中所示的獨立的psd曲線21,22的組合。如圖4中所示，在按相同顆粒尺寸的出現頻率規模繪制時，psd2曲線的最大值出現為高于psd1曲線的最大值。然而，在圖5中，可歸因于第二級進料顆粒的psd3曲線的部分277現在具有小于可歸因于第一級進料顆粒的psd3曲線的部分59的最大值。例如，這可在穿過壓緊室210的第一級進料21的相對流率高于穿過壓緊室210的第二級進料22的流率時發生。在此類情況中，較高流率流的psd可支配組合流的最終總體psd。離開進料組合和壓緊裝置203的組合進料44的psd3的形狀可使用淋降床反應器進料制備、加壓和給送系統19來操縱，以便解決原料26的反應性、用于各個進料級21,22的psd(例如，psd1和psd2)，以及氣化器12和淋降床反應器系統16的尺寸和幾何形狀。在進料21,22的混合和壓緊之后，所得的組合進料44流動穿過進料通道214并且流入加壓和進料系統45的第二posimetric進料器進料器皿96中。進料器皿96作用為波涌容積，其確保至第二posimetric進料器94的入口總是充滿固體。posimetric進料器94加壓和計量組合進料44，以產生加壓且計量的組合進料46。取決于分流器264的內構件的定向，加壓且計量的組合進料可在正常操作期間作為組合的第一級和第二級進料20發送至淋降床反應器98的淘洗區47，或者其可在兩級氣化系統10的啟動期間作為第一級進料48發送至氣化器進料計量和給送系統23。

使第一級進料21與第二級進料22組合(例如，混合)允許第二級進料22使用固體泵如posimetric進料器連續地給送到淋降床反應器系統16中。用于氣化器12和淋降床反應器系統16兩者的典型操作壓力范圍從近似2mpa到近似9.5mpa。通過其自身，第二級進料22可不連續地給送到此類高壓環境中。其原因在于，第二級進料22特別定制成具有比第一級進料21更粗且更窄的顆粒尺寸分布(psd2)，以便利用淋降床反應器系統16的長得多的駐留時間。更長駐留時間允許制備第二級進料22所需的研磨和干燥能相比于第一級進料21所需的顯著減少。第二級進料22的該較粗且較窄的psd2的缺點在于，顆粒之間可存在許多大的間隙空間。如果給送穿過固體泵94(由其自身)，則第二級進料22將允許來自淋降床反應器系統16的氣體經由顆粒之間的大互連間隙空間顯著泄漏回至泵94的入口。因此，固體泵94將不能夠形成將第二級進料22加壓到淋降床反應器98中所需的其入口與其出口之間的所需壓差。然而，當與第一級進料21組合時，第一級進料的較細顆粒填充在較粗的第二級進料顆粒22之間的間隙空間中，以使組合進料44的顆粒的非常低孔隙度的柱運輸穿過固體泵94。來自第一級進料和第二級進料兩者的緊密壓緊的顆粒的該低孔隙度的柱能夠維持泵94的吸入部與排放部之間的非常高壓力梯度，因為淋降床反應器98中的高壓氣體具有穿過組合進料44的非常少且非常細微的通路，通過該通路，其可泄漏回至泵94的吸入部。因此，通過使第二級進料22與第一級進料21組合(例如，徹底混合)，第二級進料可連續地給送到高壓淋降床反應器98中。使第二級進料22與第一級進料21組合的附加優點在于，氣化器12和淋降床反應器系統16兩者(第一氣化級和第二氣化級兩者)可僅使用一個高壓固體泵94來同時供應有加壓進料。

回到圖2，第二進料噴射器184將組合的第一級和第二級進料20給送至淋降床反應器98的淘洗區47。當在淘洗區47中時，組合進料20的較小且較不密集的顆粒(例如，來自第一級進料21的那些)由淋降床反應器未加工產品合成氣236的向上流動與較大且更密集的顆粒(例如，來自第二級進料22的那些)空氣動力地分離。(未加工產品合成氣236是經由開口162進入流化床反應器51的底部的第四合成氣部分52、由于第二級進料22的氣化而在淋降床反應器系統16內生成的附加合成氣，以及第二級進料22的部分反應的顆粒的組合。合成氣"未加工"意思是其還未清潔來除去顆粒。)例如，如果淘洗區47內的淋降床反應器未加工產品合成氣236的流率大于較小顆粒的終端速度并且小于較大顆粒的終端速度，則較小(例如，細)顆粒將向上移動(例如，朝淘洗區47的出口232)，并且較大(例如，粗)顆粒將在由淋降床反應器未加工產品合成氣236的向上流動引起的拉力減小的速率下向下移動(例如，經由重力)。淘洗區47內的組合進料20的細顆粒和粗顆粒的分離實現使用單個固體泵94將加壓燃料(例如，第一級進料21和第二級進料22)同時地輸送至單獨的反應器(例如，氣化器12和淋降床反應器系統16)，其中輸送至各個反應器的燃料特別定制用于該反應器的操作特征。

來自第一級進料21的細顆粒從組合進料20淘洗，并且與第二級未加工產品合成氣236平行流動(同流)。同樣地，通過由于反應而損失質量和直徑而變得足夠小以通過淘洗區47的出口232卷吸出的第二級進料22的部分反應的顆粒也與未加工產品合成氣236平行流動。第二級未加工產品合成氣236流入氣體固體分離區段150中，利用第二級未加工產品合成氣236運送第一級進料21的細顆粒和第二級進料22的部分反應的顆粒。氣體固體分離區段150包括一系列分離裝置(例如，旋風分離器、過濾器或任何其它適合的分離裝置)，其使包括第一級進料21加上離開淋降床反應器98的細和中等尺寸的部分反應的第二級進料22顆粒的所有還未反應的細顆粒與第二級未加工產品合成氣236分離，以生成大致沒有顆粒的最終產品合成氣24。例如，氣體固體分離區段150包括第一旋風分離器246，其構造成除去中等尺寸的部分反應的第二級進料22顆粒用于經由淋降床反應器返回環53返回至流化床反應器51，以及第二旋風分離器248，其構造成除去未反應的第一級進料21顆粒和細部分反應的第二級進料22顆粒以便清潔第二級未加工產品合成氣236并且產生無顆粒的產品合成氣24。此外，在某些實施例中，氣體固體分離區段150包括過濾器250，其可捕獲可不在旋風分離器246,248中除去的任何剩余細顆粒(例如，未反應的第一級進料21顆粒和部分反應的第二級22進料顆粒)，由此確保大致無顆粒的產品合成氣24。過濾器250的非限制性實例可包括陶瓷燭式過濾器、陶瓷錯流過濾器、燒結金屬燭式過濾器、移動顆粒床過濾器，或構造成作用為能夠從產品合成氣24除去基本上所有剩余顆粒的絕對阻隔過濾器的任何其它適合的過濾裝置。盡管未示出，但本領域技術人員將認識到，過濾器250可使用反脈沖氣體如氮或二氧化碳的一股或更多股流，以定期除去隨著時間的過去累積在過濾器元件的上游表面上的過濾顆粒塊。來自第一旋風分離器246的中等尺寸的部分反應的第二級22進料顆粒經由淋降床反應器返回環53返回至反應器98用于進一步氣化。類似地，在第二旋風分離器248和過濾器250中分離的細部分反應的第二級22進料顆粒和還未反應的第一級進料21顆粒引導至氣化器進料計量和給送系統23，并且經由第一進料噴射器108作為組合的第一級進料25給送至氣化器12。

氣化器進料系統23包括固體泵進料器皿92和固體泵90。固體泵進料器皿92接收包括第一級進料21顆粒和廣泛反應的第二級進料22顆粒的組合第一級進料25，它們兩者由第二旋風分離器246和過濾器248與第二級未加工產品合成氣236分離。由旋風分離器工作方式的性質，旋風分離器248將顆粒的穩態流輸送至固體泵進料器皿92。然而，由過濾器250除去的顆粒以脈沖經由管線25流動至進料器皿92，以從過濾器元件的上游表面除去累積的過濾器塊，該脈沖在每次過濾器250與氣體成反脈沖時生成。因此，固體泵進料器皿92用作波涌容積，其使來自旋風分離器248和過濾器250的顆粒的流動平緩，并且將顆粒的穩態流呈現至固體泵90的入口。連接于氣化器12的氣化器進料計量固體泵90不同于連接于淋降床反應器98的頂部的組合進料加壓和計量固體泵94。固體泵94加壓并且計量到淋降床反應器98的頂部中的新鮮組合原料20，而氣化器進料計量固體泵90主要計量到氣化器12中的第一級進料21，同時僅提供所需的加壓來將由第二旋風分離器248和阻隔過濾器250捕獲的顆粒運輸到氣化器12中。由未反應的第一級進料21顆粒加上從未加工第二級合成氣236除去的部分(廣泛)反應的第二級進料22顆粒構成的組合的氣化器進料25由第一固體泵90計量到緊接在氣化器進料噴射器108上游的混合裝置112中。在混合裝置112中，組合的氣化器進料25與載氣54的流混合，并且經由氣化器進料噴射器108傳送到氣化器的頂部中。載氣可為氮(n2)、二氧化碳(co2)、天然氣(ng)、合成氣、氣化溫度緩和劑，如蒸汽，或適合于用于傳送煤顆粒的任何其它過程氣體。高純度氧60發送穿過氣化器進料噴射器108內的單獨的通道。在氣化器進料噴射器108的出口平面處，氣化器進料噴射器幾何形狀構造成徹底混合和噴射氧和氣動傳送的顆粒進料到氣化器反應室13的頂部中。在反應室內，氧60、載氣54和顆粒進料20在高溫和高壓下反應來產生第一合成氣14。在進入流化床反應器51的底部之前，熱的未加工第一級合成氣接著清除顆粒(首先在倉室63中，并且接著在熔渣敲除罐18中)。

淋降床反應器進料加壓和給送系統45中的分流器264可在啟動期間將第一級進料21的流引導至進料和計量系統23。例如，在氣化系統10的啟動期間，淋降床反應器系統16并未供應有組合的第一級和第二級進料20，因為氣化器12并未生成用于驅動淋降床反應器系統16中的第二級進料20的氣化的第一合成氣14。因此，第一級進料21的流可轉移成繞過淋降床反應器系統16，以使其從淋降床反應器進料系統19直接地流動至氣化器12，而非在進入氣化器12之前流動穿過淘洗區47和氣體固體分離區段150。第一級進料21的流可繼續經由264轉移，直到生成足夠流率的第一合成氣14，以使淋降床反應器系統16可適當地操作。在啟動期間，固體泵90,94兩者在接近大氣壓下操作。一旦第一級進料21在氣化器12中氣化來生成第一合成氣14，則可在自動控制模式中操作的背壓控制閥266保持閉合，以允許壓力遍及氣化系統10累積。在壓力在氣化系統10內積累時，由第二固體泵94生成的壓差也增大，以確保第一級進料21繼續流動至氣化器12。由于第二固體泵94表現類似正排量類型的泵，故其將保持其加壓和計量到氣化系統10中的固體的能力，即使在氣化系統10中的壓力增大至其正常操作值時。

作為啟動過程的部分，第一固體泵進料器皿92最初填充有第一級進料21，以使隨后在啟動過程期間，進料器皿92中存在足夠的儲備體積的第一級進料21來繼續供給氣化器12，同時分流器264的位置變為將第一級進料21的流從進料器皿92轉移至淘洗區47。除允許改變分流器264的位置的足夠時間外，儲備體積還允許第一級進料21行進穿過第二進料噴射器184、淘洗區47和粗固體旋風分離器246來由逸出固體旋風分離器248和過濾器250捕獲并且從逸出固體旋風分離器和過濾器流動至進料器皿92的時間。因此，當氣化系統10加壓至其正常操作壓力時，分流器264的位置變為將第一級進料21的流從進料器皿92引導至淘洗區47。一旦捕獲的第一級進料21顆粒的流從逸出固體旋風分離器248和過濾器250到進料器皿92建立，則氣化器12可繼續在氣化系統10的正常操作壓力下操作。注意，一旦達到氣化系統10的正常操作壓力，則可在自動控制模式中操作的背壓控制閥266可開始開啟和控制離開淋降床反應器系統16的產品合成氣24的流，以便保持氣化系統10的正常操作壓力。一旦達到氣化系統10的正常操作壓力，并且建立第一級進料21的正常操作流動路徑(例如，從固體泵94到進料噴射器184到淘洗區47到旋風分離器246,248和過濾器250并且最終到進料器皿92)，則淋降床反應器進料系統19的操作可改變，以便開始將第二級進料22引入到進料組合和壓緊系統38和加壓和給送系統45中。第一級進料21和第二級進料22兩者的進料速率也從它們的啟動值(對于第二級進料22而言是零)緩慢增大到它們的正常操作值。一旦氣化系統10達到其正常操作壓力，達到第一級進料21的流率與第二級進料22的流率的正常操作比，并且達到第一級進料21和第二級進料22兩者的正常操作流率，則氣化系統10啟動。當然，本領域技術人員將認識到，盡管實現了前述操作目的，但氧60和載氣54以及在一些實施例中氣化器緩和劑61(蒸汽或液態水)的流率適合地調整以便保持期望的氣化器12操作溫度并且生成具有期望的成分的第一合成氣14。

如以上所論述，淋降床反應器進料系統19研磨并且干燥原料26，以生成第一級進料21、第二級進料22和組合的第一級和第二級進料44。淋降床反應器進料系統19包括一定數量的單元：第二級進料研磨單元28、第一級進料研磨單元34以及在一些實施例中第二級進料干燥單元284和/或第一級進料干燥單元42，它們一起被稱為研磨和干燥區段196。除包括研磨和干燥區段196的單元之外，淋降床反應器進料系統19還包括進料組合和壓緊系統38，其以適當比例組合兩種進料，混合兩種進料以確保第二級進料的較粗顆粒良好且均勻地分散遍及第一級進料的較細顆粒，并且將第一級進料的較細顆粒和第二級進料的較粗顆粒壓緊在一起，以使顆粒之間的空隙空間最小化，以便支持第一固體泵94形成從吸入部到排放部的所需壓差的能力。淋降床反應器進料系統19的最后系統(加壓和供給系統45)取得組合的第一級和第二級進料22，并且將其加壓和計量到淋降床反應器98中。圖6-13示出了淋降床反應器進料系統19的研磨和干燥區段196的若干構造。例如，在圖6-8中，研磨和干燥區段196包括聯接于第一級研磨單元34的第一級進料干燥器42，以及聯接于第二級研磨單元28的第二級進料干燥器284。包括第二級進料干燥器284可在如下實施例中為合乎需要的，其中第二級進料22的附加干燥是期望的，以便減少整個氣化系統10中的水含量，由此減小用于反應器98中的第二級進料22的氣化的能量需求。在圖6中所示的實施例中，各個研磨單元28,34接收來自原料堆/供應源286的原料26，并且將研磨的原料(例如，第一級進料271和第二級進料30)引導至相應的進料干燥器42,284。在其它實施例中，第一級研磨單元34并未從原料堆286接收原料26，相反，第一級研磨單元34接收來自第二級研磨單元34(如圖7中所示)或來自第二級干燥器284(如圖8中所示)的第一原料部分32。

在其中第一級研磨單元28和第二級研磨單元34分別接收來自原料堆286的原料26的實施例中，供應至研磨單元28,34的原料26可為相同或不同的。例如，一個研磨單元28,34可接收石油焦/煤，而另一個研磨單元28,34可接收生物質。不同原料26可包含在構造成將原料26給送至相應的研磨單元28,34的單獨的原料堆286中，或者可組合成一個原料堆286。

在備選實施例，如圖9-12中所示的那些中，研磨和干燥區段196不包括第二級進料干燥器284。在這些特定實施例中，第一級研磨單元34接收來自原料堆286(例如，儲存箱)的原料26(見圖9和11)或來自第二級研磨系統28(見圖10和12)的研磨進料(例如，第一進料部分32)。第一級研磨單元34可如圖9和10中所示將細研磨進料(例如，第一級進料271)給送至第一級進料干燥器284，或者如圖11和12中所示直接地給送至進料組合和壓緊系統38。在某些實施例中，如圖13中所示，研磨和干燥區段196包括第二級進料干燥器284，并且不包括第一級進料干燥器42。在該特定實施例中，第二級研磨單元28接收來自原料堆286的原料26，研磨原料26來生成第二級進料30，并且將第二級進料30引導至第二級進料干燥器284。第二級進料干燥器284構造成將第一進料部分32引導至第一級研磨單元34，并且將第二進料部分22引導至進料組合和壓緊系統38。向第一級研磨單元34給送第二級研磨單元28中生成的第一進料部分32的研磨和干燥區段196的構造可比其中第一級研磨單元34接收直接來自原料堆286的原料26的構造更成本有效。這部分地歸因于原料26在第二級研磨單元28中粗磨。就此而言，用于在第一級研磨單元34中細磨原料(例如，第一進料部分32)的研磨能量要求可降低。

在其它備選實施例中，氣化系統10可繞過或不包括第一級研磨系統34。相反，第一級進料21可直接從原料源給送至氣化器12和進料組合和壓緊系統38。例如，在某些實施例中，第一級進料21可為流體石油焦，或適合于氣化器12中的氣化的具有細psd(例如，psd1)的任何其它適合的原料。就此而言，流體石油焦可在啟動期間直接地給送到氣化器12中，而不在第一級研磨單元34中研磨。在某些實施例中，流體石油焦可給送至第二級進料干燥器284(例如，如果石油焦需要在給送至反應器98之前干燥)。類似地，可繞過或省略第二級研磨單元28。例如，在其中第二級進料30為生物質的實施例中，已經具有粗psd(例如，psd2)的進料適合于用作至淋降床反應器系統16的第二級進料22。

如應當注意的，研磨和干燥區段196可接收除原料26外的材料。例如，研磨和干燥區段196可接收添加劑，如，結渣添加劑或可研磨至期望psd的任何其它期望的添加劑。添加劑可與第一級進料21、第二級進料22或它們的組合混合。在其中添加劑細磨并且與第一級進料21、第二級進料22或組合的第一級和第二級進料44混合的實施例中，添加劑可利用第二級未加工產品合成氣236淘洗并且在氣體固體分離區段150中回收。如以上所論述，回收的添加劑可連同組合的第一級進料25給送至氣化器12。

圖14為示出進料顆粒流入并且反應顆粒流動穿過淋降床反應器系統16的示意圖，淋降床反應器系統16構造成氣化第二級進料22并且將第一級進料21引導至氣化器12。如以上所論述，緊接地定位在顆粒除去系統18下游的淋降床反應器系統16包括淋降床反應器98和氣體固體分離區段150。在氣化系統10的操作期間，第二進料噴射器184將組合的第一級和第二級進料20給送至反應器98的淘洗區47。在淘洗區47中，第一級進料21基于顆粒的尺寸和密度與第二級進料22分離。例如，在所示實施例中，第二級進料顆粒290從第二進料噴射器184向下流入錐形淋降床反應器塔40中，并且接著繼續向下流入流化床反應器51中。在向下流動期間，第二級進料顆粒290從沿相反方向流動的第四合成氣部分52(例如，逆流)吸收熱能(例如，熱)。即，第四合成氣部分52從顆粒除去系統18朝淘洗區47向上流動。如應當注意的，第四合成氣部分52在進入反應器98之前不驟冷。因此，第四合成氣部分52提供足夠的熱能來預熱、干燥(例如，釋放內部水分)、脫揮發成分、熱解和氣化第二級進料顆粒290，并且在淋降床反應器98內生成附加的合成氣。附加合成氣在反應器98中與第四合成氣部分52混合，以產生第二級未加工產品合成氣236，其包括第四合成氣部分52，附加合成氣在淋降床反應器98內由第二級進料22加上最終充分氣化的部分反應的第二級進料顆粒的氣化來生成，它們向上運送并且運送出系統。在未加工第二級合成氣236朝淘洗區47向上流動時，合成氣236在第二級原料顆粒290沿錐形淋降床反應器塔40落下(例如，"淋降")時冷卻，因此驅動第二級原料顆粒290的氣化。

在淋降床反應器98中的氣化過程期間，第二級進料顆粒290失去質量并且變為密度較小，由此生成部分反應的原料顆粒292。在某些實施例中，第二級原料顆粒290還減小直徑。相比于新鮮第二級進料顆粒290的終端速度，反應的第二級進料顆粒292的減小的質量、密度和直徑導致部分反應的進料顆粒292的較低終端速度。(使用復數用語"速度(velocities)"，因為新鮮第二級進料顆粒290和反應的第二級進料顆粒292由顆粒尺寸分布psd2描述。)減小終端速度引起淋降第二級進料顆粒292在它們反應時在它們的下降中減慢。但是，它們進一步減慢，因為在它們沿錐形淋降床反應器塔40的長度進一步下降時，它們遇到較低向上合成氣速度，以及因此較低向上拉力。在沿錐形淋降床反應器塔40的長度移動時合成氣速度的該減小和向上拉力的減小的原因在于，塔直徑和因此塔截面流動面積在沿向下方向移動時增大。直徑和截面面積的該增大以及向上合成氣速度和向上拉力的所得的減小繼續，直到到達流化床反應器51，并且內徑變為恒定。在反應的第二級進料顆粒292向下淋降穿過錐形塔40時，它們由于它們的減小的終端速度和減小的向上拉力而急劇減慢。第二級進料顆粒290中最小的(例如，顆粒尺寸分布psd2的小顆粒端上的那些)可足夠快地預熱、干燥、熱解和反應，并且可失去足夠的質量、密度和直徑，使得它們能夠在它們反轉路線并且向上運送穿過淘洗區47并且運送出淋降床反應器98的頂部之前沿錐形淋降床反應器塔40僅部分前進。然而，大部分第二級進料顆粒290將使其一直向下至流化床反應器51來作為部分反應的第二級進料顆粒292。一旦在那里，流化床內的部分反應的顆粒293將由通過底部開口162進入流化床的底部的第一合成氣14的第四部分52的高速射流保持懸浮(即，保持流化)。這些部分反應的流化床顆粒293將保持在流化床反應器51中，并且將繼續與合成氣52反應，直到它們經歷足夠的質量、密度和直徑損失，使得上升的合成氣能夠將它們向上拉回穿過錐形淋降床反應器塔40至淘洗區47(由顆粒252示出)。在那里，它們連結第一級進料21顆粒，其由于它們的小尺寸而一旦它們離開第二進料噴射器184就反轉路線并且向上穿過淘洗區47。

一旦部分反應的進料顆粒292,293在流化床反應器51內充分反應，則反應的進料顆粒292,293的質量、密度和直徑減小，使得未加工第二級合成氣236能夠向上運送顆粒。例如，在所示實施例中，顆粒252變為以合成氣236卷吸，并且朝淘洗區47向上流動并且流入氣體固體分離區段150中。在某些實施例中，不管流化床反應器51和錐形淋降床反應器塔40內的一些質量、密度和直徑的損失，顆粒252仍具有大于來自第一級進料21的原料顆粒294的質量、密度和直徑。因此，包括第一旋風分離器246(例如，粗固體分離旋風分離器)的粗固體分離系統49捕獲具有大于第一級進料21,294中的顆粒的密度的質量、密度和直徑的顆粒252，并且將顆粒252經由返回支路53再循環至流化床反應器51，返回支路53使第一旋風分離器246的底部與流化床反應器51聯接。再循環顆粒252接著繼續從第四合成氣部分52吸收熱能，并且繼續在流化床反應器51中氣化，由此生成附加第二級未加工產品合成氣236并且經歷質量、密度和直徑的進一步損失。

顆粒252繼續再循環穿過反應器98、第一旋風分離器246和返回支路53，直到顆粒252的質量、密度和直徑近似小于或等于來自第一級進料21的第一級進料顆粒294的質量、密度和直徑。例如，廣泛反應的細顆粒296從顆粒252生成，顆粒252通過反應器98、第一旋風分離器246和返回支路53在一個或更多個循環中再循環并且經歷氣化。類似于顆粒252，細反應顆粒296由合成氣236向上運送，并且連同第一級進料顆粒294流入氣體固體分離區段150中。廣泛反應的細顆粒296和第一級進料顆粒294的質量、密度和直徑使得顆粒294,296能夠穿過的第一旋風分離器246，并且進入導管298，導管298使第一旋風分離器246的頂部空間與第二旋風分離器248的入口聯接。因此，顆粒294,296并未捕獲在第一旋風分離器246中，并且連同未加工第二級合成氣236流入第二旋風分離器248(例如，逸出固體旋風分離器)中。如應當注意的，可由于第二級進料22的氣化而在反應器98中生成的熔渣和灰顆粒也可卷吸在合成氣236中，并且在包括第二旋風分離器248和過濾器250的逸出固體分離區段50中與合成氣236分離。

第二旋風分離器248構造成捕獲顆粒294,296，并且將作為組合的第一級進料25的顆粒294,296的流引導至氣化器進料和計量系統23。在某些實施例中，第一級進料顆粒294的一部分、廣泛反應的細顆粒296或它們的組合可不捕獲在第二旋風分離器248中。因此，過濾器250構造成捕獲可不在旋風分離器246,258中與合成氣236分離的任何剩余顆粒294,296。以該方式，系統10生成大致無顆粒的產品合成氣24。捕獲在過濾器250中的顆粒與來自第二旋風分離器248的顆粒組合，并且引導至氣化器進料和計量系統23。顆粒294,296從第二旋風分離器248和過濾器250到氣化器進料和計量系統23的流可經由重力，或由其它手段，例如氣體驅動的排放器(eductor)316。如以上所論述，氣化器進料和計量系統23將顆粒294,296給送至氣化器12，并且顆粒294,296在反應室13中氣化。

淋降床反應器系統16的構造導致用于第二級進料22的延長的駐留時間，由此提供更多時間來用于較大的更大塊的進料顆粒290,292反應。例如，在低速下在反應器98的頂部處噴射組合的第一級和第二級進料20，使得用于第二級進料22的向下驅動力基本上只是重力，并且以錐形淋降床反應器塔40的幾何形狀減小原料顆粒和氣體的速度導致反應器98中的進料顆粒290,292,293,252,296的駐留時間增加。如下面參照圖15-17進一步詳細論述的，淋降床反應器系統16的構件(例如，流化床反應器51、錐形淋降床反應器塔40等)的幾何構造可改變成調整反應器98中的進料顆粒290,292,293,252,296的駐留時間，使得進料顆粒290,292,293,252,296具有足夠時間來達到期望的反應程度。

除反應器98內的進料顆粒290,292,293,252,296的增加的駐留時間外，進料顆粒290與第四合成氣部分52之間的逆流流動沿淋降床反應器98的整個長度生成第二級進料顆粒290與合成氣52,236之間的相對恒定的相當大熱和質量傳遞梯度。這是與具有沿反應器的長度迅速減小的、反應器的入口處的非常大的熱和質量傳遞梯度的同流流動構造的顯著對比。因此，反應器98的逆流流動構造用于增大從合成氣52,236回收熱能的效力、在反應的第二級進料顆粒290與合成氣52,236之間傳遞質量的效力，以及將熱能轉變成增大流率的未加工第二級合成氣236的化學能的效力。(注意，更有效的過程步驟需要較小接觸面積和較小接觸體積，即，較小較不昂貴裝備，以完成相比于較不有效的過程步驟的熱能傳遞或質量傳遞。)將第二級進料22轉變成合成氣時的該增大效力減小由氣化系統10消耗以生成產品合成氣24的原料和氣化劑60的量。此外，由于淋降床反應器系統16中的反應器98構造成接收干且大/粗進料顆粒(例如，第二級進料顆粒22,290)，故減少所需的總體研磨和干燥能量以及給送至氣化過程的過多水的量。因此，氣化系統的總體合成氣產量和氣化效率可提高。

圖15-17示出了用于淋降床反應器98的可能的幾何構造的非限制性實例，其包括流化床反應器51、錐形淋降床反應器塔40和淘洗區47。繞著垂直軸線188的圖15-17中所示的二維幾何輪廓的旋轉限定各個構造的三維內部幾何形狀。各種幾何形狀具有對淋降床反應器98的表現和性能的影響。在這些圖中的全部三個中，流化床反應器51由垂直的窄直徑入口通路162、面向上的底板300和垂直壁302限定；錐形淋降床反應器塔40由面向下的錐形壁304限定；并且淘洗區47由錐形壁304的最上部分和垂直窄直徑出口通路305限定，如由各個圖的頂部處的括號指示的。

在圖15-17中所示的所有三種情況中，流化床反應器51具有帶相同垂直長度和內徑的入口通路188和垂直側壁302。三個構造的差異為底板300的形狀。在圖15中，底板300具有面向上的凸形形狀。在圖16中，底板300具有面向上的凹形形狀。在圖17中，底板具有定向成與垂直軸線188成角310的直線形狀。底板302的形狀影響通過通路162進入的合成氣(例如，第一合成氣的第四部分52)射流與流化床反應器51中的氣體和固體相互作用的方式。在所有情況中，入口通路162的直徑制造成足夠小，以使入口射流的速度總是超過第二級進料22內的最大最密集顆粒的終端速度。這確保沒有顆粒能夠經由入口通路162逸出穿過流化床的底部。在圖16中，凹形底板300突然增大由高速入口射流(例如，第二進料噴射器184)遇到的流動截面面積，這在來自以上的氣體和顆粒卷吸在射流內時最大化流化床內的再循環流型。由入口射流驅動的再循環型促進流化床反應器51內的返混，這引起流化床表現類似于連續攪拌槽反應器(cstr)。相比之下，在圖15中，凸形底板300逐漸地增大由入口射流遇到的流動截面面積，這最小化再循環流型和返混，并且引起流化床表現更類似于塞流反應器(pfr)。在圖17中，底板是直的，即，不是凸形的也不是凹形的。結果，圖17中的流化床的表現和性能將預計在圖15中的流化床的表現和性能與圖16中的流化床的表現和性能中間。cstr的大量返混特征可增加較小顆粒中的一些的駐留時間，并且可提供遍及流化床反應器的更均勻溫度。

在圖15-17中所示的所有三種情況中，錐形淋降床反應器塔40具有相同的入口直徑(從氣體流方向的視角)、相同的出口直徑和相同的垂直高度。然而，在圖15中，錐形塔304的壁是向下凸形的。在圖16中，錐形塔304的壁是向下凹形的。并且在圖17中，錐形塔304的壁不是凸形也不是凹形的，而是具有定向成與垂直軸線188成角312的直線形狀。壁304的形狀影響錐形淋降床反應器塔40內的速度廓線。在固定且相等的合成氣流向上移動穿過三個塔中的各個的情況下，較小直徑導致較高氣體速度，而較大直徑導致較低氣體速度。因此，錐形塔304的壁的形狀將影響沿塔的垂直軸線的速度廓線。在圖15中，相比于圖16中的凹形壁，凸形壁迫使向上移動的氣體到塔中向下降低的流的較小截面區域中。結果，圖15的構造中的向上移動的合成氣將開始比在圖16的構造中更快加速(即，在塔中向下更慢)；并且加速度增大的速率將相比于圖16更快。這意味著圖15的構造可在將部分反應的煤顆粒從流化床反應器51的頂部取出并且將它們加速通過錐形淋降床反應器塔40向上返回時更有效。換言之，圖15的構造將在防止較小顆粒進入和淋降到錐形淋降床反應器塔40方面更有效。相比之下，圖16的構造將具有沿合成氣流方向的氣體速度的更逐漸的減小。這意味著其將在允許較小顆粒進入錐形塔方面更有效，并且其也可提供較長的顆粒駐留時間。該構造的較大總體內部容積可允許其具有較高第二級進料22容量。圖17的構造將具有在圖15和圖17的廓線中間的速度廓線和性能。

各個淘洗區包括由錐形壁306的最上部分限定的會聚區段，加上由垂直的窄直徑出口通路163限定的直區段。淘洗區47內的第二進料噴射器184的出口平面的近似位置由粗略位于各個區的中部中的橢圓308指示。上升合成氣在其移動穿過各個淘洗區的會聚區段時加速。圖15的淘洗區47的凸形會聚區段比圖16的凸形會聚區段更平緩，這意味著組合的第一級和第二級進料20的較細顆粒(例如，第一級進料21顆粒)將在比它們將在圖16的構造中遇到的更長的距離內遇到加速的氣體速度。因此，圖15的構造可在防止較細顆粒進入錐形淋降床反應器塔40時更有效，并且可在將較細第一級進料21顆粒淘洗出組合的第一級和第二級進料44方面更好。圖17的構造可預計為具有在圖15和16的性能之間的性能。

本領域技術人員將認識到，圖15-17中所示的三個構造的元件可按各種方式組合來生成具有對反應器性能的略微不同影響的附加設計。例如，淋降床反應器98可設計有流化床反應器51和凸形錐形淋降床反應器塔壁304中的凹形底板300，以及淘洗區47的凸形下區段306。此類淋降床反應器98設計將具有流化床反應器51中的加強的返混、細部分反應的煤顆粒通過錐形淋降床反應器塔40向上返回的有效傳遞，以及淘洗區中的第一級進料21的高效淘洗。取決于其中此類兩級氣化過程10將起作用的設備的總體設計的需要，其它可能性也存在。

在某些實施例中，淋降床反應器系統16并未將部分反應的進料顆粒252經由返回支路53再循環至流化床反應器51。因此，淋降床反應器系統16可不包括具有第一旋風分離器246(粗固體分離旋風分離器)或返回支路53的粗固體分離系統49。圖18和19示出了淋降床反應器系統16的實施例，其中氣體固體分離系統150不包括粗固體分離系統49(即，第一旋風分離器246)或返回支路53。在這些特定實施例中，第二級進料22的psd2使得粗固體分離系統49(即，第一旋風分離器246)和返回支路53可從氣化系統10省略。第二級進料22(例如，進料顆粒290,292和293)保持在流化床反應器51中，直到進料顆粒的質量、密度和直徑減小至第一級進料顆粒294的近似質量、密度和直徑。減小質量的進料顆粒296可變為以合成氣236卷吸，并且運送到僅包括逸出固體分離系統50(即，第二旋風分離器248和過濾器250)的修改的氣體固體分離區段150中。卷吸的部分反應的第二級進料顆粒296和第一級進料顆粒294由第二旋風分離器248和過濾器250與未加工第二級合成氣236分離，并且給送至氣化器12，如以上參照圖1,2和14所論述。

在某些實施例，如圖19中所示的一個中，氣化系統10包括高壓排放器進料系統316(例如，文丘里排放器)，其流體地聯接于具有逸出固體分離系統50的修改的氣體固體分離區段150。這替換圖1,2和18中所示的氣化器進料計量和給送系統23，并且允許第一固體泵90從過程消除。排放器進料系統316包括可調整的氣體驅動的排放器320和排放器進料器皿318。在啟動期間，排放器進料器皿318直接從第二固體泵94接收第一級進料21。這允許氣化器12啟動以便產生第一合成氣14，和第一合成氣的第四部分52，其繼而允許淋降床反應器98和氣體固體分離系統150起動。類似于圖1和2所示的啟動過程，排放器進料器皿318填充來作為啟動程序的部分，以便提供第一級進料21至氣化器12的連續可用源，同時分流器264的位置改變，以便將第一級進料21發送至第二進料噴射器184，代替直接至排放器進料器皿318。一旦第一級進料21的流動路徑轉移至淋降床反應器98，并且氣體固體分離系統150開始產生第一級進料21的回收流，則氣化器進料材料的庫存將繼續保持在排放器進料器皿318內，并且排放器320將繼續將從氣體固體分離系統150回收的第一級進料21給送至氣化器12。一旦建立固體泵94至第二進料噴射器184至氣體固體分離區段150至排放器進料器皿318至排放器320至第一進料噴射器108至氣化器12的流動路徑，則淋降床反應器進料系統19的研磨和干燥區段196的操作可改變，以便產生由第一級進料21和第二級進料22構成的組合的第一級和第二級進料44。一旦建立組合的第一級和第二級進料44的產生，并且加壓和計量的組合第一級進料20給送至淋降床反應器系統16，則部分反應的第二級進料22顆粒和淘洗的第一級進料21顆粒將由氣體固體分離系統150捕獲，并且組合的第一級進料25將給送至排放器進料器皿318并且最終至氣化器12。在這點上，背壓控制閥266可用于積累和保持兩級氣化系統10內的正常操作壓力。應當注意的是，在氣化系統生成產品合成氣24并且在背壓控制閥266的控制下積累壓力時，進料裝備自然補償系統壓力的增大。固體泵94(例如，由ge制造的posimetric進料器)表現類似常規正排放泵，其中其排放壓力總是等于其泵送到的下游系統的壓力。而且，由于排放器進料器皿318流體地聯接于氣體固體分離系統150，故排放器進料器皿318內的壓力將自然以與氣化系統10的其余部分相同的速率上升。在壓縮的載氣54在適合高的壓力下供應的情況下，排放器320可驅動成在足以克服從第一進料噴射器108的入口到排放器進料器皿318的底部的系統壓降的壓力下輸送組合的第一級和第二級進料20。

排放器320包括連接于排放器進料器皿318的原料入口324，以及原料入口324上游的氣體入口326。在氣化系統10的操作期間，排放器進料器皿318接收來自氣體固體分離區段150的顆粒25，并且將顆粒25經由原料入口324給送至排放器320。氣體入口326聯接(例如，連接)于高壓動力氣源(例如，載氣54)，其實現顆粒25經由排放器320流動至第一進料噴射器108，其將顆粒25(例如，組合的第一級進料21和部分反應的第二級進料22)給送至氣化器12。例如，在載氣54移動穿過排放器320時，低壓區330在排放器320的喉部334處產生。喉部334中的低壓引起顆粒25從排放器進料器皿318移動到排放器320中。顆粒25與載氣54混合，并且氣動地運送穿過進料出口336并且到第一進料噴射器108中，其將顆粒25給送至氣化器12。因此，進料可使用氣體驅動的排放器320給送至氣化器12，而非將第一級進料21(在啟動期間)或組合的第一級和第二級進料20(在正常操作期間)經由氣化器進料和計量系統23中的固體泵90給送至氣化器12。

排放器320包括連接于可調整的柄340的內部鑲邊(trim)335，可調整的柄340可操縱成將鑲邊定位在喉部334內來調整喉部334的截面流動區域。就此而言，可調整的柄340和鑲邊335可控制到排放器320中的載氣54的流率，因此控制到氣化器12中的包括組合的第一級和第二級進料20(例如，第一級進料21和第二級進料22的部分反應的顆粒)的顆粒的流率。

如以上所述，系統10的某些實施例可包括由組合的第一級和第二級進料20生成第一合成氣14，組合的第一級和第二級進料20包括具有適合于氣化器12中的氣化的細psd1的第一級進料21和第二級進料22的部分反應的細顆粒。第一合成氣14在顆粒除去系統18中處理，以除去任何卷吸的顆粒(例如，熔渣混合物65)，使得第一合成氣14大致無顆粒(例如，第四合成氣部分52)。系統10還使第一級進料21與具有適合于淋降床反應器98中的氣化的粗psd2的第二級進料22組合，并且將組合進料(例如，組合的第一級和第二級進料20)給送至淋降床反應器系統16。第二級進料22從大致沒有顆粒的第四合成氣部分52吸收熱來生成附加的合成氣，其與第四合成氣部分52組合來生成第二級未加工合成氣236。第二級未加工合成氣236將第一級進料21和第二級進料22的部分反應的顆粒傳送到氣體固體分離區段150中。氣體固體分離區段150將第二級進料22中的部分反應的顆粒的至少一部分與合成氣236分離，并且使部分反應的顆粒252再循環至反應器98。此外，氣體固體分離系統150將第一級進料21和來自第二級進料22的部分反應的顆粒的第二部分(例如，顆粒296)分離，并且將它們給送至氣化器12來生成第一合成氣14。以該方式，用于產生合成氣14,24的能量需求可減小，并且對于給定量的消耗的進料煤和給定量的消耗的氧由氣化系統10輸出的產品合成氣24的總量可增大。因此，氣化系統10的氣化效率可提高。

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